NO821540L - Hydrodynamisk smoeresystem for stempelanordninger, spesielt stirling-maskiner. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår innretning av fremgangsmåte

for smøring av ekspanderbare kammeranordninger av den som har en sylinder med et stempel som går frem og tilbake og et fluidum som strømmer inn og ut av kammeret. Innretningen og metoden ved foreliggende oppfinnelse er spesielt nyttig for smøring av fortrengningsstempelet, arbeidsstempelet eller begge i en fristempel-Sterling-motor.

En hovedfordel ved fristemepel-Sterling-motoren er at arbeidsgassen kan bli helt forseglet i motoren for å forhindre for-urensninger eller tap ved lekkasje. Det er uønskelig å smøre stemplene til fristempel-Sterling-motoren med vanlig smøre-middel, slik som petroleumbasert olje og fett, på grunn av slike smøremidler fordamper i arbeidsgassen og reduserer dens virkningsgrad.

Ikke desto mindre er det fremdeles ønskelig å smøre slike motorer for å forlenge deres levetid og redusere dens sli-tasje og vedlikehold.

Det er derfor et formål med foreliggende oppfinnelse å bevirke hydrodynamisk smøring av stempler ved bruk av fluider som virker på eller blir påvirket av stemplene ved drift av anordningen og spesielt for å smøre stemplene til Sterling-motorer med motorens arbeidsgass.

Ved foreliggende oppfinnelse blir en torsjonsmomentkraft tilført stempelet for å bevirke den til å dreie ved en tilstrekkelig vinkelhastighet som vil medføre å trekke langs dens ytre overflate noe av fluidet som virker på eller blir påvirket av stempelet. Fluidumsjiktet separerer grenseflaten og den relative glideflaten til stempelet og dens tilknyttede sylinder.

Torsjonsmomentet blir nærmere bestemt tilført ved tilveie-bringelse av en turbinvirkning i løpet av inntaket eller utslippet av fluidumet. Torsjonsmomentet blir tilført stempelet ved at en strømmende fluidumstrøm støter på stempelet når fluidumet går inn eller ut av det ekspanderbare kammeret på en måte som skaper en turbinvirkning som tvinger stempelet til å rotere.

Innløpes- eller utløpsportene er fortrinnsvis dannet gjennom sylinderen om stempelet eller stemplene. Turbinflåtene,

slik som blader eller spalters åpninger er dannet i og med avstand rundt stemplene. Portene er anordnet slik at i løpet av normal drift av anordningen vil fluidum strømme gjennom porten og periodisk støte mot turbinens flater for å tilføre en omkrétskraftkomponent på stempelet. Ved valgte stillinger til portene ved mange anordninger, slik som fristempel-Sterling-motoren, kan normal drift av anordningen bli tilveiebrakt uforstyrret som følge av fordeler med hydraulisk smøring i samsvar med foreliggende oppfinnelse.

Foreliggende oppfinnelse skal nå beskrives nærmere med hen-visning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser et skjematisk tverrsnittsriss av en fristempel-Sterling-motor som inneholder oppfinnelsen. Fig. 2 viser et riss sett nedenfra av forskyvningsstempelet

vist på fig. 1.

Fig. 3 viser et riss av arbeidsstempelet. vist på fig. 1. Fig. 4 viser et tverrsnitt av en alternativ utførelsesform av portene i sylinderveggen vist, idet det er vist en skrå portretning. Fig. 5 viser en kurve over driften ved en foretrukket ut- førelsesform av oppfinnelsen. Fig. 6 viser et sideriss av et alternativt fortrengnings stempel. Fig. 7 viser skjematisk et snitt av en alternativ utførelses- form av oppfinnelsen. Fig. 8 viser en skjematisk fremstilling av et snitt av en

alternativ utførelsesform av oppfinnelsen.

Fig. 9 viser skjematisk en alternativ utførelsesform av oppfinnelsen, idet det er vist kun arbeidsstempelet og fortrengningsstempelet.

Fig. 10 viser et snitt langs linjen 10-10 på fig. 9.

Fig. 11 viser skjematisk i snitt en alternativ utførelsesform

av oppfinnelsen, med benyttelse av fluiddioder.

Fig. 12 viser skjematitsk en alternativ utførelsesform av oppfinnelsen, som benytter et separat gassfluidum-reservoar. Fig. 13 viser skjematisk et snitt av en annen utførelses- form av oppfinnelsen. Fig. 14 viser skjematisk et snitt av et segment av utførelses- formen på fig. 13. Fig. 15 viser et enderiss av et kvart segment av fortreng ningsstempelet på utførelsesformen vist på fig. 14. Fig. 16 viser skjematisk utførelsesformen på fig. 14 med fortrengningsstempelet i en annen stilling for å

vise driften av den utførelsesformen.

Fig. 17 viser skjematisk en ytterligere utførelsesform for benyttelse av et separat reservoar for midlertidig lagring av gass. Fig. 1 viser en fristempel-Sterling-motor som har et fortrengningsstempel (10) og et arbeidsstempel 12 som går frem og tilbake i en separat, samvirkende sylinder 14.

