Двигун з зовнішнім підведенням теплоти

Двигун з ЗОВНІШНІМ підведенням теплоти, що має корпус, нагрівач, холодильник, холодний і гарячий циліндри, виконані в корпусі, робочий поршень і поршень-витискувач, встановлені в холод Винахід відноситься до області теплотехніки, зокрема до пристроїв перетворюючих теплову енергію в механічну і може бути використаним у виробництві різноманітних машин що оснащуються руховими агрегатами, а також електростанцій у сполученні двигуна з електрогенератором Відомий двигун внутрішнього горіння /ДВГ/, що містить корпус, циліндр, робочий поршень, кривошипно-шатунний механізм, вал відбору потужності і камеру горіння палива утворену кришкою корпуса і поверхнею робочого поршня (Див , наприклад, книгу "Елементарний підручник фізики", під редакцією академіка Г С Ландсберга, томі, видавництво "Наука", Москва, 1975р, стор 639-646) У відомому двигуні паливо спалюється при високому тиску й обмеженій КІЛЬКОСТІ повітря, унаслідок закритого обсягу камери горіння, унаслідок чого відбувається неповне горіння палива і викид в атмосферу токсичних отруйних речовин, що забруднює навколишнє середовище, порушує екологію Недоліком двигунів такого типу є також жорсткі вимоги до палива і мастила, шум на вихлопі, різке погіршення економічності при відхиленні від оптимального режиму роботи Відомий двигун із ЗОВНІШНІМ ПІДВОДОМ тепло ти, двигун Стірлінга /ДС/, що містить корпус, нагрівач, холодильник, холодний і гарячий циліндри в яких установлені ВІДПОВІДНО робочий поршень і поршень-витискувач, кривошипно-шатунний механізм, і вал відбору потужності /Див , наприклад статтю в журналі „Техніка молоді" №7 за 1986р, стор 26/ ному і гарячому циліндрах ВІДПОВІДНО, а також кривошипно-шатунний механізм і вал відбору потужності, який відрізняється тим, що корпус, нагрівач і холодильник розташовані вздовж осі вала відбору потужності і закріплені на ньому, кривошипно-шатунний механізм встановлений в корпусі з можливістю обертання навколо осі робочого поршня і вала відбору потужності, а нагрівач має дві камери, які сполучені з внутрішньою порожниною гарячого циліндра по різні сторони поршнявитискувача Відомий двигун не потребує жорстких вимог до палива і мастила, працює на будь-якому паливі, паливо спалюється при низькому тиску й оптимальному надлишку повітря в камері горіння, розташованої поза робочим обсягом Тому зміст отруйних речовин у продуктах горіння зменшується до мінімуму, унаслідок чого він практично не забруднює навколишнє середовище - екологічно він чистий Ефективний к к д двигунів Стірлінга вище чим у двигунів внутрішнього горіння, робота двигунів практично безшумна, тому що на відміну від /ДВГ/ він не має різкого пульсуючого вихлопу Крім того принцип зовнішнього підведення тепла забезпечує йому швидкий і безвідмовний запуск при низьких температурах Недоліком відомого двигуна є складний механізм приводу поршнів, високий тиск заповненого газу в камерах двигуна потребує наявності складних ущільнень, зокрема торцевих ущільнень на виході з корпуса КІНЦІВ вала відбору потужності Тому виробництво відомого двигуна є складним і дорогим Крім того в процесі роботи можливо порушення ущільнень через їхній знос, вихід газу внаслідок цього за межі двигуна, що погіршує його працездатність, знижує надійність експлуатації, зменшує к к д Метою винаходу є спрощення конструкції двигуна і підвищення його надійності Зазначена мета досягається тим, що корпус, нагрівач і холодильник розташовані уздовж ВІСІ вала відбору потужності і закріплені на ньому, кривошипно-шатунний механізм встановлений у корпусі з можливістю обертання навколо ВІСІ ро О со (О 62230 бочого поршня і вала відбору потужності Крім того нагрівач має дві камери, кожна з який сполучена з внутрішньою порожниною гарячого циліндра по обидва боки поршня-витискувача Сутність винаходу поясняется кресленням на якому зображений запропонований двигун у розтині Двигун із ЗОВНІШНІМ підведенням теплоти складається з корпуса 1, нагрівача 2, що має дві камери 3 і 4, холодильника 5, що розташовані уздовж ВІСІ вала відбору потужності 6 і жорстко закріплені на ньому Вал відбору потужності встановлений в опорах 7 У корпусі виконаний холодний циліндр 8, у якому встановлений робочий поршень 9 і гарячий циліндр 10, у якому встановлений поршень-витискувач 11 У корпусі двигуна крім того виконані порожнини в яких розміщені золотник 12 і клапан 