RU73400U1

RU73400U1 - PISTON ENGINE-POWER INSTALLATION

Info

Publication number: RU73400U1
Application number: RU2007119183/22U
Authority: RU
Inventors: Александр Васильевич Воронин
Original assignee: Александр Васильевич Воронин
Priority date: 2007-05-24
Filing date: 2007-05-24
Publication date: 2008-05-20

Abstract

Полезная модель относится к двигателестроению и может быть использована для производства двигателей внешнего сгорания. Реализация полезной модели позволяет получить высокоэффективный, надежный, долговечный и экологически чистый двигатель с замкнутым рабочим циклом, способный работать на всех видах топлива и без него в пограничной области естественной разности температур, имеющий высокие эксплуатационные характеристики и технологичный в изготовлении. Двигатель с газообразным рабочим телом, в котором осуществляется замкнутый рабочий цикл, содержащий две камеры, нагреватель и холодильник, а также связывающие их между собой газовые магистрали. дополнительно он содержит второй холодильник, как и первый совмещенный с теплообменником, нагреватель, и два обратных клапана, состоит из корпуса - рабочего цилиндра, в котором по образующей, симметрично, у центра относительно, ограничивающих цилиндр, крышек, расположены два ряда отверстий, которые имеются и в вышеназванных крышках, левый ряд отверстий в корпусе газовой магистралью последовательно соединен через холодильник, обратный клапан и нагреватель с отверстиями в правой крышке корпуса, аналогично правый ряд через другой холодильник, обратный клапан и нагреватель с отверстиями в левой крышке, внутри находится полый поршень вполовину длины цилиндра, с поршневыми кольцами по краям и сплошной проточкой между ними, по образующей в корпусе поршня имеется два ряда отверстий, а внутри расположен полый золотник с глухой перегородкой посередине, по обе стороны вдоль перегородки имеются два ряда отверстий, с наружной стороны, переходящие в прорези, а ход золотника с обеих сторон ограничивают подпружиненные кольца-ограничители, жестко закрепленные внутри корпуса поршня так, что в каждом из крайних положений золотника второй по ходу ряд его отверстий совпадает с соответствующим рядом отверстий в поршне. С каждой стороны поршня ширина контактной поверхности с цилиндром меньше расстояния между рядами отверстий в цилиндре, а сам ряд отверстий при совмещении перекрывается контактной поверхностью поршня. Шток отбора мощности закреплен на корпусе поршня и выведен наружу через одну из крышек, оснащенную сальником.The utility model relates to engine building and can be used to produce external combustion engines. The implementation of the utility model allows to obtain a highly efficient, reliable, durable and environmentally friendly engine with a closed duty cycle, capable of operating on all types of fuel and without it in the boundary region of the natural temperature difference, having high performance characteristics and technological manufacturing. An engine with a gaseous working fluid in which a closed duty cycle is carried out, containing two chambers, a heater and a refrigerator, as well as gas pipelines connecting them together. in addition, it contains a second refrigerator, like the first combined with a heat exchanger, a heater, and two check valves, consists of a body - a working cylinder, in which, along a generatrix, symmetrically, at the center relative to the cylinder limiting covers, there are two rows of holes that are available and in the above-mentioned covers, the left row of holes in the case with a gas main is connected in series through the refrigerator, the check valve and heater with holes in the right cover of the case, similarly the right row through another refrigerator ir, check valve and heater with holes in the left cover, inside there is a hollow piston half the length of the cylinder, with piston rings at the edges and a continuous groove between them, along the generatrix in the piston body there are two rows of holes, and inside there is a hollow spool with a blank partition in the middle , on both sides along the baffle there are two rows of holes, on the outside turning into slots, and the spool stroke on both sides is limited by spring-loaded restrictor rings rigidly fixed inside the piston body so that in each of the extreme positions of the spool, the second row of its openings coincides with the corresponding row of openings in the piston. On each side of the piston, the width of the contact surface with the cylinder is less than the distance between the rows of holes in the cylinder, and the row of holes when overlapping is overlapped by the contact surface of the piston. The power take-off rod is mounted on the piston body and brought out through one of the covers equipped with an oil seal.

