Электрический генератор переменного тока со свободнопоршневым мотокомпрессором

Авторы патента:

F02B71/04 - приспосабливание для специальных целей; комбинирование таких двигателей с приводимыми ими устройствами (комбинации, в которых преобладают отличительные признаки приводимых устройств, см. в классах, относящихся к этим устройствам)

F02B63/04 - для привода электрических генераторов

Владельцы патента RU 2578932:

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "Брянский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам двигатель-генератор, и может быть использовано при проектировании и производстве источников переменного электрического тока и мотокомпрессоров со свободнодвижущимися поршнями. Генератор содержит блок цилиндров, состоящий из цилиндра 1 двухтактного двигателя внутреннего сгорания и цилиндра 2 компрессора. В цилиндре 1 расположен поршень 7 двигателя. Цилиндр 2 компрессора имеет поршень 18, соединенный с поршнем 7 штоком 19. Между цилиндрами 1 и 2 установлены электрические обмотки 23. На штоках 19 закреплен ряд кольцевых магнитов 24. Электрические обмотки 23 охватывают штоки 19 с кольцевыми магнитами 24. При движении поршней между ВМТ и НМТ в электрических обмотках 23 генерируется переменный электрический ток. Изобретение обеспечивает повышение надежности работы системы двигатель-генератор переменного электрического тока. 1 ил.

Известна система двигатель-генератор переменного тока [1], в которой для возбуждения ЭДС в силовых обмотках статора якорь генератора совершает вращательное движение. В этой системе в качестве привода используют двигатель внутреннего сгорания [2]. Недостатком этой системы является сложность преобразования возвратно-поступательного движения поршней двигателя во вращательное движение якоря генератора.

Известен также свободнопоршневой компрессор [3], состоящий из нескольких блоков цилиндров, закрепленных на общей раме. Блоки содержат по одному цилиндру двухтактного двигателя внутреннего сгорания и одному цилиндру поршневого компрессора, причем поршни всех блоков связаны между собой механизмом синхронизации.

Известен электрический генератор переменного тока, содержащий цилиндр двигателя внутреннего сгорания, выполненный из немагнитного материала и снабженный электрическими обмотками, а также свободно размещенный в цилиндре поршень в виде постоянного магнита [4]. Недостатком этого изобретения, принятого за прототип, является отсутствие уплотнений поршня и низкая износостойкость выполненного из немагнитного материала цилиндра, что ухудшает работу поршня и цилиндра и снижает ресурс работы генератора.

Целью изобретения является повышение надежности работы электрического генератора переменного тока. Указанная цель достигается тем, что электрический генератор переменного тока размещается на свободнопоршневом мотокомпрессоре, состоящем из блоков цилиндров, каждый из которых содержит по одному цилиндру двухтактного двигателя внутреннего сгорания и одному цилиндру поршневого компрессора. В блоках цилиндров установлены поршни двигателя и компрессора, соединенные штоком, на котором закреплен ряд кольцевых магнитов, обращенных друг к другу разноименными полюсами, а электрическая обмотка расположена между цилиндрами двигателя и компрессора и охватывает шток.

Новым в электрическом генераторе переменного тока со свободно-поршневым мотокомпрессором является закрепление на штоке, связывающем поршни двухтактного двигателя внутреннего сгорания и компрессора, ряда кольцевых магнитов, обращенных друг к другу разноименными полюсами, и размещение охватывающей шток электрической обмотки генератора между цилиндрами двигателя и компрессора.

Электрический генератор переменного тока со свободнопоршневым мотокомпрессором содержит электрические обмотки и блоки цилиндров, состоящие из цилиндра двухтактного двигателя внутреннего сгорания и цилиндра компрессора. В каждом блоке цилиндров поршень двигателя связан штоком с поршнем компрессора. Поршни всех блоков цилиндров кинематически связаны между собой механизмом синхронизации. Электрические обмотки расположены между цилиндрами двигателя и компрессора и охватывают штоки. На штоках закреплен ряд кольцевых магнитов, обращенных друг к другу разноименными полюсами.

