RU155349U1 - Теплоэнергетическая установка с разделенными процессами сжатия и расширения - Google Patents

Abstract

Теплоэнергетическая установка с разделенными процессами сжатия и расширения, содержащая рабочий цилиндр, имеющий электрическую обмотку снаружи и поршень-якорь внутри, на обоих торцах впускной клапан, выхлопной клапан и форсунку между ними, двигатель Стирлинга с полостью для прохода отработавших газов, имеющей два выпускных клапана и соединенной с выхлопными клапанами рабочего цилиндра посредством выпускных патрубков, ресивер, соединенный с впускными клапанами рабочего цилиндра посредством впускных воздухопроводов, а с компрессором посредством трубопровода, топливный бак, соединенный с форсунками рабочего цилиндра посредством топливопроводов, отличающаяся тем, что на каждом торце рабочего цилиндра имеется свеча зажигания, расположенная между форсункой и выхлопным клапаном, ресивер заключен в полость охлаждения, имеющую выход в атмосферу, при этом установка дополнительно содержит вихревую трубу Ранка-Хилша, вход которой соединен с трубопроводом между ресивером и компрессором, один выход соединен с полостью охлаждения ресивера, другой выход соединен с атмосферой.

Description

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к двигателестроению и может быть использована для повышения мощности теплоэнергетической установки.

Известна теплоэнергетическая установка с разделенными процессами сжатия и расширения (RU 56968, F02B 41/02, опубл. 27.09.2006), содержащая рабочий цилиндр с электрической обмоткой на наружной поверхности и поршнем-якорем внутри, впускными и выхлопными клапанами, выпускными патрубками, впускными воздухопроводами, форсунками с электрическим приводом; топливный бак с топливопроводами; двигатель Стирлинга с полостью для прохода отработавших газов и выпускными клапанами; компрессор, соединенный трубопроводом с ресивером.

Недостатками этой теплоэнергетической установки является то, что сжатый воздух, поступающий из ресивера в рабочий цилиндр, имеет высокую температуру, что обусловливает его малую плотность, а значит, и меньшую массу воздушного заряда в рабочем цилиндре (меньший коэффициент наполнения). Последнее ограничивает количество топлива, которое может быть сожжено в рабочем цилиндре и, соответственно, мощность, вырабатываемую теплоэнергетической установкой.

Полезная модель решает задачу повышения мощности, вырабатываемой теплоэнергетической установкой, за счет обеспечения возможности сжигания большего количества топлива в рабочем цилиндре.

Это достигается тем, что в теплоэнергетической установке с разделенными процессами сжатия и расширения, содержащей рабочий цилиндр, имеющий электрическую обмотку снаружи и поршень-якорь внутри, на обоих торцах впускной клапан, выхлопной клапан и форсунку между ними, двигатель Стирлинга с полостью для прохода отработавших газов, имеющей два выпускных клапана и соединенную с выхлопными клапанами рабочего цилиндра посредством выпускных патрубков, ресивер, соединенный с впускными клапанами рабочего цилиндра посредством впускных воздухопроводов, а с компрессором посредством трубопровода, топливный бак, соединенный с форсунками рабочего цилиндра посредством топливопроводов, согласно полезной модели на каждом торце рабочего цилиндра имеется свеча зажигания, расположенная между форсункой и выхлопным клапаном, ресивер заключен в полость охлаждения, имеющую выход в атмосферу, при этом установка дополнительно содержит вихревую трубу Ранка-Хилша, вход которой соединен с трубопроводом между ресивером и компрессором, один выход соединен с полостью охлаждения ресивера, другой выход соединен с атмосферой.

Полезная модель иллюстрируется чертежом, где изображено принципиальное устройство теплоэнергетической установки с разделенными процессами сжатия и расширения.

Устройство содержит рабочий цилиндр 1 с электрической обмоткой 2 на наружной поверхности и поршнем-якорем 3 внутри, впускными 4, 5 и выхлопными 6, 7 клапанами, выпускными патрубками 8, 9, впускными воздухопроводами 10, 11, форсунками 12, 13 с электрическим приводом, свечами зажигания 14, 15; топливный бак 16 с топливопроводами 17, 18; двигатель Стирлинга 19 с полостью для прохода отработавших газов 20 и выпускными клапанами 21, 22; компрессор 23, соединенный трубопроводом 24 с ресивером 25 и трубопроводом 26 с вихревой трубой Ранка-Хилша 27, которая трубопроводом 28 соединена с полостью охлаждения 29 ресивера 25. Ресивер 25 посредством впускных воздухопроводов 10, 11 соединен с рабочим цилиндром 1.

Устройство работает следующим образом.

При движении поршня-якоря 3 вправо и приближении его к крайнему правому положению, отработавшие газы из правой полости, образуемой правым днищем поршня-якоря 3, стенками рабочего цилиндра 1 и его правой крышкой, через открытый выхлопной клапан 7 по выпускному патрубку 9 поступают в полость 20, окружающую нагреватель двигателя Стирлинга 19 и нагревают его. Пройдя через полость 20, отработавшие газы выходят в атмосферу через открытый выпускной клапан 21. Мощность, вырабатываемая двигателем Стирлинга, используется для сжатия воздуха в компрессоре 23. Основная часть сжатого воздуха и нагретого вследствие этого воздух по трубопроводу 24 подается в ресивер 25.

