RU151039U1

RU151039U1 - POWER STATION WITH STIRLING ENGINE

Info

Publication number: RU151039U1
Application number: RU2014124419/06U
Authority: RU
Inventors: Владимир Самойлович Кукис; Михаил Романович Петриченко; Максим Игоревич Куколев; Владимир Сергеевич Дворцов; Андрей Викторович Романов
Priority date: 2014-06-16
Filing date: 2014-06-16
Publication date: 2015-03-20

Abstract

Энергоустановка с двигателем Стирлинга, содержащая электрогенератор, механизмы привода электромашины, цилиндры с поршнями, образующими горячие полости, соединенные с цилиндрами с поршнями, образующими холодные полости через последовательно расположенные нагреватель, регенератор, холодильник, отличающаяся тем, что цилиндры с горячими и цилиндры с холодными полостями расположены попарно радиально относительно вала через 90°, каждый поршень соединен с валом посредством кинематического механизма в виде косой шайбы.A power plant with a Stirling engine, comprising an electric generator, electric machine drive mechanisms, cylinders with pistons forming hot cavities connected to cylinders with pistons forming cold cavities through a successively arranged heater, regenerator, refrigerator, characterized in that the cylinders are hot and the cylinders are cold cavities arranged in pairs radially relative to the shaft through 90 °, each piston is connected to the shaft by means of a kinematic mechanism in the form of an oblique washer.

Description

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к энергомашиностроению и может быть использована для повышения эффективности работы энергоустановок с двигателем Стирлинга.The utility model relates to mechanical engineering, namely to power engineering and can be used to improve the efficiency of power plants with a Stirling engine.

Известна энергоустановка с двигателем Стирлинга (RU 2443889, F02G 1/044, опубл. 27.02.2012), содержащая: нагреватели; горячие полости с поршнями, холодные полости с поршнями, размещенные в герметичных капсулах, причем горячие и холодные полости формируются противоположно движущимися поршнями; регенераторы; холодильники, а также штоками с закрепленными на них зубчатыми рейками, находящимися в зацеплении с роторами обратимых электромашин. Эта установка является ближайшей к заявляемой по технической сущности.Known power plant with a Stirling engine (RU 2443889, F02G 1/044, publ. 02.27.2012), comprising: heaters; hot cavities with pistons, cold cavities with pistons housed in sealed capsules, the hot and cold cavities being formed by oppositely moving pistons; regenerators; refrigerators, as well as rods with gear racks mounted on them, meshed with rotors of reversible electric machines. This installation is the closest to the claimed technical essence.

Недостатками ближайшей энергоустановки являются:The disadvantages of the nearest power plant are:

- значительные «мертвые» объемы, существенно уменьшающие количество рабочего тела, участвующего в преобразовании теплоты в работу, что приводит к уменьшению мощности и снижению экономичности энергоустановки.- significant "dead" volumes, significantly reducing the amount of working fluid involved in the conversion of heat into work, which leads to a decrease in power and lower efficiency of the power plant.

- сложность преобразования челночного движения штоков с зубчатыми рейками в электрический ток в обратимых электромашинах (в генераторном режиме работы обратимых электромашин их статорные обмотки через управляемые ключи нагружаются на накопительный элемент, в качестве которого может выступать аккумуляторная батарея или блок ионисторов; в двигательном режиме электромашины через другие управляемые ключи подключаются к накопительному элементу с инверсией полярности так, чтобы направление вращения роторов менялось на противоположное. Поскольку в двигателе Стирлинга положительная работа, т.е. работа, совершаемая рабочим телом при расширении с подводом теплоты, производится когда обратимая электромашина работает в генераторном режиме и создает зарядный ток, больше работы совершаемой над рабочим телом при сжатии с отводом теплоты, когда обратимая электромашина работает в двигательном режиме, потребляя ток от накопительного элемента, очевидно, что зарядный ток накопительного элемента больше разрядного и в нем накапливается электрический потенциал, который через преобразующее устройство передается потребителям в виде трехфазного или постоянного напряжения), что усложняет конструкцию и, соответственно, понижает надежность энергоустановки.- the complexity of converting the shuttle movement of rods with gear racks into electric current in reversible electric machines (in the generator mode of operation of reversible electric machines, their stator windings are loaded via controlled keys on a storage element, which can be a battery or a block of ionistors; in the motor mode, electric machines through other managed keys are connected to the storage element with an inversion of polarity so that the direction of rotation of the rotors is reversed. Since the positive work in the Stirling engine, i.e. the work performed by the working fluid during expansion with heat supply, is performed when the reversible electric machine operates in the generator mode and creates a charging current, more work is done on the working fluid when compressed with heat removal, when the reversible electric machine operates in a motor mode, consuming current from the storage element, it is obvious that the charging current of the storage element is larger than the discharge one and the electric potential accumulates in it, which, through the developing device is transmitted to consumers in the form of a three-phase or constant voltage), which complicates the design and, accordingly, reduces the reliability of the power plant.

