RU2630364C1 - Expedition generator - Google Patents

Expedition generator Download PDF

Info

Publication number
RU2630364C1
RU2630364C1 RU2016122786A RU2016122786A RU2630364C1 RU 2630364 C1 RU2630364 C1 RU 2630364C1 RU 2016122786 A RU2016122786 A RU 2016122786A RU 2016122786 A RU2016122786 A RU 2016122786A RU 2630364 C1 RU2630364 C1 RU 2630364C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
displacer
cylinder
working
generator
heat exchange
Prior art date
Application number
RU2016122786A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Эльдар Вагифович Алиев
Альфия Хафизовна Алиева
Лилия Раифовна Алиева
Александр Валерьевич Бабкин
Елена Валерьевна Гольцова
Александр Николаевич Домбрачев
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова"
Priority to RU2016122786A priority Critical patent/RU2630364C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2630364C1 publication Critical patent/RU2630364C1/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
    • F02G1/053—Component parts or details
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1869—Linear generators; sectional generators
    • H02K7/1876—Linear generators; sectional generators with reciprocating, linearly oscillating or vibrating parts
    • H02K7/1884—Linear generators; sectional generators with reciprocating, linearly oscillating or vibrating parts structurally associated with free piston engines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: expedition generator comprises a heat exchange housing. The heat exchange housing is made in the form of a hollow airtight cylinder. Along the longitudinal axis of the airtight cylinder, on the inside, there are an alternator, a working cylinder with a piston, and a displacer. The displacer is made in the form of a hollow cylinder. One end wall of the displacer has a cylindrical recess repeating the working cylinder in shape. In the deepest part of the recess, the displacer wall has openings for the working fluid exchange between the working cylinder and the buffer capacity. The buffer capacity is located inside the displacer. The winding of the alternator stator can be located inside the walls of the working cylinder or the heat exchange cylinder. The moving magnetic poles of the alternator are located on the working piston. The displacer may comprise a regenerator. The heat exchange housing may comprise a regenerator.
EFFECT: reducing the overall dimensions and mass of the generator while maintaining the working volume and pressure of the working fluid.
6 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к системам двигатель-генератор, а именно к генераторам переменного тока, приводимым в движение двигателем с замкнутым циклом, то есть двигателем внешнего сгорания.The invention relates to engine-generator systems, namely to alternating current generators driven by a closed-cycle engine, i.e., an external combustion engine.

Из уровня техники известна система двигатель-генератор переменного электрического тока [Аткинс Б. Общая теория электронных машин. Пер. с англ. И.В. Антика. Государственное энергетическое издательство. М.-Л., 1960. 272 с.], в которой для возбуждения ЭДС в силовых обмотках статора якорь совершает вращательное движение. Зачастую в этой системе в качестве двигателя используют двигатель внутреннего сгорания [Мировое судовое дизелестроение. Конструкции конструирования, анализ международного опыта: Учебн. пособие / Г.А. Конке, В.А. Лашко. - М.: Машиностроение, 2005. 512 с.].The prior art system is a motor-generator of alternating electric current [Atkins B. General theory of electronic machines. Per. from English I.V. Antika. State Energy Publishing House. M.-L., 1960. 272 pp.], In which the armature rotates in order to excite the emf in the power windings of the stator. Often in this system, an internal combustion engine is used as an engine [World Marine Diesel Engineering. Design constructs, analysis of international experience: Textbook. allowance / G.A. Konke, V.A. Lashko. - M.: Mechanical Engineering, 2005. 512 S.].

Недостатком такой системы является сложность преобразования с помощью кривошипно-шатунного механизма возвратно-поступательного движения поршней двигателя во вращательное движение коленчатого вала, присоединенного к якорю генератора.The disadvantage of this system is the difficulty of converting using the crank mechanism of the reciprocating movement of the engine pistons into the rotational movement of the crankshaft connected to the generator armature.

