Энергомодуль с ускорителем якоря
Изобретение относится к области энергомашиностроения. Энергомодуль с ускорителем якоря включает линейный электрогенератор с якорем и статорными магнитами, вынесенную камеру сгорания, цилиндры и поршни привода компрессора, и цилиндры и поршни компрессора, согласно изобретению поршни и якорь удерживаются фиксатором ускорителя якоря в исходном для совершения рабочего цикла положении, на время, необходимое для дополнительной зарядки продуктами сгорания из камеры сгорания объема цилиндра привода компрессора, ограниченного поршнем привода компрессора. Изобретение обеспечивает повышение удельной мощности энергомодуля. 1 ил.
Область техники
Изобретение относится к области энергомашиностроения.
Уровень техники
Цель заявляемого изобретения - повышение удельной мощности энергомодуля, в состав которого входят линейный электрогенератор, вынесенная камера сгорания, поршни и цилиндры привода компрессора и поршни и цилиндры компрессора. Ближайший аналог - энергомодуль с изохорным процессом сгорания топлива, патент 2206761 С2, "Способ организации изохорного процесса двигателя внутреннего сгорания". Его особенность состоит в том, что поршни свободнопоршневого двигателя внутреннего сгорания фиксируются задержниками поршней в точках максимального схождения поршней на время, необходимое для полного сгорания топлива. После истечения этого времени поршни разблокируются и начинается цикл расширения продуктов сгорания. При стехиометрическом соотношении топливо - окислитель реализуется изохорный процесс сгорания топлива - топливо сгорает до конечных продуктов окисления, а так как кислород успевает прореагировать полностью, его просто не остается для образования оксидов азота.
Раскрытие изобретения
Задача изобретения состоит в том, чтобы повысить удельную мощность энергомодуля с вынесенной камерой сгорания за счет увеличения скорости якоря линейного электрогенератора путем дополнительной зарядки исходного объема цилиндра поршня привода компрессора.
Сущность изобретения поясняется описанием принципа действия. В его состав входят /см. чертеж/: 1 - камера сгорания, 2 - форсунка, 3 - свеча зажигания, 4, 14 - клапаны подачи воздуха в камеру сгорания, 5, 10 - поршни привода компрессора, 6, 17 фиксаторы ускорителя якоря, 7 - шток, 8, 9 - поршни компрессора, 11, 18 - клапаны перепуска воздуха, 12, 19 - клапаны подачи воздуха в камеру сгорания, 13, 20 - клапаны впуска воздуха, 15 - якорь, 16 - статорная катушка электрогенератора.
Для пуска энергомодуля в камеру сгорания 1 подается топливо форсункой 2 и воспламеняется свечой зажигания 3. Продукты сгорания через открытый клапан 4 поступают в левую полость поршня привода компрессора 5, но несмотря на их давление поршень остается неподвижным, так как фиксатор ускорителя якоря 6 удерживает его в исходном положении. После того, как давление продуктов сгорания в левой полости поршня 5 приблизится к давлению в камере сгорания или сравняется с ним, система управления /не показана/ переводит фиксатор 6 в нижнее положение, в результате чего поршень 5 и соединенные с ним штоком 7 поршни компрессора 8 и 9 и второй поршень компрессора 10 начинают движение слева направо. Воздух из правой полости поршня 5 через клапан 11 заряжает левую полость поршня 8. Так как площадь поршня 5 больше площади поршня 9, то давление воздуха в его правой полости выше, чем в левой полости поршня 5. Поэтому воздух из правой полости поршня 9 через клапан 12 нагнетается в камеру сгорания 1, восполняя убыль воздуха в процессе горения топлива. Воздух из атмосферы через клапан 13 засасывается в левую полость поршня 10, а из его правой полости через открытый клапан 14 выбрасывается в атмосферу /при последующих рабочих циклах выбрасываются отработавшие газы/. Одновременно при движении поршней магнитный поток расположенного между поршнями 8 и 9 якоря 15 пересекает витки статорной катушки 16, в результате чего в статорной катушке генерируется импульс электроэнергии. По достижении поршнями крайнего правого положения система управления переводит клапаны 4 и 14 в правое положение, а второй фиксатор ускорителя якоря 17 - в исходное положение. Продукты сгорания из камеры сгорания 1 через открывшийся клапан 14 поступают в правую полость поршня 10. После того как давление в его правой полости сравняется с давлением в камере сгорания, система управления перемещает фиксатор 17 в нижнее положение и поршни с якорем начинают движение справа налево. Далее процесс протекает в обратном порядке. Воздух из левой полости поршня 10 через клапан 18 заряжает правую полость поршня 9, воздух из левой полости поршня 8 через клапан 19 нагнетается в камеру сгорания. Воздух из атмосферы через клапан 20 засасывается в правую полость поршня 5, а из его левой полости отработавшие газы выбрасываются в атмосферу через клапан 4. Одновременно в статорной катушке 15 генерируется импульс электроэнергии противоположного знака. В дальнейшем система управления, переводя клапаны 4 и 14 из одних крайних положений в другие, обеспечивает постоянную подачу воздуха в камеру сгорания. Пульсация давления подаваемого в камеру сгорания воздуха сглаживается воздушным ресивером /не показан/. Возникающая в результате реакции движения поршней вибрация компенсируется применением двух энергомодулей, располагаемых таким образом, что оси симметрии поршней находятся на одной прямой, а поршни движутся в противофазе.
