Многоцилиндровый свободнопоршневой мотокомпрессор

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)

Владельцы патента RU 2633473:

Еременко Евгений Николаевич (RU)

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к мотокомпрессорам со свободно движущимися поршнями. Свободнопоршневой мотокомпрессор состоит из 2-12 блоков цилиндров, закрепленных на общей раме (1). Блоки содержат по одному цилиндру двухтактного двигателя внутреннего сгорания (2) и поршневого компрессора (3). Осевые линии блоков цилиндров параллельны между собой и перпендикулярны к плоскости общей рамы. Поршни всех блоков связаны между собой механизмом синхронизации (4). Механизм синхронизации содержит крейцкопфы (22), размещенные в направляющих общей рамы (25) соосно с цилиндрами двигателя и компрессора, с жестко присоединенными к ним штоками двигателя (23) и компрессора (24), а на боковой поверхности крейцкопфов со стороны рядом расположенных блоков цилиндров нарезаны зубчатые рейки (26), которые входят в зацепление с зубчатыми венцами коромысел (27), расположенных между крейцкопфами. Количество коромысел на одно меньше, чем количество блоков цилиндров. Изобретение обеспечивает повышение надежности устройства. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано при создании многоцилиндровых мотокомпрессоров со свободнодвижущимися поршнями.

Наиболее близкими по технической сущности является свободопоршневой мотокомпрессор Ерёменко (патент РФ №2367803, F02B 71/00, 2006-01), который состоит из 2-12 блоков цилиндров, закрепленных на общей раме. Блоки содержат по одному цилиндру двухтактного двигателя внутреннего сгорания и поршневого компрессора. Осевые линии блоков цилиндров параллельны между собой и перпендикулярны к полости общей рамы.

Поршни всех блоков связаны между собой механизмом синхронизации.

Механизм синхронизации содержит штоки, жестко соединяющие поршни двигателя и компрессор с шарнирно закрепленными на них траверсами. К траверсам шарнирно присоединены по две зубчатые рейки. Шестерни синхронизатора размещены между блоками цилиндров и закреплены на общей раме. Каждая шестерня входит в зацепление с двумя зубчатыми рейками двух соседних блоков, а количество шестерен равно количеству блоков цилиндров.

Недостатком этого мотокомпрессора является относительная сложность механизма синхронизации.

Задачей настоящего изобретения является упрощение механизма синхронизации и, как следствие, повышение его надежности.

Для решения этой задачи предложен многоцилиндровый свободнопоршневой мотокомпрессор, состоящий из 2-12 блоков цилиндров, закрепленных на общей раме и содержащих по одному цилиндру двухтактного поршневого двигателя внутреннего сгорания и поршневого компрессора. Осевые линии блоков цилиндров параллельны между собой и перпендикулярны к плоскости общей рамы. Поршни всех блоков взаимосвязаны между собой механизмом синхронизации.

Механизм синхронизации состоит из крейцкопфов, установленных в направляющих внутри общей рамы соосно с цилиндрами двигателя и компрессора, которые воспринимают осевые и радиальные нагрузки. Размеры крейцкопфов должны обеспечивать допустимые удельные давления для выбранных трущихся пар.

К крейцкопфам жестко присоединены штоки поршней двигателя и компрессора.

На боковых поверхностях крейцкопфов со стороны рядом расположенных цилиндров нарезаны зубчатые рейки, которые входят в зацепление с зубчатыми венцами на концах коромысел, расположенных между крейцкопфами.

Двигатели могут быть бензиновыми, или газовыми, или газовыми с впрыском жидкого запального топлива, или дизельными, а поршневые компрессоры (в дальнейшем - компрессоры) могут быть одноступенчатыми или многоступенчатыми с поршнями простого или двойного действия, а также с дифференциальными поршнями.

Охлаждение цилиндров двигателя и компрессора может быть жидкостным, или воздушным, или комбинированным.

На фиг. 1 представлено два блока цилиндров и механизм синхронизации. На фиг. 2 - вид в плане мотокомпрессора, содержащего 12 блоков цилиндров, расположенных в двух рядах. На фиг. 3 - вид в плане мотокомпрессора, содержащего 6 блоков цилиндров, расположенных в один ряд. На фиг. 4 - вид в плане мотокомпрессора, содержащего 6 блоков цилиндров, расположенных по кривой линии (например, окружности). На фиг. 5 представлен крейцкопф с присоединенными штоками поршней двигателя и компрессора и нарезанной на боковой поверхности зубчатой рейки. На фиг. 6 представлено коромысло с зубчатыми венцами на концах.