Description

Полезная модель относится к двигателестроению и может быть использована для преобразования тепловой энергии в механическую работу и может найти применение на транспорте и в энергетике как двигатель, осуществляющий, где необходимо, возвратно-поступательное движение, аналог роторно-лопастного двигателя, осуществляющего вращение выходного вала.The utility model relates to engine building and can be used to convert thermal energy into mechanical work and can be used in transport and in the energy sector as an engine that performs, where necessary, reciprocating motion, an analog of a rotary vane engine that rotates the output shaft.

С принципом работы тепловой машины «ИЛО», работающей по замкнутому циклу Стирлинга, содержащей регенератор между холодной и горячей зонами, и не менее двух замкнутых пространств для размещения рабочего тела, механически связанных своими изменяющимися объемами, причем эти замкнутые пространства размещены в горячей зоне, а в холодной зоне не менее двух охладителей с равными и постоянными объемами, параллельно соединенными газовыми магистралями с уменьшающимися объемами замкнутых пространств горячей зоны, при этом увеличивающиеся объемы газовой магистралью связаны между собой, при достижении максимальной величины замкнутое пространство через один из охладителей, сменяющийся в каждом цикле, соединено с минимальным из уменьшающихся объемом замкнутых пространств, соединенным со всеми охладителями, с последующей изоляцией этого уменьшающегося пространства до достижения им минимального объема (Заявка на изобретение №2006140531, F02G 1/043)With the principle of operation of the heat engine "ILO", operating on a closed Stirling cycle, containing a regenerator between cold and hot zones, and at least two closed spaces for accommodating a working fluid mechanically connected by their changing volumes, and these closed spaces are located in the hot zone, and in the cold zone, at least two coolers with equal and constant volumes, connected in parallel by gas lines with decreasing volumes of enclosed spaces of the hot zone, while increasing gas lines are interconnected, when the maximum value is reached, the enclosed space through one of the coolers, changing in each cycle, is connected to the minimum of decreasing volume of closed spaces connected to all coolers, with the subsequent isolation of this decreasing space until it reaches the minimum volume (Application for invention No. 2006140531, F02G 1/043)

Известны также двигатели и тепловые машины, работающие по замкнутому рабочему циклу Стирлинга, например способ работы двигателя внешнего сгорания, заключающийся в сжатии газообразного рабочего тела в компрессорном цилиндре, перепуске его в нагреватель, снабженный камерой сгорания, подаче нагретого рабочего тела из нагревателя в рабочий цилиндр, преобразовании в последнем энергии расширяющегося рабочего тела во вращательную энергию выходного вала двигателя и установлении при этом начала подачи рабочего тела в рабочий цилиндр при положении его поршня в ВМТ, причем газообразное рабочее тело сжимают изотермически, тепло, образующееся при сжатии рабочего тела, используют для испарения воды в компрессорном цилиндре, подогревают расширяющееся рабочее тело в рабочем цилиндре продуктами сгорания, образующимися в нагревателе, охлаждают расширившееся рабочее тело до конденсации паров воды в холодильнике-конденсаторе (Х-К), сконденсировавшуюся воду направляют Also known are engines and heat engines operating on a closed Stirling duty cycle, for example, a method of operating an external combustion engine, which consists in compressing a gaseous working fluid in a compressor cylinder, transferring it to a heater equipped with a combustion chamber, supplying a heated working fluid from the heater to the working cylinder, the transformation in the latter of the energy of the expanding working fluid into the rotational energy of the output shaft of the engine and the establishment of the beginning of the supply of the working fluid to the working cylinder when of the piston in TDC, and the gaseous working fluid is isothermally compressed, the heat generated by the compression of the working fluid is used to evaporate water in the compressor cylinder, the expanding working fluid in the working cylinder is heated by the combustion products formed in the heater, and the expanded working fluid is cooled to vapor condensation water in the refrigerator-condenser (HK), the condensed water is directed

