SU1048150A1

SU1048150A1 - Power plant

Info

Publication number: SU1048150A1
Application number: SU823416598A
Authority: SU
Inventors: Владимир Михайлович Басов; Александр Сергеевич Клепанда; Александр Васильевич Фомин
Original assignee: Харьковское Высшее Военное Командно-Инженерное Училище Им.Маршала Советского Союза Крылова Н.И.
Priority date: 1982-03-30
Filing date: 1982-03-30
Publication date: 1983-10-15

Abstract

1. СИЛОВАЯ УСТАНОВКА, содержаща электрогенератор и св занный с ним двигатель Стирлинга,. снабженный по меньщей мере одной парой цилиндров, установленных на картере и сообщенных между собой газовой св зью через теплообменные аппараты, и по меньщей мере одним вытеснительным и одним рабочим поршн ми , размещенными в цилиндрах одной пары, смещенными по фазе и св занными через механизм привода с электрогенератором , отличающа с тем, что, с цел1 о повышени эффективности, она снабжена дополнительным электродвигателем, картер двигател выполнен в виде двух отдельных герметичных блоков, механизм привода выполнен в виде двух гипоциклоидальных механизмов , каждый из которых снабжен сателлитным колесом, размещенным в отдельном блоке и св зан с одним из порщней, а дополнительный электродвигатель и генератор размещены каждый внутри одного из блоков и выполнены в виде синхронных i электромашин с кат щимс ротором, причем каждый из последних совмещен с сателлит (Л ным колесом гипоциклоидального механизма, а корна обмотка электродвигател соедис нена с корной обмоткой генератора через электрические линии со сдвигом фаз движени поршней каждой пары. 2. Установка, отличающа с тем, что на электрических лини х, св зывающих корные обмотки электромашин, установлен 4 регул тор сдвига фаз. сх1. POWER INSTALLATION, containing an electric generator and a Stirling engine associated with it ,. equipped with at least one pair of cylinders mounted on the crankcase and connected by gas communication through heat exchangers, and at least one displacement and one working pistons placed in the cylinders of one pair, out of phase and connected through a drive mechanism electric generator, characterized in that, in order to increase efficiency, it is equipped with an additional electric motor, the crankcase is made in the form of two separate sealed units, the drive mechanism is made in the form of two hypocycloidal mechanisms, each of which is equipped with a satellite wheel placed in a separate unit and associated with one of the vehicles, and an additional electric motor and generator are each placed inside one of the units and made in the form of synchronous i electric machines with a rolling rotor, each of which is combined the satellite (the Lip wheel of the hypocycloidal mechanism, and the main winding of the electric motor connect to the main winding of the generator via electric lines with the phases of movement of the pistons of each pair. 2. Installation, characterized in that on electric lines connecting the main windings of electric machines, 4 phase shift regulators are installed. sc

Description

Изобретение относитс к устройствам двигателей Стирлинга, работающих на привод электрогенераторов, и может использоватьс в энергетических системах, работающих как автономно, так и параллельно с внешними источниками электроэнергии.The invention relates to devices of Stirling engines operating on the drive of electric generators, and can be used in energy systems operating both independently and in parallel with external sources of electricity.

Известны силовые установки, содержащие электрогенератор и св занный с ним двигатель Стирлинга, снабженный по меньшей мере одной парой цилиндров, установленных на картере и сообщенных между собой газовой св зью через теплообменуые аппараты, и по меньшей мере одним вытёснительным и одним рабочим поршн ми, размещенными в цилиндрах одной пары, смещенными по фазе и св занными через механизм привода с электрогенератором 1.Power plants are known that contain an electric generator and a Stirling engine associated with it, equipped with at least one pair of cylinders mounted on the crankcase and connected to each other by gas communication through heat exchangers, and at least one displacement and one working pistons located in one pair of cylinders that are out of phase and connected through a drive mechanism with an electric generator 1.

В таких силовых установках в качестве приводного механизма использован ромбический механизм, которому присущи значительные сложность и механические потери.In such power plants, a rhombic mechanism is used as a drive mechanism, which has considerable complexity and mechanical losses.

Известны также синхронные генераторы и двигатели с кат щимс ротором, основными достоинствами которых вл ютс отсутствие скольз щих контактов и высокие энергетические показатели 2.Synchronous generators and motors with a rolling rotor are also known, the main advantages of which are the absence of sliding contacts and high energy performance 2.