На фиг. 1 на общей раме 1 закреплены блоки цилиндров, состоящие из цилиндра двигателя 2 и цилиндра компрессора 3, а также механизма синхронизации 4.

В верхней части цилиндра двигателя расположена камера сгорания 5, запальная свеча 6 для воспламенения горючей смеси или форсунка 7 для впрыска топлива, а также клапан 8 для подачи сжатого воздуха при запуску двигателя. В цилиндрической части расположен поршень 9. В нижней части цилиндра двигателя имеется камера продувочного насоса 10, всасывающий клапан 11 и уплотнительное устройство 12.

Цилиндр двигателя также имеет впускные патрубки 13, выпускные патрубки 14 и продувочные окна 15 и 16, соединенные с нижней полостью цилиндра каналом 17.

Цилиндр компрессора имеет всасывающие клапаны 18, нагнетательные клапаны 19 и уплотнительное устройство 20. В цилиндрической части расположен поршень 21.

Механизм синхронизации состоит из крейцкопфов 22, жестко на них закрепленных штоков поршней цилиндров двигателя 23 и цилиндров компрессора 24. Крейцкопфы замещены в направляющих 25 в общей раме. На боковой поверхности крейцкопфов, со стороны рядом расположенных блоков цилиндров, нарезаны зубчатые рейки 26, которые входят в зацепление с зубчатыми венцами коромысла 27, расположенного между крейцкопфами и вращающегося на оси 28.

Многоцилиндровый свободнопоршневой мотокомпрессор работает следующим образом:

- запуск двигателя осуществляется подачей сжатого воздуха через клапан 8 в цилиндры двигателей, поршни которых находятся в верхней мертвой точке;

- при движении поршня двигателя 9 к верхней мертвой точке в камере продувочного насоса 10 образуется разрежение и через впускной клапан 11 или впускной патрубок 13 происходит всасывание горючей смеси или воздуха;

- при движении поршня двигателя к верхней мертвой точке в камере сгорания происходит сжатие и вблизи верхней мертвой точки подается напряжение на свечу зажигания 6 или впрыск топлива через форсунку 7, происходит вспышка и поршень двигателя совершает рабочий вход. В это время под поршнем двигателя в камере продувочного насоса 10 происходит сжатие свежей горючей смеси или воздуха при открытии выпускных окон 14, продувочных окон 15 и 16, а также канала 17 происходит выхлоп, продувка и зарядка цилиндра двигателя свежей горючей смесью или воздухом;

- если условно пронумеровать блоки цилиндров, то четные и нечетные поршни двигателя совершают рабочий ход поочередно.

При движении поршня компрессора 21 в цилиндре 3 происходит всасывание газа через всасывающие клапаны 18, сжатие и нагнетание через нагнетательные клапаны 19.

Предложенное техническое решение отличается простотой конструкции и высокой эффективностью, поскольку многоцилиндровый свободнопоршневой мотокомпрессор в зависимости от требуемой производительности и давления нагнетания может содержать необходимое количество блоков цилиндров.

Многоцилиндровый свободнопоршневой мотокомпрессор занимает минимально возможную площадь в плане, так как блоки цилиндров перпендикулярны к плоскости общей рамы, и может быть динамически полностью уравновешен и не требовать фундамента.

1. Многоцилиндровый свободнопоршневой компрессор, содержащий цилиндры двухтактного двигателя внутреннего сгорания и поршневого компрессора, устройство для подачи топлива в цилиндры двигателя, форсунку, свечу зажигания и свободно движущийся поршень, связанный с поршнем компрессора, а также впускные и выпускные патрубки и всасывающие клапаны, состоит из 2-12 блоков цилиндров, закрепленных на общей раме, содержащих по одному цилиндру двухтактного поршневого двигателя внутреннего сгорания 2 и поршневого компрессора 3, осевые линии этих блоков цилиндров параллельны между собой и перпендикулярны к плоскости общей рамы, а поршни всех блоков цилиндров взаимосвязаны между собой механизмом синхронизации 4, содержащим крейцкопфы, размещенные в направляющих общей рамы 25 соосно с цилиндрами двигателя и компрессора, с жестко присоединенным к ним штоками поршней 23 и 24, и нарезанных на боковых поверхностях со стороны рядом расположенных блоков цилиндров зубчатых реек 26, входящих в зацепление с зубчатыми венцами коромысел 27, расположенных между крейцкопфами и вращающихся на оси 28.