на испарение в компрессорном цилиндре, причем перед подачей расширившегося рабочего тела в Х-К его охлаждают в поверхностных теплообменниках путем двухступенчатого отвода тепла сначала к рабочему телу, выходящему из компрессорного цилиндра, а затем к окислителю, подаваемому на горение в нагреватель. (Способ работы двигателя внешнего сгорания и двигатель внешнего сгорания, патент № RU 2022147, F02G 1/00).evaporation in the compressor cylinder, moreover, before the expanded working fluid is supplied to the XK, it is cooled in surface heat exchangers by two-stage heat removal, first to the working fluid leaving the compressor cylinder, and then to the oxidizer supplied to the heater for combustion. (Способ работы патент F F F F F F F F F F F F02G 1/00)

Наиболее близким к заявляемому является двигатель Стирлинга с газообразным рабочим телом, в котором осуществляется замкнутый рабочий цикл, содержащий рабочую и насосную камеры, нагреватель и холодильник, а также связывающие их между собой газовые магистрали. (Ридер Г., Хупер Ч. - двигатели Стирлинга, пер. с англ. М. Мир., 1986)Closest to the claimed is a Stirling engine with a gaseous working fluid, in which a closed duty cycle is carried out, containing a working and pumping chambers, a heater and a refrigerator, as well as gas pipelines connecting them to each other. (Reader G., Hooper C. - Stirling engines, trans. From English. M. Mir., 1986)

Задачей, на решение которой направлено создание настоящей полезной, модели, является разработка конструкции высокоэффективного, надежного, долговечного экологичного линейного двигателя, способного работать на земле и в космосе. Как Привод для возвратно-поступательного движения поршня компрессора.The task to which the creation of this useful model is aimed is the development of the design of a highly efficient, reliable, durable eco-linear motor capable of working on the ground and in space. As a drive for reciprocating compressor piston.

Поставленная задача решается тем, что двигатель с газообразным рабочим телом, в котором осуществляется замкнутый рабочий цикл, содержащий две рабочие камеры, с двумя нагревателями и холодильниками, а также связывающие их между собой газовые магистрали, состоит из корпуса-рабочего цилиндра с крышками у оснований, отверстием в одной из, них, оснащенным обратным клапаном, подключенного газовой магистралью через охладитель с теплообменником, к отверстиям в цилиндре, расположенным ближе к противоположному основанию корпуса, аналогично отверстием в другой крышке подключенного к отверстиям в цилиндре, внутри цилиндрического корпуса находится полый поршень, ограниченный поршневыми кольцами, по кругу в поршне расположены два ряда отверстий, внутри поршня находится полый цилиндрический золотник с перегородкой посередине, по обе стороны перегородки, по кругу, имеется два ряда отверстий, ход золотника с обеих сторон ограничивают подпружиненные кольца- ограничители, жестко закрепленные внутри корпуса поршня так, что в каждом из крайних положений золотника второй по ходу ряд его отверстий совпадает с соответствующим рядом отверстий в поршне, а поршень в любом из крайних положений выходит за ряд отверстий в цилиндре. С каждой стороны поршня ширина контактной поверхности с цилиндром меньше расстояния между рядами отверстий в цилиндре, а сам ряд отверстий при совмещении перекрывается контактной поверхностью поршня. Шток отбора мощности закреплен на корпусе поршня и выведен наружу через одну из крышек, оснащенную сальником.The problem is solved in that the engine with a gaseous working fluid, in which a closed duty cycle is carried out, containing two working chambers, with two heaters and refrigerators, as well as gas lines connecting them together, consists of a casing-working cylinder with covers at the bases, a hole in one of them, equipped with a check valve, connected by a gas line through a cooler with a heat exchanger, to holes in the cylinder located closer to the opposite base of the housing, similarly to In another cover connected to the holes in the cylinder, inside the cylindrical case there is a hollow piston bounded by piston rings, two rows of holes are located in a circle around the piston, inside the piston there is a hollow cylindrical spool with a partition in the middle, on both sides of the partition there are two of a number of holes, the spool stroke on both sides is limited by spring-loaded restrictor rings rigidly fixed inside the piston body so that in each of the extreme positions of the spool there is a second row holes coincides with the corresponding row of holes in the piston, and the piston in any of the extreme positions goes beyond the series of holes in the cylinder. On each side of the piston, the width of the contact surface with the cylinder is less than the distance between the rows of holes in the cylinder, and the row of holes when overlapping is overlapped by the contact surface of the piston. The power take-off rod is mounted on the piston body and brought out through one of the covers equipped with an oil seal.

