Генератор газа

 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению. Технический результат заключается в снижении удельной массы и размеров генераторов газа. Генератор газа содержит цилиндр, поршень и связанный с ним шток, движущийся в направляющих параллельно стенкам цилиндра. В головке цилиндра располагаются свеча зажигания и клапаны для впуска горючей смеси и выпуска газов. Внутрь цилиндра помещена тянущая пружина, прикрепленная одним концом к нижней части поршня, а другим - к основанию цилиндра. Шток состоит из двух частей, соединенных амортизатором, и упирается в эксцентрик, который вращается от выходного вала вспомогательной газовой машины. Вход последней через газовую трубу и клапан, управляемый манометрическим устройством, соединен с газовым баллоном-накопителем, который, в свою очередь, соединен через клапан и газовую трубу с камерой сгорания через дополнительное отверстие с клапаном в головке цилиндра. Вход манометрического устройства также соединен с газовым баллоном-накопителем, а последний снабжен клапаном для подачи газа на рабочую газовую машину. 2 ил.

Генератор газа относится к механическим преобразователям, предназначен для получения газа под давлением путем сжигания горючей жидкости и может быть использован в быту, на транспорте, в строительстве и т.д.

Наиболее близким аналогом предлагаемого генератора является генератор газа, описанный в [1], стр. 405-406.

Данный /известный/ генератор конструктивно представляет собой камеру сгорания, образованную внутренними стенками цилиндра и двумя поршнями, находящимися внутри этого цилиндра. Эти поршни /рабочие/ совершают возвратно-поступательные движения навстречу друг другу. В цилиндре имеются впускные и выпускные отверстия. Рабочие поршни жестко соединены с поршнями компрессора. Поршни компрессора двигаются внутри цилиндров, которые имеют, как и рабочие цилиндры, впускные и выпускные отверстия. Координация взаимной работы поршней и топливного насоса осуществляется при помощи зубчатых реек, штоков поршней и шестерни на неподвижной оси.

Процесс получения газа под давлением осуществляется следующим образом. При сближении рабочих поршней в камере сгорания сжимается воздух и в нее затем впрыскивается горючая жидкость /в данном случае - дизельное топливо/. Жидкость воспламеняется и образуется газ под большим давлением. Под действием давления этого газа поршни расходятся, сжимая воздух в цилиндрах компрессора. Через некоторое время открываются отверстия камеры сгорания /рабочего цилиндра/ и газ подается на рабочую машину, в данном случае - на газотурбинный двигатель. Затем под действием сжатого воздуха в цилиндрах компрессора поршни снова сближаются. Происходит сжатие воздуха в камере сгорания. В камеру сгорания впрыскивается горючая жидкость, которая воспламеняется, образуя газ под большим давлением, т.е. процесс повторяется. Этот процесс аналогичен процессу двухтактного дизельного двигателя.

Из вышеизложенного ясно, что возвратно-поступательные движения поршней камеры сгорания осуществляются в одну сторону с помощью давления газа, полученного в камере сгорания, а в другую - с помощью давления сжатого воздуха в цилиндрах компрессора.

Такой генератор имеет существенные недостатки, такие как большой удельный вес и достаточно громоздкую конструкцию.

Целью предлагаемого изобретения является уменьшение удельного веса и громоздкости конструкции генератора газа.

Достижение указанной цели обеспечивается следующей совокупностью признаков, определяющих сущность заявленного изобретения.

Генератор газа, служащий для получения газа под давлением из горючей жидкости в камере сгорания, состоящей из внутренних стенок цилиндра, поршня внутри цилиндра и подсоединенного к нему штока, двигающегося в направляющих, параллельных стенкам цилиндра, и головки цилиндра, в которой находятся свеча зажигания и отверстия с клапанами для впуска горючей смеси и выпуска газов; внутрь цилиндра помещена тянущая пружина, закрепленная одним концом в нижней части поршня, а вторым - в основании цилиндра; шток, состоящий из двух частей, соединенных амортизатором, вторым концом упирается в эксцентрик, который соединен со свечой зажигания и клапанами отверстий в головке цилиндра и вращается выходным валом вспомогательной газовой машины, вход которой через газовую трубу и клапан, управляемый манометрическим устройством, соединен с газовым баллоном-накопителем; последний, в свою очередь, соединен через клапан и газовую трубу с камерой сгорания через дополнительное отверстие с клапаном в головке цилиндра, при этом вход манометрического устройства соединен с газовым баллоном-накопителем, который имеет еще отверстие с клапаном для подачи газа на рабочую газовую машину.

