SU5975A1 - Двухтактный двигатель внутреннего горени с регенераторами - Google Patents

Description

ветствует участку b-с изобары РЗВо врем  конца наружного хода поршн  4 введение рабочего вещества и горючего прерываетс , так что в рабочем пространстве происходит адиабатическое понин ение давлени  по адиабате c-d до наинизшего давлени  /, кругового процесса. При надлежащем выборе температуры 7у, рабочее вещество при конце d адиабатического охлаждени  достигает как раз допустимой максимальной температуры Т-2 TCii . ):юго регенератора . Когда, следовательно, при обратном ходе поршн  4 в тепловой регенератор вход т рабочие газы, то температура их не измен етс . Выталкивание потер вших отчасти свое давление рабочих газов происходит через тепловой регенератор при посто нном давлении PI по изобаре d-е, при чем рабочее вещество охлаждаетс  до температуры Л и отдает тепловому регенератору количество тепла, представл емое площадью . Так как обе изобары а-b и е-d параллельны, то площади abs.Si а и .e будут равны при наложении и, следовательно, количества тепла, отнимаемые у теплового регенератора и отдаваемые ему, между собою равны. Таким образом тепловое равновесие регенератора сохран етс . Если рабочее вещество изометрически сжимаетс  с выпускного давлени  р до впускного давлени  Р , то круговой процесс замыкаетс  изотермою е-а. Площадь s.,,t представл ет количество тепла, вводимое путем внутреннего сжигани  горючего, а площадь St а е 5з-количество тепла, отводимое холодильником, между тем как площадь abode а -пропорциональна отданной работе. Величина термического коэффициента полезного действи  определ етс .

Г, -Г, величиной отношени  ., при

чем буквою У 4 обозначена средн   температура подводимого тепла.

Если бы теперь остающуюс  в цилиндре после выталкивани  часть

рабочего вещества, обладающую максимальной температурой теплового регенератора, подвергнуть адиабатическому сжатию до величины впускного давлени  р-, с целью заполнени  вредных пространств, то температура введенного в тепловой регенератор газа, а вместе стен и температура гор чего конца регенератора , постепенно повысилась бы до Гд, так что либо произошло бы разрушение теплового регенератора на его гор чей стороне, либо пришлось бы понизить максимальную температуру 7.. кругового процесса до Т- и существующую до сжати  максимальную температуру теплового регенератора с величины 7v до той температуры, котора  получаетс  в конце адиабатического понижени  давлени  от начальной температуры Т- и начального давлени  р- до конечного давлени  р, что равносильно было бы понижение термического коэффициента полезного действи  двигател .

То количество газа, которое, во врем  повышени  давлени  (от величины его при выпуске до впускного давлени ), служило дл  заполнени  вредных пространств или же равное ему количество газа, во врем  происход щего в период расширени  понижени  давлени , должно быть снова выведено из вредных пространств. В обычных двигател х это выведение производилось полностью в гор чее рабочее пространство. При отсутствии теплового регенератора подобное выведение соответствует адиабатическому расширению заключенного во вредном пространстве количества газа от впускного давлени  до величины давлени  при выпуске. Это расширение  вл етс  воспроизведением примен вшегос  дл  заполнени  вредных пространств сжати  с величины давлени  при выпуске до впускного давлени . В этом случае, следовательно, положительна  и отрицательна  работа, во врем  расширени  и соответственно сжати , взаимно компенсируютс , и на

термодинамический круговой ,процесс двигател  вредное пространство , таким образом, не оказывает никакого вли ни .

Если, однако, при двигателе имеетс  тепловой регенератор, то выпуск зар да этого регенератора также соответствует некоторому расширению, но это расширение уже не может быть воспроизведением того изменени  состо ни , которое происходило до сжати  этого же зар да теплового регенератора . Означенный зар д совершает , поэтому, термодинамический круговой процесс, представл емый теперь тепловой диаграммой фиг. 3. При этом процессе также происходит отдача работы, но уже с термическим коэффициентом полезного действи  значительно менее благопри тным , чем коэффициент кругового процесса зар да в собственном смысле. На фиг. 3 тонкими лини ми показан термодинамический круговой процесс главного зар да, а толстыми лини ми-круговой процесс зар да теплового регенератора .