Работа полезной модели проиллюстрирована рисунками, гдеThe utility model is illustrated by drawings, where

- на фиг.1 представлен общий вид поршневого двигателя-энергетической установки.- figure 1 presents a General view of a piston engine-power plant.

Далее показаны виды сбоку двигателя в разрезе и принцип работы:The following are side views of the engine in the context and the principle of operation:

- на фиг.2 - расположение золотника в поршне двигателя без подвода энергии,- figure 2 - the location of the spool in the piston of the engine without power,

- на фиг.3 - момент смещения золотника в одну из сторон в неравновесной системе после приложения к корпусу тепловой энергии,- figure 3 - the moment of displacement of the spool in one of the sides in a nonequilibrium system after application of thermal energy to the housing,

- на фиг.4 - смещение поршня с золотником при дальнейшем повышении разности давлений левого и правого плеча,- figure 4 - the displacement of the piston with a spool with a further increase in the pressure difference of the left and right shoulder,

- на фиг.5 - момент регенерации, когда в зону с меньшим давлением из холодильника поступает рабочее тело,- figure 5 - the moment of regeneration, when in the area with less pressure from the refrigerator comes the working fluid,

- на фиг.6 - смещение золотника в нейтральное положение под действием пружин при выравнивании давлений левого и правого плеча,- Fig.6 - the displacement of the spool in a neutral position under the action of the springs when equalizing the pressure of the left and right shoulder,

- на фиг.7 - смещение золотника под действием давления рабочего тела и начало хода поршня в обратную сторону.- Fig.7 - displacement of the spool under the influence of the pressure of the working fluid and the beginning of the piston stroke in the opposite direction.

Поршневой двигатель - энергетическая установка содержит:Piston engine - power plant contains:

- 1 - цилиндрический корпус,- 1 - cylindrical body,

- 2 - охладитель с теплообменником,- 2 - cooler with heat exchanger,

- 4 - обратный клапан,- 4 - check valve,

- 5 - корпус поршня с поршневыми кольцами,- 5 - the piston body with piston rings,

- 6 - ограничители хода золотника,- 6 - spool stroke limiters,

- 7 - золотник,- 7 - spool,

- 8 - газовые магистрали,- 8 - gas lines,

- 9 - фиксаторы ограничителей,- 9 - clamps of limiters,

- 10 - крышка корпуса,- 10 - housing cover,

- 11 - шток отбора мощности,- 11 - power take-off rod,

- 12 - пружины ограничителей хода золотника,- 12 - springs of the stroke limiters of the spool,

- 14 - отверстия и каналы.- 14 - holes and channels.

Устройство работает следующим образом: в состоянии покоя двигателя поршень может занимать любое положение в цилиндре, когда как золотник, подпружиненный с обеих сторон, занимает среднее положение в поршне между ограничителями, поэтому все каналы связи камер с холодильниками через поршень перекрыты. К корпусу двигателя подводим тепловую энергию и обе рабочие камеры будут разогреваться с повышением в них давления от Р1 до условного Р2-Р3 рабочего тела, но в связи с тем, что система будет не равновесна, давление в одной из камер окажется выше и золотник сместится в сторону камеры с меньшим давлением. (Теория равновесных систем том 1: Термодинамика, Квасников И.А. изд. Едиториал УРСС, 2002 г.). При совпадении ряда отверстий золотника с рядом отверстий в поршне происходит связь одной из камер двигателя с холодильником, когда как другая камера будет изолирована (фиг.3). В ней продолжает нарастать давление до Р4, что приводит к смещению поршня (фиг.4). И поршень будет перемещаться до момента, когда один ряд отверстий на цилиндре освободится от поршня и соединит камеру с высоким давлением. P4 с соответствующим холодильником. Давление в холодильнике возрастет, и порция рабочего тела из него через обратный клапан вытиснится в камеру с The device works as follows: at rest, the piston can occupy any position in the cylinder, when, like a spool spring-loaded on both sides, it occupies a middle position in the piston between the stops, therefore all communication channels of the chambers with refrigerators through the piston are closed. We bring thermal energy to the engine body and both working chambers will be heated with increasing pressure from P1 to conditional P2-P3 of the working fluid, but due to the fact that the system will not be in equilibrium, the pressure in one of the chambers will be higher and the spool will shift to side of the chamber with less pressure. (Theory of equilibrium systems, Volume 1: Thermodynamics, Kvasnikov I.A. ed. URSS editorial, 2002). With the coincidence of a number of spool holes with a number of holes in the piston, one of the engine chambers is connected with the refrigerator when the other chamber is isolated (Fig. 3). It continues to increase pressure to P4, which leads to a displacement of the piston (figure 4). And the piston will move until one row of holes on the cylinder is freed from the piston and connects the chamber to high pressure. P4 with an appropriate refrigerator. The pressure in the refrigerator will increase, and a portion of the working fluid from it through the check valve will be squeezed out into the chamber with