Известна конструкци двигател Стирлинга с гипоциклоидальным механизмом привода, имеюща два коленчатых вала, опирающихс на подшипники, закрепленные в стенке картера, на шатунной шейке каждого из которых при помощи подшипников насажено сателлитное зубчатое колесо,, вход щее в зацепление с зубчатым колесом, закрепленным в картере. Штоки поршн и вытеснител креп тс вблизи венцов сателлитных колес. Возвратно-поступательное движение штока поршн преобразуетс во вращательное движение сателлитного зубчатого колеса, которое преобразуетс во вращательное движение коленчатого вала. Механизм привода вытеснител преобразует вращательное движение коленчатого вала в гармоническое возвратно-поступательное движение штока вытеснител , причем коленчатый вал поршн св зан с коленчатым валом вытеснител при помощи механизма изменени сдвига фаз движени поршн и вытеснител . Последний имеет два зубчатых колеса большого диаметра, насаженных на коленчатые валы и два зубчатых колеса меньшего диаметра, закрепленных на вращающемс рме и вход щих в зацепление между собой и одним из зубчатых колес большего диаметра 3.A Stirling engine with a hypocycloidal drive mechanism is known, having two crankshafts supported by bearings fixed in the crankcase wall, the satellite gear mounted on the crank pin of each of the bearings is fitted with a satellite gear that comes into engagement with the gear wheel attached to the crankcase. The piston rods and displacer are fixed near the rims of the satellite wheels. The reciprocating movement of the piston rod is converted into rotational movement of the satellite gear, which is converted into rotational movement of the crankshaft. The drive mechanism of the displacer converts the rotational movement of the crankshaft into harmonic reciprocating movement of the displacer rod, the piston crankshaft being connected to the crankshaft of the displacer using a mechanism for changing the phase shift of the piston and displacer. The latter has two gears of large diameter, mounted on crankshafts and two gears of smaller diameter fixed on a rotating frame and engaging between themselves and one of the gear wheels of larger diameter 3.

Двигатель Стирлинга с гипоциклоидальным механизмом привода обладает повышенным индикаторным КПД цикла и механическим КПД, строго пр молинейным движением штоков, соединенных с поршнем и вытеснителем, что обеспечивает благопри тные услови дл работы уплотнений. Данный двигатель обладает и простотой системы регулировани мощности и переводаThe Stirling engine with a hypocycloid drive mechanism has an increased indicator cycle efficiency and mechanical efficiency, strictly straight-line movement of the rods connected to the piston and displacer, which provides favorable conditions for the seals to work. This engine also has the simplicity of the power control and translation system.

двигател в режим холодильной машины путем изменени величины сдвига фаз при помощи механизма изменени величины сдвига фаз гармонического движени поршн и вытеснител 4.motor in chiller mode by changing the magnitude of the phase shift using the mechanism of changing the magnitude of the phase shift of the harmonic movement of the piston and displacer 4.

В то же врем двигатель Стирлинга с гипоциклоидальным механизмом привода обладает всеми недостатками, присущими двигател м Стирлинга с ромбическим механизмом привода и св занными с необходимостью создани уплотнени рабочего тела по поверхности вращающегос вала и штока, проход щего через поршень, применением зубчатых колес высокого класса точности.At the same time, a Stirling engine with a hypocycloidal drive mechanism has all the disadvantages inherent to Stirling engines with a rhombic drive mechanism and associated with the need to seal the working fluid over the surface of the rotating shaft and the piston through a high-precision gear.

Целью изобретени вл ет с повышение эффективности силовой установки.The aim of the invention is to improve the efficiency of the power plant.