Ved den viste motoren blir varme tilført ved dens ende 16 og trukket ut fra dens mellomliggende område 18. Motoren har derfor sitt kompresjonsrom 20 tilliggende dets avkjølte område 18 og dets ekspansjonsrom 22 tilliggende dets oppvarmede ende 16, idet disse rommene er dannet ved motsatte ender av fortrengningsstempelet 10. Motoren er forsynt med ekspansjonsromporter 24 som står i fluidumkommunikasjon med ekspansjonsrommet 32 og kompresjonsromportene 26 som er i fluidumskommunikasjon med kompresjonsrommet 20. Disse portene 24 og 26 er i kommunikasjon med hverandre gjennom en vanlig regenerator 28.

Motoren drives på vanlig måte. En arbeidsgass er i ekspan-sjons- og kompresjonsrommehe og blir vekselvis presset inn i det oppvarmede ekspansjonsrommet 22 og det avkjølte kompresjonsrommet 20 ved hjelp av fortrengningsstempelet.

Den vekselvis oppvarmingen og avkjølingen av arbeidsgassen bevirker at gassen veksler mellom ekspandert og øker dens trykk og sammenpresset og minsker dens trykk. Denne vekselvis endringen i trykket bevirker at arbeidsstempelet går frem og tilbake og medfører riktig fasegang for det frem-

og tilbakegående fortrengningsstempelet. Siden grunnopera-sjonen av fristempel-Sterling-motoren er nærmere beskrevet i det tidligere kjente materialet skulle ikke noen ytterligere beskrivelse være nødvendig her.

Flere innoverrettede spalter 30 er anordnet rundt tetnings-skjørtdelen 32 til fortrengningsstempelet. Flere slike spalter 34 er likeledes anordnet rundt arbeidsstempelet 12. De indre veggene til disse spaltene danner turbinflater mot hvilke arbeidsgassen kan bli presset mot når den strømmer mot mellom kompresjons- og ekspansjonsrommene for å tilveiebringa en turbineffekt og resulterende torsjonsmoment på disse stemplene.

Ved utførelsesformen vist på'fig. 1 er kompresjonsromportene 26 anordnet for å registrere med fortrengningsstempelets 10 spalter 30 i løpet av enden av arbeidsslaget til forskyvningsstempelet 10, hvilken er nærmest eller i nærheten av kompresjonsrommet 20 og for å registrere med spaltene 34 til arbeidsstempelet ved enden av dets arbeidlag, hvilke er nærmest eller i nærheten av operasjonsrommet 20.

Kompresjonsromportene 26 er anordnet for å dirigere strømmen med arbeidsgass oppå turbinflåtene i spaltene i stemplene for å gi et gjennomsnittlig torsjonsmoment i en retning på stempelet. Som beskrevet nedenfor er den sykliske frem og tilbake bevegelsen til begge stemplene slik at deres spalter registrerer med portene 26 i løpet av en del av syklusen at gassen strømmer i en retning. Ved den viste utførelsesformen støter gassen mot spaltene 30 til fortrengningsstempelet 10 ved et tidspunkt i syklusen når gassen går inn i kompresjonsrommet 20 og støter mot spaltene 34 til arbeidsstempelet 12 ved et tidspunkt når arbeidsgassen går ut av kompresjonsrommet 20 og strømmer inn i ekspansjonsrommet 22. I løpet av registreringen til spalteveggene til et stempel med porter tilfører gasstrømmen et impulstorsjonsmoment til stempelet.

Alternativt kan fortrengningsturbinspalter være dannet ved motsatte enden av fortrengningsstempelet for å bli truffet av arbeidsfluidum som strømmer inn i ekspansjonsrommet 22. Som et ytterligere alternativ kan spaltene være anordnet i begge endene til fortrengningsstempelet 10 som vist på fig. 6 .

Den konstruksjonsmessige utførelsen og orienteringen av portene såvel som turbinflåtene kan bli modifisert på utallige måter som er velkjent innenfor turbinteknikken. Spaltene kan f.eks. ha kurveform og/eller innløpsportene kan være skråstilte i forhold til den sylindriske veggflaten for å

gi en tangensial komponent til fluidumstrømmen.

Forskjellige alternative turbinsystemer er ikke beskrevet nærmere på grunn av at de er velkjent fra tidligere teknikk.

Turbinflåtene kan dessuten være dannet på en separat konstruksjon som er festet til stempelet eller stempelstangen. Ved foreliggende oppfinnelse, på grunn av at slike systemer er funksjonsmessig ekvivalente til det å være en del av stempelet, blir de betraktet som en del av stempelet.

Som et ytterligere alternativ kan portene være anordnet

ved endeveggen eller veggene til kammeret til et frem- og tilbakegående stempel, ekspanderbar kammeranordning og forsynt med egnede samvirkningsturbinflater for stempelet slik at fluidumstrømmen vil tilføre egnet torsjonsmomentkraft til

stempelet i løpet av inntaket eller utføringen av fluidumet.

