PL190992B1 - Zespół trzonu tłoka silnika cieplnego wodzikowego, zwłaszcza silnika Stirlinga - Google Patents

Abstract

1. Zespół trzonu tłoka silnika cieplnego wodzikowego, zwłaszcza silnika Stirlinga, w którym trzon tłoka osadzony jest w dławnicy i połączony jest z wodzikiem, usytuowanym w cylindrycznej prowadnicy, zaś dławnica wyposażona jest w kanały cieczy chłodzącej oraz pierścienie zgarniające i uszczelniające, znamienny tym, że wodzik (5) ma płaszcz cylindryczny, zaś trzon tłoka (1) jest wydrążony wewnątrz, a w jego wydrążonej komorze (7) umieszczona jest przelotowa rurka (8), usytuowana wzdłuż osi trzonu, która połączona jest z kanałem doprowadzającym (9) ciecz chłodzącą, usytuowanym w denku wodzika (5), który to kanał połączony jest z pierwszym zbiornikiem (10) usytuowanym na płaszczu wodzika (5), zaś komora (7) trzonu połączona jest z kanałem odprowadzającym (11) ciecz chłodzącą, usytuowanym w denku wodzika (5) i połączonym z drugim zbiornikiem (12) usytuowanym na płaszczu wodzika, przy czym zbiornik (10), posiada cykliczne połączenie z kanałem wlotowym (13) cieczy chłodzącej, usytuowanym w ściance cylindrycznej prowadnicy (6) zaś zbiornik (12) połączony jest z kanałem wylotowym (14), cieczy chłodzącej, usytuowanym w ściance cylindrycznej prowadnicy (6).

Description

Przedmiotem wynalazku jest zespół trzonu tłoka silnika cieplnego wodzikowego, zwłaszcza silnika Stirlinga.

W czasie pracy silnika, efektem współpracy pierścieni uszczelniających trzon tłoka jest ciepło tarcia wywiązujące się na powierzchniach współpracujących, podwyższające ich chwilową temperaturę, co wpływa niekorzystnie na trwałość pierścieni i jakość pracy w dławnicy trzonu. Strumień wywiązującego się ciepła tarcia jest odprowadzany przez zastosowanie wymuszonego chłodzenia korpusu dławnicy. W publikacji pt. Silniki Stirlinga Stefana Żmudzkiego WNT 1993r na str. 120-122 przedstawiona jest dławnica, której korpus ma podwójne ścianki, a przestrzeń między nimi jest wypełniona płynem chłodzącym, którym jest olej silnikowy. Wewnętrzne przegrody umożliwiają ukierunkowanie przepływu płynu w korpusie tak, aby chłodzeniem objęta była cała wysokość dławnicy. Po schłodzeniu stosu pierścieniowego olej wypływający dyszą jest natryskiwany na trzon tłoka, odbierając tą drogą pozostałą część ciepła tarcia, a następnie spływa swobodnie do miski olejowej. Utworzona na trzonie cienka powłoka oleju wymaga intensywnego zgarniania, co realizuje się za pomocą trójsegmentowych żeliwnych pierścieni zgarniających. Rozwiązanie to jednak nie zapewnia w sposób dostateczny szybkiego odprowadzenia wywiązującego się ciepła w obrębie pierścieni dławnicy trzonu, pogarszając jakość działania uszczelniającego. Znany wodzik silnika tłokowego Stirlinga, opisany w publikacji pt. Silniki Stirlinga Stefana Żmudzkiego WNT 1993r na str. 127 ma parę cylindrycznych sanek osadzonych na korpusie, korpus ze stożkowym wspornikiem do zamocowania trzonu tłoka oraz dwie piasty dla sworznia połączenia przegubowego z głową korbowodu.

