Свободно-поршневой двигатель компрессор внешним подводом тепла

 

" СИЛА

>793416

ИЗОБРЕТЕН

К ПАТЕНТУ

Союз Советских

Соцнвлнстн- осннк

Республик

®Qy (61) Дополнительный к патенту (22) Заявлено 26.08.77 (21) 2516752/ (23) Приоритет — (32) 27.08.76

) M. Кл.

F 02 G 1/043

Гасударстевииый комитет (33) С (31) 718162 ао делам изобретений н открытий

Опубликовано З0.12.80- Бюллет Дата опубликовании описания

) УДК 62141 (088.8) .(72) Автор изобретения

Иностранец

Марк Шуман (США) (71) заявитель (54) СВОБОДНΠ— НОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ вЂ” КОМПРЕССОР С BHHliHHM

ПОДВОДОМ ТЕПЛА

Изобретение относится к области машиностроения, а имен|го к двигателестроению, и может быть использовано при создании свободно-поршневого двигателя, работающего по циклу Стирлипга л предназначенного, например, для привода жидкостного насоса с пульсирующим давлением нагнетания.

Известны свободно-поршневые двигатели с внешним подводом тепла, содержащие цилитщр с днищами, свободный поршень, разделяющий объем шглицпра на горячую и холодную полости, соединенные между собой байпасиым трубопроводом с включенным в него регенсратором, и нагревательную каме ру, подключенную трубопроводом к горячей полости цилиндра (1).

Рабочим телом зтгы двигателей является . газ, например гелий, который заполняет весь внутренний объем двигателя

Рабочее тело, нагреваясь ь нагревательной камере, расширяется, перетекает в горячую полость и начинает поднимать поршень вверх, давление в полосгях растет, Поднимаясь, пор2 шень открывает байпасное отверстие горячей полости, и рабочее тело перетекает из холодной полости через байпасный трубопровод и регенератор в горячую полость, по пути забирая тепло, накопленное в регенераторе. В объеме горячей полости по мере движения поршня температура и давление рабочего тела увеличиваются. Некоторое количество рабочего тела перед верхней мертвой трч!

О кой поступает и в камеру нагрева. Поднимаясь далее вверх, поршень перекрывает байпасное отверстие в холодной полости, начинается процесс холодной отбивки поршня, т.е. движение вниз. При этом рабочее тело пере. текает в холодную полость, отдавая свое тепло регенератору. Давление в Йолостях п степенно начинает уменьшаться. При перекрытии горячего отверстия байпаса поршень начинает двигатъся вниз и псреталкивает рабочее тело в нагревательную камеру, давление в

20 ней и в горячей полости растет, а в холодной полости падает. Начинается процесс горячей отбивки поршня, т.е. его движение вверх.

Процесс повторяется.

793416

Таким образом, за счет попеременного нагрева и охлаждения рабочего тела осуществляется периодическое движение поршня и,изб менение давления в полостях, которое и используется для привода какого-либо агрегата.

Недостатком известного двигателя, снижающим его КПД, является тот факт, что течение рабочего тела из байпасного отверстия горя-. чей полости в камеру нагрева и обратно lo осуществляется через весь объем горячей полости, в результате чего каждый цикл зна-. чительное количество рабочего тела из байпасного отверстия не входит в камеру нагрева.

Целью изобретения является повышение

KIUI, двигателя.

Указанная цель достигается тем, что днище со стороны горячей полости цилиндра снабжено внутренним выступом с впускным 2р трубопроводом, проходящим через выступ от нагревательной камеры в сторону конца байпаса -горячей полости, а поршень выполнен в форме, позволяющей охватывать выстун при блокировании им горячего котща бай- 25 паса во время процесса горячей отбивки, кроме того, выступ может быть выполнен в виде стержня с внутренним каналом, а поверхность поршня, обращенная к горячей полости, иметь чашеобразную форму, причем зр нагревательная камера снабжена выпускным трубопроводом, проходящим через выступ в горячую полость, а расстояние между отверстием горячего конца байпаса и отверстием впускного трубопровода, помещенным в горячую полость, меньше, чем 0,1 радиуса цилиндра, На фиг. 1 дана принципиальная схема свободно-поршневого двигателя с внешним подво- дом тепла; на фиг 2 — представлен вариант подключения нагревательной камеры к горя- 4О чей полости цилиндра двигателя.

Двигатель содержит цилиндр 1 с днищем 2 и днищем 3, снабженным выступом 4, образующим со стенкой цилиндра зазор 5, поршень 6 с тонкостенным сегментом 7, свободно 45 заходящим s зазор, холодную 8 и горячую 9 полости цилиндра, разделенные портшем и соединенные между собой через байпасный трубопровод 10 с холодным концом 11, заканчивающимся отверстием 12 в холодной полости, и горячим концом 13, заканчивающимся отверстием 14 в горячей полости, хо; лодильник 15 и регенератор 16, включенные в байпасный трубопровод, впускной тру. бопровод 17 с отверстием 18 в кольцевой зазор горячей полости и выпускной трубопровод 19 с дополнительным патрубком 20, размещенными в выступе дниаца и подключенными к нагревательной камере 21, котора» подогревается извне штоком нли тепловой трубой 22, имеет дисковые нагревательные ребра 23, образующие газовые камеры 24 для нагрева рабочего тела, и содержит гребень 25, расположенньп против одного из ребер и проходящий примерно по середине их комплекта, стартерное устройство 26 и патрубок 27 для подключения потребителя энер,гии.