Som et enda ytterligere alternativ kan portene til sylinder-veggene være anordnet mellom stempelarbeidslagets ender.

Det er ikke nødvendig at de er anordnet slik at hele strøm-men er i en retning i løpet av intervallet som turbinflåtene er i registrering med fluidumsportene. Det er kun nødvendig at i løpet av registreringsintervallet er der en netto- eller gjennomsnittsstrøm i den ene eller andre retningen.

Som et ytterligere alternativ kan portene eller turbinflåtene ha noen ytterligere aksiale mellomrom i steden for å være anordnet sirkulært med intervallavstander. Portene kan f.eks. være anordnet skruelinjeformet om sylinderen for å tilveiebringe en bredere torsjonsmomentpuls med lengre varighet.

Ved utførelsesformen på fig. 1 er det ønskelig å bevirke

at fortrengningsstempelet 10 og arbeidsstempelet 12 roterer i motsatt retning for å sikre at deres grenseflatedeler, nemlig stempelstangen 4 0 og dens tilknyttede frem- og tilbakegående boring 4 2 vil bli rotert relativt i forhold til hverandre. Dette vil sikre at disse grenseflatene også blir smørt. De to kunne naturligvis bli gitt rotasjon i samme retning med forskjellige hastigheter, men med dårligere virk-ningsgass.

For å tilveiebringe dette er ved den på fig. 1 viste utførel-sesform dannet spalter 30 og spalter 34 i samme retning ved den operative stillingen, som vil tilveiebringe motsatte torsjonsmomentrotasjon på grunn av arbeidsgassen strømmer inn i kompresjonsrommet 20 når det støter mot turbinflåtene 30 til forskyvningsstempelet 10 og strømmer ut av kompresjonsrommet 20 når den støter mot turbinflaten 30 til arbeidsstempelet 12.

Fordelene ved systemet ifølge foreliggende oppfinnelse, hvor et fluidum, som virker på eller blir påvirket av et stempel er rettet for å bevirke en turbinvirkning som igjen gir en rotasjon for å smøre stempelet hydrodynamisk er ikke begren-set til koaksiale fristempel-Sterling-motorer.

Den kan f.eks. anvendes på fristempel-Sterling-motorer hvor fortrengningsstempelet og arbeidsstempelet går frem og tilbake i forskjellige sylindere. Det er dessuten mulig å an-vende den ved større områder med ekspanderbare kammeranordninger som har et stempel som både går frem og tilbake og fritt kan rotere om dens akse. Mange slike stempelanord-ninger har f .eks. et stempel som er forbundet med et mellomliggende stempel eller en forbindelsesstang med en veive-aksel. Den ytterligere anordningen av et egnet lager på stempelstangen i en slik anordning vil muliggjøre dens stempel og kunne rotere i tillegg til å gå frem og tilbake. Prinsippene ved foreliggende oppfinnelse kan således anvendes ved andre motorer, pumper med ekspanderbare kammer, frem-

og tilbakegående stempler.

Fig. 5 viser operasjoner av utførelsesformen av oppfinnelsen vist på fig. 1. Kurven A på fig. 5 er en kurve som frem-stiller stillingen til motstående flater til fortrengningsstempelet og arbeidsstempelet i sylinderen 14 som en funksjon av tiden. Horisontallinjen P viser stillingen i sylinderen i forhold til kompresjonsromportene 26. Ved en mer detaljert kurve ville den horisontale linjen P naturligvis virkelig bestå av et par parallelle horisontale linjer adskilt av en avstand som representerer bredden på portene. Ved kurven A utgjør den mer positive retningen på vertikalaksen posisjonene nær det varme eller utvidelsesrommet 22.

Alltid når forskyvningsstempelflaten er mer negativ enn horisontallinjen P eller alltid når arbeidsstempelflaten er mer positiv enn horisontallinjen P er spaltene i de respektive stemplene i samsvar med kompresjonsromportene 26.

Kurven P viser strømningshastigheten til arbeidsgassen i

forhold til tiden.

Ved punktet 4 0 på kurve A opptrår den første samsvarigheten mellom fortrengningsstempelspaltene og kompresjonsromportene 26. Denne samsvarigheten fortsetter inn'til punktet 42.

I løpet av tidsintervallet fra punktene 40 til 42 blir derfor en torsjonsmomentimpuls tilført fortrengningsstempelet av gassen som strømmer inn i kompresjonsrommet og som vist med skravert område 44.

I løpet av tidsintervallet fra punktet 46 til punktet 48 mottar arbeidsstempelet likeledes en torsjonsmomentimpuls fra arbeidsgasstrømmen vistlmed skravert område 50.

Fig. 7 viser skjematisk en alternativ utførelsesform av oppfinnelsen for bruk ved en fristempel-Sterling-motor, i hvilken strømmen med arbeidsfluidum, som støter mot turbin-flatene for å gi den torsjonsmomentet, blir tilveiebrakt fra en konstruksjon som er forskjellig fra den vanlige gasstrøm-ningsbanen mellom varmt rom og kaldt rom. Figuren viser kun konstruksjoner relevante til denne modifikasjonen og viser ikke konstruksjoner som er vist på fig. 1.