Сущность изобретения поясняется также чертежами, где на фиг.1 представлена схема устройства, а на фиг.2 - диаграмма перемещения поршня генератора газа.

На фиг. 1 схематично изображен предлагаемый генератор газа, где обозначено: 1 - цилиндр; 2 - поршень; 3 - шток, состоящий из двух частей /половин/ - 3.1 и 3.2; 4 - направляющие для штока; 5 - камера сгорания; 6 - головка цилиндра; 7 - клапан отверстия для впуска горючей смеси; 8 - клапан для выпуска остатков газа в атмосферу; 9 - свеча зажигания; 10 - клапан для выпуска рабочих газов; 11 - пружина; 12 - амортизатор; 13 - эксцентрик; 14 - газовая труба; 15 - клапан; 16 - баллон-накопитель; 17 - выходная газовая труба; 18 - клапан; 19 - рабочая газовая машина; 20 - газовая труба; 21 - манометрическое устройство; 22 - клапан; 23 - вспомогательная газовая машины; 24 - выходной вал машины 23.

Конструктивно генератор газа представляет собой устройство, состоящее из цилиндра 1, в котором находится поршень 2. К поршню прикреплен шток 3, который вместе с поршнем совершает возвратно-поступательные движения вверх-вниз /по фиг.1/ в направляющих 4, параллельных стенкам цилиндра. Шток состоит из двух частей 3.1 и 3.2, соединенных между собой амортизатором 12. Внутри цилиндра помещена тянущая пружина 11, прикрепленная одним концом к нижней части поршня, а вторым концом - к основанию цилиндра, из-за чего поршень стремится занять крайнее нижнее положение. Верхняя часть цилиндра закрыта головкой цилиндра 6, в которой имеются отверстие с клапаном 7 для впуска горючей смеси /смесь горючей жидкости с воздухом/, отверстие с клапаном 8 для выпуска остатков газов в атмосферу, свеча зажигания 9 и отверстие с клапаном 10 для выпуска рабочих газов. Пространство, ограниченное внутренними стенками цилиндра 1, поршнем 2 и головкой цилиндра 6, является камерой сгорания 5. Газовая труба 14 соединяет камеру сгорания 5 с газовым баллоном-накопителем 16. Управление подачей газа в газовый баллон дополнительно осуществляется клапаном 15. Баллон-накопитель 16 соединен газовой трубой 20 с вспомогательной газовой машиной 23 и манометрическим устройством 21. На входе машины 23 имеется клапан 22, управляемый манометрическим устройством 21. Манометрическое устройство работает аналогично манометрическим устройствам бытовых газовых колонок или электрических водонагревателей, но в обратном режиме. При максимальном давлении газа в баллоне-накопителе 16 подача газа во вспомогательную газовую машину 23 прекращается, а при минимально допустимом давлении разрешается путем запирания или отпирания клапана 22. Направляющие 4 служат для придания штоку прямолинейного движения.

Вспомогательная газовая машина 23 преобразует энергию давления газа в механическую энергию вращения вала 24. В качестве такой машины могут быть газовая турбина или газовая поршневая машина, аналогичная паровой. В некоторых случаях вспомогательную газовую машину может заменить электродвигатель, получающий питание от сети или от аккумуляторной батареи. Выходной вал 24 соединен с эксцентриком 13, который, в свою очередь, жестко соединен с клапанами 7, 8, 10 и свечой зажигания 9. Газовый баллон-накопитель 16 имеет выходное отверстие с клапаном 18 для подачи газа на рабочую газовую машину 19. В качестве рабочей газовой машины могут быть газовая турбина, газовая поршневая машина, рабочий инструмент, например отбойный молоток и т.д.