меньшим давлением, сместив находящееся там, рабочее тело в следующий холодильник, выравнивая давление во всей системе (фиг.5). После того, как давление в камерах сравняется, подпружиненный золотник займет среднее положение и перекроет каналы связи с холодильниками через поршень. Вследствие чего, меньшая камера изолируется, когда как большая останется связанной с холодильником (фиг.6). В изолированной камере возрастет давление, что приведет к смещению золотника, а затем и поршня в обратном направлении (фиг.7), пока поршень не совместит другой ряд отверстий с соответствующим холодильником, и цикл повторится.lower pressure, having displaced there, the working fluid in the next refrigerator, equalizing the pressure in the entire system (figure 5). After the pressure in the chambers is equalized, the spring-loaded spool will occupy the middle position and block the communication channels with the refrigerators through the piston. As a result, the smaller chamber is isolated when the larger one remains connected to the refrigerator (Fig. 6). The pressure in the insulated chamber will increase, which will lead to the displacement of the spool, and then the piston in the opposite direction (Fig. 7), until the piston matches another row of holes with the corresponding refrigerator, and the cycle repeats.

Реализация заявляемой полезной модели позволит создать высокоэффективный привод для работы холодильных установок в отдаленных заготовительных комплексах морепродуктов и т.д., заменив присутствующие в таких случаях, промежуточные дизель-генераторы с электроприводами.The implementation of the claimed utility model will allow you to create a highly efficient drive for the operation of refrigeration units in remote harvesting complexes of seafood, etc., replacing the intermediate diesel generators with electric drives present in such cases.

Claims

1. An engine with a gaseous working fluid, in which a closed duty cycle is carried out, containing two chambers, a heater and a refrigerator, as well as gas lines connecting them together, characterized in that it consists of a casing — a working cylinder with covers at the bases, an opening in one of them, equipped with a non-return valve, connected by a gas line through a cooler with a heat exchanger to the holes in the cylinder located closer to the opposite base of the housing, similarly to the hole in the other cover of the connected to the holes in the cylinder, inside the cylindrical body there is a hollow piston bounded by piston rings, there are two rows of holes in a piston in a circle, inside the piston there is a hollow cylindrical spool with a baffle in the middle, on both sides of the baffle there are two rows of holes in a circle, the spool stroke on both of the sides are limited by spring-loaded restrictor rings rigidly fixed inside the piston body so that in each of the extreme positions of the spool the second row of its openings along the way coincides with the corresponding m near the holes in the piston, and the piston in any of the extreme positions goes beyond the number of holes in the cylinder.

2. An engine with a gaseous working fluid according to claim 1, characterized in that on each side of the piston the width of the contact surface with the cylinder is less than the distance between the rows of holes in the cylinder, and the row of holes when overlapping is overlapped by the contact surface of the piston.

3. An engine with a gaseous working fluid according to claim 1, characterized in that the power take-off rod is mounted on the piston body and brought out through one of the covers equipped with an oil seal.