Utførelsesformen på fig.7 har et varmt rom 66, et kaldt rom 68, et arbeidsstempel 62 og et fortrengningsstempel 60 anordnet i sylinderen 64 på samme måte som anordningen på fig. 1.

Konstruksjonen vist på fig. 7 har imidlertid dessuten et lag-ringskammer 70 som er i kommunikasjon med en port 73 eller flere slike porter gjennom en kontrollventil 72. Lagringskammeret er også i kommunikasjon med portene 74 og 76. Flere i ring anordnede porter kan bli anordnet i stedet for portene 74 og 76.

Alltid når porten 73 blir frilagt av fortrengningsstempelet 60 og arbeidsgasstrykket i arbeidsrommet er større enn gass- trykket i lagringskammeret 70 vil arbeidsgass strømme inn i lagringskammeret. Gass strømmer således gjennom høytrykks-delen av operasjonssyklusen inn i lagringskammeret 70 gjennom kontrollventilen 72.

Portene 74 og 76 er anordnet slik at de vil være i samsvar med turbinflåtene i løpet av en relativt lavtrykksdel av operasjonssyklusen. Når slik samsvar forekommer kan gass således strømme fra lagringskammeret og støte mot turbin-flatene for å gi stemplene et torsjonsmoment på en måte lignende den beskrevet ovenfor. På denne måten akkumulerer lagringskammeret 70 arbeidsfluidum i løpet av høytrykksdelen av operasjonssyklusen og frigjør den for å strømme mot tur-binf laten i løpet av lavtrykksdelen av syklusen.

I tillegg til ovenfor beskrevne utførelsesformer av oppfinnelsen finnes der ytterligere innretninger for å gi et torsjons-mement til en eller begge stempelene for å frembringe dens rotasjon. Disse forskjellige systemene kan bli benyttet for å gi en rotasjon til et eller begge stemplene. En andre gruppe av systemer utgjør koblingen av et første stempel som er bragt til rotasjon av andre innretninger, et andre stempel og som benytter koblingssystem for å tilveiebringe rotasjon for det andre stempelet. Dét er således forskjellige innretninger for å bringe i det minste et stempel til å rotere som kan bli benyttet for å bringe begge stemplene til å rotere eller alternativt en innretning kan bli benyttet for å bringe et stempel til å rotere og rotasjonen til det første stempelet kan bli benyttet for å drive det andre stempelet slik at dette også roterer.

Fig. 8 viser en innretning for å frembringe rotasjon til et av stemplene. Fig. 8 viser et arbeidsstempel 110 og et for-skyvningsstempel 112 som går frem og tilbake i samvirknings-sylindrene 114 og 116 henholdsvis. En elektrisk vikling 118 er viklet om sylinderen 114 på utsiden av arbeidsstempelet 110. Viklingen er av samme type som benyttet i en elektrisk motor som tilveiebringer et roterende elektromagnetisk felt. Sylinderens 114 vegg er dannet av et ikke-ferromagnetisk materiale slik at det roterende elektromagnetiske feltet kan virke på arbeidsstempelet 110. Arbeidsstempelet 110 kan også være forsynt med motorviklinger slik som benyttet i en synkron-motor eller kan være elektrisk konstruert slik som rotoren til en induksjonsmotor slik at det roterende elektromagnetiske feltet vil frembringe en rotasjonsbevegelse i arbeidsstempelet 110 .

Andre motorsystemer kan bli benyttet for å drive et stempel ved dets rotasjon, selv om mekanisk leddforbindelse ville redusere virkningsgraden til Sterling-motoren.

Arbeidsstempelet 110 har en stempelstang 120 som strekker

seg inn i en sampassende boring 122 dannet i fortrengningsstempelet 112. En gassfjær er dannet i rommet ved enden av stempelstangen 120. Dette viser en av flere innretninger for drivmessig å forbinde et av stemplene med det andre stempelet på en måte for å tilføre et torsjonsmoment til det andre stempelet og for å rotere dette. Denne figuren viser en innretning for å forbinde et roterende arbeidsstempel 110 med fortrengningsstempelet 112 for å bevirke at også fortrengningsstempelet roterer.

Roteringen av stempelstangen 120 vil utøve en skjærekraft gjennom.den tynne fluidumsfilmen over grenseflaten fra den ytre flaten til stempelstangen 20 til den indre veggen til boringen 122.

En fluidumsfilm vil også være tilstede mellom tetningsområdet 124 til fortetningsstempelet 112 og sylinderveggen 116 i hvilket det går frem og tilbake. Tetningsområdefilmen vil dynamisk påføre en skjærekraft motsatt av drivtorsjonsmomentet og skape et trekk som retarderer fortrengningsstempelets 112 rotasjon.