Zespół trzonu tłoka według wynalazku, w którym trzon tłoka osadzony jest w dławnicy i połączony jest z wodzikiem, usytuowanym w cylindrycznej prowadnicy, zaś dławnica wyposażona jest w kanały cieczy chłodzącej oraz pierścienie zgarniające i uszczelniające wyróżnia się tym, że wodzik ma płaszcz cylindryczny, zaś trzon tłoka jest wydrążony wewnątrz, a w wydrążonej komorze umieszczona jest przelotowa rurka, usytuowana wzdłuż osi trzonu, która połączona jest z kanałem doprowadzającym ciecz chłodzącą, usytuowanym w denku wodzika. Kanał ten połączony jest z pierwszym zbiornikiem usytuowanym na płaszczu wodzika, przy czym zbiornik ten posiada cykliczne połączenie, korzystnie w położeniu górnym wodzika (GMP), z kanałem wlotowym cieczy chłodzącej usytuowanym w cylindrycznej prowadnicy wodzika. Komora trzonu połączona jest z kanałem odprowadzającym usytuowanym w denku wodzika. Kanał odprowadzający połączony jest z drugim zbiornikiem usytuowanym na płaszczu wodzika, zaś zbiornik połączony jest z kanałem wylotowym, odprowadzającym ciecz chłodząca na zewnątrz. Korzystnie, zbiorniki cieczy chłodzącej, pierwszy zbiornik i drugi zbiornik, mają postać rowków wzdłużnych wykonanych w płaszczu wodzika, przy czym korzystnie długość pierwszego rowka jest mniejsza od skoku wodzika, zaś długość drugiego rowka jest większa lub równa skokowi wodzika. Dzięki tym zróżnicowanym długościom rowków wzdłużnych ciecz chłodząca dopływa do trzonu okresowo, z przerwami, zaś wypływ cieczy jest ciągły. Powoduje to, że wolna przestrzeń w trzonie i rurce nie jest wypełniona całkowicie cieczą, przez cały okres ruchu postępowo-zwrotnego wodzika. Korzystnie, wodzik ma w górnej części, w denku, przelotowe otwory wzdłużne, zapewniające swobodną jego pracę w cylindrycznej prowadnicy, będącej elementem skrzyni korbowej, bez sprężania i rozprężania. Korzystnie, w dolnej i górnej części płaszcza wodzika zainstalowane są zestawy pierścieni zgarniających i uszczelniających, wykonanych z tworzyw sztucznych i posiadających budowę zamkniętą. Pierścienie te zapobiegają przeciekom cieczy chłodzącej do skrzyni korbowej. Korzystnie, rurka zainstalowana w komorze trzonu jest krótsza od wysokości komory lub też może mieć w górnej części, w jej ściance wykonany przelotowy otwór, dzięki czemu powstaje możliwość przepływu cieczy do drugiego zbiornika przy częściowym wypełnieniu komory w trzonie tłoka. Podczas pracy silnika, trzon tłoka poruszający się pomiędzy zwrotnymi położeniami wraz z wodzikiem jest chłodzony konwekcyjnie od wewnątrz cieczą chłodzącą, której ruch ze względu na niecałkowite wypełnienie wolnej przestrzeni odbywa się z dużą prędkością względem ścianek trzonu, pod wpływem sił bezwładności wynikających z charakterystyki ruchu postępowo-zwrotnego wodzika. W zależności od potrzeby jako czynnik chłodzący może być wykorzystana dowolna ciecz charakteryzująca się dobrymi właściwościami cieplnymi, określonymi przez współczynnik przewodności cieplnej, współczynnik pojemności cieplnej, oraz właściwościami smarującymi. Może to być olej silnikowy, rozcieńczalnik, mieszanina cieczy, emulsja olejowa, woda i temu podobne.

PL 190 992 B1

Pozostałe na trzonie resztki oleju zgarniane są przez pierścienie zgarniające, zaś intensywne chłodzenie od wewnątrz trzonu tłoka pozwala na szybkie odprowadzenie ciepła tarcia, co wpływa korzystnie na pracę zespołów silnika i ich trwałość.

Wynalazek jest bliżej objaśniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia trzon tłoka z dławnicą i z wodzikiem, w przekroju wzdłuż osi trzonu, fig 2 - trzon tłoka w przekroju poprzecznym w płaszczyźnie A-A na fig. 1, fig. 3 - w powiększeniu fragment rurki zainstalowanej w komorze trzonu, w przekroju wzdłuż osi.