Двигатель внутреннего сгорания может быть как бензиновым, так и дизельным. Бензиновый двигатель должен иметь запальную свечу для воспламенения горючей смеси, а дизельный - форсунку для подачи дизельного топлива.

На чертеже представлен поперечный разрез электрического генератора переменного тока со свободнопоршневым мотокомпрессором. Генератор содержит блок цилиндров, состоящий из цилиндра 1 двухтактного поршневого двигателя внутреннего сгорания и цилиндра 2 компрессора. В верхней части цилиндра 1 расположена камера сгорания 3, запальная свеча 4 для воспламенения горючей смеси или форсунка 5 для подачи топлива и клапан 6 для подачи сжатого воздуха при запуске двигателя. В цилиндре 1 расположен поршень 7 двигателя. Нижняя часть цилиндра 1 закрыта крышкой 8, в которой размещены всасывающие клапаны 9 и уплотнительное устройство 10. Цилиндр 1 также имеет впускные 11 и выпускные окна 12 и продувочные окна 13, соединенные с нижней полостью цилиндра 1 каналом 14.

Цилиндр 2 компрессора имеет всасывающие клапаны 15, нагнетательные клапаны 16 и уплотнительное устройство 17. В цилиндре 2 расположен поршень 18, жестко соединенный с поршнем 7 штоком 19. Со штоком 19 шарнирно соединена траверса 20, к которой шарнирно присоединены зубчатые рейки 21. Цилиндры 1 и 2 расположены на общей раме 22 и образуют один блок цилиндров.

Один блок цилиндров неработоспособен, так как после совершения поршнем двигателя рабочего хода и достижения нижней мертвой точки (НМТ) энергия газа, заключенного в мертвом пространстве компрессора, недостаточна для возврата поршня двигателя в верхнюю мертвую точку (ВМТ). Дополнительную энергию для возврата в ВМТ поршень 7 двигателя получает через механизм синхронизации от других поршней, совершающих рабочий ход, в связи с чем электрический генератор переменного тока со свободнопоршневым мотокомпрессором состоит из нескольких блоков цилиндров.

В нижней части общей рамы 22 между цилиндрами 1 и 2 установлены электрические обмотки 23. На штоке 19 закреплен ряд кольцевых магнитов 24, обращенных друг к другу разноименными полюсами. Электрические обмотки 23 охватывают штоки 19 с кольцевыми магнитами 24.

Поршни всех блоков цилиндров кинематически связаны через штоки 19 механизмом синхронизации, содержащим траверсу 20, зубчатую рейку 21 и шестерни (на чертеже не показаны) с соседними цилиндрами таким образом, что если поршни в одном блоке цилиндров движутся вверх, то поршни в соседнем блоке цилиндров движутся вниз.

Электрический генератор переменного тока со свободнопоршневым мотокомпрессором работает следующим образом.

Запуск двигателя осуществляется подачей сжатого воздуха в цилиндр 1 двигателя через клапан 6, при этом поршень 7 находится в ВМТ. При движении от ВМТ к НМТ в полости под поршнем 7 происходит сжатие. При открытии поршнем 7 выпускного окна 12 происходит выпуск отработавших газов из камеры сгорания 3, и при открытии поршнем 7 продувочного окна 13 по каналу 14 происходит зарядка цилиндра 1 двигателя свежей горючей смесью или свежим воздухом.

При движении поршня 7 от ВМТ к НМТ магнитные потоки кольцевых магнитов 24 генерируют ЭДС в электрической обмотке 23, снимаемую с электрических разъемов (на чертеже не обозначены).

При дальнейшем движении поршня 7 от НМТ к ВМТ в полости под поршнем 7 образуется разрежение и через всасывающие клапаны 9 или впускное окно 11 происходит всасывание воздуха или горючей смеси.