Når rotasjonen til forskyvningsstempelet akselererer vil skjaerekraften ved tetningsområdet således bli større og skjærekraften tilført av stempelstangen vil bli mindre. Et like-vektpunkt vil bli nådd ved hvilket fortrengningsstempelet roterer ved en mellomvinkelhastighet større enn 0 og mindre enn vinkelhastigheten til det roterende arbeidsstempelet 110. Følgelig vil det bli hydrodynamisk smøring mellom de relativt seg bevegende flatene til sylinderen 116 og tetningsområdet 124 såvel som mellom de relativt seg bevegende flatene mellom stempelstangen 120 og boringen 122. Fig. 8 viser således en fluidumkoblingsinnretning ved hjelp av hvilken et roterende stempel blir benyttet for å frembringe rotasjon til det andre stempelet. Fig. 9 viser en ytterligere fluidumkoblingsinnretning for frembringelse av rotasjonen på det andre stempelet. Fig. 9 viser en fluidumpumpe på et stempel og en fluidummotor på det andre stempelet i kommunikasjon med fluidumpumpen slik at det seg bevegende fluidumet som blir pumpet av det første stempelet frembringer rotasjon i det andre stempelet.

Arbeidsstempelet 126 på fig. 9 kan bli brakt til å rotere

ved et hvert av systemene beskrevet her.

En radial utløpspumpe er anbrakt i enden av-arbeidsstempelet 126 ved hjelp av passasjen 128 slik at fluidum blir drevet ut-over som vist med pilene på fig. 9 ved hjelp av sentrifugal-kraften fra rotasjonen til arbeidsstempelet 126. En radial innløpsmotor, slik som et turbinsystem, er dannet ved hjelp av passasjen 130 ved den motsatte enden av fortrengningsstempelet 132. Fig. 10 viser et enderiss av passasjene dannet ved enden av fortrengningsstempelet 132.

Fluidumet slik som arbeidsgass blir tvunget til å sirkulere som vist og på grunn av passasjens skråstilling i stempelet 134 og fortrengningsstempelet 132 vil det tilføres en kraft- komponent som frembringer en rotasjon for fortrengningsstempelet 132 i samsvar med velkjent turbinteknologi. Selv om avstanden mellom fortrengningsstempelt og arbeidsstempelet varierer i løpet av hver syklus vil et netto torsjonsmoment bli tilført, men varierende i en intensitet gjennom syklusen. Motoren på fig. 9 er vist med et regenerativt fortrengningsstempel som har regeneratoren 132 dannet i det indre av fortrengningsstempelet som tidligere kjent.

Fig. 11 viser et fortrengningsstempel som har flere toveis strømningsfluidumdioder anordnet sirkulært med avstand om et skjørt som strekker seg fra fortrengningsstempelet. Fluidumdiodene tilveiebringer et annet system for driving

av et eller begge stemplene. Som tidligere kjent er en fluidumdiode en anordning som har større strømningsmotstand i en retning enn i den motsatte retningen. Ved vinkelmessig innjustering av fluidumdiodene i forhold til turbinflåtene vil strømmen i en retning tilføre et større torsjonsmoment enn strømmen i motsatt retning. Fluidumdiodene er anordnet slik at de strekker seg inn i fluidumstrømbanen i sylinderen slik at fluidumet vil bli bevirket til å strømme gjennom dem i motsatt retning i løpet av motsatte fortrengningsstempel-arbeidsslag. Det større torsjonsmomentet i løpet av det ene arbeidslaget enn i løpet'av det andre vil bevirke et netto resulterende torsjonsmoment som blir tilført fortrengningsstempelet og bevirker at det roterer.

En annen konstruksjon for å frembringe rotasjon i ett eller begge av rotasjonsstemplene er vist på fig. 12. Det er noe likt konstruksjonen vist på fig. 7.

Et arbeidsstempel 200 og et fortrengningsstempel 202 er på fig. 12 vist utformet med turbinflater 204 og 206 henholdsvis på samme måte som turbinflåtene beskrevet i forbindelse med fig. 1 til 7. Et separat reservoar 208 er forbundet med et innløp 210 for å tillate innføring av fluidum i reservoaret 208. Fluidumet kan bli tvunget inn i reservoaret 208 enten ved hjelp av en pumpe 212 som vist på fig. 12 eller ved flui-dumtrykkdriving av en kontrollventil eller lignende konstruksjon som vist på fig. 7. I det minste et fluidumutløp, slik som fluidumutløpet 214 forbinder reservoaret til sylinderveggen 216 med utløpet anordnet og dannet for å dirigere et strømmende fluidum for å støte mot turbinflåtene og gi et gjennomsnittstorsjonsmoment til arbeidsstempelet 200,

som bevirker at dette roterer som beskrevet ovenfor. Et andre utløp 218 kan også være anordnet for å påføre et torsjonsmoment til fortrengningsstempelet 202.

Fluidum kan således bli pumpet inn i reservoaret ved hjelp

av en pumpemekanisme som kan være mekanisk forbundet med utgangen til Sterling-motoren eller med en annen drivkilde og føres gjennom styreventiler eller gjennom utløp 214 og 218 av egnet størrelse for å støte på turbinflåtene og frembringe den ønskede rotasjonen.

