Двигатель с внешним подводом тепла (стирлинга) - RU2076228C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателям с внешним подводом тепла (двигателям Стирлинга).

Известны двигатели с внешним подводом тепла, содержащие блок, выполненный в виде полого корпуса с цилиндрической внутренней поверхностью, газопроницаемый разделительный элемент с регенератором, установленный с возможностью качания в полости корпуса с образованием в ней холодной и горячей камер, и рабочий цилиндр, исполнительный элемент которого кинематически связан с рабочим валом и с приводом качания разделительного элемента, а полость
сообщена с полостью корпуса (патент США N 4488402, кл. F 02 G 1/04, 1984). В известном двигателе полость корпуса в поперечном сечении выполнена полукруглой, а ось качания расположена в средней части плоской стенки корпуса. Такое выполнение корпуса для двигателей с высоким рабочим давлением требует дополнительных конструктивных мероприятий для повышения прочностных характеристик стенок корпуса, в частности, применения тяжелых опорных конструкций для усиления плоской стенки корпуса. Кроме того, в известном двигателе рабочий цилиндр попеременно сообщается с горячей и холодной камерами полости корпуса, что снижает надежность работы всего двигателя, и в частности, его разделительного элемента из-за ухудшения условий работы его торцового уплотнения.

Цель иобретения повышение надежности работы двигателя и упрощение его конструкции.

Для достижения указанного технического результата в двигателе с внешним подводом тепла, содержащем блок, выполненный в виде полого корпуса с цилиндрической поверхностью, газопроницаемый разделительный элемент с регенератором, установленный с возможностью качания в полости корпуса с образованием в ней холодной и горячей камер, и рабочий цилиндр, исполнительный элемент которого кинематически связан с рабочим валом и с приводом качания разделительного элемента, а полость сообщена с полостью корпуса, полость корпуса в поперечном сечении выполнена клиновидной, ось качания разделительного элемента расположена в вершине клиновидного сечения полости, боковые поверхности разделительного элемента выполнены цилиндрическими, а противолежащие им ограничивающие стенки полости корпуса выполнены в форме цилиндрических сегментов, кривизна поверхности которых соответствует кривизне поверхностей разделительного элемента, причем полость рабочего цилиндра сообщена постоянно с холодной камерой полости корпуса.

Верхняя ограничивающая стенки полости корпуса, образующая с разделительным элементом горячую камеру, может быть выполнена из прозрачного материала, противолежащая ей поверхность разделительного элемента может быть снабжена газопроницаемым светопоглотителем, поверхность разделительного элемента, обращенная к холодной камере, может быть выполнена охлаждаемой. Двигатель может быть снабжен по меньшей мере одним дополнительным блоком, установленным так, чтоь оси качания разделительных элементов блоков расположены параллельно, а кинематические связи их исполнительных элементов с рабочим валом соединены в противофазе.

На фиг.1 изображена приниципиальная схема двигателя, поперечное сечение, при минимальном объеме холодной камеры; на фиг.2 то же, при максимальном объеме рабочего цилиндра и промежуточном положении разделительного элемента; на фиг. 3 -то же, при максимальном объеме холодной камеры; на фиг.4 то же, при минимальном объеме рабочей камеры и промежуточном положении разделительного элемента; на фиг.5 конструкция двигателя с несколькими блоками, оси качания разделительных элементов которых расположены параллельно.

Двигатель содержит блок 1, выполненный в виде полого корпуса, имеющего в поперечном сечении клиновидную полость, образованную двумя ограничивающими стенками 2 и 3, выполненными в форме цилиндрических сегментов. В полости корпуса с образованием холодной камеры 4 и горячей камеры 5 размещен газопроницаемый разделительный элемент 6 с регенератором, установленный с возможностью качательного движения, причем его ось качания 7 расположена в вершине клинообразного поперечного сечения полости коопуса, а боковые поверхности 8 и 9 разделительного элемента 6 выполнены цилиндрическими. Кривизна боковых поверхностей ограничивающих стенок 2 и 3 соответствует кривизне боковых поверхностей разделительного элемента 6. Рабочий цилиндр 10 имеет полость 11, постоянно сообщенную с холодной камерой 4, и исполнительный элемент 12, выполненный, например, в виде мембраны и кинематически связанный с рабочим валом 13 и с приводом качания 14 разделительного элемента 6.