Принцип действия ускорителя якоря электрогенератора
Известно, что при преобразовании одной и той же мощности наблюдается обратная зависимость между массой и рабочей частотой электрической машины переменного тока. Чем выше рабочая частота, тем меньше масса машины. Чтобы увеличить удельную мощность энергомодуля в целом, необходимо увеличить удельную мощность электрогенератора. Энергомодуль вырабатывает электроэнергию в виде импульсов. Отношение амплитуды импульса к его периоду /длительности/ при постоянной амплитуде характеризует крутизну фронта импульса и, следовательно, частоту колебаний при непрерывном следовании импульсов друг за другом. Иными словами, чем круче фронт импульса, тем выше частота и удельная мощность электрогенератора. Увеличить крутизну фронта можно увеличив скорость изменения магнитного потока пересекающего витки катушки электрогенератора, то есть увеличив скорость якоря. При отсутствии фиксаторов поршней скорость поршней зависит от скорости нарастания давления продуктов сгорания в левой полости поршня 5 /см. рисунок/, которая, в свою очередь, зависит от давления в камере сгорания и степени дросселирования через клапан впуска 4. По этой причине давление продуктов сгорания в левой полости поршня 5 не может сравняться с давлением в камере сгорания и поршень получает вполне определенную максимальную скорость. Увеличение скорости поршня можно получить, зафиксировав его в исходном к движению положении на время, необходимое для того, чтобы давление продуктов сгорания в его левой полости сравнялись или, по крайней мере, приблизилось к давлению в камере сгорания. В этом случае максимальная скорость поршня и, следовательно, скорость изменения пересекающего витки катушки электрогенератора магнитного потока станет выше, чем таковая без воздействия фиксатора поршня. Таким способом решается задача повышения, частоты генерируемой электроэнергии и удельной мощности энергомодуля в целом.
Промышленная применимость
Для производства энергомодуля будут применяться те же технологии и материалы, что и производстве традиционных двигателей внутреннего сгорания.
Высокая экономичность и компактность энергомодуля позволит использовать его в качестве автономного источника энергии для квартир, особняков, дач, сельхозсооружений и сельхозтехники. В перспективе энергомодуль будет применяться в качестве составного элемента комбинированной силовой установки автомобиля, установочная мощность которой будет комплектоваться простым набором необходимого числа энергомодулей. Энергомодуль окажется незаменимым в экстремальных условиях разлиного происхождения. Компактность энергомодулей позволит доставлять их туда, где необходимо экстренно организовать энергоснабжение и, объединяя их в группы, получать электростанции значительных мощностей.
Энергомодуль с ускорителем якоря, включающий линейный электрогенератор с якорем и статорными магнитами, вынесенную камеру сгорания, цилиндры и поршни привода компрессора и цилиндры и поршни компрессора, отличающийся тем, что поршни и якорь удерживаются фиксатором ускорителя якоря в исходном для совершения рабочего цикла положении на время необходимое для дополнительной зарядки продуктами сгорания из камеры сгорания объема цилиндра привода компрессора, ограниченного поршнем привода компрессора.
