Поршневий двигун – електрогенератор

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к поршневым двигателям для привода электрогенератора. Известен поршневой двигатель преимущественно внутреннего сгорания (Патент СССР №442610, кл. F01B3/02, 1969), содержащий неподвижный блок с расположенными по окружности цилиндра, в центре которого размещен силовой вал, установленный в радиальных подшипниках и несущий по торцам блока наклонные шайбы с качающимися кольцами, зафиксированными от поворота относительно блока и снабженными шаровыми опорами и сферическими замками для головок шатунов, связанных с поршнями, при этом силовой вал выполнен полым и соединен при помощи подвижного шлицевого соединения с валом отбора мощности меньшего диаметра, чем силовой вал, а радиальные подшипники размещены на участке, ограниченном шайбами, и имеют опорные кольца, выполняемые в блоке. Недостатком данного поршневого двигателя является то, что поршни с качающимися кольцами соединены с помощью шатунов, оси которых движутся в процессе работы по конусу относительно поршня, а это затрудняет установку линейного якоря электрогенератора. Известен комбинированный двигатель (Заявка ФРГ №3913806, кл. F02B71/04, 26.04.89), содержащий двигатель внутреннего сгорания (ДВС) с цилиндром и поршнем, содержащим в нем возвратно-поступательное движение. В нем предусмотрен преобразователь в форме линейного электрогенератора. На несущей конструкции "S" расположен индикатор положения, взаимодействующий со штоком с целью индикации положения, скорости и ускорения штока как функции времени в выбранных местах и/или соединен компьютер, служащий для управления рабочей характеристикой двигателя в зависимости от требуемых параметров в каждом заданном промежутке времени эксплуатации. Недостатком данного двигателя является то, что для синхронизации используется, электрическая энергия, а это снижает КПД электрогенератора. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому те хническому решению является поршневой двигатель-электрогенератор (А.с. СССР №1825017, кл. E01B23/10, E02B63/04, 1988), содержащий корпус, цилиндры двигателя, поршни, размещенные в цилиндрах, роторы электрогенератора, установленные внутри статора с возможностью поступательного перемещения вдоль оси последних, выходной вал с механизмом преобразования поступательного движения поршней и роторов во вращательное движение выходного вала, причем поршни и роторы кинематически связаны с механизмом преобразования движения, при этом механизм преобразования движения выполнен в виде кулачковой шайбы с двумя рабочими поверхностями, выполненными на ее противоположных торцах, и выходным валом, ось которого проходит через центры торцевых поверхностей, поршни и роторы установлены с возможностью контакта с разными рабочими поверхностями кулачковой шайбы и по разные стороны от ее торцов, причем рабочая поверхность, контактирующая с поршнями, выполнена плоской и наклонной к оси выходного вала, а противоположная рабочая поверхность, контактирующая с роторами, выполнена с криволинейным профилем. Недостатком данного двигателя электрогенератора является низкий КПД из-за присутствия в данной конструкции лишних кинематических связей, выраженных в том, что передача мощности от поршня двигателя к ротору электрогенератора происходит через контакт сначала поршня с плоской стороной кулачковой шайбы, а затем контакт криволинейного профиля шайбы с якорем электрогенератора. В основу изобретения поставлена задача создать такой двигатель-электрогенератор, который имел бы более высокий КПД за счет исключения лишней кинематической связи при передаче мощности поршня двигателя к якорю электрогенератора, минуя кулачковую шайбу, снять изгибающие напряжения со штоков двигателя и уменьшить радиальные габариты наклонной шайбы при сохранении больших углов последней. Эта задача достигается тем, что поршневой двигатель-электрогенератор, содержащий корпус, цилиндры, поршня со штоками, размещенные в цилиндрах, статоры электрогенератора, якоря электрогенератора, установленные внутри статора с возможностью перемещения вдоль оси последних, наклонные шайбы, установленные по торцам корпуса двигателя кинематически связанные со штоками поршня, и соединенные согласующим валом для преобразования поступательного движения поршней во вращательное движение согласующего вала, отличается тем, что якоря электрогенератора соединены в осевом направлении со штоками поршня, а двигатель дополнительно снабжен кронштейнами, огибающие наклонные шайбы, жестко соединенными с одной стороны со штоками, а другой закреплены подвижно в торцах корпуса двигателя. упорными кольцами, установленными через подшипники скольжения на наклонных шайбах, при этом упорные кольца имеют