Полезная модель решает задачу повышения эффективной мощности, надежности и экономичности энергоустановки при одновременном упрощении конструкции.The utility model solves the problem of increasing the effective power, reliability and efficiency of a power installation while simplifying the design.

Это достигается тем, что в энергоустановке с двигателем Стирлинга, содержащей электрогенератор, механизмы привода электромашины, цилиндры с поршнями, образующими горячие полости, соединенные с цилиндрами с поршнями, образующими холодные полости через последовательно расположенные нагреватель, регенератор, холодильник, согласно полезной модели цилиндры с горячими и цилиндры с холодными полостями расположены попарно радиально относительно вала через 90°, каждый поршень соединен с валом посредством кинематического механизма в виде косой шайбы.This is achieved by the fact that in a power plant with a Stirling engine containing an electric generator, electric machine drive mechanisms, cylinders with pistons forming hot cavities, connected to cylinders with pistons forming cold cavities through a sequentially located heater, regenerator, refrigerator, according to a useful model, hot cylinders and cylinders with cold cavities are arranged in pairs radially relative to the shaft through 90 °, each piston is connected to the shaft by means of a kinematic mechanism in the form of braids second washer.

Технический результат - уменьшение «мертвого» объема во внутреннем контуре двигателя Стирлинга за счет уменьшения пути рабочего тела при перемещении между холодной и горячей полостями и обеспечение непрерывного вращения вала в одном направлении за счет применения в качестве кинематического механизма косой шайбы.The technical result is the reduction of the "dead" volume in the internal circuit of the Stirling engine by reducing the path of the working fluid when moving between cold and hot cavities and ensuring continuous rotation of the shaft in one direction due to the use of an oblique washer as the kinematic mechanism.

Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена принципиальная схема энергоустановки, на фиг. 2 - вид А-А фигуры 1.The utility model is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a schematic diagram of a power plant, in FIG. 2 is a view AA of figure 1.

Устройство содержит радиально расположенные относительно вала 1 горячие цилиндры 2 и 3 и холодные цилиндры 4 и 5. Горячий цилиндр 2 расположен диаметрально противоположно горячему цилиндру 3. Холодный цилиндр 4 расположен диаметрально противоположно холодному цилиндру 5. Расстояния по окружности между цилиндрами 2 и 4, 4 и 3, 3 и 5, 5 и 2 одинаковы. Один из горячих цилиндров 2 соединен с одним из холодных цилиндров 5 через последовательно расположенные нагреватель 7, регенератор 8 и холодильник 9. Другая пара цилиндров (горячий 3 и холодный 4) соединены аналогично. В цилиндрах 2 и 3 расположены «горячие» поршни 10, образующие горячие полости 11 переменного объема. В цилиндрах 4 и 5 расположены «холодные» поршни 12, образующие холодные полости 13 переменного объема. Каждый поршень соединен с валом посредством кинематического механизма 6 в виде косой шайбы. Один конец вала 1 соединен с электрическим генератором 14, другой - со стартером 15.The device comprises hot cylinders 2 and 3 radially located relative to the shaft 1 and cold cylinders 4 and 5. The hot cylinder 2 is located diametrically opposite to the hot cylinder 3. The cold cylinder 4 is located diametrically opposite to the cold cylinder 5. The circumferential distance between cylinders 2 and 4, 4 and 3, 3 and 5, 5 and 2 are the same. One of the hot cylinders 2 is connected to one of the cold cylinders 5 through sequentially arranged heater 7, a regenerator 8 and a refrigerator 9. Another pair of cylinders (hot 3 and cold 4) are connected in a similar way. In the cylinders 2 and 3 are located "hot" pistons 10, forming hot cavities 11 of variable volume. In the cylinders 4 and 5 are "cold" pistons 12, forming cold cavities 13 of variable volume. Each piston is connected to the shaft by means of a kinematic mechanism 6 in the form of an oblique washer. One end of the shaft 1 is connected to an electric generator 14, the other to a starter 15.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При движении в цилиндре 2 горячих поршней 10 навстречу друг другу объем горячей полости 11 уменьшается и основная масса рабочего тела перетекает через нагреватель 7, регенератор 8, отдавая теплоту насадке и, охлаждаясь в холодильнике 9, в холодную полость 13. В результате температура основной массы рабочего тела снижается, и давление во всех полостях (нагревателя 7, регенератора 8 и холодильника 9, а также в горячей полости 11 и холодной полости 13) уменьшается. При этом холодные поршни 12, перемещаясь навстречу друг другу в цилиндре 5, обеспечивают сжатие основной массы рабочего тела и перемещение его через холодильник 9, где компенсируется возникающий при сжатии нагрев рабочего тела, регенератор 8 и нагреватель 7 (в которых происходит нагрев рабочего тела) в горячую полость 11, где оно, расширяясь при нагревании, заставляет горячие поршни 10 двигаться в противоположные стороны, производя работу по перемещению горячих поршней 10, которая посредством кинематического механизма 6 передается на вал 1 и далее на ротор электрического генератора 14.When moving in the cylinder 2 hot pistons 10 towards each other, the volume of the hot cavity 11 decreases and the bulk of the working fluid flows through the heater 7, the regenerator 8, giving up heat to the nozzle and cooling in the refrigerator 9, into the cold cavity 13. As a result, the temperature of the main mass of the working body decreases, and the pressure in all cavities (heater 7, regenerator 8 and refrigerator 9, as well as in the hot cavity 11 and the cold cavity 13) decreases. In this case, the cold pistons 12, moving towards each other in the cylinder 5, provide compression of the main mass of the working fluid and its movement through the refrigerator 9, where the heating of the working fluid resulting from compression is compensated, the regenerator 8 and the heater 7 (in which the working fluid is heated) hot cavity 11, where it, expanding when heated, causes the hot pistons 10 to move in opposite directions, doing the work of moving the hot pistons 10, which through the kinematic mechanism 6 is transmitted to the shaft 1 and gave it to the rotor of an electric generator 14.