Двигатель работает следующим .образоМ.

Камера подогрева 21 за счет введенного в нее тепла через трубу 22 передает тепло через ребра 23 рабочему телу, заполняющему внутренний объем цилиндра 1, давление начинает расти.

Для запуска двигателя поршню 6 через стартерное устройство 26 дают первоначальный импульс давления, в результате увеличения давления рабочего тела в горячей по-. лости 9 .поршень начинает двигаться вверх с энергией достаточной для вытеснения раб чего тела из холодной полости 8 через байлаоный трубопровод 10, холодильник 15 и регенератор 16 в горячий конец 13 байпасного трубопровода. Рабочее тело вытекает из отверстия 14 в виде струи, которая пересекает зазор 5 и вытекает в расположенное напротив отверстия 14, выходное отверстие

18 впускного трубопровода 17 и по нему в камеру 21 нагрева, а нагретый газсвободно течет в горячую полость 9 из камеры 21 подогрева через выпускной трубопровод 19, когда поршень все еще перемещается вверх.

В результате нагрева газа в регенераторе и камере нагрева давление возрастает, что заставляет холодный газ течь из холодной полости 8 к потребителю через патрубок 27.

После того, как поршень перекроет отверстие 12 холодного конца 11 байпасного трубопровода и отверстие патрубка 27, которые находятся на одном уровне. начинается сжатие газа, запертого между днищем 2 и поршнем 6, газ срабатывает как пружина, отбрасывая поршень 6 вниз и не давая ему удариться о днище 2. На этом заканчивается первый процесс цикла и наступает холодная отбойная часть цикла.

После того, как поршень отбивается книзу, его боковая поверхность разблокирует отверстие 12 и отверстие патрубка 27, заканчивается процесс холодной отбивки и aammется процесс второго перемещения в цикле.

Во время перемещения поршня вниз подогретый газ устремляется по байпасному трубопроводу 10 через регенератор 16 и холодильник 15 из горячей полости 9 в холодную по лость 8. В результате охлаждения газа в регенераторе и холодильнике давление во внут.реннем контуре падает, это падение давления

5 793416 заставляет холодный газ выходить обратно от нагрузки в холодную полость 8 через иатрубок нагрузки 27. Регеиератор 16, накапливающий и освобождающий тепло газа в каждом цикле, увеличивает амплитуду колебания давления, увеличивая тем самым КПД цикла.

При продолжении движения поршня вниз тонкостенный сегмент 7 поршня Ь, входя в зазор 5, охватывает выступ 4 днища 3 и блокирует отверстие 14 горячего конца 13 байпаса. Заканчивается второй процесс перемещения в цикле и начинается процесс горячей отбивки. Горячая отбивка получается эа счет запирания и сжатия поршнем 6 в кольцевом зазоре 5 и в камере подогрева 21. Камера подогрева 21 обеспечивает тепловую энергию газу so время горячей отбивки порш. ня, необходимую для поддержания возвратно.. поступательного движения поршня и привода нагрузки, а наличие выступа 4 в котором проходит впускной трубопровод 17 позволяет сниэнтЕ потери при перетекания газа иэ бай аса в камеру подогрева, так как перетекание газа в этом спучае происходит через узкий зазор н струя газа не успевает заметно размыть-: ся, mo позволяет увеличить КПД двигателя. формула изобретения

1. Свободно-поршневой двигатель-компрессор с внешним подводом тепла, содержащий цилиндр с днищем, свободный поршень, разделяющий объем цилиндра на горячую и холодную полости, соединенные между собой .

6 байпасным трубопроводом с включенным в него регенератором, и нагревательную камеру, подключенную трубопроводом к горячей полости цилиндра, о т л и ч а ю щ н и с я тем, что, с целью увеличения КПД, днище со стороны горячей полости цилиндра снаб жено внутренним выступом с впускным трубопроводом, проходящим через выступ от нагревательной камеры в сторону конца байнаса горячей полости, а поршень снабжен тонкостенным сегментом, охватывающим выступ при блокировании горячего конца бэйпаса во время процесса горячей отбивки.

2. Двигатель по п. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что выступ выполнен в виде стержня с внутренним каналом.

3. Двигатель по п, 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что поверхность поршня, обращенная к горячей полости, имеет чашеобразную форму.

Ф

4. Двигатель по п. 1, о т л н ч а ю щ и йс я тем, что нагревательная камера снабжена выпускным трубопроводом, проходящим через выступ в горячую полость.

5.Двигательлоп. 1. о тл ича ющийс я тем, что расстояние между отверстием горячего конца байпаса и отверстием впускного трубопровода, помещенным в горячую полость, меньше, чем 0,1 радиуса цилиндра.

Источники информации, принятые во внимание лри экспертизе !. Патент США Н 4012910, кл. ЬΠ— 515, 1977..

793416

18

ЯЗ,И 232т 2 2 г

Составитель И. Дикопов

Техред Т. Маточка, Корректор Н. Швыдкая

Редактор Н. Коляда

Заказ 9645/69

Тираж 608 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 3