Из фиг. 3 видно, что после происшедшего сжати  до максимального давлени  р-, зар д теплового регенератора оказываетс  в различных сло х этого последнего сжатым до различных температур, в среднем же до некоторой средней температуры Т. Это среднее состо ние зар да теплового регенератора отмечено точкою /, расположенною на изобаре РЗ в соответствующем месте упом нутой температуре Т,, Во врем  прохождени  главного зар да через тепловой регенератор зар д выталкиваетс  в гор чее рабочее пространство , но к концу периода зар дки в тепловом регенераторе остаетс  такое же количество газа в таком же состо нии. Процесс может быть, поэтому, рассматриваем так, как если бы зар д теплового регенератора все врем  пребывал в своем состо нии, определ емом точкою /. Расширение начинаетс , поэтому, в точке /. В конце расширени  давление зар да регенератора также понижаетс  до /;,, так что состо ние его быть представлено какою-либо точкою, лежаш,ею на изобаре Pj. Во врем  расширени  кажда  частица зар да теплового регенератора выходит при максимальной температуре Т. этого последнего, но во врем  понижени  давлени  охлаждаетс  ниже этой температуры. Выход ща  в начале расширени  перва  частица проделывает в цилиндре все адиабатические понижени  давлени  с Pi до PI, т.-е. измен ет свое состо ние вдоль линии b-g, между тем как последн   частица производит это понижение давлени  при соприкосновении с гор чим концом теплового регенератора, т.-е. с посто нным сохранением температуры Т,, а потому достигает давлени  р вдоль изотермы b-g. Отдельные частицы вышедшего газа имеют, поэтому, различные температуры, соответствующие точкам от до d. Среднее состо ние всей вышедшей части зар да теплового регенератора определ етс  точкою ,j с температурой Гд и давлением /.. В среднем, расширение происходит, следовательно, по линии /-g. Во врем  выталкиваюшего хода, наход щийс  теперь в гор чем рабочем пространстве зар д теплового регенератора выталкиваетс  из последнего , при остающемс  посто нном давлении, по изобаре Pj, при чем газы охлаждаютс  в не.м и затем в холодильнике до температуры Т. Расположенна  на изобаре Pj точка е определ ет состо ние в этот момент зар да теплового регенератора . Из состо ни  в зар д теплового регенератора снова доводитс  до начальной температуры У и давлени  р., достига  состо ни  / по некоторой кривой среднего изменени  состо ни  e-f. Зар д теплового регенератора совершает замкнутый рабочий цикл efge с отдачей соответствующей этой тепловой , площади работы. Работа происходит в этом, случае за счет тепла теплового регенератора, так

как во врем  сжати  из последнего заимствуетс  количество тепла / Л .-,-S . «з во врем  расширени - количество тепла fgSf,Sr,f, т.-е., в общем, количество тепла , между тем, как во врем  выталкивани  тепловому регенератору возвращаетс  только меньшее количество тепла egSr,s,e.

Рабочий круговой процесс зар да теплового регенератора нарушает, следовательно, тепловое равновесие регенератора, и установившеес  состо ние в этом последнем может быть поддерживаемо только в том случае, если главный зар д перемещаетс  сквозь тепловой регенератор во врем  выталкивани  не с температурой Т, а с некоторой более высокой температурой.

Из заимствованного у теплового регенератора во врем  расширени  количества тепла . возвращаетс  только часть/;§ 5(5 5,- разница же - окончательно, следовательно, отнимаетс  у теплового регенератора и представл ет собою то количество тепла, которое подлежит введению во врем  совершени  кругового процесса , подведение к газу этого количества тепла происходит при средней температуре Г-. Во врем  выталкивани , начина  от точки /, тепловому регенератору возвращаетс  количество тепла s,ef s-j, во врем  же сжати  заимствуетс  только количество тепла , которое, в-том случае, если е-/ .представл ет собою линию, параллельную линии е-/, равно площади SB / 7- Таким образом, более холодными нижними част ми теплового регенератора отнимаетс  составл ющее разницу количество тепла s efesQ, которое в круговом процессе зар да теплового регенератора и представл ет собою количество тепла, которое необходимо совсем отвести. Это отведение тепла происходит при средней температуре Tg.

Так как Г- значительно ниже, чем T, а температура Т выше температуры Т, то действительный

дл  термодинамического кругоиого процесса зар да теплового регенератора термический коэффициент

Г,-.-/-,

полезного действи  -.,

значительно ниже такого же коэффициента дл  главного зар да. Плохой термический коэффициент полезного действи  зар да теплового регенератора понин ает термический коэффициент полезного действи  всего двигател  в тем большей степени , чем большим оказываетс  зар д теплового регенератора относительно зар да двигател .

Предлагаемое изобретение имеет целью устранение этих недостатков. Дл  этого выпуск зар да тепловых регенераторов во врем  расширени  производитс  на их холодную сторону, а равно и впуск того же зар да во врем  одновременного сжати  в рабочем пространстве производитс  с посто нным повышением давлени , также с холодной стороны тех же регенераторов.