При движении от НМТ к ВМТ в камере сгорания 3 цилиндра 1 происходит сжатие и при положении поршня 7 вблизи ВМТ подается напряжение на свечу зажигания 4 или начинается впрыск топлива через форсунку 5, происходит воспламенение топлива и поршень 7 совершает рабочий ход.

При движении от НМТ к ВМТ магнитные потоки кольцевых магнитов 24 вновь генерируют ЭДС в электрической обмотке 23. Затем цикл повторяется.

При движении поршня 18 в цилиндре 2 компрессора происходит всасывание перекачиваемого мотокомпрессором газа через всасывающие клапаны 15, сжатие и нагнетание газа через нагнетательные клапаны 16.

Свободнопоршневой мотокомпрессор обеспечивает как привод электрического генератора, так и сжатие газа, что позволяет отказаться от вспомогательного компрессора на транспортных средствах или стационарных установках.

Предлагаемое техническое решение предназначено для использования при проектировании и производстве источников переменного электрического тока и мотокомпрессоров со свободнодвижущимися поршнями.

Использование предлагаемого технического решения способствует повышению надежности работы системы двигатель-генератор переменного электрического тока.

Список литературы

1. Аткинс Б. Общая теория электрических машин. Пер. с англ. И.В. Антика. Государственное энергетическое издательство. М. - Л., 1960. 272 с.

2. Мировое судовое дизелестроение. Концепции конструирования, анализ международного опыта: Учеб. пособие / Г.А. Конке, В.А. Лошко. - М.: Машиностроение, 2005. 512 с.

3. Свободнопоршневой мотокомпрессор Еременко: пат. 2367803 РФ: МПK F02B 71/00 / Е.Н. Еременко - заявл. 18.12.2007; опубл. 20.09.2009.

4. Электрический генератор переменного тока: пат. 2046966 РФ: МПК Н02K 35/02 / Р.К. Памфилов - заявл. 29.11.1989; опубл. 27.10.1995/

Электрический генератор переменного тока со свободнопоршневым мотокомпрессором, содержащий электрические обмотки и блоки цилиндров двухтактного двигателя внутреннего сгорания и компрессора с размещенными в них поршнями двигателя и компрессора, связанными между собой штоком, при этом поршни всех блоков цилиндров кинематически связаны между собой механизмом синхронизации, отличающийся тем, что электрические обмотки расположены между цилиндрами двигателя и компрессора и охватывают штоки, а на штоках закреплен ряд кольцевых магнитов, обращенных друг к другу разноименными полюсами.

Похожие патенты:

Силовая установка // 2578760

Изобретение относится к силовым установкам средней и большой мощности. Силовая установка, включающая в себя замкнутый гидравлический контур, содержащий два двигательно-насосных устройства, взаимодействующие с гидравлическим двигателем, каждое двигательно-насосное устройство снабжено оппозитными свободными дифференциальными поршнями, двигателями внутреннего сгорания жидкого охлаждения с газовыми цилиндрами, рабочими цилиндрами и гидравлическими полостями цилиндров дифференциальных поршней, турбокомпрессор и турбину на выхлопных газах, соединенный с полезной нагрузкой гидравлический двигатель, связанный гидравлическими линиями с гидравлическими полостями цилиндров дифференциальных поршней двигательно-насосных устройств, устройствами управления движениями жидкости в одном направлении, подачи топлива, стартером, при этом двигательно-насосное устройство снабжено картером с перекладной заслонкой, образующим гидравлическую полость с цилиндрами дифференциальных поршней, и двумя противоположными отверстиями, к картеру примыкают гидравлические линии замкнутого контура с двух сторон, взаимодействующие с отверстиями входа и выхода гидравлического двигателя.