Поставленна цель достигаетс тем, что силова установка, содержаща электрогенератор и св занный с ним двигатель Стирлинга , снабженный по меньшей мере одной парой цилиндров, установленных на картере и сообщенных между собой газовой св зью через теплообменные аппараты, и по меньшей мере одним вытеснительным и одним рабочим поршн ми, размещенными в цилиндрах одной пары, смещенными по фазе и св занными через механизм привода с электрогенератором, снабжена дополнительным электродвигателем, картер двигател выполнен в виде двух отдельных герметичных блоков, механизм привода выполнен в виде двух гипоциклоидальных механизмов, каждый из которых- снабжен сателлитным колесом, размещенным в отдельном блоке и св зан с одним из порщней, а дополнительный электродвигатель и генератор размещены каждый внутри одного из блоков и выполнены в виде синхронных электромашин с кат щимс ротором, причем каждый из последних совмещен с сателлитным колесом гипоциклоидального механизма, а корна обмотка электродвигател соединена с корной обмоткой генератора через электрические линии со сдвигом фаз движени поршней каждой пары.The goal is achieved by the fact that the power plant, containing an electric generator and a Stirling engine associated with it, is equipped with at least one pair of cylinders mounted on the crankcase and connected to each other by gas communication through heat exchangers, and at least one displacement and one working pistons placed in the cylinders of one pair, out of phase and connected through a drive mechanism with an electric generator, are equipped with an additional electric motor; the crankcase is made in two separate sections sealed blocks, the drive mechanism is made in the form of two hypocycloidal mechanisms, each of which is equipped with a satellite wheel placed in a separate unit and associated with one of the axles, and an additional electric motor and generator are placed each inside one of the blocks and are made in the form of synchronous electric machines with a rolling rotor, each of which is combined with the satellite wheel of the hypocycloidal mechanism, and the main winding of the electric motor is connected to the core winding of the generator through electric l SRI shear motion of the pistons of each pair of phases.

На электрических лини х, св зывающих корные обмотки электромашин, установлен регул тор сдвига фаз.A phase shift regulator is installed on the electrical lines connecting the main windings of electric machines.

На чертеже представлена принципиальна схема силовой установки.The drawing shows a schematic diagram of the power plant.

Силова установка содержит двигатель Стирлинга и синхронные генератор и электродвигатель с кат щимис роторами.The power plant contains a Stirling engine and a synchronous generator and an electric motor with rolling rotors.