2. Многоцилиндровый свободнопоршневой мотокомпрессор по п. 1, отличающийся тем, что двухтактные поршневые двигатели внутреннего сгорания могут быть бензиновыми, газовыми, газовыми с впрыском жидкого запального топлива или дизельными.

3. Многоцилиндровый свободнопоршневой мотокомпрессор по п. 2, отличающийся тем, что охлаждение цилиндров двухтактного поршневого двигателя внутреннего сгорания и поршневого компрессора может быть жидкостным, воздушным или комбинированным.

Изобретение относится к области энергомашиностроения. Способ управления температурой поршневых групп и цилиндров свободнопоршневого с внешней камерой сгорания энергомодуля с приводом насоса системы охлаждения сжатым воздухом состоит в следующем: при действии энергомодуля в момент времени, когда в камеру сгорания энергомодуля поступит масса сжимаемого в компрессорных полостях поршней энергомодуля воздуха, система управления энергомодуля открывает клапан подачи воздуха на турбину из компрессорных полостей поршней энергомодуля, воздух поступает на турбину и приводит турбину во вращение.

Электрический генератор с подвижным цилиндром двигателя внутреннего сгорания // 2620135

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам двигатель-генератор. Электрический генератор содержит верхний 2 и нижний 3 неподвижные поршни.

Гидродвигатель внутреннего сгорания с электрическим генератором // 2619962

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания с гидравлическим приводом и может быть использовано для выработки электроэнергии и тепла. Гидродвигатель содержит два рабочих цилиндра 1, 2, состоящих из соосно расположенных внутреннего 3 и внешнего 4 цилиндров.

Способ управления температурой поршневых групп и цилиндров свободнопоршневого с внешней камерой сгорания энергомодуля с приводом насоса системы охлаждения выхлопными газами // 2619511

Изобретение относится к энергомашиностроению. Способ управления температурой поршневых групп и цилиндров свободнопоршневого с внешней камерой сгорания энергомодуля с приводом насоса системы охлаждения выхлопными газами, включающего клапан подачи воздуха на турбину, вентилятор, насос, радиатор, поршневые группы энергомодуля с каналами для прокачки охлаждающей жидкости, цилиндр энергомодуля с каналом для прокачки охлаждающей жидкости и датчик температуры охлаждающей жидкости, при этом коллектор выхлопных газов энергомодуля с приводом насоса системы охлаждения выхлопными газами соединен с выхлопными каналами газораспределительных клапанов энергомодуля для пуска системы охлаждения поршневых групп и цилиндров, система управления энергомодулем открывает клапан подачи выхлопных газов на турбину и приводит ее во вращение, турбина соединена валами с вентилятором и насосом, насос прокачивает охлаждающую жидкость по каналам поршневых групп энергомодуля для прокачки охлаждающей жидкости и по каналам цилиндров для прокачки охлаждающей жидкости энергомодуля, через радиатор и снова к насосу, охлаждающая жидкость переносит тепло от поршневых групп и цилиндров энергомодуля в радиатор, вентилятор обдувает радиатор, который отдает тепло окружающей среде, система управления датчиком температуры воздуха контролирует температуру охлаждающей жидкости, и если температура охлаждающей жидкости меньше оптимальной величины, система управления закрывает клапан подачи выхлопных газов на турбину.

Способ уменьшения сопротивления магнитного потока воздушного зазора между якорями линейного электрогенератора свободнопоршневого энергомодуля с внешней камерой сгорания // 2618689

Способ управления температурой поршней и штоков свободнопоршневого с внешней камерой сгорания энергомодуля шунтированием радиатора // 2617027

Изобретение относится к области энергомашиностроения. Способ управления температурой поршней и штоков свободнопоршневого с внешней камерой сгорания энергомодуля шунтированием радиатора осуществляется следующим образом.