Другая часть сжатого в компрессоре 23 воздуха по трубопроводу 26 направляется в вихревую трубу Ранка-Хилша 27. в которой поток воздуха разделяется на два: холодный и нагретый. Холодный поток по трубопроводу 28 направляется в полость охлаждения 29 ресивера 25 и затем выходит в атмосферу, а нагретый выбрасывается в атмосферу с противоположной стороны вихревой трубы Ранка-Хилшат 27. Холодный поток воздуха, проходящий через полость охлаждения 29 понижает температуру сжатого воздуха, находящегося в ресивере 25, в связи с чем плотность сжатого воздуха увеличивается. Сжатый и охлажденный воздух из ресивера 25 по воздухопроводу 11 через впускной клапан 5 поступает в правую полость, образуемую правым днищем поршня-якоря 3, стенками рабочего цилиндра 1 и его правой крышкой. В то же время в эту полость через форсунку 13 впрыскивается топливо, поступающее по топливопроводу 18 из топливного бака 16. Поступившее в цилиндр топливо первоначально воспламеняется с помощью свечи зажигания 15 и в дальнейшем горит по мере поступления его в надпоршневое пространство, происходит расширение продуктов сгорания и поршень-якорь 3 перемещается влево. Наличие в правой полости, образуемой правым днищем поршня-якоря 3, стенками рабочего цилиндра 1 и его правой крышкой, большего количества воздуха в связи с его повышенной плотностью (в сравнении с прототипом), обеспечивает возможность сжигания большего количества топлива и соответствующее увеличение скорости перемещения поршня-якоря 3 в рабочем цилиндре 1 влево.

Во время перемещения поршня-якоря 3 влево из левой полости рабочего цилиндра, образуемой левым днищем поршня-якоря 3, стенками цилиндра 1 и его левой крышкой, через открытый выхлопной клапан 6 по выпускному патрубку 8 отработавшие газы, образовавшиеся в предыдущем цикле, начинают поступать в полость 20, окружающую нагреватель двигателя Стирлинга 19. В этот момент выпускной клапан 21 закрывается, а выпускной клапан 22 открывается и отработавшие газы, проходя через полость 20 и обеспечивая работу двигателя Стирлинга 19, выходят через выпускной клапан 22 в атмосферу.

Двигатель Стирлинга 19 продолжает приводить в действие компрессор 23. В момент приближения поршня-якоря 3 к левой крышке рабочего цилиндра 1 открывается впускной клапан 4, через который по воздухопроводу 10 сжатый и охлажденный воздух из ресивера 25 поступает в левую полость, образуемую левым поршня-якоря 3, стенками рабочего цилиндра 1 и его левой крышкой. В то же время в эту полость через форсунку 12 впрыскивается топливо, поступающее по топливопроводу 17 из топливного бака 16. Поступившее в цилиндр топливо первоначально воспламеняется с помощью свечи зажигания 14 и в дальнейшем горит по мере поступления его в надпоршневое пространство, происходит расширение продуктов сгорания и поршень-якорь 3 перемещается вправо. Наличие в левой полости, образуемой левым днищем поршня-якоря 3, стенками рабочего цилиндра 1 и его левой крышкой, большего количества воздуха в связи с его повышенной плотностью (в сравнении с прототипом), обеспечивает возможность сжигания большего количества топлива и соответствующее увеличение скорости перемещения поршня-якоря 3 в рабочем цилиндре 1 вправо. Далее рабочий цикл повторяется.

Возвратно-поступательное движение поршня-якоря 3 внутри рабочего цилиндра 1 происходит одновременно и внутри электрической обмотки 2, расположенной на его наружной поверхности. В результате этого в электрической обмотке 2 наводится электродвижущая сила (электрический ток), который направляется к потребителю энергии. Увеличение частоты возвратно-поступательного перемещения поршня-якоря 3 внутри рабочего цилиндра 1 по сравнению с прототипом обеспечивает повышение мощности.

Claims (1)

1. Теплоэнергетическая установка с разделенными процессами сжатия и расширения, содержащая рабочий цилиндр, имеющий электрическую обмотку снаружи и поршень-якорь внутри, на обоих торцах впускной клапан, выхлопной клапан и форсунку между ними, двигатель Стирлинга с полостью для прохода отработавших газов, имеющей два выпускных клапана и соединенной с выхлопными клапанами рабочего цилиндра посредством выпускных патрубков, ресивер, соединенный с впускными клапанами рабочего цилиндра посредством впускных воздухопроводов, а с компрессором посредством трубопровода, топливный бак, соединенный с форсунками рабочего цилиндра посредством топливопроводов, отличающаяся тем, что на каждом торце рабочего цилиндра имеется свеча зажигания, расположенная между форсункой и выхлопным клапаном, ресивер заключен в полость охлаждения, имеющую выход в атмосферу, при этом установка дополнительно содержит вихревую трубу Ранка-Хилша, вход которой соединен с трубопроводом между ресивером и компрессором, один выход соединен с полостью охлаждения ресивера, другой выход соединен с атмосферой.

   

Images