Двигатель стирлинга

 

Изобретение может быть использовано при создании двигателей, работающих по циклу Стирлинга, и выполнено с целью увеличения мощности двигателя путем уменьшения работы сжатия и увеличения работы расширения газа в буферной полости. Двигатель содержит полый цилиндр 1, вытеснительный 3 и рабочий 5 поршни, размещенные внутри цилиндра и разделяющие его объем на полость расширения 9, полость сжатия 10 и буферную полость. Двигатель снабжен первым радиатором 17, рубашкой , первой 19 и второй 21 группами рекуперативных теплообменников, обратными впускными 22 и выпускными 20 клапанами и вторым радиатором 26. причем рубашка установлена в буферной полости с разделением ее объема на верхнюю 11 и нижнюю 12 части и выполнена в виде первого 7 и второго 8 концентрично расположенных отсеков, имеющих каналы, соединяющие верхнюю и нижнюю части, в каналах установлены обратные клапаны и рекуперативные теплообменники. При сжатии газа в буферной полости открываются обратные выпускные клапаны 20, газ перетекает через каналы и первую группу рекуперативных теплообменников 19, в которых происходит отвод теплоты от газа холодным теплоносителем, циркулирующим в первом отсеке рубашки 7,При расширении газа в буферной полости открываются обратные впускные клапаны 21, и газ перетекает через каналы и вторую группу рекуперативных теплообменников 21, в которых происходит подвод теплоты к газу от горячего теплоносителя , циркулирующего во втором отсеке 8 рубашки. Уменьшение работы сжатия газа в буферной полости за счет отвода теплоты от сжимаемого газа и увеличение работы расширения газа в буферной полости за счет подвода к нему теплоты приводит к увеличению мощности двигателя. 4 ил. (Л С XI О Ю О CJ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5 is F 02 G 1/043

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР г

ОПИСАНИЕ И ЗО Б Р Е ГЕНИЯ ;; :".": ли

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4758519/06 (22) 16.11.89 (46) 30.12,91. Бюл. М 48 (71) Физико-технический институт Научнопроизводственного объединение "ФизикаСолнце" АН УЗССР (72) X. Х. Махкамов и И, А. Турсунбаев (53) 621.41(088.8) (56) Уокер Г. Двигатели Стирлинга. M.: Машиностроение, 1985, с, 235. (54) ДВИГАТЕЛЬ СТИРЛИНГА (57) Изобретение может быть использовано при создании двигателей, работающих по циклу Стирлинга, и выполнено с целью увеличения мощности двигателя путем уменьшения работы сжатия и увеличения работы расширения газа в буферной полости. Двигатель содержит полый цилиндр 1, вытеснительный 3 и рабочий 5 поршни, размещенные внутри цилиндра и разделяющие его объем на полость расширения 9, полость сжатия 10 и буферную полость. Двигатель снабжен первым радиатором 17, рубашкой, первой 19 и второй 21 группами рекуперативных теплообменников, обратными впускными 22 и выпускными 20 клапанами и вторым радиатором 26, причем рубашка установлена в буферной полости с разделением ее объема на верхнюю 11 и нижнюю 12 части и выполнена в виде первого 7 и второго 8 концентрично расположенных отсеков, имеющих каналы, соединяющие верхнюю и нижнюю части, в каналах установлены обратные клапаны и рекуперативные теплообменники. При сжатии газа в буферной полости открываются обратные выпускные клапаны 20, газ перетекает через каналы и первую группу рекуперативных теплообменников 19, в которых происходит отвод теплоты от газа холодным теплоносителем, циркулирующим в первом отсеке рубашки 7.При расширении газа в буферной полости открываются обратные впускные клапаны 21, и газ перетекает через каналы и вторую группу рекуперативных теплообменников 21, в которых происходит подвод теплоты к газу от горячего теплоносителя, циркулирующего во втором отсеке 8 рубашки, Уменьшение работы сжатия газа в буферной полости за счет отвода теплоты от сжимаемого газа и увеличение работы расширения газа в буферной полости за счет подвода к нему теплоты приводит к увеличению мощности двигателя. 4 ил.

1701963

Изобретение QTHocHTGA к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано при создании двигателей, работающих по циклу Стирлинга.

Цель изобретения — увеличение мощности двигателя путем уменьшения работы сжатия и увеличения работы расширения газа в буферной полости.

На фиг. 1 представлена зависимость работы газа в буферной полости известного двигателя; на фиг, 2 — принципиальная схема предлагаемого двигателя Стирлинга; на фиг. 3 — разрез А — А на фиг. 2; на фиг. 4— зависимость работы газа в буферной полости предлагаемого двигателя, Двигатель Стирлинга содержит полый цилиндр 1 с верхней крышкой 2, вытеснительный поршень 3 со штоком 4, рабочий поршень 5 со штоком 6, первый концентрично расположенный отсек рубашки 7, где циркулирует холодный теплоноситель, и второй концентрично расположенный отсек рубашки 8, где циркулирует горячий теплоноситель, размещенные внутри цилиндра 1 таким образом, что разбивают его объем на четыое полости: полость расширения 9, полость сжатия 10, верхняя часть 11 и нижняя часть 12 буферной полости, причем первый и второй концентри IHO расположенные отсеки имеют каналы, соединяющие верхнюю и нижнюю части буферной полости, камеру сгорания 13, нагреватель 14, регенератор

15, холодильник 16, первый радиатор 17 с холодным теплоносителем, насос 18 для прокачивания холодного теплоносителя, первую группу рекуперативных теплообменников 19, которые расположены в каналах первого отсека рубашки 7 с обратными выпускными клапанами 20 на их входе и выходе, вторую группу рекуперативных теплообменников 21, которые расположены в каналах второго отсека рубашки 8, с обратными впускными клапанами 22 на их входе и выходе, штоковое уплотнение 23, картер

24, в котором располо>кен приводной механизм 25, второй радиатор 26 с горячим теплоносителем и насос 27 для прокачивания горячего теплоносителя, Двигатель Стирлинга работает следующим образом.