13 Кривошипношатунний механізм 14 розташований в окремому блоці, що встановлений у корпусі на опорах качання На колінчатому валі кривошипношатунного механізму розташовані маховики 15 і КОНІЧНІ шестерні 16, що входять у зачеплення з конічним зубчатим колесом 17, жорстко закріпленим на корпусі 1 Одна з конічних шестерень встановлена на валі з можливістю вільного обертання Шатун з'єднаний із робочим поршнем 9 за допомогою ВІСІ, закріпленої в підшипнику, що розміщений у ТІЛІ поршня Камери і порожнини двигуна з'єднуються за допомогою системи трубопроводів 18 Джерело тепла 19 розташоване поблизу камери 4 нагрівача, обсяг котрої менше обсягу камери 3 Камери холодильника 5, корпуса 1, нагрівача 2, а також порожнини циліндрів 8 і 10 заповнені газом, що є робочим тілом теплового двигуна Умова рівноваги механізмів двигуна, що знаходиться під тиском газу така, при якій в непрацюючому /вихідному/ положенні, робочий поршень 9 знаходиться в лівому положенні, а клапан 13 зміщений вправо таким чином, що ліва над поршнева порожнина холодного циліндра сполучена з камерою 4 нагрівача 2 і порожниною холодильника 5 Поршень-витискувач 11 знаходиться в крайньому лівому положенні Запропонований двигун працює наступним чином Включають джерело тепла 19 Під дією тепла відбувається нагрівання газу нагрівача, що знаходиться в камерах При цьому в першу чергу відбувається нагрівання газу замкнутого в камері 4, внаслідок більш близького її розташування до джерела тепла При нагріванні тиск газу в камері 4 збільшується, газ розширюється і відбувається порушення сталої раніше рівноваги, внаслідок чого клапан 13 зміщається вліво, тим самим роз'єднуючи камери холодильника 5 і нагрівача 2 Тиск газу в правій порожнині гарячого циліндра 10 і в надпоршневій порожнині холодного циліндра 8 збільшується Проте через малу КІЛЬКІСТЬ газу який знаходиться в камері 4, його внутрішньої енергії недостатньо для того щоб призвести з стану спокою в рух робочий поршень і зв'язаний із ним кривошипно-шатунний механізм з інерційними маховиками і шестернями вхідними в зачеплення з зубчатим колесом Надалі, у міру розігріву стінок нагрівача, газ замкнутий у камері З також нагрівається, тиск його збільшується У результаті цього збільшується сила тиску газу на поршень-витискувач із боку лівої порожнини гарячого циліндра Під ДІЄЮ зрослої сили тиску газу, поршень-витискувач рухається вправо, витискаючи тим самим газ із правої порожнини гарячого циліндра в камеру 4 і далі в надпоршневу порожнину холодного циліндра 8 Проходячи через камеру 4 газ який надходить із правої порожнини циліндра 10 додатково нагрівається, а проходячи по трубопроводі через камеру 3 розігріває і газ який знаходиться в цій камері, збільшуючи його тиск і пришвидшуючи тим самим рух поршня-витискувача вправо Під дією газу, що надходить із гарячого циліндра 10 у надпоршневу порожнину циліндра 8, тиск його в цій порожнині збільшується і під впливом зрослої сили тиску, робочий поршень кинеться вправо При русі поршень за допомогою шатуна призводить в обертання колінчатий вал із шестернями 16 При обертанні колінчатого вала, маховики 15 запасають кінетичну енергію, а газ який заповнює порожнину корпуса 1 стискується, збільшуючи його тиск При ПІДХОДІ робочого поршня 9 до правої крайньої /нижньої мертвої /точки, шток поршня діє на золотник 12, зміщає його вправо, перекриваючи тим самим доступ газу, що надходить із гарячого циліндра 10 у надпоршневу порожнину холодного циліндра 8 Одночасно з цим, золотник 12 відчиняє канали, що з'єднують надпоршневу порожнину холодного циліндра 8 із камерою холодильника 5 Перейшовши нижню мертву точку, поршень під впливом запасеної кінетичної енергії маховиків і сили тиску стиснутого газу в порожнині корпуса 1, кинеться вліво, витискує при цьому газ який знаходиться в надпоршневій порожнині циліндра 8 у камеру холодильника 5 У ході переміщення поршня, тиск газу в камері холодильника збільшується Під ДІЄЮ зростаючого тиску в холодильнику і зменшенні внутрішньої енергії газу в нагрівачі в результаті виконаної їм роботи, сила тиску на клапан 13 із боку холодильника стає більше чим із боку нагрівача, тому клапан зміщається вправо, відкриваючи канал з'єднуючий холодильник із нагрівачем, по якому холодний газ кинеться в камеру 4 нагрівача і далі в праву порожнину гарячого циліндра 10 Проходячи через камеру 3 по трубопроводі, газ охолоджує