Аналогично работает другая пара цилиндров - горячего 3 и холодного 4.Another pair of cylinders works the same way - hot 3 and cold 4.

Перемещение горячих поршней 10 и холодных поршней 12 строго синхронизировано с помощью кинематического механизма 6 в виде косой шайбы, установленного на валу 1 и преобразующего возвратно-поступательное движение горячих поршней 10 и холодных поршней 12 во вращательное движение вала 1 или наоборот (при пуске двигателя с помощью стартера 15).The movement of the hot pistons 10 and cold pistons 12 is strictly synchronized using the kinematic mechanism 6 in the form of an oblique washer mounted on the shaft 1 and converts the reciprocating movement of the hot pistons 10 and cold pistons 12 into the rotational movement of the shaft 1 or vice versa (when starting the engine with starter 15).

Поскольку средние температуры рабочего тела около горячих поршней 10 и холодных поршней 12 отличаются в два-три раза, то совершаемые ими работы расширения в горячей полости 11 и сжатия в холодной полости 13 значительно различаются по величине, в связи с чем суммарная работа цикла становится положительной.Since the average temperatures of the working fluid near the hot pistons 10 and cold pistons 12 differ by two to three times, the work they perform expansion in the hot cavity 11 and compression in the cold cavity 13 are significantly different in magnitude, and therefore the total work of the cycle becomes positive.

Таким образом, в предлагаемой энергоустановке с двигателем Стерлинга со встречно движущимися поршнями, по сравнению с прототипом, имеет место уменьшение «мертвого» объема во внутреннем контуре двигателя Стерлинга и непрерывное вращение вала и ротора электромашины в одном направлении, что обеспечивает решение поставленной задачи - увеличение эффективной мощности, повышение экономичности, а также упрощение конструкции и повышение надежности энергоустановки.Thus, in the proposed power plant with a Stirling engine with counter-moving pistons, in comparison with the prototype, there is a decrease in the "dead" volume in the inner circuit of the Stirling engine and continuous rotation of the shaft and rotor of the electric machine in one direction, which provides a solution to the problem - an increase in the effective power, increasing efficiency, as well as simplifying the design and improving the reliability of the power plant.

Claims

A power plant with a Stirling engine, comprising an electric generator, electric machine drive mechanisms, cylinders with pistons forming hot cavities connected to cylinders with pistons forming cold cavities through a successively arranged heater, regenerator, refrigerator, characterized in that the cylinders are hot and the cylinders are cold cavities arranged in pairs radially relative to the shaft through 90 °, each piston is connected to the shaft by means of a kinematic mechanism in the form of an oblique washer.