Двигатель с внешним подводом теплоты

 

Сущность изобретения: в двигателе с внешним подводом теплоты приводы поршня 2 и вытеснителя 3 включают два вала 4 и 5 с установленными на них шестернями 6 и 7, связанными с промежуточным зубчатым колесом 16. Привод вытеснителя 3 выполнен в виде жестко закрепленных на указанных валах кулачков 8 и 9, взаимодействующих с подпружиненными опорными пластинами 18 и 19. Последние посредством коромысла 20 связаны со штоком 21 вытеснителя 3, при этом опорные пластины 18 и 19 выполнены в виде желобов, в пазах которых размещены профильные поверхности кулачков 8 и 9, а коромысло 20 опорных пластин 18 и 19 соединено со штоком 21 вытеснителя 3 посредством упругого элемента. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, занимающемся двигателями с внешним подводом теплоты.

Известен двигатель с внешним подводом теплоты, содержащий два вала с синхронным вращением, связанных при помощи шестерен и снабженных кривошипами, каждый из которых связан через шатуны с пальцами траверс соосных поршней, рабочего и поршня-вытеснителя, смещенных по фазовому углу (Двигатели Стирлигна. Под. ред. М. Г. Круглова. М. Машиностроение, 1977, с. 55, рис. 1).

Известным двигателям присущи повышенные механические потери, связанные с тем, что при работе двигателя в определенный момент времени давление под поршнем становится выше давления над поршнем и крутящий момент меняет свой знак. Шестерня одного из коленчатых валов, не связанная с зубчатым колесом вала отбора мощности, поворачивается в сторону, противоположную его вращению, выбирая зазор между зубчатыми колесами на коленчатых валах. Шестерня, связанная с валом отбора мощности, остается в прежнем положении за счет инерции маховиков. При этом произойдет перекос траверс, вызывая повышенное трение в узлах ДВПТ, тем самым снижая механический КПД.

Кроме того, известные двигатели обладают сравнительно низким ресурсом работы в связи с неодинаковым износом шестерен на коленчатых валах, так как одно из них дополнительно входит в зацепление с зубчатым колесом вала отбора мощности, при этом сила, передаваемая в зацеплении, вдвое превышает силу между шестернями на коленчатых валах.

Известен также двигатель с внешним подводом теплоты, содержащий привод поршня и привод вытеснителя, включающие два вала с установленными на них шестернями, связанными с промежуточным зубчатым колесом, причем привод вытеснителя выполнен в виде жестко закрепленных на указанных валах кулачков, взаимодействующих с подпружиненными к ним опорными пластинами, которые посредством коромысла связаны со штоком вытеснителя. (Устройство по авт.св. СССР N 1016552, взятое в качестве прототипа).

Недостатком данного устройства является сложность конструкции кулачков механизма привода вытеснителя, недостаточная надежность опорных пластин и коромысла, наличие жесткого контакта между штоком вытеснителя и коромыслом не обеспечивает равномерного распределения нагрузка на кулачки, что вызывает повышенный износ трущихся пар, перекос штока, а также повышает уровень шума.

Целью изобретения является упрощение конструкции кулачков, увеличение долговечности, повышение надежности и улучшение эксплуатационных характеристик двигателя.

Указанная цель достигается тем, что в двигателе с внешним подводом теплоты, содержащим привод поршня и привод вытеснителя, включающие два вала с установленными на них шестернями, связанными с промежуточным зубчатым колесом, а привод вытеснителя выполнен в виде жестко закрепленных на указанных валах кулачков, взаимодействующих с подпружиненными к ним опорными пластинами, которые посредством коромысла связаны со штоком вытеснителя, опорные пластины выполнены в виде желобов, в пазах которых размещены профильные поверхности кулачков, а коромысло опорных пластин соединено со штоком вытеснителя посредством упругого элемента, который выполнен в виде размещенных между штоком вытеснителя и коромыслом двух ступенчатых втулок из эластичного материала с возможностью изменения жесткости путем сжатия их винтовой парой. Коромысло соединено с опорными пластинами при помощи сварки или, еще проще, может быть выполнено заодно с опорными пластинами в виде отштампованной Z-образной детали из листового материала.

Проведенный анализ уровня техники известных технических решений показал, что существенные отличительные признаки предлагаемого устройства в других технических решениях не обнаружены, что позволяет сделать вывод о соответствии предложенного технического решения критерию существенные отличия.

На фиг. 1 изображена кинематическая схема предлагаемого двигателя; на фиг.2 узел I на фиг.1; на фиг.3 сечение А-А на фиг.1.

