Способ синхронизации движения поршней в противофазе двухцилиндровой свободнопоршневой тепловой машины внешнего сгорания

Авторы патента:

F02B71/00 - Свободнопоршневые двигатели; двигатели без вращающихся рабочих валов

Владельцы патента RU 2659581:

Рыбаков Анатолий Александрович (RU)

Изобретение относится к области энергомашиностроения. Способ синхронизации движения поршней в противофазе двухцилиндровой свободнопоршневой тепловой машины внешнего сгорания, включающей поршни с цилиндрами двухцилиндровой свободнопоршневой тепловой машины внешнего сгорания, впускной клапан цилиндра и систему управления, согласно изобретению, если при расхождении одного из поршней двухцилиндровой свободнопоршневой тепловой машины внешнего сгорания больше скорости оппозитно движущегося поршня, система управления закрывает впускной клапан того цилиндра, скорость которого больше скорости оппозитно движущегося поршня свободнопоршневой тепловой машины внешнего сгорания на время, необходимое для уравнивания скоростей обоих поршней тепловой машины внешнего сгорания, поступление воздуха в рабочую полость того поршня, скорость которого больше скорости оппозитно движущегося поршня свободнопоршневой тепловой машины внешнего сгорания прерывается, и скорости поршней свободнопоршневой тепловой машины внешнего сгорания уравниваются, затем система управления устанавливает впускной клапан того поршня, скорость которого больше скорости оппозитно движущегося поршня свободнопоршневой тепловой машины внешнего сгорания в предыдущее положение. Изобретение обеспечивает синхронное движение поршней и якорей в противофазе двухцилиндровой свободнопоршневой тепловой машины внешнего сгорания. 1 ил.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к области энергомашиностроения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Ближайшими прототипами заявленного изобретения являются патенты РФ 2441993 «Способ синхронизации движения поршней спаренного двухцилиндрового свободнопоршневого энергомодуля» и 2342546 «Электрогенератор на основе свободнопоршневого двигателя с вынесенной камерой сгорания».

При работе единичного энергомодуля (патент РФ 2342546 «Электрогенератор на основе свободнопоршневого двигателя с вынесенной камерой сгорания») в результате реакции колебательного движения поршней и якоря возникает вибрация корпуса - вибрация первого порядка. Кроме того, на характер движения поршней оказывает влияние неточность изготовления цилиндров и поршней, непредсказуемое перемещение двигателя в пространстве и т.д., что вызывает вибрации корпуса второго порядка. Для нейтрализации вибраций первого порядка единичные энергомодули взаимно ориентированы так, что оси симметрии их поршней и якорей располагаются на одной геометрической прямой, а их движение тем или иным способом организуется оппозитно. Для нейтрализации вибраций второго порядка необходима специальная организация синхронизации движения поршней и якорей.

ЦЕЛЬ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Цель заявленного изобретения состоит в том, чтобы обеспечить синхронное движение поршней и якорей в противофазе двухцилиндровой свободнопоршневой тепловой машины внешнего сгорания.

СУЩНОСТЬ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Сущность заявленного изобретения поясняется на примере принципа действия двухцилиндровой свободнопоршневой тепловой машины внешнего сгорания. Тепловая энергия от топки, лучистая энергия солнца и т.д. подводится к теплообменнику 1 и нагревает воздух во внутренней полости теплообменника 1. Система управления отслеживает величину температуры и давления воздуха в теплообменнике 1. В момент времени, когда температура и давление воздуха в теплообменнике 1 достигнет введенного в систему управления предела максимальной величины давления и температуры воздуха, система управления открывает впускные клапаны цилиндра 2, 3. Воздух из теплообменника 1 через впускные клапаны цилиндра 2, 3 поступает в рабочие полости поршней 4, 5. Под действием давления воздуха поршни 4, 5 начинают движение из крайних точек схождения в крайние точки расхождения. Из компрессорных полостей поршней 4, 5 через обратные клапаны пневмоаккумулятора 6, 7 воздух поступает в пневмоаккумулятор 8. Магнитный поток статорного магнита линейного электрогенератора 9 замыкается через якоря линейного электрогенератора 10 и 11. В результате движения якорей линейного электрогенератора 10, 11 площади примыкающих друг к другу их поверхностей уменьшаются, соответственно изменяется протекающий через якоря линейного электрогенератора 10 и 11 и статорный магнит линейного электрогенератора 9 магнитный поток, и в катушке линейного электрогенератора 12 генерируется импульс электроэнергии. В момент времени прибытия поршней 4, 5 в крайние точки расхождения система управления закрывает впускные клапаны цилиндра 2, 3 и открывает выпускные клапаны цилиндра 13, 14. Якоря линейного электрогенератора 10, 11 с разноименными полюсами притягиваются друг к другу, и поршни 4, 5, двигаясь встречно, занимают исходное для генерирования импульса электроэнергии положение. Отработавший воздух из компрессорных полостей поршней 4, 5 через открытые выпускные клапаны цилиндра 13, 14 вытесняется в атмосферу, а через впускные обратные клапаны 15, 16 воздух из атмосферы засасывается в компрессорные полости поршней 4, 5. Воздух из пневмоаккумулятора 8 через обратный клапан пневмоаккумулятора 17 поступает в теплообменник 1, в котором происходит очередной цикл нагрева воздуха с последующим генерированием очередного импульса электроэнергии в статорной катушке линейного электрогенератора 12.

