Двигатель с внешним подводом тепла

 

Союз Советсних

Социалистических

Реслублин

О П И С А Н И Е (!!!6812О5

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ,ЦЕИЛЬСУВУ (61) Дополнительное к авт. свил-ву— (22):Заявлено 01.06.76 (21) 2368186/25-1)! с присоединением заявки X<2— (23) Приоритет— (51) М, Кл -

F02 С! 1/04

Государственный номнтет

СССР оо делам нзооретеннй н отнрытнй

Опубликовано 25.08.79. Бюллетень. и 31

Дата опуоликования описания 30.08.79

53) УДК 621.412 (088.8) (72) Автор и зоб ре.! с н и я

Л. В. Костюков (71) Заяви!ель

Московский автомеханический ин

ТЕП,1А

Изобретение относится к двигателестроенпю, а и !сHHo к конструкции двигателей с внешним llolâîëoì тепла.

Известны двигатели с внешним подводом тепла, содержа.цие рабочий цилиндр с нагревасх!ой и охлаждаемой полостями переменно! о объема, сообщенными между собой через нагреватель, регенератор и охладитель. торцовые головки цилиндра с гидравлическими полостями, связанными между собой перепускным трубопроводом, гидро цил и и ip, подключенный каналом к гидравлической полости одной из головок, рабочий мембранный поршень, связанный с устройством отбора мощности и размещенный в гидроцилиндре, и вытеснительные мембранные поршни, прикрепленные к цилиндру и отделяющие полости переменного объема от гидравлических полостей (1).

В известном устройстве рабочие процессы осуществляются по реальному циклу

Стирлинга, т. е. имеют потери из-за неизохорности рабочих процессов, что снижает эффективность и КПД двигателя.

Цель изобретения — повышение эффективности путем исключения потерь на неизохорность процессов.

Указанная цель достигается тем, что в канале, соединяющем гидроцилинlp с полостью головки, установлен управляемый двухпозиционный запорный орган, а рабочий и вытеснительные мембранные поршни выполнены с различными жесткостями при условии

С! OCR >C3. где C! — жесткость рабочего поршня;

C — жесткость вытеснительного поршня нагреваемой полости;

Сз — жесткость вытеснительного поршня охлаждаемой полости.

На чертеже изображен предлагаемый двигатель, продольный р=зрез.

Двигатель содержит рабочий цилиндр 1 с нагреваемой 2 и охлаждаемой 3 полостями переменного объема, сообгценными между собой через кожухотрубчатый нагреватель 4, набивной регенератор 5 и кожухотрубчатый охладитель 6. Полости переме! ного объема 2 и 3 ограничены вытесни:ель—

20 ными мембранными поршнями I! 8 нагреваемой 2 и охлаждаемой 3;;:остей соответственно, и заполне,. г;!зообразным рабочим телом. На цилиндре 1 хст;>,þâ!<— ны торцовые головки 9 и 10, имеющие гид681205

Вытеснительный поррайоне верхней мертнагреваемой полости 2 аппараты теплообмеохладитель 6) отклюны 23 и 24 закрыты шень 7 находится в вой точки, т. е. объем минимален, так как на (нагреватель 4 и чены.

56

И равлические полости 11 и 12, относящиеся к нагреваемой 2 и охлаждаемой 3 полостям соответственно. К гидравлической полости .12 подключен гидроцилиндр 13 посредством канала !4. Гидравлические полости 11 и 12 связаны перепускным трубопроводом 15, подключенным к гидроцилиндру 13.

Двигатель снабжен рабочим мембранным поршнем 16, кинематически через шток

17 связанным с устройством отбора мощности, например через якорь 18 и магнит 19 электрического генератора, и размещенным в гидроцилиндре 13.

Вытеснительные поршни 7 и 8 прикреплены к цилиндру 1 и отделяют полости 2 и 3 переменного объема от гидравлических полостей 11 и 12.

В канале 14, соединяющем гидроцилиндр 13 с гидравлической полостью 12 головки 10 установлен орган, например заслонка, обеспечивающий попеременное открытие и закрытие канала 14. Запорный орган может быть выполнен автоматическим. Для этого в канале 14 устанавливается клапанная плита 20, в которой выполняются впускное 21 и выпускное 22 отверстия, снабженные управляемыми впускным 23 и выпускным 24 клапанами. Каждый из клапанов 23 и 24 выполнен автоматическим и снабжен дополнительно стопорным устройством. Стопорное устройство состоит из толкателя 25, кинематически связанного через шток 26 с рабочим поршнем 16, двухпозиционного опорного элемента 27, определяющего начальное положение рычага 28, шарнирно связанного с толкателем 25, и коромысла 29, установленного на неподвижной относительно клапанной плиты 20 оси 30. Каждый из клапанов 23 и 24 связан со своим коромыслом 29 с помощью подвижной в осевом направлении вилки 31.

