RU2544118C1

RU2544118C1 - Method to drive compressor pistons by energy of gases from outer combustion chamber of double-cylinder free piston power module with opposite piston movement

Info

Publication number: RU2544118C1
Application number: RU2014105008/06A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Александрович Рыбаков
Original assignee: Анатолий Александрович Рыбаков
Priority date: 2014-02-11
Filing date: 2014-02-11
Publication date: 2015-03-10

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: method involves two compressor cylinders with compressor pistons and gas distributing valves, a double-cylinder free piston power module with opposite piston movement as part of an outer combustion chamber with a nozzle and a spark plug, two cylinders with pistons and gas distributing valves, and a control system; the control system injects fuel by the nozzle into the outer combustion chamber of the power module, ignites the fuel by the spark plug, delivers the combustion products from the outer combustion chamber of the power module to the power module cylinders, sets the power module pistons and compressor pistons connected to them in vibration by gas distributing valves, in the compressor cylinders it provides for the intake of gas from a gas source into the compressor cylinder by gas distributing valves, and following the gas compression in the compressor cylinder it delivers the compressed gas to a consumer by gas distributing valves.

EFFECT: invention provides for gas compression with high specific capacity due to the energy of gases from the outer combustion chamber.

1 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Изобретение относится к области энергомашиностроения.The invention relates to the field of power engineering.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

Ближайший прототип заявленного изобретения - патент №2422655 «Двухцилиндровый свободнопоршневой энергомодуль с общей внешней камерой сгорания и линейным электрогенератором с оппозитным движением якорей». Реферат патента 2422655: Изобретение относится к области энергомашиностроения. Двухцилиндровый свободнопоршневой энергомодуль с общей внешней камерой сгорания и линейным электрогенератором с оппозитным движением якорей преобразует химическую энергию моторного топлива в электроэнергию. Он включает общую внешнюю камеру сгорания, две однотактные свободнопоршневые расширительные машины, электрогенератор с двумя якорями и систему управления. Энергомодуль отличается тем, что якоря линейного электрогенератора, соединенные с поршнями расширительных машин, движутся оппозитно в противофазе. Изобретение обеспечивает увеличение удельной мощности электрогенератора и, следовательно, удельной мощности энергомодуля в целом.The closest prototype of the claimed invention is patent No. 2422655 "Two-cylinder free-piston power unit with a common external combustion chamber and a linear electric generator with opposed movement of the anchors." Summary of the patent 2422655: The invention relates to the field of power engineering. A two-cylinder free-piston power module with a common external combustion chamber and a linear electric generator with opposed motion of the anchors converts the chemical energy of motor fuel into electricity. It includes a common external combustion chamber, two single-stroke free-piston expansion machines, an electric generator with two anchors and a control system. The energy module is characterized in that the anchors of the linear electric generator connected to the pistons of the expansion machines move opposite in phase. The invention provides an increase in the specific power of the generator and, therefore, the specific power of the energy module as a whole.

ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯOBJECT OF THE INVENTION

Цель заявленного изобретения - создание экономичного компрессора сжатия газа высокой удельной производительности, приводимого в действие энергией газов из внешней камеры сгорания энергомодуля.The purpose of the claimed invention is the creation of an economical gas compression compressor with a high specific productivity driven by the energy of gases from an external combustion chamber of an energy module.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Компрессор действует следующим образом. Система управления (система управления не показана) компрессором подает во внешнюю камеру сгорания 1 (см. фигуру) топливо форсункой 2 и воспламеняет свечой зажигания 3. Продукты сгорания из камеры сгорания 1 по трубопроводу 4 через впускной клапан 5 поступают в правую (по фигуре) полость поршня 6 и через впускной клапан 7 в левую полость поршня 8, и под действием поступающих продуктов сгорания поршни начинают расходиться. Так как площадь правой поверхности поршня 6 больше площади его левой поверхности на разность площадей поперечного сечения штоков 9 и 10, то давление сжимаемого в левой полости поршня 6 воздуха будет больше, чем давление продуктов сгорания в его правой полости. Поэтому воздух из левой полости поршня 6 через обратный клапан 11 по трубопроводу 12 подается во внешнюю камеру сгорания 1. Туда же форсункой 2 впрыскивается очередная доза топлива. Одновременно через обратный клапан 13 из атмосферы засасывается воздух в правую полость поршня 14, а из его левой полости через выпускной клапан 15 воздух (в дальнейшем - отработавшие продукты сгорания) выбрасывается в атмосферу. Аналогично по тем же причинам при движении поршня 8 сжимаемый в его правой полости воздух через обратный клапан 16 по трубопроводу 12 подается во внешнюю камеру сгорания 1. Через обратный клапан 17 из атмосферы засасывается воздух в левую полость поршня 18, а из его правой полости через выпускной клапан 19 воздух (в дальнейшем - отработавшие продукты сгорания) выбрасывается в атмосферу. После достижения поршнями точек крайнего расхождения система управления переводит впускные клапаны 5, 7, 20 21 и выпускные клапаны 15, 19, 22, 23 в противоположные положения. Теперь продукты сгорания из внешней камеры сгорания 1 по трубопроводу 4 через впускной клапан 20 поступают в левую торцевую полость поршня 14 и через впускной клапан 21 в правую торцевую полость поршня 18, и поршни начинают сходиться. Через обратные клапаны 24 и 25 сжимаемый в правой полости поршня 14 и в левой полости поршня 18 воздух по трубопроводу 12 поступает во внешнюю камеру сгорания 1. Туда же форсункой 2 впрыскивается очередная доза топлива. Через обратные клапаны 26 и 27 из атмосферы засасывается воздух в левую полость поршня 6 и правую полость поршня 8. Из правой полости поршня 6 через выпускной клапан 22 и из левой полости поршня 8 через выпускной клапан 23 воздух (в дальнейшем - отработавшие продукты сгорания) выбрасывается в атмосферу. Одновременно при расхождении поршней 6, 7, 14, 18 в полостях соединенных с ними поршней 28, 34 происходит сжатие различных газов - основная функция компрессора. Сжимаемый в левой полости поршня 28 газ через выпускной клапан 29 по трубопроводу 30 поступает в радиатор 31, где охлаждается, и затем оттуда в ресивер 32, а через обратный клапан 33 газ от источника сжимаемого газа засасывается в его правую полость. Соответственно сжимаемый в правой полости поршня 34 газ через выпускной клапан 35 по трубопроводу 30 поступает в радиатор 31, где охлаждается, и затем оттуда в ресивер 32, а через обратный клапан 36 газ от источника сжимаемого газа засасывается в его левую полость. По достижению поршнями крайних точек расхождения система управления переводит выпускные клапаны 29, 35, 37, 38 в противоположные положения. Теперь сжимаемый в правой полости поршня 28 газ через выпускной клапан 37 по трубопроводу 30 поступает в радиатор 31, где охлаждается, и затем оттуда в ресивер 32, а через обратный клапан 39 газ от источника сжимаемого газа засасывается в его левую полость. Сжимаемый в левой полости поршня 34 газ через выпускной клапан 38 по трубопроводу 30 поступает в радиатор 31, где охлаждается, и затем оттуда в ресивер 32, а через обратный клапан 40 газ от источника сжимаемого газа засасывается в его правую полость. Сжатый таким образом в компрессоре газ из ресивера 32 по трубопроводу 41 подается потребителю.The compressor operates as follows. The control system (control system not shown) by the compressor delivers fuel to the external combustion chamber 1 (see the figure) by the nozzle 2 and ignites the spark plug 3. The combustion products from the combustion chamber 1 through the pipe 4 through the inlet valve 5 enter the right (according to the figure) cavity piston 6 and through the inlet valve 7 into the left cavity of the piston 8, and under the action of incoming combustion products, the pistons begin to diverge. Since the area of the right surface of the piston 6 is greater than the area of its left surface by the difference in the cross-sectional area of the rods 9 and 10, the pressure of the air compressed in the left cavity of the piston 6 will be greater than the pressure of the combustion products in its right cavity. Therefore, air from the left cavity of the piston 6 through the non-return valve 11 through a pipe 12 is supplied to the external combustion chamber 1. The next dose of fuel is injected there by the nozzle 2. At the same time, air is drawn in from the atmosphere through the non-return valve 13 into the right cavity of the piston 