| початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
  |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
Навігація: => |
На головну / Ринок технологій / Актуальні винаходи і моделі / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2201517
ДВИГУН ЗОВНІШНЬОГО НАГРІВАННЯ З підвищеним ККД
Ім'я заявника: Золотарьов Борис Вікторович; Кулев Сергій Леонідович
Ім'я винахідника: Золотарьов Борис Вікторович; Кулев Сергій Леонідович
Ім'я патентовласника: Золотарьов Борис Вікторович; Кулев Сергій Леонідович
Адреса для листування: 443029, Самара, вул. Сонячна, 33-105, Б.В.Золотареву
Дата початку дії патенту: 2000.06.15
Винахід відноситься до двигунобудування і дозволяє підвищити ККД двигунів Стірлінга за рахунок повного усунення витоків через штоки робочих поршнів при абсолютній герметизації циліндрів і двигуна. Двигун зовнішнього нагрівання містить, щонайменше, один циліндр з нагрівачем, регенератором, холодильником і з'єднують їх магістралями, робочий і витіснювальний поршні і механізм перетворення поступального руху в обертальний. Кожен циліндр встановлений з можливістю поступального переміщення всередині магніту або електромагніту і пов'язаний з механізмом перетворення поступального руху в обертальний. Кожен циліндр встановлений в напрямних, а магістралі обладнані сильфонами. На одній осі з коленвалом встановлено генератор, пов'язаний силовими кабелями з електромагнітами.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до двигунобудування і призначене для використання в двигунах Стірлінга.
Відомий двигун зовнішнього нагрівання по а.с. СРСР 855241, заявник Куйбишевський авіаційний інститут. Двигун зовнішнього нагрівання містить пару двохстінних циліндрів, внутрішні оболонки яких виконані у вигляді сильфонов, а зовнішні - у вигляді циліндричних оболонок з патрубками для підведення і відведення робочого тіла. Застосування сильфонів частково вирішує проблему герметизації робочого тіла, але вони недостатньо довговічні. З огляду на, що двигун має тим більший ККД, ніж вище тиск і температура робочого тіла, то зі збільшенням цих параметрів ресурс роботи сильфонов різко зменшується. Запропонований двигун може працювати тільки при низьких ККД і обмежений період часу. Після руйнування сильфона вартість його ремонту порівнянна з вартістю виготовлення нового двигуна.
Відомий двигун із зовнішнім підведенням теплоти по а.с. СРСР 1275104, у якого робочий і витіснювальний поршні розташовані в різних циліндрах. Недолік: необхідність герметизації штоків обох поршнів. У зв'язку з тим, що ніякі ущільнення не забезпечують абсолютної герметизації, при тривалій експлуатації відбуватиметься витік дорогого робочого тіла. Необхідна постійне підживлення циліндрів двигуна робочим тілом. Це робить двигун незручним в експлуатації і знижує його ККД.
Відомий двигун зовнішнього нагрівання по а.с. СРСР 850884 (прототип), що містить щонайменше один циліндр, нагрівач, регенератор, холодильник, що з'єднують їх магістралі, робочий і витестнітельний поршні і механізм перетворення поступального руху в обертальний, наприклад колінвал. Цей двигун вимагає герметизації по штокам поршнів для запобігання витоків робочого тіла в картер двигуна і атмосферу. При високому тиску і температурах це досить проблематично.
Завданнями створення винаходу є збільшення ККД двигуна за рахунок повної ліквідації витоків робочого тіла.
Зазначена задача досягнута за рахунок того, що в двигуні зовнішнього нагрівання, що містить щонайменше один циліндр, нагрівач, регенератор, холодильник, що з'єднують їх магістралі, робочий і витіснювальний поршні і механізм перетворення поступального руху в обертальний, кожен циліндр виконаний з можливістю переміщення, встановлений всередині магніту або електромагніту і з'єднаний з механізмом перетворення поступального руху в обертальний. Можливий варіант виконання, коли робочий і витіснювальний поршні виконані як одне ціле (комбінований поршень).