Наиболее близкими к предлагаемому техническому решению являются Преобразователь тепловой энергии в электрическую с двигателем Стерлинга [Уокер Г. Двигатели Стерлинга. М.: Машиностроение., 1985, с. 215-217, рис. 9.13], указанный преобразователь содержит герметичный цилиндр с рабочим поршнем из постоянного магнита, вытеснительным поршнем и рабочей средой, обмоток возбуждения, нагревателя, регенератора, холодильника и функциональных элементов, необходимых для работы преобразователя, а также Электрический генератор переменного тока с двигателем Стерлинга (Патент RU №2315686), содержащий цилиндр, разделяемый подвижным вытеснительным поршнем на холодную и горячую полости, рабочий поршень, подвижно установленный в холодной полости, холодильник, регенератор и нагреватель, последовательно расположенные и соединяющие холодную и горячую полости, а также кольцевую электрическую обмотку на цилиндре, отличающийся тем, что рабочий поршень жестко соединен со штоком, выполненным из магнитного материала, сердечники электрической обмотки имеют двутавровое сечение, по обеим сторонам сердечников вдоль оси штока расположены кольцевые магниты, обращенные друг к другу разноименными полюсами, на штоке поршня выполнены кольцевые канавки, заполненные немагнитным материалом, а на цилиндре у вытеснительного поршня установлен датчик положения поршня, последовательно электрически соединенный через микропроцессор с регулировочным клапаном на трубопроводе между нагревателем и холодной полостью.Closest to the proposed technical solution are the Converter of thermal energy into electrical energy with a Sterling engine [Walker G. Stirling engines. M .: Mechanical Engineering., 1985, p. 215-217, fig. 9.13], the specified converter contains a sealed cylinder with a working piston from a permanent magnet, a displacement piston and a working medium, field windings, a heater, a regenerator, a refrigerator and functional elements necessary for the operation of the converter, as well as an electric alternator with a Sterling engine (RU Patent No. 2315686), comprising a cylinder shared by a movable displacement piston into cold and hot cavities, a working piston movably mounted in a cold cavity, a refrigerator, a regenerator torus and heater, sequentially located and connecting cold and hot cavities, as well as an annular electric winding on the cylinder, characterized in that the working piston is rigidly connected to a rod made of magnetic material, the cores of the electric winding have an I-section, on both sides of the cores along the axis the rod contains ring magnets facing each other with opposite poles, on the piston rod there are ring grooves filled with non-magnetic material, and on the cylinder at the displacer The piston is equipped with a piston position sensor, electrically connected in series through a microprocessor with a control valve on the pipeline between the heater and the cold cavity.

Недостатком двух последних решений является значительное внутреннее пространство, занимаемое вытеснителем и буферной емкостью, роль которой в первом случае выполняет газовая подушка.The disadvantage of the last two solutions is the significant internal space occupied by the displacer and the buffer tank, the role of which in the first case is played by a gas cushion.

Технической задачей предлагаемого решения является улучшение массогабаритных показателей при одновременном сохранении рабочего объема и рабочего давления рабочего тела.The technical task of the proposed solution is to improve overall dimensions while maintaining the working volume and working pressure of the working fluid.

Указанная задача решается за счет того, что двигатель-генератор содержит теплообменный корпус, выполненный в виде полого герметичного цилиндра, вдоль продольной оси которого, с внутренней стороны, находятся генератор переменного тока, рабочий цилиндр с поршнем и вытеснитель.This problem is solved due to the fact that the engine generator contains a heat exchange housing made in the form of a hollow sealed cylinder, along the longitudinal axis of which, on the inside, there are an alternator, a working cylinder with a piston and a displacer.

При этом вытеснитель выполнен в виде полого цилиндра, причем одна его торцевая стенка глухая и повторяет по форме торцевую стенку корпуса, а другая имеет цилиндрическое углубление, повторяющее рабочий цилиндр, и в самой глубокой части этого углубления стенка вытеснителя имеет отверстия для обмена рабочим телом между рабочим цилиндром и буферной емкостью, которая располагается внутри вытеснителя.In this case, the displacer is made in the form of a hollow cylinder, and one of its end walls is blind and repeats the shape of the end wall of the housing, and the other has a cylindrical recess that repeats the working cylinder, and in the deepest part of this recess the wall of the displacer has openings for exchanging the working fluid between the working cylinder and buffer tank, which is located inside the displacer.

