Двигун із зовнішнім підводом теплоти

Двигун із ЗОВНІШНІМ підводом теплоти, який містить заповнений робочим тілом герметичний циліндр із розміщеними у ньому робочим поршнем і поршнем-витискувачем, що утворюють гарячу і холодну порожнини, нагрівач, регенератор, холо Винахід відноситься до машинобудування, а саме, до виготовлення двигунів і може бути використаний у двигунах із ЗОВНІШНІМ ПІДВОДОМ теплоти витискноготипу Відомо двигун із ЗОВНІШНІМ ПІДВОДОМ теплоти з гарячою та холодною порожнинами, розташованими в одному циліндрі та розділеними витискним поршнем Загальне замикання робочого простору здійснює робочий поршень Механізм привода двигуна містить два обертових у протилежних напрямках колінчастих вали, з'єднаних взаємодіючими між собою синхронізуючими зубчастими колесами Штоки робочого і витискного поршнів за допомогою траверс та шатунів шарнірно з'єднані із колінчастими валами (див Двигатели Стирлинга/Под ред М Г Круглова - М Машиностроение, 1977-С 53-57, рис 31) Відомому двигуну властиві підвищені механічні втрати, пов'язані із вибіркою бічних зазорів у зачепленні зубчастих колес при ЗМІНІ знака крутного моменту на валу відбору потужності, що, у свою чергу, викликає перекіс траверс та підвищене тертя у вузлах двигуна Наслідком вибірки зазорів у зачепленні синхронізуючих зубчастих колес є також значні вібрації та шум, інтенсивне спрацювання зубчастих колес та зниження ресурсу двигуна Недоліком даного двигуна є також довільний, організований не кращим чином розподіл теплового потоку, що підводиться до робочого тіла при його перетіканні із холодної порожнини циліндра у га дильник і привід, що містить два вали із синхронним обертанням, зв'язаних за допомогою шестерень і обладнаних кривошипами, кожний із яких зв'язаний через шатуни із пальцями траверс, СПІВВІСНИХ робочому поршню і поршнювитискувачу, що зміщені за фазовим кутом, який відрізняється тим, що відношення довжини шатунів поршня-витискувача і відстані між віссю обертання кожного кривошипа і ЛІНІЄЮ руху центра ВІДПОВІДНОГО пальця траверси поршня-витискувача до радіуса кривошипів становить, ВІДПОВІДНО, 2,13 і 1,00 рячу і назад, що безпосередньо пов'язано із необхідними масою та розмірами регенератора та холодильника і осьовими розмірами механізму привода Найбільш близьким до пристрою, що заявляється (прототипом) є двигун із ЗОВНІШНІМ підводом теплоти, який містить заповнений робочим тілом циліндр із розміщеними у ньому утворюючими гарячу і холодну порожнини робочим поршнем і поршнем-витискачем, нагрівач, регенератор, холодильник і привід, що містить два вали з синхронним обертанням, зв'язаних за допомогою шестерень і обладнаних кривошипами, кожний із котрих зв'язаний через шатуни із пальцями траверс СПІВВІСНИХ робочого поршня і поршявитискача, зміщених за фазовим кутом (див а с СРСР №1016552, МПК F 02 GI/053, опубл 7 05 83р, бюл №17) Недоліком цього двигуна є довільний, нераціональний розподіл теплового потоку, який підводиться від нагрівача до робочого тіла при його перетіканні із холодної порожнини циліндра в гарячу і назад В ньому не виконуються умови, при яких максимум цієї енергії припадав на час перетікання робочого тіла із холодної порожнини циліндра у гарячу, коли, розширяючись, робоче тіло виконує корисну роботу, і мінімум - при перетіканні робочого тіла із гарячої порожнини у холодну, щоб припадало мінімальне теплове навантаження на регенератор і холодильник Внаслідок цього при 00 ю 52928 проектуванні двигуна із ЗОВНІШНІМ ПІДВОДОМ теплоти приймаються до розрахунку такі КІЛЬКОСТІ теплової енергії, що акумулюється регенератором та розсіюється холодильником, котрі не відповідають максимально можливому раціональному розподілу теплового потоку від нагрівача при перетіканні робочого тіла і призводять до завищення мас та розмірів регенератора і холодильника При сталій на протязі циклу кутовій швидкості кривошипів час перетікання робочого тіла із одної порожнини у іншу пропорційний куту повороту кривошипа, який залежить від відношення довжини шатунів поршня-витискача і відстані між віссю обертання кожного кривошипа і ЛІНІЄЮ руху центра ВІДПОВІДНОГО пальця траверси поршня-витискача (ексцентриситета) до радіусу кривошипів Нераціональне значення першого із цих відношень призводить також до збільшення осьового розміру двигуна В основу винаходу поставлено задачу удосконалення двигуна із ЗОВНІШНІМ підводом теплоти шляхом визначення оптимальних значень відношень довжини шатунів поршня-витискача і відстані між віссю обертання кожного кривошипа і ЛІНІЄЮ руху центра ВІДПОВІДНОГО пальця траверси поршня-витискача до радіусу кривошипів, що забезпечить мінімальне значення кута повороту кривошипів, ВІДПОВІДНОГО перетіканню робочого тіла із гарячої порожнини у холодну і приведе, таким чином, до зменшення мас та розмірів регенератора і холодильника та до зниження осьових розмірів