Fig. 17 viser en annen utførelsesform av oppfinnelsen, i hvilke et separat reservoar 350 blir benyttet for midlertidig å lagre gasser og frigjøre dem for å støte mot turbinflaten 352 for å bevirke at stempelet roterer. Stempelet 354 er forsynt med en passasje 356 som kommuniserer mellom støt-rommet 358 og en port 360 utformet på stempelets 354 ytre periferi.

En samvirknirigsport 362 er anordnet i sylinderveggen 364 slik at når porten 360 og porten 362 er i samsvar kan gass passere mellom støtrommet 358 og reservoaret 350. Portene er anordnet slik at de er i samsvar når støtrommet 358 er ved et relativt høyt trykk. Portene blir således innrettet når stempelet 354 er ved enden av dens frem og tilbakegående bane. Siden støtrommet vil være under et relativt høyt trykk vil gass passere inn i reservoaret 350.

Når stempelet beveger seg bort fra støtrommet 358 blir porten 360 tettet og trykket i støtrommet 358 blir betydelig redusert.

Turbinflåtene 358 vil eventuelt være på linje med porten

368 og den høyere trykkgassen i reservoaret 350 vil bli drevet ut under kraften til dens høyere trykk mot turbinflåtene for å gi stempelet rotasjon.

For noen utførelsesformer av oppfinnelsen kan det være ønskelig å begrense eller regulere vinkelhastigheten til et stem-pels rotasjon. Dette kan bli gjort ved å anordne!en anordning på det roterende stempelet som utgjør en trekkanordning for utøvelse av et dynamisk mottorsjonsmoment på stempelet for å regulere dets vinkelhastighet. Fig. 13 til 16 viser en slik konstruksjon som utgjør en sentrifugalbremse.

Sentrifugalbremsen vist på fig. 13 er en vifteanordning 302 konstruert i form av en kamvalsevifte. Kamvalseviften 302 er vist nærmere på fig. 15. Den er utformet av flere i ring anordnede spalter 304 adskilt av en fast konstruksjon 360 som kan være vifteblader, selv om en alternativ fluidumimpeller kunne være dannet på stempelet. Spaltene 304 er buet slik at med stempelrotasjon i urretningen på fig. 15 blir fluidum presset innover gjennom spalten og avbøyd på

en måte for å retardere rotasjonen. Et mottorsjonsmoment blir således frembrakt som følge av endringen av fluidum-strømningsretningen gjennom spalten. Variasjonen i antall, størrelse, rom og geometriske anbringelse av spaltene varierer trekket eller mottorsjonsmomentet påført de roterende stemplene.

En slik trekkinnretning vil påføre en retardasjonskraft kun ved dynamiske rotasjonsforhold. Ved startforholdene når der ikke er noen rotasjon vil ikke noen retarderende kraft bli tilført. Retarderingskraften øker når vinkelhastigheten øker inntil rotasjonsfrembringelsestorsjonsmomentet kommer i likevekt med trekktorsjonsmomentet.

Fig. 13 til 16 viser dessuten en annen alternativ konstruksjon for å forbedre frembringelsen av rotasjonen til stempe let. Fig. 13 til 16 viser et fortrengningsstempel 300 som har dets turbinflater dannet som flere med vinkelavstand anordnede passasjer 308. Disse passasjene er vinkelmessig anordnet som beskrevet i forbindelse med fig. 1 til 7.

Arbeidsgassporten er imidlertid todelt ved at den innbefatter med avstand anordnede innbyrdes forbundne porter 310 og 312.

Portene 310 gjennom sylinderveggen er imidlertid periodisk blokkert av en del 314 av fortrengningsstempelet 300.

Porten 312 er anordnet slik at i løpet av arbeidsslagets intervall, ved hvilke porten 310 er blokkert, blir turbin-flatene anordnet i samsvar med porten 312 slik at den strømmende gassen strømmer direkte i sin helhet gjennom tur-binpassasjene 308 og mot turbinflåtene.

Dette er sørget for ved slutten av fortrengningsstempelets arbeidsslag. På grunn av at fortrengningsstempelet går foran arbeidsstempelet med tilnærmet 90° er fortrengningsstempelet ved slutten av dets arbeidsslag når arbeidsslaget er i en mellomstilling ved dets arbeidsslag og ved dets maksimale lineærhastighet. I løpet av arbeidsstempelets maksimale hastighet er gasstrømningshastigen fra et rom i Sterling-motoren til et annet ved dets maksimale strøm-ningshastighet. Fortrengningsstempelet vil følgelig motta en skarp torsjonsmomentimpuls ved slutten av dets arbeidsslag, fortrinnsvis ved tilnærmet 45°.

Claims (33)

1. Ekspanderbar .kammeranordning av den typen som har i det minste en sylinder med et stempel anordnet deri for å bevirke dets frem- og tilbakegående bevegelse og rotasjon om dens akse, et fluidum som av og til strømmer inn i en del av sylinderen og av og til strø mmer ut av sylinderen og fluidumporter for innføring og utfø ring av fluidumet, karakterisert ved a) flere turbinflater dannet på og rundt stempelet, og b) at i det minste en av fluidumportene munner inn i sylinderen og anordnet og dannet for å dirigere en fluidumstrøm mot flatene for å tilføre et gjennomsnittstorsjonsmoment på stempelet for å bevirke at stempelet roterer om dets akse og trekke noe av fluidumet om dets ytre overflate for hydrodynamisk smø-ring .