Всі циліндри виконані абсолютно герметично і встановлені в направляючих. Переважно механізм перетворення поступального руху в обертальний виконати у вигляді клонували.
У магістралі, що сполучає нагрівач, регенератор і холодильник, можуть бути встановлені сильфони.
Електромагніт може харчуватися електроенергією від генератора, встановленого на одній осі з коленвалом.
Суть винаходу пояснюється на кресленнях.
Фіг. 1 наведено одноциліндровий двигун,
Фіг. 2 - трициліндровий двигун
Двигун зовнішнього нагрівання (фіг. 1) містить циліндр 1, нагрівач 2, регенератор 3, холодильник 4, з'єднувальні магістралі 5, робочий поршень 6, витіснювальний поршень 7, механізм перетворення поступального руху в обертальний (коленвал) 8, магніт або електромагніт 9, направляючі циліндра 10.
На фіг. 2 наведено варіант трьохциліндрового двигуна, що містить додатково сильфони 11 в сполучних магістралях 5 і генератор 12, з'єднаний силовими кабелями 13 з електромагнітами 9. Крім того, замість робочого і витіснювальний поршнів 6 і 7 використаний один (для кожного циліндра) універсальний поршень 14.
Двигун зовнішнього нагрівання працює наступним чином (фіг. 1).
При підведенні тепла до нагрівача 2 гаряче робоче тіло штовхає циліндр 1 вгору, тому що робочий поршень 6 утримується на місці магнітом (електромагнітом) 9. Після витіснення робочого тіла з холодною порожнини в гарячу масивний витіснювальний поршень 7 перекриває канали сполучної магістралі 5 і відсікає доступ робочого тіла в холодильник 4. Далі витіснювальний поршень 7 якийсь час рухається з циліндром 1 нагору і стискає робоче тіло, розміщене між робочим 6 і витіснювальний 7 поршнями. Циліндр 1 досягає своєї верхньої мертвої точки ВМТ і починає йти вниз, а масивний витіснювальний поршень 7 продовжує рухатися вгору і стискає робоче тіло, в якому накопичується реактивна енергія. Робочий поршень 6 йде в відносному русі вгору (насправді він коштує) і досягає нижньої мертвої точки НМТ циліндра. При цьому він витісняє робоче тіло з гарячою порожнини через нагрівач 2, рененератор 3 і холодильник 4 в холодну (нижню) порожнину циліндра 1.
Потім витіснювальний поршень 7 рухається в відносному русі (по відношенню до циліндра) вниз.
Потім цикл повторюється.
Двигун (фіг. 2) працює аналогічно, але цикли кожного циліндра зрушені на 120 градусів. Сильфони 11 дозволяють не переміщати нагрівач 2, регенератор 3 і холодильник 4 разом з циліндром 1. Генератор 12 по силовим кабелям здійснює живлення електромагнітів 9. Крім того, як вже зазначалося, замість робочого і витіснювальний поршнів 6 і 7 застосований універсальний поршень 14.
У запропонованій конструкції (у першій-ліпшій нагоді) циліндри абсолютно герметичні, завдяки цьому досягається запобігання витокам робочого тіла і підвищується ККД двигуна. Відпадає необхідність підживлення робочим тілом, т. Е. Двигун спрощується в експлуатації і може працювати роками без присутності обслуговуючого персоналу.
Заявлений двигун можна виконати з навантаженням на колінчастий вал, а не на систему шестерень, шатунів і важелів, як це завжди робилося. А це вже серце для автомобільного двигуна!
Теоретично розрахований ККД майже вдвічі перевищує ККД ДВС. Конструкцію можна виконати компактно, що є найважливішою умовою її установки на автомашину. Дослідні зразки двигунів Стірлінга провідних зарубіжних фірм хоча і працездатні, але вони займають все підкапотний простір моторного відсіку легкового автомобіля і важче ДВС в 2 рази.
Перспективно і використання двигуна для виробництва електроенергії у віддалених районах при роботі на місцевій сировині або в якості резервних станцій в лікарнях, радіо- і телецентрах, в аеропортах і військових об'єктах.