14, and air (hereinafter referred to as exhaust combustion products) is discharged into the atmosphere from its left cavity through the exhaust valve 15. Similarly, for the same reasons, when the piston 8 moves, the air compressed in its right-hand cavity through the check valve 16 is piped 12 to the external combustion chamber 1. Through the check valve 17, air is sucked into the left-hand cavity of the piston 18 from the atmosphere, and from the right-hand cavity through the exhaust valve 19 air (hereinafter referred to as exhaust combustion products) is released into the atmosphere. After the pistons reach the extreme divergence points, the control system translates the intake valves 5, 7, 20 21 and exhaust valves 15, 19, 22, 23 into opposite positions. Now, the combustion products from the external combustion chamber 1 through the pipe 4 through the inlet valve 20 enter the left end cavity of the piston 14 and through the inlet valve 21 into the right end cavity of the piston 18, and the pistons begin to converge. Through the check valves 24 and 25, the air compressed in the right-hand cavity of the piston 14 and in the left-hand cavity of the piston 18 passes through a pipe 12 to the external combustion chamber 1. The next dose of fuel is injected there by the nozzle 2. Through the check valves 26 and 27, air is drawn in from the atmosphere into the left piston cavity 6 and the right piston cavity 8. From the right piston cavity 6 through the exhaust valve 22 and from the left piston cavity 8 through the exhaust valve 23 air (hereinafter referred to as exhaust combustion products) in atmosphere. At the same time, when the pistons 6, 7, 14, 18 diverge in the cavities of the pistons 28, 34 connected to them, various gases are compressed - the main function of the compressor. Compressed gas in the left cavity of the piston 28 through the exhaust valve 29 through a pipe 30 enters the radiator 31, where it is cooled, and then from there to the receiver 32, and through the check valve 33 the gas from the source of compressible gas is sucked into its right cavity. Accordingly, the gas compressed in the right cavity of the piston 34 through the exhaust valve 35 through a pipe 30 enters the radiator 31, where it is cooled, and then from there to the receiver 32, and through the check valve 36, the gas from the source of compressible gas is sucked into its left cavity. When the pistons reach the extreme points of divergence, the control system translates the exhaust valves 29, 35, 37, 38 into opposite positions. Now, the gas compressed in the right cavity of the piston 28 through the exhaust valve 37 through a pipe 30 enters the radiator 31, where it is cooled, and then from there to the receiver 32, and through the check valve 39, the gas from the source of compressible gas is sucked into its left cavity. Compressed gas in the left cavity of the piston 34 through the exhaust valve 38 through a pipe 30 enters the radiator 31, where it is cooled, and then from there to the receiver 32, and through the check valve 40, the gas from the source of compressible gas is sucked into its right cavity. Thus compressed in the compressor gas from the receiver 32 through the pipe 41 is supplied to the consumer.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Способ привода поршней энергией газов из внешней камеры сгорания двухцилиндрового свободнопоршневого с оппозитным движением поршней энергомодуля компрессора, включающего два цилиндра компрессора с поршнями компрессора и газораспределительными клапанами, двухцилиндровый свободнопоршневой с оппозитным движением поршней энергомодуль в составе внешней камеры сгорания с форсункой и свечой зажигания, двух цилиндров с поршнями и газораспределительными клапанами, и систему управления, отличающийся тем, что система управления впрыскивает топливо форсункой во внешнюю камеру сгорания энергомодуля, воспламеняет топливо свечой зажигания, подает продукты сгорания из внешней камеры сгорания энергомодуля в цилиндры энергомодуля, газораспределительными клапанами приводит поршни энергомодуля и соединенные с ними поршни компрессора в колебательные движения, в цилиндрах компрессора газораспределительными клапанами обеспечивает всасывание газа из источника газа в цилиндр компрессора и после сжатия газа в цилиндре компрессора газораспределительными клапанами подает сжатый газ потребителю.A method of driving pistons with gas energy from an external combustion chamber of a two-cylinder free piston with opposite movement of the pistons of the compressor energy module, including two compressor cylinders with compressor pistons and gas distribution valves, a two-cylinder free piston with opposite piston movement, an energy module as part of an external combustion chamber with a nozzle and a spark plug pistons and gas control valves, and a control system, characterized in that the injection control system t fuel nozzle into the external combustion chamber of the energy module, ignites the fuel with a spark plug, feeds the combustion products from the external combustion chamber of the energy module to the cylinders of the energy module, the gas distribution valves drives the pistons of the energy module and the compressor pistons connected to them in oscillatory movements, in the compressor cylinders the gas distribution valves sucks gas from the gas source into the compressor cylinder and after gas compression in the compressor cylinder, the gas distribution valves th gas to the consumer.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯTECHNICAL APPLICABILITY OF THE INVENTION