Двигатель состоит из цилиндра I, в котором размещены поршень 2 и вытеснитель 3. Привод содержит валы 4 и 5, на которых жестко закреплены шестерни 6 и 7, а также кулачки 8 и 9. Валы 4 и 5снабжены кривошипами 10 и 11, каждый из которых связан через шатуны 12 и 13 с траверсой 14 и штоком 15 поршня 2. Шестерни 6 и 7 находятся в зацеплении с промежуточным зубчатым колесом 16, выполненным с двумя зубчатыми венцами, внутренним и внешним, причем внутренний венец связан с шестерней 6, а внешний с шестерней 7. Зубчатое колесо 16 установлено на валу отбора мощности 17. С кулачками 8 и 9 взаимодействуют опорные пластины 18 и 19, жестко соединенные с коромыслом 20, которое соединено со штоком 21 вытеснителя 3 посредством упругого элемента 22, выполненного в виде двух ступенчатых втулок из эластичного материала, которые через шайбы 23 закреплены гайками 24. Опорные пластины 18 и 19 выполнены в виде желобов, пазы которых подпружинены к профильным поверхностям кулачков 8 и 9 посредством пружины 25, установленной между упорным кронштейном 26 и коромыслом 20, также имеющим желобчатую форму. Валы 4,5 и 17 размещены в подшипниковых опорах 27.

Двигатель работает следующим образом.

При расширении нагретого газа поршень 2 и вытеснитель 3 движутся вниз, причем работу совершает только поршень 2, так как давление газа с обеих сторон вытеснителя приблизительно одинаково. Возвратно-поступательное движение поршня 2 преобразуется через траверсу 14, шатуны 12 и 13, кривошипы 10 и 11 во вращательное движение валов 4 и 5, которые через шестерни 6 и 7 и промежуточное зубчатое колесо 16 передает вращение валу отбора мощности 17. Во время такта сжатия газа поршень 2 будет перемещаться вверх, при этом соответствующие движения будут совершать соединенные с ним перечисленные выше звенья. Необходимый оптимальный закон изменения объема горячей полости цилиндра обеспечивается кулачковым механизмом, поскольку вытеснитель 3 через шток 21 связан с коромыслом 20 опорных пластин 18 и 19, контактирующих с профильными поверхностями кулачков 8 и 9, задающих необходимый закон движения вытеснителя 3.

Размещение профильных поверхностей кулачков 8 и 9 в пазах желобов опорных пластин 18 и 19 исключает возможность соскальзывания и нарушения ориентации опорных пластин на кулачках и по сравнению с прототипом значительно упрощает технологию изготовления кулачков, поскольку отпадает необходимость в ограничительных буртиках. Кроме того, желобчатая форма опорных пластин 18 и 19 и коромысла 20 повышает жесткость этого опорного блока, что немаловажно, поскольку точки приложения нагрузок находятся на значительных расстояниях и действуют в различных вертикальных плоскостях. Соединение коромысла 20 опорных пластин 18 и 19 со штоком 21 посредством упругого элемента 22 позволяет пластинам самоустанавливаться в любой плоскости на кулачках 8 и 9, обеспечивая постоянный контакт пазов желобов с профильными поверхностями кулачков, а также равномерный минимальный износ кулачков и пазов опорных пластин. Кроме того, отсутствие непосредственного жесткого контакта между штоком вытеснителя и коромыслом опорных пластин значительно снижает уровень шума, а также исключает перекос штока вытеснителя, упрощает регулировку, обслуживание и ремонт устройства. Указанные преимущества позволяют упростить конструкцию, увеличить долговечность, повысить надежность и улучшить эксплуатационные характеристики двигателя в целом.

Формула изобретения

1. Двигатель с внешним подводом теплоты, содержащий приводы поршня и вытеснителя, включающие два вала с установленными на них шестернями, связанными с промежуточным зубчатым колесом, причем привод вытеснителя выполнен в виде жестко закрепленных на указанных валах кулачков, взаимодействующих с подпружиненными к ним опорными пластинами, которые посредством коромысла связаны со штоком вытеснителя, отличающийся тем, что опорные пластины выполнены в виде желобов, в пазах которых размещены профильные поверхности кулачков, а коромысло опорных пластин соединено со штоком вытеснителя посредством упругого элемента.