Работает предлагаемый генератор следующим образом. При вращении эксцентрика 13 и действия тянущей пружины 11 шток, состоящий из двух частей 3.1 и 3.2, соединенных амортизатором 12, и поршень 2 опускаются вниз /по фиг.2/ от верхней крайней точки /ВКТ/ до нижней крайней точки /НКТ/. В начале движения поршня клапан 7 открыт, клапаны 8, 10 закрыты. В камере сгорания 5 создается разрежение и горючая смесь/смесь горючей жидкости, например бензина с воздухом/ заполняет камеру сгорания 5. При дальнейшем вращении эксцентрика 13 поршень движется вверх от НКТ до ВКТ. В НКТ клапаны 7, 8, 10 закрыты. Смесь, находящаяся в камере сгорания 5, сжимается до величины 7...8 кгс/см². Когда поршень еще не дошел до ВКТ, производится воспламенение горючей смеси электрической искрой, возникающей в этот момент на свече зажигания 9. В результате горения смеси в камере сгорания 5 давление повышается до величины 30...40 кгс/см². Эксцентрик продолжает вращаться, поршень остается в ВКТ, клапаны закрыты. Через некоторое время клапан 10 открывается и газ под давлением через газовую трубу 14 и клапан 15 подается в газовый баллон-накопитель 16. Газ из баллона-накопителя 16 по трубе 20 подается на манометрическое устройство 21 и на вспомогательную газовую машину 23 через клапан 22, управляемый манометрическим устройством. Энергия давления газа преобразуется во вспомогательной газовой машине 23 во вращение ее выходного вала 24, который соединен с эксцентриком 13, за счет чего и вращается эксцентрик. При дальнейшем вращении эксцентрика клапан 10 закрывается, открывается клапан 8 и остатки газа выпускаются в атмосферу. После выпуска газа в атмосферу поршень начинает движение вниз от ВКТ к НКТ. Происходит всасывание горячей смеси и т. д. , т.е. процесс повторяется. С баллона-накопителя 16 газ также подается через газовую трубу 17 с клапаном 18 на рабочую газовую машину 19.

Для более полного понимания работы предлагаемого генератора газа на фиг. 2 приведена кривая положения поршня от верхней крайней точки /ВКТ/ до нижней крайней точки /НКТ/ в зависимости от угла поворота эксцентрика /L - линейная величина от основания цилиндра до любой точки поршня/.

От исходного положения в т. 1' /ВКТ, ϕ=0^o/ поршень движется вниз /по фиг. 2/ до т. 2' /НКТ, ϕ= 90^o/, всасывая горючую смесь в камеру сгорания /горючая смесь - смесь бензина с воздухом/. При этом клапан 7 открыт, а клапаны 8 и 10 закрыты. В т.2' кривой все клапаны в головке цилиндра закрываются, поршень движется вверх, сжимая горючую смесь. В т.3' /ϕ≤180^o/ производится воспламенение горючей смеси. Смесь горит до т.4'. В т.4' открывается клапан 10 и газы /продукты горения смеси/ под давлением поступают в баллон-накопитель 16, а оттуда - на рабочую газовую машину и на вспомогательную газовую машину. Поршень стоит в верхней крайней точке. В т.5' клапан 10 закрывается, открывается клапан 8 и остатки газа выходят в атмосферу. С т.1'' процесс повторяется.

Заметим, что клапан 15 открывается при давлении газа в трубе 14 больше, чем в баллоне-накопителе 16 /с учетом действия пружины клапана 15/, и закрывается в противном случае. Амортизатор 12 служит для уменьшения ударных нагрузок, действующих на эксцентрик. На конце штока, опирающегося на эксцентрик, может быть установлен подшипник. Точки кривой на фиг.2 /т.4', т.5'/ могут быть определены опытным или теоретическим путем.

Источники информации 1. Райков И.Я. и др. Автомобильные двигатели внутреннего сгорания. Высшая школа, Москва, 1970 г.

2. Боднев А.Г. и др. Устройство, эксплуатация и техническое обслуживание автомобилей. Транспорт, Москва, 1974 г.

Формула изобретения

Генератор газа, служащий для получения газа под давлением из горючей жидкости в камере сгорания, состоящей из внутренних стенок цилиндра, поршня внутри цилиндра и подсоединенного к нему штока, двигающегося в направляющих, параллельных стенкам цилиндра, и головки цилиндра, в которой находятся свеча зажигания и отверстия с клапанами для впуска горючей смеси и выпуска газов, отличающийся тем, что внутрь цилиндра помещена тянущая пружина, закрепленная одним концом в нижней части поршня, а вторым - в основании цилиндра, а шток, состоящий из двух частей, соединенных амортизатором, вторым концом упирается в эксцентрик, который соединен со свечой зажигания и клапанами отверстий в головке цилиндра и вращается выходным валом вспомогательной газовой машины, вход которой через газовую трубу и клапан, управляемый манометрическим устройством, соединен с газовым баллоном-накопителем, который, в свою очередь, соединен через клапан и газовую трубу с камерой сгорания через дополнительное отверстие с клапаном в головке цилиндра, при этом вход манометрического устройства соединен с газовым баллоном-накопителем, который имеет еще отверстие с клапаном для подачи газа на рабочую газовую машину.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

NF4A Восстановление действия патента Российской Федерации на изобретение

Извещение опубликовано: 27.03.2006        БИ: 09/2006