В результате теплофиэических процессов, а именно процесса подвода теплоты к газу в на ревателе 14, регенерации теплоты в регенераторе 15, отвода теплоты от газа а холодильнике 16 и процессов с>катия и расширения газа в полостях 10 и 9 рабочий поршень 5, соединен ый через шток 6 с приводным механизмом 2. >, расположенным в картере 24, совершае1 возвоатно-поступательное движение в цилиндре 1 с верхней крышкой 2. Энергия возвратно-поступательного движения рабочего поршня 5 передается через приводной механизм 25.

Вытеснительный поршень 3, соединенный через шток 4 с приводным механизмом 25, опережает рабочий поршень 5 по перемещению на некоторый фазовый угол, переталкивая газ из полости сжатия 10 в полость расширения 9 и наоборот через нагреватель

14, регенератор 15 и холодильник 16. B нагреватель 14 поступает теплота продуктов сгорания топлива, а в холодильнике 16 отбирается теплота холодным теплоносителем, поступающим из первого радиатора 17.

При передвижении рабочего поршня 5 вниз происходит сжатие газа в буферной полости. При этом открываются обратные выпускные клапаны 20, и газ перетекает из верхней части 11 в нижнюю часть 12 буферной полости через каналы и первую группу рекуперативных теплообменников 19, в которых происходит отвод теплоты от газа холодным теплоносителем, циркулирующим в первом отсеке рубашки 7, куда он поступает после холодильника 16. Так как процесс сжатия газа в буферной полости сопровождается отводом от газа теплоты, то происходит уменьшение работы сжатия, 30

При передвижении рабочего поршня 5 вверх происходит расширение газа в буферной полос и, При этом открываются обратные впускные клапаны 21 и гаэ перетекает из нижней части 12 в верхнюю часть 11 буферной полости через каналы и вторую группу рекуперативных теплообменников

21, в которых происходит подвод теплоты к газу от горячего теплоносителя, циркулирующего во втором отсеке рубашки 8, куда он поступает из второго радиатора 26. Так как процесс расширения газа в буферной полости, сопровождается подводом к газу теплоты, то происходит увеличение работы с асширения, Для подогрева горячего теплоносителя во втором радиаторе 26 дополнительно используется тепловая энергия продуктов сгорания топлива в камере сгорания 13, Насос 18 прокачивает холодный теплоноситель по замкнутому контуру: первый радиатор 17 — холодильник 16 — первый отсек рубашки 7 — первый радиатор 17. Насос 27 прокачивает горячий теплоноситель по замкнутому контуру: второй радиатор 26- второй отсек рубашки 8 — второй радиатор 26, Цля уменьшения тепловых потерь боковые и торцовые поверхности второго отсека рубашки 8, а также поверхности части трубопроводов с горячим теплоносителем, проходящих чеоеэ первый отсек рубашки 7, 1701963 покрываются теплоизоляционным материалом.

Уменьшение работы сжатия газа в буферной полости за счет отвода теплоты от сжимаемого газа и увеличение работы расширения газа в буферной полости за счет подвода к нему теплоты позволяет увеличить мощность двигателя.

Формула изобретения

Двигатель Стирлинга, содержащий полый цилиндр с верхней крышкой, вытеснительный и рабочий поршни, размещенные внутри цилиндра и разделяющие его объем на полость расширения, полость сжатия и буферную полость, картер, отделенный от буферной полости штоковым уплотнением, приводной механизм, установленный в картере и соединенный с поршнями через штоки, нагреватель, регенератор, холодильник, установленные последовательно в магистрали, соединяющей полость расширения и полость сжатия, камеру сгорания, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью увеличения мощности двигателя путем уменьшения работы сжатия и увеличения работы расширения газа в буферной полости, он снабжен первым радиатором, рубашкой, первой и второй группами рекуперативных теплообменников, обратными впускными и выпуск5 ными клапанами и вторым радиатором, причем рубашка установлена в буферной полости с разделением его обьема на верхнюю и нижнюю части и выполнена в виде первого и второго концентрично располо10 женных отсеков, имеющих каналы, соединяющие верхнюю и нижнюю части, в каналах установлены обратные клапаны и рекупера,тивные теплообменники, в каналах первого отсека рубашки последовательно располо15 жены обратные выпускные клапаны и первая группа рекуперативных теплообменников, причем первый отсек рубашки соединен с первым радиатором, связанным с холодильником, в каналах второго отсека

20 рубашки последовательно расположены обратные впускные клапаны и вторая группа рекуперативных теплообменников, причем второй отсек рубашки соединен с вторым радиатором, а последний установлен на вы25 пуске продуктов сгорания из камеры сгорания. I 701963

Составитель П.Шукалов

Техред M.Mñðãåíòàë Корректор M.Êó÷åpÿâàÿ

Редактор M.Tîâòèí

Заказ 4523 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, К-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101