и У результаті охолодження камери, газ який знаходиться в ній охолоджується, тиск його падає А тому що камера 3 нагрівана сполучена з лівою порожниною гарячого циліндра, то внаслідок падіння тиску в камері 3, поршень-витискувач 11 переміщається вліво і звільняє тим самим праву порожнину циліндра для заповнення її свіжою порцією газу нагрітого в камері 4 Надалі від стінок нагрівача газ у камері 3 нагрівається, тиск його збільшується Під ДІЄЮ зрослої сили тиску, клапан 13 зміщається вліво і відокремлює одне від одного камери холодильника і нагрівача Тиск газу в надпоршневій порожнині холодного циліндра при русі поршня вліво до верхньої мертвої точки збільшується, проте він за рахунок накопиченої енергії маховиків і стиснутого газу в порожнині корпуса 1 продовжує переміщатися і при 62230 переході через верхню мертву точку, поршень своїм штоком зміщує золотник 12 вліво, перекриваючи канал з'єднуючий порожнину циліндра з холодильником і відкриваючи канал з'єднуючий цю порожнину з камерою нагрівача У результаті цього, газ із камери 4 нагрівача і правої порожнини циліндра 10 , уже достатньо прогрітий і знаходиться під значним тиском, кинеться по трубопроводах у порожнину циліндра 8 Нагрітий у камері 4 газ, проходячи по трубопроводі через камеру 3 підвищує температуру газу який знаходиться в цій камері, завдяки чому, поршеньвитискувач прискорює своє переміщення вправо, посилаючи нові порції газу з правої порожнини гарячого циліндра на нагрівання у камері 4 і далі в надпоршневу порожнину холодного циліндра 8 на переміщення робочого поршня 9 Далі цикл роботи повторюється Зворотно-поступальне переміщення робочого поршня перетворюється за допомогою кривошипно-шатунного механізму в обертальний рух колінчатого вала з маховиками 15 і конічними шестернями 16, одна з яких жорстко пов'язана з валом і передає крутящий момент зубчатому колесу, а інша встановлена з можливістю вільного обертання Тому що кривошипно-шатунний механізм розміщений в окремому блоці, встановленому в корпусі на підшипниках, а шатун сполучений із робочим поршнем за допомогою ВІСІ, розміщеної в підшипнику замкнутому в ТІЛІ поршня, то при обертанні шестерні що знаходиться в зачепленні з зубчатим колесом і жорстко закріпленої на колінчатому валі, шестерня відштовхуючись своїми зубами від колеса повідомляє йому обертання, одночасно з цим приводячи в обертання в оберненому напрямку і весь блок що складає в себе кривошипно-шатунний механізм Силами що перешкоджають обертанню блока і отже є для нього опорними, є сила опору обертанню площин маховиків 15 у середовищі ущіль Комп'ютерна верстка Т Чепелєва неного газу, а також гіроскопічна сила маховиків, що тим більша, чим більша частота обертання колінчатого вала Тому при зменшенні навантаження на валі відбору потужності, частота обертання його буде зростати, при збільшенні зовнішнього навантаження, відносна швидкість обертових механізмів корпуса і блока кривошипно-шатунного механізму залишаючись постійною щодо один одного, змінюється, зокрема для кожного з них щодо умовної нерухомої системи Обертання корпуса з валом відбору потужності зменшується, при цьому зростає момент, що крутить, на валі відбору потужності, внаслідок збільшення частоти обертання блока кривошипношатунного механізму і збільшення тим самим опорних сил Таким чином, силовий і швидкісний режими роботи двигуна в залежності від навантаження на валі відбору потужності підтримується автоматично По закінченні роботи, джерело тепла 19 відключають, камери нагрівача і порожнини гарячого циліндра охолоджуються, під дією тиску холодного газу система приходить до стану рівноваги, при якому робочий поршень перейшовши верхню мертву точку знаходиться в лівому положенні, золотник 12 і поршень-витискувач 11 усунуті вліво, а клапан 13 знаходиться в правому положенні так, що камери холодильника 5 і нагрівача 2 сполучені між собою Під час роботи, завдяки особливому компонуванню двигуна, цілком виключена можливість виходу (відтоку) газу (робочого тіла) двигуна за його межі, чим досягається ДОВГОВІЧНІСТЬ І надійність його роботи Відсутність системи ущільнень, встановлюваної в звичайних двигунах у місцях виходу КІНЦІВ вала відбору потужності з корпуса двигуна, значно спрощує конструкцію двигуна, робить виготовлення його дешевим і доступним кожному підприємству Підписне Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119