пальцы, установленные радиально в плоскости параллельной наклонным шайбам, причем плоскость размещения пальцев смещена относительно плоскости наклонных шайб по оси согласующего вала серьгами, установленными на концах штоков, о отверстия которых цапфами установлены каретки, контактирующие с пальцами, имеющие возможность поворота относительно серьги. Крепление якоря электрогенератора непосредственно на штоке позволяет передавать мощность от поршня к якорю во время рабочего хода, минуя наклонную шайбу, при этом наклонной шайбе передается только часть мощности необходимой для работы вспомогательных агрегатов и для выполнения сжатия газа в противоположном цилиндре. Во время сжатия газа электрогенератор электрически отключается и не потребляет мощность. Таким образом, механическая энергия двигателя, преобразуемая электрогенератором в электрическую, не передается наклонной шайбе и не снимается с последней, что увеличивает общий КПД двигателя-электрогенератора. Кронштейн, огибающий наклонную шайбу, жестко соединенный с одной стороны штоком, а с другой - установленный в стенке с возможностью осевого перемещения, воспринимает радиальные нагрузки на штоке и предотвращает вращение упорного кольца. Упорные кольца, установленные через подшипники скольжения на наклонных шайбах, при этом упорное кольцо имеет пальцы, установленные радиально в плоскости, параллельной наклонной шайбе, причем плоскость размещения пальцев смещена относительно плоскости наклонной шайбы по оси двигателя, а на концах штоков, устанавливаются серьги, в отверстия которых цапфами заходят каретки, контактирующие с кольцами и имеющие возможность поворачиваться относительно серег, дают возможность уменьшить радиальные габариты наклонных шайб. На фиг.1 изображен общий вид двигателягенератора; на. фиг.2 - узел наклоненной шайбы и упорного кольца; на фиг.3 - разрез А - А на фиг.2. Поршневой двигатель-электрогенератор содержит корпус 1, в котором по окружности размещены цилиндры 2 с расположенными внутри них поршнями 3. Цилиндры расположены вокруг согласующего вала 4, в наклонной шайбе 5 установлено упорное кольцо 6, имеющие упорные подшипники скольжения 7. Упорное кольцо имеет пальцы 8, установленные радиально в плоскости, параллельной наклонной шайбе 5. Поршень 3 жестко связан со штоком 9, на котором установлены якоря 10 электрогенератора. Якоря 10 электрогенератора расположены внутри статоров 11. На конце штока 9 установлена серьга 12, в отверстия которой цапфами заходит каретка 13. Каретка 13 имеет возможность скользить по пальцу 8 и поворачиваться в цапфах относительно серьги 12. Кронштейн 14 жестко соединенный со штоком 9 воспринимает радиальные нагрузки на шток 9 и предотвращает вращение упорного кольца 6. Для уменьшения радиальных габаритов наклонной шайбы 5 центр качания шайбы 5 "г" и центр "д" цапф каретки 13 не совпадают и разнесены по оси согласующего вала 4. Поэтому центр упорного кольца 6 движется по окружности относительно центра наклонной шайбы 5, что обеспечивается упорными подшипниками скольжения 7. Поршневой двигатель-электрогенератор работает следующим образом. При воздействии рабочего тела в цилиндрах 2 на поршни 3, последние через штоки 9 передают усилие якоря 10 и в статоре 11 вырабатывается электрический ток. Одновременно штоки 9 через серьгу 12, каретку 13 и палец 8 передает усилие на упорное кольцо 6. Упорное кольцо б давит на наклонную шайбу 5, сообщая ей крутящий момент, который передается на согласующий вал 4. При рабочем ходе поршней 3, т.е. от средней части к торцам цилиндров 2 усилия от поршня 3 передаются якорю 10 электрогенератора и наклонной шайбе 5. При сжатии рабочего тела - от торцов цилиндров 2 к центру последнего, электрогенератор электрически отключается и якорь 10 перемещается без усилий, а поршню 3 движется за счет сил, сообщаемых ему наклонной шайбой 5. Таким образом большая часть механической энергии расширения рабочего тела преобразуется в электрическую энергию, минуя наклонную шайбу. Т.е.: КПД качающейся шайбы не влияет на КПД дизель-генератора. Таким образом конструкция предлагаемого поршневого двигателяэлектрогенератора предусматривает повышение КПД и увеличение его надежности путем установки якоря электрогенератора на штоке поршня. Снятие изгибающих напряжений со штока двигателя путем введения кронштейна и жесткого его соединения со штоками с одной стороны и подвижным с торцем корпуса двигателя с другой. А также уменьшение радиальных габаритов наклонной шайбы за счет того, что центры качания наклонной шайбы и цапф каретки не совпадают и разнесены по оси согласующего вала, поэтому центр упорного кольца движется по окружности относительно центра наклонной шайбы, что обеспечивается упорными подшипниками скольжения.