Способ управления температурой поршневых групп свободнопоршневого с внешней камерой сгорания энергомодуля электропомпой // 2615296

Изобретение относится к энергомашиностроению. Способ управления температурой поршневых групп свободнопоршневого с внешней камерой сгорания энергомодуля электропомпой, содержащего систему управления энергомодуля, электропомпу, поршневые группы энергомодуля с каналами прокачки охлаждающей жидкости, радиатор и датчик температуры охлаждающей жидкости, при этом электропомпа прокачивает охлаждающую жидкость через каналы поршневых групп энергомодуля, охлаждающая жидкость отбирает тепло от поршневых групп энергомодуля и через радиатор возвращается к электропомпе, система управления энергомодулем по сигналу датчика температуры охлаждающей жидкости контролирует температуру охлаждающей жидкости, при понижении температуры охлаждающей жидкости ниже оптимальной величины датчик температуры охлаждающей жидкости подает сигнал системе управления на прекращение подачи напряжения на электропомпу, в результате чего температура охлаждающей жидкости и поршневых групп повышается, а при понижении температуры поршневых групп система управления подает напряжение на электропомпу.

Способ управления температурой поршневых групп свободнопоршневого с внешней камерой сгорания энергомодуля // 2612494

Изобретение относится к свободнопоршневым энергомодулям. Способ управления температурой поршневых групп свободнопоршневого с внешней камерой сгорания энергомодуля состоит в следующем.

Электрический генератор переменного тока с аксиально-поршневым двигателем // 2605444

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам двигатель-генератор, и может быть использовано при проектировании и производстве источников переменного электрического тока.

Способ охлаждения внешней камеры сгорания двухцилиндрового однотактного свободнопоршневого энергомодуля // 2602652

Изобретение относится к области энергомашиностроения. Способ охлаждения внешней камеры сгорания двухцилиндрового однотактного свободнопоршневого энергомодуля, включающего общую внешнюю камеру сгорания энергомодуля с рубашкой охлаждения, две расширительные машины с поршнями и штоками энергомодуля, систему охлаждения поршней и штоков энергомодуля, состоит в том, что рубашка охлаждения внешней камеры сгорания энергомодуля соединяется трубопроводами с системой охлаждения поршней и штоков расширительных машин энергомодуля, при этом охлаждающая жидкость, прокачиваемая системой охлаждения поршней и штоков расширительных машин энергомодуля и охлаждаемая в радиаторе, последовательно охлаждает сначала поршни и штоки расширительных машин энергомодуля, а затем общую внешнюю камеру сгорания энергомодуля, или рубашка охлаждения внешней камеры сгорания энергомодуля соединяется трубопроводами с системой охлаждения поршней и штоков расширительных машин энергомодуля так, что охлаждающая жидкость, прокачиваемая системой охлаждения поршней и штоков расширительных машин энергомодуля и охлаждаемая в радиаторе, сначала охлаждает общую внешнюю камеру сгорания энергомодуля, а затем поршни и штоки расширительных машин энергомодуля.

Способ пневматического привода двухклапанного газораспределителя свободнопоршневого энергомодуля с общей внешней камерой сгорания // 2641997

Изобретение относится к области энергомашиностроения. Способ пневматического привода двухклапанного газораспределителя свободнопоршневого энергомодуля с общей внешней камерой сгорания состоит в следующем. Сжатый воздух для привода пневматического двухклапанного газораспределителя энергомодуля отбирается из магистрали подачи сжатого воздуха во внешнюю камеру сгорания, поступает в пневмоаккумулятор и заряжает его. Для открытия газораспределительного клапана система управления устанавливает золотник управления положением газораспределительного клапана в положение, при котором воздух из пневмоаккумулятора поступает в ту полость поршня привода газораспределительного клапана, при поступлении сжатого воздуха в которую газораспределительный клапан открывается, и продукты сгорания из внешней камеры сгорания поступают в полость поршня расширительной машины энергомодуля. Для закрытия газораспределительного клапана система управления переводит золотник управления положением газораспределительного клапана в положение, при котором воздух из пневмоаккумулятора поступает в ту полость поршня привода газораспределительного клапана, при поступлении сжатого воздуха в которую газораспределительный клапан закрывается. После такта выпуска отработавших продуктов сгорания клапан впуска продуктов сгорания переводится в закрытое, а клапан выпуска отработавших продуктов сгорания в открытое положение. Для этого система управления переводит золотник управления потоком воздуха клапана впуска-выпуска в положение, при котором воздух из пневмоаккумулятора поступает в ту полость поршня привода клапана впуска-выпуска, при поступлении сжатого воздуха в которую клапан впуска продуктов сгорания закрывается, а клапан выпуска отработавших продуктов сгорания открывается. Отработавшие продукты сгорания из полости поршня расширительной машины энергомодуля выбрасываются в выхлопной коллектор. Для возвращения клапана впуска продуктов сгорания в открытое, а клапан выпуска отработавших продуктов сгорания в закрытое положение система управления переводит золотник управления потоком воздуха клапана впуска-выпуска в положение, при котором воздух из пневмоаккумулятора поступает в ту полость поршня привода клапана впуска-выпуска, при поступлении сжатого воздуха в которую клапан впуска продуктов сгорания открывается, а клапан выпуска отработавших продуктов сгорания закрывается. Изобретение обеспечивает повышение интенсивности процессов газообмена в цилиндрах свободнопоршневого энергомодуля с внешней камерой сгорания во всем диапазоне нагрузок на энергомодуль. 2 ил.