В предлагаемом двигателе к част м рабочего цилиндра (расположенным между впускными и выпускными органами рабочего цилиндра , с одной стороны, и тепловыми регенераторами, с другой) примыкают расширительные пространства , емкость которых измен етс  при помощи распределительного механизма, соответственно рабочим тактам двигател ; эти пространства , во врем  происход щего в рабочем цилиндре понижени  давлени , увеличиваютс  таким образом , что они воспринимают расшир ющеес  из вредных пространств рабочее вещество. Расширительное пространство, взаимодействующее с главным тепловым регенератором, а также камеры свежего газа, взаимодействующие со вспомогательными тепловыми регенераторами по опорожнении эффективного рабочего пространства и перед введением свежего зар да рабочего цилиндра, уменьшаютс  таким образом, что они сжимают на холодной стороне холодное рабочее вещество и соотаетственно свежие газы во врем  сжимающей части хода рабочего поршн  до давлени , соответствующего впуску свежего зар да в тепловые регенераторы.

Подача зар да тепловых регенераторов происходит, следовательно, при посто нном повышении давлени , т.-е. сопр жено с устранением потери энергии. Сжатие, однако, происходит на холодной стороне, при чем зар д теплового регенератора нагнетаетс  в последний в холодном состо нии, что, по сравнению с сжатием теплой стороны, представл ет преимущество, так как при этом требуетс  с одной стороны, лищь уменьшенное в отношении температур компрессионное , пространство , а, с другой стороны,- также и меньша  работа сжати . Эта последн   покрываетс  работой, производимой зар дом теплового регенератора при выходе в расширительные пространства, так , как измен емость этих последних пространств может быть регулируема таким образом, что вход и выход зар да теплового регенератора происходит в виде равных изменений состо ни . Состо ни  эти взаимно компенсируют друг друга, так что вход и выход зар да тепловых регенераторов не оказывает ухудшающего вли ни  на мощность и термический коэффициент полезного действи  двигател .

На фиг. 4 представлено изменение состо ни  зар да теплового регенератора, когда этот зар д, во врем  расширени  рабочего зар да, поступает в примыкающее к холодной стороне теплового регенератора переменного расширительного пространства. При начале расширени  зар д теплового регенератора находитс  под максимальным авлением р,, и при средней температуре Г- теплового pereHepaYopa, т.-е. в состо нии, соответствующем точке /. Так как расширение происходит в направлении к холодной тороне теплового регенератора, о все части зар да этого последнего выход т из него с нижнею

предельною температурой Г, этого регенератора, но, вследствие происход щего в холодном расширительном пространстве последующего дальнейшего расширени , они охлаждаютс  ниже температуры Т. Так как поступающие в это расширительное пространство в различные моменты времени частицы газа испытывают в нем различное понижение давлени  и, соответственно различное охлаждение, то в данном случае можно говорить только о некоторой средней температуре Т. После расширени , вышедший в расширительное пространство зар д теплового регенератора будет обладать лежащею ниже Т среднею температурой Т и давлением состо ние этого зар да изображаетс  точкою/г. Расширение происходит , следовательно, приблизительно по линии/-/г. При этом, за счет присущего газу внутреннего тепла производитс  работа расшир .ени  и, одновременно, тепловому регенератору отдаетс  количество тепла, соответствующее площади . Во врем  сжати  происходит противоположное изменение состо ни  от -Л до / вдоль линии f-h. При этом приходитс  произвести работу сжати , равную работе расширени , вследствие чего тепловым регенератором воспринимаетс  соответствующее площади Sg Л / количество тепла, и за счет этой энергии внутреннее тепло в точке / снова доводитс  до начальной величины . Таким образом, расширение и сжатие зар да теплового регенератора происходит без производства или затраты работы, при чем также не происходит нарушени  теплового равновеси  регенератора и уменьшени  коэффициента полезного действи  термодинамического кругового процесса полезного зар да.

Так как вли ние зар да теплового регенератора -может быть устранено, то практически отпадают какие бы то ни было пределы дл  величины и размеров этих регенераторов .

Измен емость присоедин емых на холодной стороне тепловых реге-нераторов расширительных пространств может быть получена различным образом. Так, например, дл  этой цели могут быть предусмотрены поршневые цилиндры, поршни которых перемещаютс  таким образом , что расширительные цилиндры измен ют свой обем согласно вышеуказанному. Можно, однако, получить такое же действие при помощи р да расширительных резервуаров, которые наход тс  под различными давлени ми и, при помощи некоторого распределительного механизма, во врем  периода расширени , соедин ютс  с цилиндром один за другим в некоторой определенной последовательности , при конце же выталкивающего хода соедин ютс  с ним в обратной последовательности.