Верхняя ограничивающая стенка 2 горячей камеры 5 может быть выполнена из прозрачного материала в тех случаях, когда в качестве источника тепла используется солнечная энергия. Наибольший эффект достигается при использовании покрытия с двойной прозрачностью, которое беспрепятственно пропускает световые лучи в горячую камеру и препятствует излучению тепла наружу. Повышению эффективности использования тепловой энергии способствует также снабжение боковой поверхности 8 разделительного элемента 6 объемным газопроницаемым светопологлотителем 15, а боковой поверхности 9 системой охлаждения 16.

Двигатель может состоять из нескольких блоков 1, расположенных так, что оси качания 7 их разделительных элементов 6 расположены параллельно, а кинематические связи 17 их исполнительных элементов 12 с рабочим валом 13 соединены в противофазе. Рабочий вал 13 имеет маховик 18.

Двигатель работает следующим образом.

При минимальном объеме холодной камеры 4 весь рабочий газ находится в горячей камере 5 и при его нагревании двление рабочего газа повышается и исполнительный элемент 12, перемещаясь в сторону увеличения полости 11 рабочего цилиндра 10, приводит к движение рабочий вал 13 с маховиком 18. При достижении исполнительным элементом 12 крайнего положения, соответствующего максимальному объему полости 11, начинается перемещение разделительного элемента 6 в направлении верхней ограничивающей стенки 2 (фиг.2). При этом горячий воздух проходит сквозь разделительный элемент и отдает свое тепло в накапливающую среду регенератора и передается в систему охлаждения 16, а давление в камерах 4 и 5 падает. Маховик 18 через кинематическую связь 17 начинает перемещать исполнительный элемент 12 в сторону уменьшения полости рабочего цилиндра 10, снова повышая давление в камерах 4 и 5, то есть производится процесс сжатия воздуха при более низкой его температуре, чем при процессе его расширения, за счет чего и совершается полезная работа.

После достижения исполнительным элементом 12 крайнего положения, соответствующего минимальному объему полости 11 рабочего цилиндра 10, разделительный элемент 6 начнет перемещаться в сторону уменьшения объема холодной камеры, вытесняя воздух из холодной камеры 4 в горячую камеру 5. Проходящий через разделительный элемент 6 воздух нагревается в регенераторе, а затем и в горячей камере 5, давление воздуха повышается и снова начинается перемещение исполнительного элемента 12 в сторону увеличения объема полости 11 рабочего цилиндра 10. При многоцилиндровом выполнении двигателя рабочие ходы отдельных цилиндров чередуются, повышая равномерность вращения вала и уравновешенность двигателя. Один из блоков многоцилиндрового двигателя можно использовать в качестве холодильной машины.

Реферат

Использование: энергомашиностроение. Сущность изобретения: в двигателе Стирлинга корпусная полость 1 разделена совершающей возвратно-поступательное движение газопроницаемой регенераторной пластиной 4 на две отдельные полости 6, 7, причем одна из них может нагреться, а вторая оснащена системой охлаждения 13. Вторая отдельная полость сообщена с рабочим цилиндром, который с помощью первого приводного устройства 7 воздействует на рабочий вал 14 или на маховую массу 10, а с помощью второго приводного устройства воздействует на регенераторную пластину 4. Предлагается выполнить корпусную полость 1 в форме клина и закрепить регенераторную пластину 4 в вершине корпусной полости на оси 5 поворота с возможностью качания (поворота). 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Формула