Затраты на НИОКР и производство заявленного изобретения не могут значительно отличаться от таковых при проектировании и отработке классических компрессоров.The costs of R&D and production of the claimed invention cannot differ significantly from those in the design and development of classical compressors.

ГРАФИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛGRAPHIC MATERIAL

Фигура. Принципиальная схема свободнопоршневого с оппозитным движением поршней компрессора с приводом энергией газов из внешней камеры сгорания. 1 - внешняя камера сгорания; 2 - форсунка; 3 - свеча зажигания; 4, 12, 30, 41 - трубопровод; 5, 7, 20, 21 - впускной клапан; 15, 19, 22, 23, 29, 35, 37, 38 - выпускной клапан; 6, 8, 14, 18, 28, 34 - поршень; 9, 10 - шток; 11, 13, 16, 17, 24, 25, 26, 27, 33, 36, 39 40 - обратный клапан; 31 -радиатор; 32 - ресивер.Figure. Schematic diagram of a free piston with opposed movement of the pistons of a compressor driven by the energy of gases from an external combustion chamber. 1 - external combustion chamber; 2 - nozzle; 3 - spark plug; 4, 12, 30, 41 - pipeline; 5, 7, 20, 21 - inlet valve; 15, 19, 22, 23, 29, 35, 37, 38 - exhaust valve; 6, 8, 14, 18, 28, 34 — piston; 9, 10 - stock; 11, 13, 16, 17, 24, 25, 26, 27, 33, 36, 39 40 - non-return valve; 31 radiator; 32 - receiver.

Claims

A method of driving pistons with gas energy from an external combustion chamber of a two-cylinder free piston with opposite movement of the pistons of the compressor energy module, including two compressor cylinders with compressor pistons and gas distribution valves, a two-cylinder free piston with opposite piston movement, an energy module as part of an external combustion chamber with a nozzle and a spark plug pistons and gas control valves, and a control system, characterized in that the injection control system t fuel nozzle into the external combustion chamber of the energy module, ignites the fuel with a spark plug, feeds the combustion products from the external combustion chamber of the energy module to the cylinders of the energy module, the gas distribution valves drives the pistons of the energy module and the compressor pistons connected to them in oscillatory movements, in the compressor cylinders the gas distribution valves sucks gas from the gas source into the compressor cylinder and after gas compression in the compressor cylinder, the gas distribution valves th gas to the consumer.