двигуна Поставлена задача досягається тим, що у двигуні із ЗОВНІШНІМ підводом теплоти, який містить заповнений робочим тілом циліндр із розміщеними у ньому робочим поршнем і поршнем-витискачем, що утворюють гарячу і холодну порожнини, нагрівам, регенератор, холодильник і привід, який містить два вали із синхронним обертанням, зв'язаних за допомогою шестерень і обладнаних кривошипами, кожний із котрих зв'язаний через шатуни із пальцями траверс СПІВВІСНИХ робочого поршня і поршня-витискача, які зміщені за фазовим кутом, згідно з винаходом, відношення довжини шатунів поршня-витискача і відстані між віссю обертання кожного кривошипа і ЛІНІЄЮ руху центра ВІДПОВІДНОГО пальця траверси поршня-витискача до радіусу кривошипів становить, ВІДПОВІДНО, 2,13 і 1,00 При цьому забезпечується мінімально можливий кут повороту кривошипів, що відповідає перетіканню робочого тіла із гарячої порожнини циліндра у холодну, а саме, 136° при одночасному виконанні двох важливих експлуатаційних вимог виконується одноразовий на протязі циклу роботи двигуна мінімум об'єму холодної порожнини і обмежується максимальний кут між ЛІНІЄЮ шатуна поршня-витиекача і віссю циліндра загальноприйнятою величиною 70° Таким чином, забезпечується максимально можливе відношення кутів повороту кривошипів, що відповідають перетіканню робочого тіла із холодної порожнини у гарячу та із гарячої порожнини у холодну, яке дорівнює 1,647 (коефіцієнт зміни середньої швидкості механізму) Винахід пояснюється кресленням (фіг), де зображено схему двигуна із ЗОВНІШНІМ ПІДВОДОМ теплоти Герметичний циліндр 1, розділений робочим поршнем 2 і поршнем-витискачем 3 на гарячу 4 та холодну 5 порожнини, з'єднані між собою через регенератор 6 і холодильник 7 Робочим тілом, що заповнює циліндр 1, служить газ малої в'язкості, великої теплопровідності і мало залежної від тиску теплоємності Це можуть бути водород, гелій, повітря, криптон, вуглекислий газ та ІНШІ гази або їх суміші Теплота до робочого тіла підводиться від нагрівача 8 зовні Перетворення теплоти у роботу здійснюється завдяки циклічним процесам стиску робочого тіла у холодній порожнині 5 при низькій температурі і його розширення у гарячій порожнині 4 при високій температурі Робоче тіло, перетікаючи із гарячої порожнини 4 у холодну 5, віддає своє тепло регенератору 6 і додатково охолоджується у холодильнику 7 Повертаючись у гарячу порожнину 4 при ПІДГОТОВЦІ такту розширення, робоче тіло відбирав у регенератора 6 запасене у ньому раніше тепло Управління потоком робочого тіла здійснюється зміною об'ємів гарячої 4 та холодної 5 порожнин циліндра 1 Для отримання корисної роботи необхідно, щоб зміна об'єму гарячої порожнини 4 випереджала за фазою зміну об'єму холодної порожнини 5 Це стає можливим завдяки використанню механізму привода, який забезпечує перетворення поступального руху у обертальний і узгодженість рухів робочого поршня 2 та поршня-витискача З Останні з'єднані із механізмом привода, який містить кривошипи 9, шатуни робочого поршня 10 , шатуни поршня-витискача 11 за допомогою штоків 12 і 13 та траверс 14 і 15 Зубчасті колеса 16, 17 і 18, жорстко з'єднані із валами кривошипів 9, та валом відбору потужності, служать для виключення перекосів робочого поршня 2 і поршнявитиекача 3, забезпечуючи синхронізацію обертання кривошипів 9 КІЛЬКІСТЬ теплоти, яка передається робочому тілу від стінок трубчастого нагрівача 8, при інших рівних умовах залежить від часу взаємодії робочого тіла із розігрітою поверхнею трубок нагрівача 8 Доцільно, щоб при ПІДГОТОВЦІ такту розширення, коли робоче тіло під дією поршня-витискача 3 перетікав із холодної порожнини 5 циліндра 1 у гарячу порожнину 4, воно отримало від нагрівача 8 максимально можливу КІЛЬКІСТЬ теплоти, тобто добиватися перетікання робочого тіла у цьому напрямку протягом максимально можливого часу циклу або, іншими словами, максимально можливого кута повороту кривошипів 9 Навпаки, при ПІДГОТОВЦІ такту стиску, коли робоче тіло під дією поршня-витискача 3 перетікав із гарячої порожнини 4 у холодну порожнину 5, необхідно, щоб воно заповняло порожнину 5 максимально охолодженим Тому треба, щоб при перетіканні по трубках нагрівача 8 у цьому напрямку робоче тіло отримало від нього якомога менше теплоти, бо робоче тіло повинно віддати и регенератору 6, а потім охолоджуватися у холодильнику 7 Даний винахід забезпечує максимальне можливе доцільне співвідношення часу перетікання робочого тіла протягом циклу із однієї порожнини циліндра двигуна із ЗОВНІШНІМ ПІДВОДОМ теплоти у іншу та назад, що дозволяє знизити теплове навантаження на регенератор і холодильник і, отже, зменшити їх масу і розміри Крім того, воно приво 5 52928 6 дить до мінімізації довжини шатунів поршнязменшити осьовий розмір двигуна витискача, а, отже, і його штока, тобто дозволяв ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24