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at porten er dannet i sylinderens sylindriske vegg.

3. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at porten er dannet nær enden av stempelets arbeidsslag og turbinflåtene er dannet omkring tilsvarende ende av stempelet.

4. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at flere porter er dannet i sylinderens vegg og anordnet om dens akse.

5. Anordning ifølge krav 4, karakterisert ved at portene er dannet nær stempelets arbeidsslagende og turbinflåtene er dannet omkring korresponderende ende av stempelet.

6. Anordning ifølge krav 5, karakterisert ved at portene er utformet på skrå i forhold til sylin derens overflate for å tilveiebringe en tangensial fluidum-strømkomponent.

7. Smøreanordning for å medvirke til smø ring av en fristempel-Sterling-motor av den typen som har et fortrengningsstempel og et arbeidsstempel som går frem og tilbake i samvirkende sylindere, karakterisert ved a) flere turbinflater dannet på og anordnet rundt i det minste et første av stemplene, og b) i det minste en av arbeidsgassportene i veggen til i det minste en av sylindrene er anordnet og dannet for å dirigere strømmende strøm med arbeidsgass mot flatene for å tilføre et gjennomsnittlig torsjonsmoment på stempelet, hvor en turbinvirkning oppstår som gir et gjennomsnittlig rotasjonstorsjonsmoment på det første stempelet for å bevirke at det første stempelet roterer og trekker gass om dets om-krets for hydrodynamisk gassmøring.

8. Smøreanordning ifølge kir.av 7, karakterisert ved at porten er anordnet i lengderetningen langs veggen for å tilveiebringe turbinvirkning ved stillingen som tur-binplaten opptar i løpet av en ensrettet strøm med arbeidsgass gjennom porten.

9. Smøreanordning ifølge krav 7, karakterisert ved at turbinflåtene er dannet rundt begge stemplene, idet turbinflaten til hver av stemplene likeledes samvirker med en arbeidsgassport ved dens tilknyttede sylindervegg for rotering av begge stemplene.

10. Smøreanordning ifølge krav 9, karakterisert ved at motoren er av den typen som har en sylinder i hvilken både fortrengningsstempelet og arbeidsstempelet går frem og tilbake, ved at turbinflåtene er dannet om de nærmeste endene til stemplene og er likt orientert og at portene er arbéidsgassporten tilliggende stemplene nær den nærmeste enden av stemplenes arbeidsslag for å tilføre motsatte torsjons-momenter til stemplene.

11. Smøreanordning ifølge krav 8, karakterisert ved at turbinflåtene er dannet ved begge endene til fortrengningsstempelet og at begge kompresjonsromportene og ekspansjonsromportene retter strømmende arbeidsgass på turbinflåtene ved de respektive endene til fortrengningsstempelet for å tilføre torsjonskrefter på forskyvningsstempelet i samme retning.

12. Smøreanordning ifølge krav 7, karakterisert ved at turbinflåtene innbefatter spaltevegger dannet i veggene til stempelet på skrå i forhold til den tilliggende periferiske stempelflaten.

13. Fremgangsmåte for å smøre et stempel som er anordnet i en sylinder for frem og tilbakegående bevegelse og rotasjon og som er tilliggende et fluidum, karakterisert ved påføring av en torsjonskraft på stempelet og at dette bringes til å rotere tilstrekkelig til å trekke med og dra langs den ytre overflaten noe av fluidumet for å separere dens ytre flate fra sylinderens vegg.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 13, karakterisert ved at torsjonsmomentet blir tilført ved at en strømmende fluidumstrø m støter mot stempelet og tilveiebringer en turbineffekt.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 14, karakterisert ved at strømmen er et fluiduminnløp som strømmer inn i en del av sylinderen.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 14, karakterisert ved at strømmen er et utløpsfluidum som strø mmer ut av en del av sylinderen.

17. Sterling-motor av den typen som har et fortrengningsstempel og et arbeidsstempel som går frem og tilbake i samvirkende sylindere tilliggende et fluidum for hydrody- . namisk smøring av stemplene er karakterisert ved a) anordning for rotering av et første av stemplene om dets akse, og b) anordning for drivmessig å forbinde det første stempelet med det andre stempelet for å tilføre et torsjonsmoment til det andre stempelet og rotere dette.

18. Innretning ifølge krav 17, karakterisert ved at den drivmessige sammenkoblingen innbefatter en fluidumkoblingsinnretning.

19. Innretning ifølge krav 18, karakterisert ved at fluidumkoblingsinnretningen innbefatter en aksialt justert akse som strekker seg fra et av stemplene gjennom en boring dannet i det andre av stemplene med en tilstrekkelig liten klaring for å utøve en skjærekraft over grenseflaten mellom akselen og boringen for å tilføre et torsjonsmoment på det andre stempelet.