Синхронизация движения поршней 4, 5 и якорей 10, 11 в противофазе двухцилиндровой свободнопоршневой тепловой машины внешнего сгорания осуществляется следующим образом. Если, например, при расхождении поршней 4, 5 скорость поршня 4 больше скорости оппозитно движущегося поршня 5, система управления закрывает впускной клапан цилиндра 2 на время, необходимое для уравнивания скоростей обоих поршней 4, 5. Поступление воздуха в рабочую полость поршня 4 прерывается, и скорости поршней 4, 5 уравниваются. Затем система управления устанавливает впускной клапан цилиндра 2 в предыдущее положение.

РАСКРЫТИЕ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ синхронизации движения поршней в противофазе двухцилиндровой свободнопоршневой тепловой машины внешнего сгорания, включающей поршни с цилиндрами двухцилиндровой свободнопоршневой тепловой машины внешнего сгорания, впускной клапан цилиндра и систему управления, отличающийся тем, что если при расхождении одного из поршней двухцилиндровой свободнопоршневой тепловой машины внешнего сгорания больше скорости оппозитно движущегося поршня, система управления закрывает впускной клапан того цилиндра, скорость которого больше скорости оппозитно движущегося поршня свободнопоршневой тепловой машины внешнего сгорания на время, необходимое для уравнивания скоростей обоих поршней тепловой машины внешнего сгорания, поступление воздуха в рабочую полость того поршня, скорость которого больше скорости оппозитно движущегося поршня свободнопоршневой тепловой машины внешнего сгорания прерывается, и скорости поршней свободнопоршневой тепловой машины внешнего сгорания уравниваются, затем система управления устанавливает впускной клапан того поршня, скорость которого больше скорости оппозитно движущегося поршня свободнопоршневой тепловой машины внешнего сгорания в предыдущее положение.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Затраты на НИОКР заявленного изобретения не могут существенно отличаться от таковых при проектировании классических тепловых машин.

ГРАФИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

Фигура. Принципиальная схема двухцилиндровой свободнопоршневой тепловой машины внешнего сгорания.

1 - теплообменник; 2, 3 - впускной клапан цилиндра; 4, 5 - поршень; 6, 7 - обратный клапан пневмоаккумулятора; 8 - пневмоаккумулятор; 9 - статорный магнит линейного электрогенератора; 10, 11 - якорь линейного электрогенератора; 12 - катушка линейного электрогенератора; 13, 14 - выпускной клапан цилиндра; 15, 16 - впускной обратный клапан: 17 - обратный клапан пневмоаккумулятора.

Предложен способ управления подачей топлива во внешнюю камеру сгорания 1 свободнопоршневого энергомодуля однотактным приводом топливной форсунки. Сжатый воздух для действия привода топливной форсунки отбирается из магистрали подачи сжатого воздуха в общую внешнюю камеру сгорания 1, по каналу 29 поступает в пневмоаккумулятор 31 и заряжает его.

Способ предотвращения ударов поршня о стенки цилиндра одноцилиндровой свободнопоршневой тепловой машины внешнего сгорания // 2653613

Изобретение относится к области энергомашиностроения. Способ предотвращения ударов поршня о стенки цилиндра одноцилиндровой свободнопоршневой тепловой машины внешнего сгорания, включающей поршень, систему управления, выпускной клапан и амортизатор, согласно изобретению при движении поршня из исходной точки движения в крайнюю точку движения система управления открывает выпускной клапан в момент времени, обеспечивающий остановку поршня в крайней точке движения, а при движении из крайней точки движения в исходную точку движения энергия движения поршня гасится установленным между поршнем и торцом цилиндра амортизатором.

Способ повышения степени диспергирования топлива однотактным приводом топливной форсунки свободнопоршневого энергомодуля с общей внешней камерой сгорания // 2650216

Изобретение относится к области машиностроения. Технический результат заключается в повышении степени диспергирования топлива, подаваемого во внешнюю камеру сгорания свободнопоршневого энергомодуля с общей камерой сгорания.