2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что упругий элемент выполнен в виде размещенных между штоком вытеснителя и коромыслом двух ступенчатых втулок из эластичного материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано при проектировании двигателей с внешним подводом теплоты

Изобретение относится к двигателестроению и позволяет повысить долговеч15 ность привода при ограниченной мощности двигателя

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано при создании конструкции двигателей Стирлинга

Изобретение относится к области силовых установок и двигателей объемного вытеснения, в частности к двигателям, работающим при расширении и сжатии массы рабочего газа, который нагревается и охлаждается в одной или нескольких постоянно сообщающихся камер, например, двигателей, работающих по циклу Стирлинга

Изобретение относится к области силовых установок и двигателей объемного вытеснения, в частности к двигателям, работающим при расширении и сжатии массы рабочего газа, который нагревается и охлаждается в одной или нескольких постоянно сообщающихся камерах, например, двигателей, работающих по циклу Стирлинга

Изобретение относится к области энергетики

Изобретение относится к двигателестроению

Изобретение относится к двигателям с внешним подводом теплоты. Двигатель содержит рабочий поршень и поршни-вытеснители в разных цилиндрах. Выходной вал снабжен кривошипом, имеющим посредством шатуна шарнирную связь с рабочим поршнем. Шарнирно установленные в корпусе в одну ось, смещенную по отношению к оси выходного вала, вибрирующие втулка и вал, в нее помещенный, снабжены кривошипами, шарнирно связанными посредством шатунов с поршнями-вытеснителями. Внутрицилиндровые пространства над поршнями-вытеснителями являются горячими полостями. Внутрицилиндровые пространства под поршнями-вытеснителями являются холодными полостями. В холодные полости рабочее тело поступает из соответствующих горячих полостей, предварительно пройдя через нагреватели, регенераторы и охладители. Холодные полости связаны магистралями рабочего тела с соответствующими надпоршневой и подпоршневой полостями цилиндра, в котором находится рабочий поршень. В двигателе обеспечено наличие фазового сдвига между рабочим поршнем и поршнями-вытеснителями. Изобретение направлено на приближение рабочего процесса двигателя к идеальному циклу Стирлинга. 12 ил.

Изобретение относится к генератору переменного тока, приводимому в движение двигателем внешнего сгорания. Экспедиционный генератор содержит теплообменный корпус. Теплообменный корпус выполнен в виде полого герметичного цилиндра. Вдоль продольной оси герметичного цилиндра, с внутренней стороны, находятся генератор переменного тока, рабочий цилиндр с поршнем и вытеснитель. Вытеснитель выполнен в виде полого цилиндра. Одна торцевая стенка вытеснителя имеет цилиндрическое углубление, повторяющее по форме рабочий цилиндр. В самой глубокой части углубления стенка вытеснителя имеет отверстия для обмена рабочим телом между рабочим цилиндром и буферной емкостью. Буферная емкость располагается внутри вытеснителя. Обмотка статора генератора может быть расположена внутри стенок рабочего цилиндра или теплообменного цилиндра. Подвижные магнитные полюса генератора расположены на рабочем поршне. Вытеснитель может содержать в себе регенератор. Теплообменный корпус может содержать в себе регенератор. Техническим результатом является снижение габаритов и массы генератора при сохранении рабочего объема и давления рабочего тела. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Группа изобретений относится к устройству сжатия газообразной текучей среды, в частности к двигателям Стирлинга. Техническим результатом является увеличение срока службы устройства. Сущность изобретений заключается в том, что устройство содержит первую камеру (21), термически связанную с горячим источником (6), вторую камеру (22), термически связанную с холодным источником (5), подвижный поршень (7), перемещаемый штоком (8), регенеративный теплообменник (9), устанавливающий пневматическую связь между первой и второй камерами, при этом шток расположен в цилиндрической гильзе (17) и шток направляется в осевом поступательном движении линейной направляющей системой (3), чтобы направлять поршень без контакта относительно рубашки. При этом цилиндрическое уплотнительное кольцо (18), закрепленное в цилиндрической гильзе, окружает шток с очень незначительным радиальным зазором для ограничения прохождения газообразной текучей среды вдоль подвижного тока. Кроме того, раскрыты моноблочный холодный картер с механически обработанными отверстиями, тепловой экран в горячем картере и самоприводящаяся система с возвратным упругим средством. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 12 ил.

Группа изобретений относится к устройству сжатия газообразной текучей среды, в частности к двигателям Стирлинга. Техническим результатом является увеличение срока службы устройства. Сущность изобретений заключается в том, что устройство содержит первую камеру (21), термически связанную с горячим источником (6), вторую камеру (22), термически связанную с холодным источником (5), подвижный поршень (7), перемещаемый штоком (8), регенеративный теплообменник (9), устанавливающий пневматическую связь между первой и второй камерами, при этом шток расположен в цилиндрической гильзе (17) и шток направляется в осевом поступательном движении линейной направляющей системой (3), чтобы направлять поршень без контакта относительно рубашки. При этом цилиндрическое уплотнительное кольцо (18), закрепленное в цилиндрической гильзе, окружает шток с очень незначительным радиальным зазором для ограничения прохождения газообразной текучей среды вдоль подвижного тока. Кроме того, раскрыты моноблочный холодный картер с механически обработанными отверстиями, тепловой экран в горячем картере и самоприводящаяся система с возвратным упругим средством. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, занимающемся двигателями с внешним подводом теплоты

Наверх