Запропонована схема дозволяє підвищити потужність і швидкість обертання коленвала, надійність двигуна за рахунок зменшення градієнта температур по довжині циліндра і робочого поршня, зменшення витоків через ущільнення між поршнями і порожнинами циліндрів і повної ліквідації зовнішніх витоків робочого тіла.
Нова конструкція забезпечує демпфірування ударних навантажень.
Основна перевага розробленої конструкції - це високий ККД. Підвищення ККД в свою чергу зменшує емісію токсичних продуктів (оксидів азоту і вуглецю) на одиницю потужності. Двигун здатний працювати і при малих ступенях стиснення, створює менше шуму і вібрацій, простіше в експлуатації і виготовленні, пожежо- та вибухобезпечний, має колосальний, практично безмежний ресурс роботи.
Автором заявлено безліч варіантів конструктивного виконання двигуна як за кількістю циліндрів, так і по конструкції в обсязі 5 пунктів формули винаходу.
Можлива, наприклад, установка нагрівача, регенератора і холодильника жорстко на циліндрі. Опрацьовано і варіант нерухомого розміщення нагрівача, регенератора і холодильника на підставі двигуна (підстава не показано) і застосування зв'язку цих агрегатів з циліндром за допомогою сильфонов.
Виникають різні варіанти при використанні в двигунах постійних магнітів або електромагнітів. У першому варіанті двигун буде компактніше, але необхідні дуже сильні магніти.
Залежно від призначення двигун може бути виготовлений або дуже малих розмірів, наприклад для іграшок і моделей, або дуже великим: для кораблів, підводних човнів і теплових електростанцій. Можливе створення ДВН з поршнями діаметром в декілька метрів. ДВС з такими розмірами в принципі не можуть бути створені, так як процес горіння в них носить вибуховий характер і супроводжується ударними навантаженнями. У двигунах зовнішнього нагрівання тепло підводиться повільно і процес його підведення легко регулюється. Процес спалювання незалежно від режиму роботи двигуна можна здійснювати в оптимальному з точки зору повноти згоряння режимі. Це потребує ускладнення паливних форсунок і використання ЕОМ для управління співвідношенням витрат палива і повітря, але в сучасних умовах технічно здійсненно.
Один з варіантів двигуна може працювати і без палива, наприклад на енергії сонячних променів або на різниці температур на поверхні води і в глибині водоймища. А це - безкоштовна енергія, причому отримана в результаті екологічно чистих процесів.
Найбільший інтерес представляє застосування "Стірлінг" для вироблення електроенергії, тобто в якості мотор-генератора.
Хочеться відзначити, що в цьому випадку двигун конструктивно простіше, ніж дизель-генератор.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Двигун зовнішнього нагрівання, що містить, принаймні, один циліндр з нагрівачем, рекуператором, холодильником з сполучними магістралями, робітникам і витіснювальний поршнями, встановленими всередині циліндра, і механізмом перетворення поступального руху в обертальний, що відрізняється тим, що кожен циліндр виконаний герметичним, з можливістю поступального переміщення, встановлений всередині магнітів або електромагнітів і пов'язаний з механізмом перетворення поступального руху в обертальний.
Двигун зовнішнього нагрівання по п. 1, який відрізняється тим, що робочий і витіснювальний поршні жорстко пов'язані або об'єднані в один.
Двигун зовнішнього нагрівання по п. 1 або 2, який відрізняється тим, що з'єднувальні магістралі кожного циліндра обладнані сильфонами, а кожен циліндр встановлений в напрямних.
Двигун зовнішнього нагрівання по п. 1, або 2, або 3, який відрізняється тим, що механізм перетворення поступального руху в обертальний виконаний у вигляді клонували.
Двигун зовнішнього нагрівання по п. 1, або 2, або 3, або 4, який відрізняється тим, що на одній осі з коленвалом встановлено генератор, який силовими кабелями з'єднаний з електромагнітами.
Версія для друку
Дата публікації 06.11.2006гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.