Рабочий 16 и вытеснительные 7 и 8 мембранные поршни выполнены с различными жесткостями, причем соблюдено условие

C1 Wf ОСЗ, где С вЂ” жесткость рабочего поршня 16;

С вЂ” жесткость вытеснительного поршня 7, нагреваемой полости 2;

C> — жесткость вытеснительного поршня 8, охлаждаемой полости 3.

Двигатель работает следующим образом. Устанавливаются в два различных положения рычаги 28 и тем самым задается закон стопорения клапанов 23 и 24. При этом в начальный момент времени рабочий поршень 16 приподнят якорем 18 из-за взаимодействия последнего с магнитом 19, и начальная величина внутреннего пространства гидроцилиндра 13 минимальна. Вытеснительный мембранный поршень 8 находится в нейтральном положении, так как клапа10

Включение нагревателя 4 и охладителя 6 приводит к изменению давления в полостях 2 и 3, которое будет выравниваться за счет перетекания газа через регенератор 5 и трубки нагревателя 4 и охладителя 6. При этом выпускной клапан 24 закрыт, а впускной клапан 23 освобожден от действия вилки 31. Повышение давления газа вызывает повышение давления жидкости и происходит изохорное перемещение газа из полости 3 в полость 2 за счет установления мембранного поршня 7 в нейтральное положение, а поршня 8 — в положение, соответствующее минимальному объему полости 3, так как поршень 7 имеет большую жесткость, чем поршень 8. Рабочий поршень 16 остается неподвижным. Как только гидравлическая полость 12 заполнится {в момент нахождения поршня 8 в верхней мертвой точке), клапан 23 закрывается. И дальнейшее повышение давления газа приводит к тому, что жидкость через трубопровод 15 начнет поступать в гидроцилиндр 18, перемещая рабочий поршень 16, который и совершит работу. Как только поршень 16 попадет в свое крайнее положение, соответствующее максимуму объема гидроцилиндра 13, толкатель 25 через шток 26 переместит рычаг 28 в положение, при котором коромысло 29 отсоединит вилку 31 от выпускного клапана 24. Под воздействием сил разности упругостей мембранных поршней 16, 7 и 8 начнется процесс опорожнения гидравлической полости 12 и заполнения гидравлической полости 1.

При этом поршень 16 остается неподвижным, а поршни 7 и 8 устанавливаются в нейтральное положение, что приводит к перемещению газа из нагреваемой полости 2 в охлаждаемую полость 3 и, следовательно, к падению давления газа.

При установлении поршней 7 и 8 в нейтральное положение давление газа в цилиндре 1 уменьшится до величины, определяющей возможность перемещения рабочего поршня 16 в положение, соответствующее минимуму объема гидроцилиндра 13, так как данная величина определена взаимодействиями магнита 19 и якоря 18. Рабочий поршень 16 начинает перемещать жидкость из гидроцилиндра 13 в гидравлическую полость 11, так как коромысло 29 через вилку 31 удерживает впускной клапан 23 в закрытом положении. Перемещение жидкости приводит к уменьшению объема нагреваемой полости 2, при этом объем охлаждаемой полости 3 остается постоян681205 ным, и к соответствующему перетеканию газа через регенератор 5 с уменьшением давления в цилиндре 1.

Процесс изменения давления заканчивается в момент прихода рабочего 16 и вытеснительного 7 поршней в положение, соответствующее минимальному объему гидроцилиндра 13 и нагреваемой полости 2, Все элементы двигателя возвращены в исходное положение. В дальнейшем цикл повторяется, причем процессы перемещения газа в полостях переменного объема 2 и 3 происходят приблизительно по изохоре, а процессы, связанные с перемещением жидкости, — по изотерме.

Изобретение позволяет повысить эффективность двигателя за счет исключения тепловых потерь на неизохорность процессов установок, работаюших по циклу Стирлинга.

Формула изобретения

Двигатель с внешним подводом тепла, содержащий рабочий цилиндр с нагреваемой и охлаждаемой полостями переменного объема, сообщенными между собой через нагреватель, регенератор и охладитель, торцовые головки цилиндра с гидравлическими полостями, связанными между собой перепускным трубопроводом, гидроцилиндр подключенный каналом к гидравлической полости одной из головок, рабочий мембранный поршень, связанный с устройст5 вом отбора мощности и размещенныи в гидроцилиндре, и вытеснительные мембранные поршни, прикрепленные к цилиндру и отделяющие полости переменного объема от гидравлических полостей, отличающийся

1о тем, что, с целью повышения эффективности путем исключения потерь на неизохорность процессов, в канале, соединяюшем гидроцилиндр с полостью головки, установлен управляемый двухпозиционный запорный орган, а рабочий и вытеснительные мембранные поршни выполнены с различными жесткостями при условии

С)С С, где С вЂ” жесткость рабочего поршня;

С вЂ” жесткость вытеснительного поршня нагреваемой полости;

С вЂ” жесткость вытеснительного поршня охлаждаемой полости.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Великобритании № 1413438, кл. F 1 Q, 1975

681205

Составитель В. Моренко

Редактор Т. Зубкова Техред О. Луговая Корректор О. Билак

Заказ 5057/32 Тираж 628 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4