Способ оптимизации процесса расширения продуктов сгорания перепускными клапанами в цилиндрах свободнопоршневого с оппозитным движением поршней энергомодуля, соединенных с поршнями компрессора сжатия газов // 2548704

Изобретение относится к области энергомашиностроения. Способ, включающий систему управления, внешнюю камеру сгорания, два поршня с компрессорными полостями и клапан перепуска выхлопных газов в каждом цилиндре, согласно изобретению система управления отслеживает текущие величины давления поступающих в рабочую полость поршня энергомодуля продуктов сгорания из внешней камеры сгорания и давления сжимаемого в компрессорной полости того же поршня воздуха, и на основании этих величин определяет момент времени открытия клапана перепуска выхлопных газов из компрессорной полости одного поршня в компрессорную полость другого поршня, система управления открывает клапан перепуска выхлопных газов из компрессорной полости поршня одного поршня в компрессорную полость другого поршня, в результате чего поступающие через клапан перепуска выхлопных газов из компрессорной полости одного поршня в компрессорную полость другого поршня выхлопные газы смешиваются в компрессорной полости со сжимаемым воздухом и смесь воздуха с выхлопными газами поступает во внешнюю камеру сгорания.

Способ оптимизации процесса расширения продуктов сгорания газораспределительными клапанами в цилиндрах свободнопоршневого с оппозитным движением поршней энергомодуля, соединенных с поршнями компрессора сжатия газов // 2548528

Изобретение относится к энергомашиностроению. Способ оптимизации включает внешнюю камеру сгорания, впускные клапаны подачи продуктов сгорания, поршни привода компрессора, поршни компрессора и систему управления, в соответствии с изобретением продукты сгорания из внешней камеры сгорания через впускные клапаны подачи продуктов сгорания поступают в полости поршней приводов компрессора, в результате чего поршни приводов компрессора и поршни компрессора приходят в движение, система управления выдерживает газораспределительные клапаны в открытом положении после начала поступления продуктов сгорания из внешней камеры сгорания в полость поршней, при этом продукты сгорания приводят в движение поршни, по истечении времени выдержки система управления закрывает газораспределительные клапаны и по достижении поршнями крайних точек расхождения или схождения система управления переводит впускные и выпускные клапаны в противоположные положения, при этом сжимаемый поршнем в полости компрессора газ через выпускной клапан поступает в радиатор, где охлаждается, а затем поступает в ресивер и потребителю.

Способ рециркуляции выхлопных газов во внешнюю камеру сгорания свободнопоршневого с оппозитным движением поршней энергомодуля, соединенных с поршнями компрессора сжатия газов // 2545258

Изобретение относится к области машиностроения. Способ включает систему управления, поршень с рабочими и компрессорными полостями, внешнюю камеру сгорания и клапан перепуска выхлопных газов из рабочей полости поршня энергомодуля в компрессорную полость, при этом система управления отслеживает текущее значение давления поступающих в рабочую полость поршня энергомодуля продуктов сгорания и на основании этой величины система управления открывает и закрывает клапан перепуска выхлопных газов, из рабочей полости поршня выхлопные газы через клапан перепуска выхлопных газов поступают в компрессорную полость поршня, смешиваются там со сжимаемым воздухом, и полученная смесь воздуха и выхлопных газов через обратный клапан подается во внешнюю камеру сгорания свободнопоршневого с оппозитным движением поршней энергомодуля, соединенных с поршнями компрессора сжатия газов, соответственно таким же способом через клапаны перепуска выхлопных газов осуществляется перепуск выхлопных газов во внешнюю камеру сгорания в остальных цилиндрах энергомодуля, соединенных с поршнями компрессора сжатия газов.

Двигатель внутреннего сгорания для инструментов ударного действия // 2542708

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания, и может быть использовано в устройствах ударного действия с возвратно-поступательным движением рабочего органа.