Двигатель Стирлинга содержит по меньшей мере одну пару цилиндров 1 и 2, установленных на картере и сообщенных между собой газовой св зью через теплообменные аппараты 3. Картер двигател выполнен в виде двух отдельных герметичных блоков 4 и 5. В цилиндрах 1 и 2 двигател размещены с возможностью перемешени вытеснительный 6 и рабочий 7 поршни, св занные через штоки 8 с сателлитными колесами 9 гипоциклоидальных механизмов привода, размещенных в блоках 4 и 5 картера. Сателлитные колеса 9 установлены на шатунных шейках коленчатого вала 10 каждого из механизмов привода на опорах качени и имеют возможность катитьс по направл юшим блоков 4 и 5 картера. С сателлитными колесами соединены роторы 11 синхронных генератора и электродвигател с кат щимс ротором, конструктивно совмещенных с гипоциклоидальными механизмами приводов Обмотка 12 возбуждени синхронного электродвигател с кат ш,имс ротором гипоциклоидального механизма привода вытеснительного поршн 6 подключаетс к источнику посто нного тока, а корна обмотка 13 - к источнику двухфазного переменного тока, которым вл етс синхронный генератор с кат щимс ротором, приводимый гипоциклоидальным механизмом привода рабочего поршн 7 и имеющий аналогичную конструкцию . На электрических лини х, св зывающих корные обмотки. электрических машин, установлен регул тор 14 сдвига фаз. При работе двигател возвратно-поступательное движение с некоторым сдвигом фаз вытеснительного 6 и рабочего 7 поршней преобразуетс во вращательное движение сателлитных колес. При этом обмотка 12 возбуждени электродвигател привода вытеснительного поршн 6 образует в воздушном зазоре между статором и ротором унипол рное магнитное поле, а корна обмотка 13 - однопериодное вращающеес поле. Поскольку на одном из полюсных делений эти пол складываютс , а ра другом вычитаютс , ротор прит гиваетс в сторону полюсного делени с большей среднеквадратичной индукцией. При этом сила радиального магнитного прит жени прижимает Сателлитные колеса 9 к направл ющим в картере. Перемеща сь, поле стремитс увлечь за собой ротор и, поскольку силы трени скольжени превосход т силы трени качени , он катитс на сателлитных колесах по направл юшим. Вращательное движение сателлитных колес 9 преобразовываетс в гармоническое возвратно-поступательное движение штоков 8 вытеснител , причем подшипник штока перемещаетс строго пр молинейно , если диаметр окружности, описываемой осью креплени штока к сателлитному колесу относительно оси вращени сателлитного колеса, равен половине диаметра направл ющей в картере, что обеспечивает благопри тные услови дл работы уплотнений штоков, которые предотвращают попадание смазочного масла из картера в теплообменники двигател Стирлинга. Работа гипоциклоидального механизма привода поршн , совмещенного с синхронным генератором с кат щимс ротором, аналогична указанной работе синхронного двигател , за исключением того, что перемещение ротора обусловливает изменение магнитного потока и генерирование ЭДС в корной обмотке синхронного генератора. Роторы двигател и генератора движутс синхронно с некоторым сдвигом фаз, определ емым смещением корных обмоток, и электрическим сдвигом фаз, регулируемым регул тором сдвига фаз 14. Совмещение гипоциклоидального механизма привода с синхронными электрическими машинами с кат щимис роторами позвол ет повысить эффективность силовой установки в целом в результате снижени механических потерь, снижени утечек рабочего тела, а также повысить надежность и ресурс электрических машин.The Stirling engine contains at least one pair of cylinders 1 and 2 mounted on the crankcase and communicated by gas through heat exchangers 3. The crankcase is designed as two separate sealed blocks 4 and 5. In cylinders 1 and 2, the engines are arranged displacing 6 and piston 7 working pistons connected through rods 8 with satellite wheels 9 of hypocycloidal drive mechanisms located in crankcase blocks 4 and 5. The satellite wheels 9 are mounted on the crank pins of the crankshaft 10 of each of the drive mechanisms on the rolling bearings and are able to roll in the direction of the crankcase blocks 4 and 5. The satellite wheels are connected to the rotors of a synchronous generator and an electric motor with a rolling rotor, which are structurally combined with hypocycloidal mechanisms of the drives. to a two-phase alternating current source, which is a synchronous generator with a rolling rotor, driven by a hypocycloidal drive mechanism Orshn 7 and having a similar design. On the electrical lines connecting the core windings. electric cars, set the controller 14 phase shift. When the engine is running, the reciprocating motion with a certain phase shift of the pushing 6 and the working 7 pistons is converted into rotational motion of the satellite wheels. In this case, the excitation winding 12 of the drive motor of the pressure piston 6 forms a unipolar magnetic field in the air gap between the stator and the rotor, and the root winding 13 forms a single-period rotating field. Since at one of the pole divisions, these fields are added up, and the other is subtracted, the rotor is attracted towards the pole division with a higher rms induction. In this case, the force of the radial magnetic attraction presses the satellite wheels 9 against the guides in the crankcase. Moving, the field tends to carry along the rotor, and since the sliding friction forces are superior to the rolling training forces, it rolls on the satellite wheels in the direction of the wheel. The rotational movement of the satellite wheels 9 is converted into harmonic reciprocating movement of the displacer rods 8, and the rod bearing moves in a strictly linear manner if the diameter of the circle described by the axis of the shaft attachment to the satellite wheel relative to the axis of rotation of the satellite wheel is half the diameter of the rail in the crankcase provides favorable conditions for the operation of rod seals that prevent lubricant oil from entering the crankcase in the heat exchangers of the Stirling engine. The work of the hypocycloidal mechanism of the piston drive combined with a synchronous generator with a rolling rotor is similar to that of a synchronous motor, except that the movement of the rotor causes a change in the magnetic flux and the generation of EMF in the main winding of the synchronous generator. The rotors of the engine and the generator move synchronously with a certain phase shift, determined by the displacement of the main windings, and an electrical phase shift regulated by the phase shift regulator 14. Combining the hypocycloidal drive mechanism with synchronous electric machines with rolling rotors improves the efficiency of the power plant as a whole as a result of reducing mechanical losses, reducing leakage of the working fluid, as well as increasing the reliability and life of electrical machines.

Claims

1. POWER PLANT, containing an electric generator and a related Stirling engine, equipped with at least one pair of cylinders mounted on the crankcase and communicated with each other via a gas connection through heat exchangers, and at least one displacement and one working pistons located in cylinders of one pair displaced in phase and connected through a drive mechanism to an electric generator, characterized in that, in order to increase efficiency, it is equipped with an additional electric motor, the crankcase n in the form of two separate airtight blocks, the drive mechanism is made in the form of two hypocycloidal mechanisms, each of which is equipped with a satellite wheel placed in a separate block and connected to one of the pistons, and an additional electric motor and generator are each placed inside one of the blocks and are made in the form synchronous electric machines with a rolling rotor, each of the latter being combined with a satellite wheel of the hypocycloidal mechanism, and the anchor winding of the electric motor is connected to the anchor winding of the generator through electric lines with phase displacement of the movement of the pistons of each pair.

2. Installation, characterized in that on the electric lines connecting the anchor windings of electric machines, a phase shift regulator is installed.

SU „„ 1048150