Положительным техническим результатом, совпадающим с технической задачей, достигаемым совокупностью конструктивных признаков, а именно расположением рабочего цилиндра внутри теплообменного корпуса и расположением буферной емкости внутри вытеснителя, является снижение габаритов и массы устройства при том же рабочем объеме и рабочем давлении рабочего тела.A positive technical result that coincides with the technical task achieved by a set of design features, namely, the location of the working cylinder inside the heat exchange housing and the location of the buffer tank inside the displacer, is to reduce the size and weight of the device with the same working volume and working pressure of the working fluid.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена механическая часть экспедиционного генератора в разрезе; на фиг. 2 - изометрия генератора, разрезанного вдоль продольной оси в объемном виде; на фиг. 3 - изометрическая проекция генератора в разрезе; на фиг. 4 - внешний вид генератора в изометрии.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows the mechanical part of the expeditionary generator in section; in FIG. 2 is an isometric view of a generator cut along a longitudinal axis in volumetric form; in FIG. 3 is an isometric sectional view of a generator; in FIG. 4 - isometric view of the generator.

Экспедиционный генератор устроен следующим образом.The expeditionary generator is arranged as follows.

Экспедиционный генератор состоит из теплообменного корпуса 1, выполненного в виде полого герметичного цилиндра, вдоль продольной оси которого, с внутренней стороны, находятся рабочий цилиндр 2, поршень 3, вытеснитель 4, а также генератор переменного тока, статор которого размещен внутри стенок рабочего цилиндра, и состоит из магнитопровода 5 и катушки с обмоткой 6, а магнитный якорь генератора переменного тока интегрирован в поршень, шток 7 которого с противоположного конца соединен с вытеснителем, с люфтом, примерно равным половине рабочего хода поршня. Кроме того, имеются боковые отверстия 8 в рабочем цилиндре со стороны его глухого конца, с которого он соединен с теплообменным корпусом, а также отверстия 9 в вытеснителе со стороны открытого конца рабочего цилиндра. Между вытеснителем и теплообменным корпусом имеется диаметральный зазор.The expeditionary generator consists of a heat exchange case 1 made in the form of a hollow sealed cylinder, along the longitudinal axis of which, on the inside, there is a working cylinder 2, a piston 3, a displacer 4, and an alternator, the stator of which is located inside the walls of the working cylinder, and consists of a magnetic circuit 5 and a coil with a winding 6, and the magnetic armature of the alternator is integrated into the piston, the rod 7 of which is connected from the opposite end to the displacer, with a play approximately equal to half the working stroke. In addition, there are side openings 8 in the working cylinder from the side of its blind end, from which it is connected to the heat exchange housing, as well as holes 9 in the displacer from the open end of the working cylinder. There is a diametrical gap between the displacer and the heat exchange housing.

В качестве рабочего тела целесообразно использовать сжатый под давлением газ с большой теплопроводностью и текучестью. Например, гелий.It is advisable to use a gas compressed under pressure with high thermal conductivity and fluidity as a working fluid. For example, helium.

Рабочий цилиндр целесообразно изготавливать из материала с высокой магнитной проницаемостью.It is advisable to make the working cylinder from a material with high magnetic permeability.

Вытеснитель должен быть термостойким, легким и жестким.The displacer must be heat resistant, lightweight and stiff.

Поршень предпочтительно должен иметь уплотнительную часть и намагниченную часть в виде магнитопрочных вставок.The piston should preferably have a sealing part and a magnetized part in the form of magnetically resistant inserts.

Двигатель-генератор работает следующим образом.The engine generator operates as follows.