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.

Способ управления дозой топлива пневматическим приводом топливной форсунки свободнопоршневого энергомодуля с общей внешней камерой сгорания // 2642006

Предложен способ управления дозой топлива пневматическим приводом топливной форсунки свободнопоршневого энергомодуля с общей внешней камерой сгорания (ВКС). Сжатый воздух для привода топливной форсунки отбирается из магистрали подачи сжатого воздуха в ВКС 1, поступает в пневмоаккумулятор 31 и заряжает его.

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.

Способ повышения степени диспергирования топлива пневматическим приводом топливной форсунки свободнопоршневого энергомодуля с общей внешней камерой сгорания // 2637591

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи энергетических установок с общей внешней камерой сгорания (ВКС). Предложен способ повышения степени диспергирования топлива пневматическим приводом топливной форсунки свободнопоршневого энергомодуля с общей ВКС 1, согласно которому сжатый воздух отбирается из магистрали 23, 24 подачи сжатого воздуха в ВКС 1 и поступает в пневмоаккумулятор 31 по магитсрали 29.

Способ охлаждения поршневых групп свободнопоршневого энергомодуля с внешней камерой сгорания // 2615297

Изобретение относится к области энергомашиностроения. Способ охлаждения поршневых групп свободнопоршневого энергомодуля с внешней камерой сгорания, содержащей внешнюю камеру сгорания, компрессорные полости энергомодуля, систему управления, клапан охлаждения, радиатор и поршневые группы, согласно изобретению в момент времени, когда в камеру сгорания из компрессорных полостей поршней поступит достаточная для поддержания горения топлива масса сжимаемого воздуха, система управления открывает клапан охлаждения, в результате чего воздух протекает через радиатор, где охлаждается до рабочей температуры, а затем протекая через внутренне каналы поршневых групп, отнимает тепло от их стенок и выбрасывается в атмосферу.

Линейный двигатель внутреннего сгорания с высоким кпд // 2577425

Изобретение относится к свободнопоршневым двигателям внутреннего сгорания. Различные варианты осуществления настоящего изобретения направлены на получение линейного двигателя внутреннего сгорания, содержащего: цилиндр, имеющий стенку цилиндра и два конца, причем цилиндр содержит секцию сгорания, расположенную в центральной части цилиндра; два оппозитных поршневых узла, приспособленных для прямолинейного перемещения внутри цилиндра, причем каждый поршневой узел расположен по одну сторону секции сгорания напротив другого поршневого узла, каждый поршневой узел содержит пружинный шток и поршень, включающий сплошную переднюю часть, примыкающую к секции сгорания, и пневматическую часть; и две линейные электромагнитные машины, приспособленные для непосредственного преобразования кинетической энергии поршневого узла в электрическую энергию и приспособленные для непосредственного преобразования электрической энергии в кинетическую энергию поршневого узла для обеспечения работы сжатия во время такта сжатия.

Способ предотвращения газораспределительными клапанами ударов поршневых групп о торцы цилиндров компрессора и энергомодуля в компрессоре с приводом поршней компрессора свободнопоршневым энергомодулем // 2572148

Изобретение относится к энергомашиностроению. Способ предотвращения газораспределительными клапанами ударов поршневых групп о торцы цилиндров компрессора и энергомодуля в компрессоре с приводом поршней компрессора свободнопоршневым энергомодулем, включающего систему управления, два цилиндра с впускными и выпускными клапанами и внешнюю камеру сгорания, при этом поступление из внешней камеры сгорания через впускные клапаны в один из цилиндров, в каждом из которых оппозитно движутся поршневые группы в составе поршня компрессора и двух поршней энергомодуля с рабочими и компрессорными полостями, в рабочую полость одного поршня энергомодуля продуктов сгорания, приводит в движение поршневую группу с выбросом в атмосферу отработавших продуктов сгорания из рабочей полости другого поршня энергомодуля, при этом система управления на основании отслеживаемой мгновенной скорости поршневой группы в каждом цилиндре закрывает выпускные клапаны, причем после прибытия поршневой группы в крайнюю точку движения скорость поршневой группы окажется равна нулю, и при приближении поршневой группы к крайней точке движения система управления закрывает выпускной клапан, в результате чего выпуск отработавших продуктов сгорания из рабочей полости поршня прекращается и давление оставшихся в силовой полости поршня продуктов сгорания увеличивается, что приводит к торможению и остановке поршневой группы в конечной точке движения, что исключает удар поршневой группы о торец цилиндра, и в момент, близкий к остановке поршневой группы, система управления организует впускными и выпускными клапанами газообмен поступающих из внешней камеры сгорания продуктов сгорания, обеспечивающий движение поршневой группы в противоположную крайнюю точку движения.