Способ синхронизации движения поршней двухцилиндрового свободнопоршневого с оппозитным движением поршней энергомодуля, соединённых с поршнями компрессора сжатия газов // 2539695

Изобретение относится к области энергомашиностроения. Способ включает систему управления, цилиндры с поршнями компрессора и энергомодуля, газораспределительные клапаны и внешнюю камеру сгорания, согласно изобретению система управления отслеживает мгновенные величины скоростей поршней компрессора и энергомодуля в обоих цилиндрах компрессора, определяет момент закрытия и продолжительность закрытого положения соответствующих газораспределительных клапанов, и, если при колебательном движении поршней скорость поршней компрессора и энергомодуля в одном цилиндре меньше, чем скорость поршней компрессора и энергомодуля в другом цилиндре, система управления закрывает газораспределительный клапан того цилиндра, скорость поршней компрессора и энергомодуля в котором меньше скорости движения поршней компрессора и энергомодуля в другом цилиндре, в результате чего поступление продуктов сгорания из внешней камеры сгорания прерывается и скорость движения поршней компрессора и энергомодуля в цилиндре с закрытым газораспределительным клапаном уменьшается, после чего в момент времени, когда скорость поршней компрессора и энергомодуля в цилиндре с закрытым газораспределительным клапаном достигнет значения, обеспечивающего одновременность прибытия поршней компрессора и энергомодуля в крайние точки в обоих цилиндрах компрессора, система управления вновь открывает закрытый газораспределительный клапан.

Устройство преобразования тепловой энергии в электрическую // 2537995

Изобретение относится к устройствам, преобразующим тепловую энергию в электрическую. Устройство преобразования тепловой энергии в электрическую в двигателе внутреннего сгорания содержит линейно расположенные цилиндры, поршни, жестко соединенные между собой штоком, при этом на штоке жестко закреплен ротор, состоящий из конденсаторных пластин, между которыми находятся плоскостные катушки индуктивности, связанные со статором и взаимодействующие с конденсаторными пластинами.

Способ генерирования сжатого воздуха свободнопоршневым энергомодулем с общей внешней камерой сгорания // 2537324

Изобретение относится к энергомашиностроению. Способ генерирования сжатого в компрессорных полостях поршневых групп атмосферного воздуха свободнопоршневым энергомодулем с общей внешней камерой сгорания и оппозитным движением поршневых групп, включающим две расширительные машины с поршневыми группами энергомодуля, внешнюю камеру сгорания, установленный между компрессорными полостями и камерой сгорания двухходовой воздухораспределительный клапан и систему управления, согласно изобретению в момент времени, когда в камеру сгорания поступит масса сжатого в компрессорных полостях поршневых групп воздуха, система управления переводит двухходовой воздухораспределительный клапан в положение, при котором закрывается доступ сжатого в компрессорных полостях поршневых групп атмосферного воздуха во внешнюю камеру сгорания и открывается путь потребителю сжатого в компрессорных полостях поршневых групп воздуха.

Электрогенератор // 2533385

Изобретение относится к машиностроению. Электрогенератор содержит двигатель внутреннего сгорания (ДВС), электрическую машину, электрические конденсаторы и аккумулятор, электрические блоки для преобразования электроэнергии и электронный блок управления.

Переносная электрическая установка // 2527927

Изобретение относится к энергетике. Переносная электрическая установка содержит тепловой двигатель и электрический генератор, установленные в корпусе.

Термоэлектрический модуль для термоэлектрического генератора автомобиля с уплотнительным элементом // 2564160

Изобретение может быть использовано в термоэлектрическом генераторе, предназначенном для автомобиля. Термоэлектрический модуль (1) имеет внутреннюю (2) и внешнюю (4) краевые поверхности, соответствующие горячей (18) и холодной (19) сторонам модуля или наоборот, расположенное между ними промежуточное пространство (17), геометрическую ось (3) и по меньшей мере один уплотнительный элемент (7), который по меньшей мере частично образует внутреннюю краевую поверхность (2) или отделен от расположенной там горячей стороны (18) или холодной стороны (19) только электрическим изоляционным слоем (16).