Левый торец теплообменного корпуса 1, а именно тот, со стороны которого на фигуре 1 закреплен рабочий цилиндр 2 с генератором, необходимо охлаждать. Противоположный торец - нагревать. Рабочее тело, находящееся в правой части теплообменного корпуса, при нагревании начнет расширяться и проникать через диаметральный зазор между теплообменным корпусом 1 и вытеснителем 4 в левую часть теплообменного корпуса, а затем через отверстия 8 - в рабочий цилиндр 2. Поршень начнет перемещаться в сторону вытеснителя и после того, как шток поршня упрется в вытеснитель, вытеснитель переместится из левого в правое положение. Рабочее тело, соответственно, переместится в левое положение, после чего начнет охлаждаться и сжиматься. При сжатии рабочего тела поршень 3 со штоком 7 начнет двигаться влево, шток, выбрав весь свой свободный ход, своим расширенным концом потянет за собой вытеснитель 4. Вытеснитель вернется влево, а рабочее тело, соответственно, вытиснится вправо. Далее цикл может повторяться, пока будет обеспечиваться достаточный перепад температуры между левым и правым торцами теплообменного корпуса. При этом во время движения поршня будут двигаться и магнитные полюса, вырабатывая электрический ток в обмотке катушки 6 статора. Для того чтобы подключить генератор к нагрузке сквозь теплообменный корпус наружу должны быть выведены провода с фазами. На фигурах они не изображены. В некоторых случаях может потребоваться выпрямление сгенерированного электрического тока. Электрическая схема выпрямителя на фигурах также отсутствует.The left end face of the heat exchange housing 1, namely the one on the side of which in figure 1 the working cylinder 2 is fixed with a generator, must be cooled. The opposite end is to heat. When heated, the working fluid located in the right part of the heat-exchange housing begins to expand and penetrate through the diametrical gap between the heat-exchange housing 1 and the displacer 4 into the left part of the heat-exchange housing, and then through the openings 8 into the working cylinder 2. The piston will begin to move towards the displacer and after the piston rod abuts against the displacer, the displacer moves from the left to the right position. The working fluid, accordingly, will move to the left position, after which it will begin to cool and contract. When the working fluid is compressed, the piston 3 with the rod 7 will begin to move to the left, the rod, having chosen all its free travel, will pull the displacer 4 with its expanded end. The displacer will return to the left, and the working fluid, accordingly, will be forced out to the right. Further, the cycle can be repeated until a sufficient temperature difference between the left and right ends of the heat exchange housing is ensured. Moreover, during the movement of the piston, the magnetic poles will also move, generating an electric current in the winding of the stator coil 6. In order to connect the generator to the load through the heat exchanger housing, wires with phases must be led out. They are not shown in the figures. In some cases, it may be necessary to rectify the generated electric current. The electrical circuit of the rectifier in the figures is also missing.

Claims (6)