20. Innretning ifølge krav 18, karakterisert ved at sammenkoblingsinnretningen innbefatter en flui-dums pumpe forbundet med det første stempelet og en fluidummotor i fluidumkommunikasjon dermed forbundet med det andre stempelet.

21. Innretning ifølge krav 20, karakterisert ved at fluidumpumpen innbefatter en radial utlø pspumpe og at motoren innbefatter en radial innlø psturbin.

22. Innretning ifølge krav 21, karakterisert ved at Sterling-motoren har et regenerativt fortrengningsstempel i fluidumkommunikasjon med radial innlø psturbinen.

23. Sterling-motor av den typen som har et fortrengningsstempel og et arbeidsstempel som går frem og tilbake i sam-virkningssylindere tilliggende et fluidum, karakterisert ved en innretning for tilfø relse av en torsjonskraft på i det minste et av stemplene og for å bringe det til å rotere tilstrekkelig til å trekke med og dra langs den ytre flaten noe av fluidumet for å adskille dets ytre overflate fra sylinderveggen, idet torsjonskrafpåføringsinn-retningen innbefatter en rotasjonsmotor drivmessig forbundet med i det minste ett av stemplene.

24. Innretning ifølge krav 23, karakterisert ved at motoren er en motor av typen med roterende elektromagnetisk felt.

25. Sterling-motor av den typen som har et fortrengningsstempel og et arbeidsstempel som går frem og tilbake i sam-virkningssylindere tilliggende et fluidum, karakterisert ved innretning for påføring av en torsjonskraft til i det minste et av stemplene og for å bringe det til å rotere tilstrekkelig for å trekke med og dra langs den ytre overflate noe av fluidumet for å adskille dens ytre overflate fra sylinderens vegg, idet torsjonskraftpåfø ringsinn-retningen innbefatter i det minste en fluidumdiode anordnet ved i det minste et av stemplene og som strekker seg inn i en fluidumstrø mbane i sylinderen.

26. Sterling-motor ifølge krav 25, karakterisert ved at flere fluidumdioder er anordnet i ring med avstand fra hverandre rundt ene stempelenden.

27. Sterling-motor av den typen som har et fortrengningsstempel og arbeidsstempel som går frem og tilbake i samvirke med sylindere tilliggende et fluidum, hydrodynamisk smøre-anordning, karakterisert ved a) flere turbinflater dannet på og rundt i det minste ett av stemplene, og b) et reservoar som har et innløp for mottagelse av en del av fluidumet og som har i det minste et utløp anordnet og dannet for å rette en strømmende strøm av fluidumet mot turbinflåtene for å gi et gjennomsnittlig torsjonsmoment til det første stempelet for å bevirke at stempelet roterer om dets akse og trekker med noe av fluidumet om dens ytre overflate.

28. Innretning ifølge krav 27, karakterisert ved at innløpet har en kontrollventil som tillater fluidum ved et trykk over et valgt nivå.

29. Innretning ifølge krav 27, karakterisert ved at innløpet har en fluidumpumpe for å pumpe fluidum inn i reservoaret.

30. Innretning for hydrodynamisk smø ring av et stempel som går frem og tilbake i en sylinder, karakterisert ved at innretningen innbefatter: a) innretning for påføring av torsjonsmomentet på stempelet og bringe det til å rotere, og b) trekkinnretning for å utøve et dynamisk mottorsjonsmoment på stempelet for å regulere vinkelhastigheten til dét roterende stémpelet.

31. Innretning ifølge krav 30, karakterisert ved at trekkinnretningen innbefatter en sentrifugalbremse.

32. Innretning ifølge krav 30, karakterisert ved at trekkinnretningen er en fluidumimpeller dannet ved enden av stempelet.

33. Ekspanderbart kammeranordning av den typen som har i det minste en sylinder med et stempel anordnet der for å bevirke dens frem-og tilbakegående bevegelse og rotering om dens akse, et fluidum som av og til strømmer inn i en del av sylinderen og av og til strø mmer ut av sylinderen og flui dumporter for innføring og utføring av fluidum, flere turbinflater dannet på og anordnet rundt stempelet, og i det minste en av fluidumportene munner inn i sylinderen og anordnet for å danne og dirigere en strømmende fluidumstrøm til å støte mot flatene for å gi et gjennomsnittlig torsjonsmoment til stempelet for å bevirke at stempelet roterer om dets akse og trekker med noe av fluidumet om dets ytre overflate for hydrodynamisk smøring, karakterisert ved en port som har en todelt port innbefattende med avstand anordnede med hverandre i kommunikasjonsstående åpninger, idet en første av åpningene dannet i sylinderveggen i en stilling blir periodisk blokkert av en stempel-del i løpet av et intervall av dets arbeidsslag, idet den andre av de med avstand anordnede åpninger er porten som dirigerer strø mmende fluidumstrø m mot turbinflåtene og anordnet for å dirigere strømmen når den første åpningen er blokkert.