На фиг. 2 чертежа представлена примерна  форма выполнени  предлагаемого двухтактного двигател , который, работает в замкнутом круговом процессе с искусственною атмосферой и в котором упом нутые выше расширительные пространства образованы поршневыми цилиндрами. На фиг. 2 цыфрою 1 обозначен рабочий цилиндр, снабженный огнеупорною теплоизолирующею обшивкою 2, а цыфрою 4 - соединенный с коленчатым валом 3 рабочий поршень. Цыфрою 5 обозначен тепловой регенератор , через который пропускаетс  свежий зар д рабочих газов из резервуара б через наход щийс  в зависимости от распределительного механизма впускной клапан 7, а цыфрой 8 -действующий также от распределительного механизма выпускной клапан, через который газы выход т или выталкиваютс  в образующий искусственную атмосферу резервуар низкого давлени  9, где может находитьс  холодильник 10. Из резервуара 9 низкого давлени  насос 11 (рекомендуетс  быстроходный и многоступенчатый ) всасывает, представл ющие собой рабочее вещество, газообразные продукты горени  в холодном состо нии, при наинизшей температуре TI кругового процесса и при давлении р (точка е на фиг. 1) и нагнетает их сжатыми, по возможности , изотермически до давлени  /7о в резервуар 6 высокого давлени , соответственно участку е-а на фиг. 1. Так как рабочее вец,ество состоит из газообразных продуктов горени , то во врем  каждого рабочего хода в цилиндр 1 должен вводитьс  требующийс  дл  горени  свежий воздух, а если примен етс  газообразное горючее, то и это последнее. Дл  этого газообразное горючее забираетс  из некоторого источника газа, а воздух из атмосферы , при помощи, приводимых в действие коленчатым валом 3. двигател , насосов низкого давлени  12 и, соответственно, 13, нагнетающих их под давлением Pi в резервуары 14 и, соответственно, 15. Газовый и, соответственно, воздушный насосы высокого давлени  16 и 17, приводимые в движение (не показано на чертеже) также от коленчатого вала 3 двигател , забирают газ и, соответственно, воздух через действующие от распределительного механизма клапаны 18 и 19 из резервуаров низкого давлени  14 и 15 при давлении Pi и подают газы сжатыми, через также действующие от распределительного механизма впускные клапаны 20, 21 и через вспомогательные чтепловые регенераторы 22, 23 в камеру горени  рабочего цилиндра 1. Подлежащее выделению из замкнутого кругового процесса при давлении р-, эквивалентное вводимым свежим газом, весовое количество газообразных продуктов горени  выходит через наход щиес  в зависимости от распределительного механизма выпускные клапаны 24, 25 в расширительные цилиндры 30, 31, а из этих последних через каналы «24, 25-в измерительные насосы 35, 36, подающие подлежащее выделению количество газообразных продуктов горени  при давлении р в резервуар 27. Поршни насосов 16, 17, 30, 31 и 35, 36 привод тс  в движение также от коленчатого вала двигател . Из резервуара 27 продукты горени  с давлением р через тепловой рекуператор или регенератор 26 поступают в двигатель низкого давлени  28. Охлажденные во врем  своего прохождени  сквозь вспомогательные тепловые регенераторы 22 и 23 до наинизшей температуры T рабочего кругового процесса и собираемые с этой температурой в резервуар 27, сгоревшие газы воспринимают во врем  своего прохождени  сквозь рекуператор 26 теплоту сжати  газов, сжимаемых в насосах 12 и 13. Сгоревшие газы поступают, следовательно, с температурой , соответствующею адиабатическому сжатию от атмосферного давлени  до давлени  Pi, в двигатель низкого давлени  28, в котором они расшир ютс , производ  работу и сообш,а , таким образом, требующуюс  дл  сжати  энергию обоим насосам 12 и 13. Так как работа, развиваема  двигателем низкого давлени  28, оказываетс  недостаточной дл  того, чтобы кроме работы сжати  покрыть еще также работу сил трени  машинного аггрегата 28, 12, 13, то рекомендуетс  коленчатый вал 36 этого двигател  сцепл ть с коленчатым валом 3 главного двигател .

Цыфрами 37 и 38 обозначены нагнетательные клапаны расширительных цилиндров 30, 31, а цыфрою 39-резервуар с сжатым газом, в котором действует давление/ 2 + -|-Д/7 и который через посредство управл емых распределительным механизмом клапанов 40, 41 может быть присоедин ем к вспомогательным тепловым регенераторам 22, 23., .