1. Экспедиционный генератор, содержащий теплообменный корпус, выполненный в виде полого герметичного цилиндра, вдоль продольной оси которого, с внутренней стороны, находятся генератор переменного тока, рабочий цилиндр с поршнем и вытеснитель, отличающийся тем, что вытеснитель выполнен в виде полого цилиндра, причем одна его торцевая стенка имеет цилиндрическое углубление, повторяющее по форме рабочий цилиндр, при этом в самой глубокой части этого углубления стенка вытеснителя имеет отверстия для обмена рабочим телом между рабочим цилиндром и буферной емкостью, которая располагается внутри вытеснителя.1. An expeditionary generator comprising a heat exchange case made in the form of a hollow sealed cylinder, along the longitudinal axis of which, on the inside, are an alternator, a working cylinder with a piston and a displacer, characterized in that the displacer is made in the form of a hollow cylinder its end wall has a cylindrical recess that repeats the shape of the working cylinder, while in the deepest part of this recess the displacer wall has openings for exchanging the working fluid between the working cylinder core and buffer tank, which is located inside the displacer. 2. Экспедиционный генератор по п. 1, отличающийся тем, что обмотка статора генератора расположена внутри стенок рабочего цилиндра.2. The expeditionary generator according to claim 1, characterized in that the stator winding of the generator is located inside the walls of the working cylinder. 3. Экспедиционный генератор по п. 1, отличающийся тем, что обмотка статора генератора расположена внутри стенок теплообменного цилиндра.3. The expeditionary generator according to claim 1, characterized in that the stator winding of the generator is located inside the walls of the heat exchange cylinder. 4. Экспедиционный генератор по п. 1, отличающийся тем, что подвижные магнитные полюса генератора расположены на рабочем поршне.4. The expeditionary generator according to claim 1, characterized in that the movable magnetic poles of the generator are located on the working piston. 5. Экспедиционный генератор по п. 1, отличающийся тем, что вытеснитель содержит в себе регенератор.5. The expeditionary generator according to claim 1, characterized in that the displacer contains a regenerator. 6. Экспедиционный генератор по п. 1, отличающийся тем, что теплообменный корпус содержит в себе регенератор.6. The expeditionary generator according to claim 1, characterized in that the heat exchange housing comprises a regenerator.
RU2016122786A 2016-06-08 2016-06-08 Expedition generator RU2630364C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016122786A RU2630364C1 (en) 2016-06-08 2016-06-08 Expedition generator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016122786A RU2630364C1 (en) 2016-06-08 2016-06-08 Expedition generator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2630364C1 true RU2630364C1 (en) 2017-09-07

Family

ID=59797447

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016122786A RU2630364C1 (en) 2016-06-08 2016-06-08 Expedition generator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2630364C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1745986A1 (en) * 1990-01-12 1992-07-07 Мгту Им.Н.Э.Баумана Power plant
RU2383759C2 (en) * 2005-10-18 2010-03-10 Риннай Корпорейшн Cogeneration system
US8720198B2 (en) * 2006-01-24 2014-05-13 Altor Limited Lc System and method for electrically-coupled thermal cycle

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1745986A1 (en) * 1990-01-12 1992-07-07 Мгту Им.Н.Э.Баумана Power plant
RU2383759C2 (en) * 2005-10-18 2010-03-10 Риннай Корпорейшн Cogeneration system
US8720198B2 (en) * 2006-01-24 2014-05-13 Altor Limited Lc System and method for electrically-coupled thermal cycle

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1982048B1 (en) System and method for electrically-coupled thermal cycle
RU2255232C2 (en) Device including internal combustion engine, use of such device, and vehicle
EP0458913B1 (en) Magnetoelectric resonance engine
JP4656840B2 (en) Free piston device with electric linear drive
JP2008014318A (en) Internal combustion engine
RU2550228C2 (en) Ac generator with external combustion engine
RU2630364C1 (en) Expedition generator
WO2011066326A2 (en) Compact, high-efficiency integrated resonant power systems
US11746691B2 (en) Opposing piston synchronized linear engine-alternator (OPSLEA) for electrical power generation
JP2001289119A (en) Free piston type stirling engine
CN109026430B (en) Rotary machine with magnetically actuated piston
Schutte et al. Constrained optimisation of a transverse flux PM linear generator
RU2703114C1 (en) Device for conversion of chemical energy of fuel-air mixture into electric energy (versions)
RU2571953C2 (en) Alternating current generator (acg) with crosshead engine
RU2443889C1 (en) Power plant with opposed stirling engine
RU2517957C1 (en) Plunger-free four-cylinder engine
Moeini Korbekandi Modelling and development of an integrated electrical machine and linear engine
RU2517956C1 (en) Plunger-free engine
FI125225B (en) Linear electric generator and stirling motor with linear electric generator and wave power plant with linear generator
SU1686209A1 (en) Heat piston engine
CN113922587A (en) Linear electric motor cooling structure
JPS61152951A (en) Stirling engine
Kudarauskas et al. Oscillating rotary electrical machine for Stirling cycle heat pump and other devices of renewable energy
Berinde et al. Voice Coil Generator for a Free-Piston Stirling Engine.
Pop et al. Voice Coil Generator for a Free-Piston Stirling Engine

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190609