Устройство для передачи усилия от поршней поршневого двигателя // 2541368

Изобретение может быть использовано в поршневых двигателях. Устройство для передачи усилия от поршней предназначено для поршневого двигателя, в котором поршни (3), (4) двух противоположных цилиндров (1), (2) сгорания взаимодействуют посредством попеременно совершающихся рабочих ходов.

Портативная электрическая установка // 2528481

Изобретение относится к портативным электрическим установкам, использующим тепловые двигатели для привода генераторов. Портативная электрическая установка содержит тепловой двигатель и электрический генератор, установленные в корпусе.

Переносная электрическая установка // 2527927

Двигатель внутреннего сгорания // 2516040

Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Двигатель внутреннего сгорания содержит четыре полых цилиндра (1), каждый из которых снабжен поршнем (2), установленным в его полости и соосно с ним, входом для поступления в полость цилиндра (1) свежего рабочего тела и выходом для удаления из полости цилиндра (1) отработанного рабочего тела.

Моторное судно // 2510351

Изобретение относится к судостроению. Моторное судно содержит корпус, каюты, грузовой трюм, силовую установку, разобщительную муфту, редуктор переднего и заднего хода, гребной винт, внутренний пост управления.

Генераторная установка // 2509224

Изобретение может быть использовано в энергетическом машиностроении в качестве генераторной установки для получения электрического тока. Генераторная установка содержит раму (1), силовую установку (2), генератор электрического тока (5), механически соединенный с силовой установкой (2), закрепленные на раме, и тепловой щит (8) управления.

Энергетическая установка для получения электрической и тепловой энергии // 2499903

Изобретение может быть использовано в машиностроении, в частности в энергетических установках, вырабатывающих электрическую и тепловую энергии. Энергетическая установка содержит двигатель внутреннего сгорания (1), использующий биотопливо, и электрический генератор (2).

Силовая установка транспортного средства // 2499902

Изобретение может быть использовано в силовых установках, эксплуатируемых на транспортных средствах, преимущественно на тепловозах. Силовая установка транспортного средства содержит двигатель внутреннего сгорания с турбокомпрессором, снабженным всасывающим и выхлопным патрубками и сообщенным с впускным и выпускным коллекторами двигателя.

Энергетическая установка для снабжения электрической и тепловой энергией хозяйственных и социальных объектов // 2499154

Система регенерации отходящего тепла для насосной системы // 2603203

Изобретение может быть использовано в насосных системах с двигателем внутреннего сгорания для перекачки жидкостей. Система (10) содержит двигатель (28) внутреннего сгорания, генератор (29), приводимый двигателем внутреннего сгорания, и насосный агрегат (12), питаемый генератором (29). Насосный агрегат (12) содержит первый насос (24A), сконфигурированный для получения первого жидкого компонента, второй насос (24B), сконфигурированный для получения второго жидкого компонента, манифольд (22), сконфигурированный для получения первого и второго жидких компонентов от первого и второго насосов (24A), (24B), раздаточное устройство, получающее первый и второй жидкие компоненты из манифольда (22), и систему регенерации тепла. Раздаточное устройство содержит смесительную головку, смешивающую первый и второй жидкие компоненты. Система регенерации тепла обеспечивает тепловую связь двигателя (28) внутреннего сгорания с насосным агрегатом (12). Система регенерации тепла добывает тепло, генерируемое двигателем (28) внутреннего сгорания, и подает добытое тепло к насосному агрегату (12) для раздельного нагревания первого жидкого компонента и второго жидкого компонента перед смешиванием первого и второго жидких компонентов посредством смесительной головки. Раскрыты варианты выполнения систем. Технический результат заключается в повышении регенерации отходящего тепла. 3 н. и 33 з.п. ф-лы, 3 ил.