На холодной стороне тепловых регенераторов 5, 22 и 23, между этими последними и впускными клапанами 7, 20, 21 и, соответственно , выпускными клапанами 8, 24, 25 присоединены расширительные цилиндры 29, 30 и- 31, в которых перемещаютс  расширительные поршни 32, 33 и 34. Приводной механизм расширительных поршней 33 и 34. дл  упрощени  чертежа, на фиг. 2 не показан; действие расширительных цилиндров будет описано сначала вне зависимости or их привода, так как расширительные поршни должны совершать периодическое перемежающеес  движение, которое может быть достигаемо при помощи кривошипного механизма лишь приблизительно.

Пусть, например, тепловые регенераторы 5, 22 и 23 наход тс  уже в своем установившемс  состо нии, в котором обращенна  к рабочему пространству сторона их имеет температуру Т, а противоположна  сторона-температуру Г,, между тем как рабочий поршень 4 и расширительные поршни 32, 33 и 34 наход тс  в своих внутренних мертвых точках. В состо нии работы резервуары 9 и 27 наполнены сгоревшими газами при давлении р, резервуар 6 дл  сжатого газа-сгоревшими газами при давлении pz и резервуар дл  сжатого газа 39-сгоревшими газами при давлении/J- -l- /. Резервуар 14 содержит горючий газ, а резервуар 15-необходимый дл  горени  воздух под давлением /. Во всех резервуарах господствует температура , при чем резервуары эти настолько велики, что колебани ми давлени  можно пренебречь. Пусть, например, вредное пространство рабочего цилиндра 1, расширительных цилиндров 29, 30, 31 и тепловых ренегераторов 5, 22, 23 будет заполнено газами с наивысшим давлением Pi. рабочего цикла, при чем главный тепловой регенератор 5 содержит, например, сгоревшие газы, вспомогательный тепловой регенератор 23-горючий газ, вспомогательный тепловой регенератор 23-свежий воздух. Открывание , действующего в зависимости от распределительного механизма, впускного клапана 7 происходит во внутренней мертвой точке поршн  4, соответственно точке а (фиг. 1 и 5). При этом, содержавший сжатое до

одиночке, с пространством 46 по , следовательно 48/... 48а, так что в означенном пространстве 46 и соответственно в тепловом регенераторе 5 давление повышаетс  в той же мере, в какой давление было бы повышено поршнем 4 двигател  в пространстве, расположенном между этим поршнем и гор чим концом теплового регенератора 5. Вследствие этого, во врем  периода понижени  давлени  зар д теплового регенератора расшир етс  в резервуары 48а... 48/, а не в гор чее пространство рабочего цилиндра, между тем как во врем  периода повышени  давлени  зар д теплового регенератора не нагнетаетс  в последний с гор чей стороны, а попадает в него с постепенным повышением давлени  из резервуаров 48/... 48д.

Предмет патента.

. 1. Двухтактный двигатель внутреннего горени  с регенераторами, в котором часть продуктов горени  посто нно остаетс  в двигателе, характеризующийс  применением расширительных цилиндров 29, 30, 31, расположенных на холодной стороне регенераторов 5, 22, 23, поршни каковых цилиндров привод тс  в движение или механизмом с остановкой, или кривошипами, отстаюш,ими на некоторый угол от рабочего кривошипа 45, из каковых цилиндров цилиндр 29 служит дл  периодического отбора части продуктов горени  из рабочего цилиндра 1 при наинизшем давлении и последовательной их подачи обратно при наивысшем давлении, цилиндры же 30 и 31 предназначены: 1) дл  выпуска надлежащей части продуктов горени  через каналы 24, 25 и насосы 35, 36 в резервуар 27, откуда они направл ютс  через рекуператор 26 в цилиндр 28 вспомогательного двигател , и 2) дл  сжати  остальной части указанных продуктов и подачи их в резервуар 39, откуда они перевод тс  через принудительно открываемые клапаны 40, 41 обратно в пространство перед регенераторами 22 и 23 (фиг. 2, 6-8).

2. Видоизменение охарактеризованного в п. 1 двигател , отличающеес  тем, что вместо расширительных цилиндров примен ютс  резервуары 48аЬс... и 48def, сообщаемые последовательно с пространством 46 регенератора 5 и отдел емые от него в обратном пор дке при помощи принудительно открываемых органов 49 (фиг. 9).

. С.

Фиг.1.

Фиг li.

-Т,:5 .

Фиг 3.

Г.НФиг; .

Фиг.2.

СРР

f4