P r z y k ł a d I

Trzon 1 tłoka umieszczony jest w dławnicy 2 oddzielającej cylinder roboczy od cylindra skrzyni korbowej. W dławnicy 2 znajduje się zespół pierścieni uszczelniających dławnicy 3 i zespół pierścieni zgarniających dławnicy. Dławnica zaopatrzona jest w kanały 4, w których krąży ciecz chłodząca. Kanały te są usytuowane w pobliżu zewnętrznej płaszczyzny dławnicy, oddalonej od trzonu. Dolny koniec trzonu 1 tłoka połączony jest z wodzikiem 5 umieszczonym w cylindrycznej części skrzyni korbowej, stanowiącej prowadnicę 6 wodzika. Wodzik 5. ma cylindryczny płaszcz i denko płaskie 5a pełne. Trzon 1 tłoka jest wydrążony wewnątrz tak, że utworzona jest komora 7. W komorze 7 umieszczona jest przelotowa rurka 8, usytuowana wzdłuż osi trzonu, a wnętrze rurki połączone jest z kanałem doprowadzającym 9 ciecz chłodzącą, wykonanym w denku 5a wodzika. Kanał 9 połączony jest z pierwszym zbiornikiem cieczy chłodzącej 10, który ma postać wzdłużnego rowka, wykonanego na płaszczu wodzika 5. Komora 7 trzonu połączona jest kanałem odprowadzającym 11 z drugim zbiornikiem cieczy chłodzącej 12 mającym postać rowka wzdłużnego, wykonanego na płaszczu wodzika 5. Pierwszy rowek wzdłużny 10 posiada długość L1 mniejszą od skoku S wodzika, natomiast drugi rowek 12 posiada długość L2 równą skokowi S wodzika. W części dolnej cylindrycznej prowadnicy 6 wykonane są dwa przelotowe otwory, z których jeden stanowi kanał wlotowy 13 cieczy chłodzącej, a drugi otwór stanowi kanał wylotowy 14, przez który ciecz chłodząca jest odprowadzana na zewnątrz. W górnym położeniu tłoka (GMP) otwór wlotowy 13 połączony jest ze zbiornikiem 10 i ciecz podawana z zewnętrznego źródła pod ciśnieniem wypełnia zbiornik i przez kanał 9 wypełnia rurkę 8 wewnątrz komory 7 trzonu, wydostaje się przez jej górny otwór i wypełnia komorę 7 oraz kanał odprowadzający 11, którym podawana jest do zbiornika 12, a stamtąd do kanału wylotowego 14, na zewnątrz skrzyni korbowej. Krążący w mechanizmach olej odbiera ciepło wywołane siłami tarcia, co wpływa korzystnie na trwałość elementów dławnicy i trzonu tłoka, zwłaszcza pierścieni uszczelniających i zgarniających. Celem utrzymania parametrów cieczy chłodzącej górna i dolna część wodzika jest uszczelniona zestawem pierścieni uszczelniających 15 i zgarniających 16. Pierścienie uszczelniające i zgarniające są wykonane z tworzyw kompozytowych PTFE lub innego elastomeru i posiadają budowę zamkniętą. Pierścienie te zapobiegają przeciekom płynu chłodzącego do skrzyni korbowej. Wodzik posiada w części górnej przelotowe otwory 17 zapewniające swobodną jego pracę w skrzyni korbowej, bez sprężania i rozprężania. Rurka 8 jest krótsza od wysokości komory 7 w trzonie, dzięki czemu powstaje możliwość przepływu cieczy do kanału wylotowego 14, z pozostawieniem części objętości między rurką, a trzonem niewypełnionej cieczą chłodzącą.

P r z y k ł a d II

Zespół trzonu tłoka analogiczny do przykładu I z tym, że rurka 8 ma w górnej części, w ściance przelotowy otwór 18, którym ciecz chłodząca przedostaje się do wnętrza komory 7.

Claims (6)

1. Zespół trzonu tłoka silnika cieplnego wodzikowego, zwłaszcza silnika Stirlinga, w którym trzon tłoka osadzony jest w dławnicy i połączony jest z wodzikiem, usytuowanym w cylindrycznej prowadnicy, zaś dławnica wyposażona jest w kanały cieczy chłodzącej oraz pierścienie zgarniające i uszczelniające, znamienny tym, że wodzik (5) ma płaszcz cylindryczny, zaś trzon tłoka (1) jest wydrążony wewnątrz, a w jego wydrążonej komorze (7) umieszczona jest przelotowa rurka (8), usytuowana wzdłuż osi trzonu, która połączona jest z kanałem doprowadzającym (9) ciecz chłodzącą, usytuowanym w denku wodzika (5), który to kanał połączony jest z pierwszym zbiornikiem (10) usytuowanym na płaszczu wodzika (5), zaś komora (7) trzonu połączona jest z kanałem odprowadzającym (11) ciecz chłodzącą, usytuowanym w denku wodzika (5) i połączonym z drugim zbiornikiem (12) usytuowanym na płaszczu wodzika, przy czym zbiornik (10), posiada cykliczne połączenie z kanałem wlotowym (13) cieczy chłodzącej, usytuowanym w ściance cylindrycznej prowadnicy (6) zaś zbiornik (12)

PL 190 992 B1 połączony jest z kanałem wylotowym (14), cieczy chłodzącej, usytuowanym w ściance cylindrycznej prowadnicy (6).

2. ZeepPł weełuu zaattz. 1, znamienny tym, że zbiorniki cieecz chłoddąącj ((0) i ((2) mają ppstać rowków wzdłużnych wykonanych w płaszczu wodzika (5), przy czym długość (Li) pierwszego rowka (10) jest mniejsza od skoku wodzika (S), zaś długość (L2) drugiego rowka (12) jest większa lub równa skokowi wodzika (S).

3. Zespół według zas^z. 2, znamienny tym, że zbiornik ((0) (ess pouczony z kanaaem wlotowym (13) w górnym położeniu wodzika (GMP).

4. Zeeppł weeług zzate. 11 znamienny tym, że wwOdik (5) ma w ddeku (55S pmzlotowe z-wery ( (1) wzdłużne.

5. ZeepPł wedhu z^^sr^. 1, znamienny tym, że w dolnee i górnee ο^ς^^ίϊϊ płć^^^c^^^ woddika (5) zainstalowane są pierścienie zgarniające (16) i uszczelniające (15).

6. ZespPłweeług zzstrz.1,znymienyy tym, że w □grime (część 1ngZi ((),w jj ściaskc wekonksk jest przelotowy otwór (18).