Автономная микро-тэц на газовом топливе с использованием свободнопоршневого двигателя стирлинга // 2645107

Изобретение относится к области теплоэлектроэнергетики и предназначено для обеспечения потребностей в тепле и электроэнергии в производственных и жилых помещениях при отсутствии электропитания от сети. Техническим результатом является повышение надежности и эффективности установки путем улучшения динамической устойчивости системы при переходных режимах, возникающих при скачках электрической или тепловой нагрузок, а также повышение КПД. Сущность изобретения заключается в том, что устройство включает модуль электрогенерирующего устройства (18), в состав которого входит двигатель Стирлинга (1), основная газовая горелка (2) для подвода тепловой энергии к головке двигателя (1), синхронный линейный генератор с постоянными магнитами (3), интегрированный в корпус двигателя (1), настроечная резонансная емкость (11) на выходе линейного генератора (3) и система охлаждения (10) двигателя (1); модуль преобразовательной силовой электроники (19), в состав которого входит инвертор (5), выпрямитель (7), накопитель электрической энергии (4) и общая шина переменного тока (6), к которой подключена настроечная емкость (11) модуля электрогенерирующего устройства (18); модуль теплогенерирующего устройства (20), в состав которого входит теплогенератор (12), дополнительная газовая горелка (13) и аварийный охладитель (14); модуль регулируемой балластной нагрузки (9), подключенный к общей шине переменного тока (6) модуля преобразовательной силовой электроники (19); систему автоматического управления (17), сигналы которой обеспечивают управление вышеуказанными модулями (18), (19), (20), (9), выполненную с возможностью контроля тока и напряжения линейного генератора (3), температуры тепловой головки двигателя Стирлинга (1) и управления включением линейного генератора (3) в функции температурного режима тепловой головки двигателя Стирлинга (1). 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Двухтактный двигатель внутреннего сгорания с электрическим генератором // 2645191

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания с электрическим генератором и может использоваться для выработки электроэнергии и перекачки жидкости. Двигатель содержит цилиндр 1 с поршнями 2 объемного насоса, соединенными между собой штоком 3. На концах цилиндра 1 расположены уплотнительные поршни 4 и камеры сгорания 5. Объемный насос разделен перегородкой 7 на камеры 8, 9 со всасывающими 10 и нагнетательными клапанами 11. Камеры 8, 9 заполнены рабочей жидкостью, в качестве которой используется ферромагнитная жидкость на водяной основе. Всасывающий 12 и нагнетательный 13 патрубки объемного насоса соединены энергосберегающей магистралью 14, вокруг которой установлена обмотка 15 линейного электрического генератора, концентрично которой размещен кольцевой постоянный магнит 16. При воспламенении смеси в камерах сгорания 5 происходит возвратно-поступательное движение поршней 2, перекачивающих жидкость по энергосберегающей магистрали 14. Кольцевой магнит 16 создает магнитное поле, перемещение столба ферромагнитной жидкости генерирует ЭДС в обмотке 15 линейного электрического генератора. Изобретение обеспечивает расширение функциональных возможностей двигателя, а также генерацию электрической энергии. 1 ил.

Двухтактный двигатель внутреннего сгорания с электрическим генератором // 2645191