Двигун стірлінга (к-м)

Реферат: Двигун Стірлінга складається з поршневої системи, блока циліндрів, камери реакцій, термозахисту, паливної системи, клапанів, нагнітача. Двигун обладнано принаймні 4-ма камерами реакцій серпоподібної форми у вигляді півкулі з встановленими на кожній з них тензодатчиками для контролю кристалізації. Система термозахисту складається з комбінації порожнин, дві з яких заповнені мінеральною ватою, а третя вакуумно герметична. Система паливопроводу складається з насосів та 2 баків, початково зарядженого та утилізаційного. Як паливо застосовують перенасичені солі. Додатково в двигуні застосовують односторонній клапан охолодження азотного типу. UA 112910 U (54) ДВИГУН СТІРЛІНГА (К-М) UA 112910 U UA 112910 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до машинобудування, а саме до теплових двигунів із зовнішнім підведенням тепла. Дані двигуни працюють за замкненим термодинамічним циклом Стірлінга (англійський патент №4081). Незмінна кількість робочої речовини циркулює між двома камерами із різними температурами, де вона по черзі нагрівається та охолоджується. За рахунок цього робоча речовина міняє свій об'єм і рухає робочі поршні. Відомий двигун α-Стірлінга (модель фірми GM), в якому використано за основу цикл Карно. Робочий цикл в такому двигуні протікає наступним чином. У робочому циліндрі газ (водень або гелій) нагрітий, в іншому, компресійному - охолоджений. При русі поршня в циліндрі вгору газ стискається - такт стиснення. У цей час починає рухатися вниз поршень в циліндрі. Газ з холодного циліндра перетікає в гарячий, проходячи послідовно через охолоджувач, регенератор і підігрівач - такт нагрівання. Гарячий газ розширюється в циліндрі, здійснюючи роботу, - такт розширення. При русі поршня в циліндрі вгору газ перекачується через регенератор і охолоджувач в циліндр - такт охолодження. Така схема "Стірлінга" найбільш зручна для реверсування. В об'єднаному корпусі підігрівача, регенератора і охолоджувача виконані заслінки. Підігрівач являє собою набір трубок з жаростійкої нержавіючої сталі, по яких проходить робочий газ. Трубки нагріваються полум'ям пальника, пристосованого для спалювання різних рідких палив. Тепло від нагрітого газу накопичується в регенераторі. Цей вузол має велике значення для отримання високого ККД. Він виконує свою функцію, і передає в три рази більше тепла, ніж підігрівач. Охолоджувач виконаний у вигляді водяної сорочки на трубопроводі. Потужність двигуна регулюється зміною тиску робочого газу. Задля цієї мети двигун обладнано газовим балоном і спеціальним компресором. Недоліками двигуна є використання нафтових продуктів, не ефективне використання тепла, повне нехтування тепловою ізоляцією самого двигуна, неефективного охолоджувача, яким є водяна сорочка, висока температура гарячого циліндра, надлишкова вага двигуна спричинена використанням чавуна, та висока ймовірність вибуху внаслідок використання гелію. Відомий двигун чотиритактний дизель, конвертований в альфа варіант двигуна Стірлінга. Чотиритактний дизель, який має рядне розташування циліндрів з числом кратним чотирьом, або V-подібне розташування циліндрів з числом, кратним двом і розподільним валом, який забезпечений пристроєм його повздовжнього переміщення, відрізняється тим, що він оснащується низкою пристроїв, що перетворюють його на конвертований двигун, який забезпечує використання його за місцем експлуатації в залежності від потреб як дизеля, або у варіанті а - Стірлінга з робочим тілом (повітря), або знову дизеля з перемиканням з зупиненого положення в необхідний варіант використання за командою оператора. Двигун для забезпечення конвертованості обладнується наступними пристроями: нагрівачем, регенератором і охолоджувачем, які підключаються до випускних патрубків кришок циліндрів за допомогою двох дистанційно керованих клапанів для кожних двох циліндрів, що працюють на один кривошип при v-подібному розташуванні циліндрів і зміщених по фазі на 90 повороту колінвала за 4 рядним розташуванням циліндрів; розподільним валом з двома комплектами кулачкових шайб для варіанта дизеля та для варіанта Стірлінга, при якому випускний клапан постійно відкритий, впускний закритий і не працюють паливні насоси; системою охолодження циліндрів, розділеної на дві частини - для гарячих і холодних циліндрів у варіанті Стірлінга. Недоліками двигуна є використання нафтових продуктів, а саме дизельного палива, не ефективне використання тепла, нехтування тепловою ізоляцією двигуна, застарілою системою охолодження, та неефективним використання як тіла охолодження повітря, високою температурою гарячого циліндра, зависокою вагою двигуна, спричиненою використанням чавуна, високим рівнем шуму. В основу корисної моделі поставлено задачу по підвищенню екологічності шляхом зменшення викидів шкідливих домішок в повітря, які виникають під час реакції згорання палива в камері згорання. Поставлена задача вирішується за рахунок двигуна Стірлінга (К-М), який складається з поршневої системи, блока циліндрів, камери реакцій, термозахисту, паливної системи, клапанів, нагнітача. Двигун обладнано принаймні 4-ма камерами реакцій серпоподібної форми у вигляді півкулі з встановленими на кожній з них тензодатчиками для контролю кристалізації. Система термозахисту складається з комбінації порожнин, дві з яких заповнені мінеральною ватою, а третя вакуумно герметична. Система паливопроводу складається з насосів та 2 баків, початково зарядженого та утилізаційного. Як паливо застосовують перенасичені солі. Додатково в двигуні застосовують односторонній клапан охолодження азотного типу. На фіг. 1 та 2 зображено пара циліндрів двигуна Стірлінга(К-М) V-8, який складається з 2 циліндрів: 1 гарячого (фіг. 3) і 1 холодного згоряння (фіг. 4). З'єднані між собою двома патрубками, в яких циркулює газ (гелій). Патрубок у центрі проходить через охолоджувач та 1 UA 112910 U 5 10 15 20 25 30 35 40 нагнітач. Охолоджувач (фіг. 5) являє собою пропускний клапан односторонньої дії, який складається з корпусу, в який встановлено азотні стрижні, виготовлені з кріостійкого матеріалу через які циркулює рідкий азот. Двигун обладнаний 4-ма камерами реакцій, в яких протікає процеси нагріву та віддачі тепла. Кожна камера має серпоподібну форму у вигляді півкулі, що забезпечує велику площу контакту між хімічним паливом та газом. Камери реакцій обладнані тензодатчиками, що слідкують за температурою, і не дають паливу повністю кристалізуватись в ній. Двигун (К-М) обладнаний системою подачі та виводу пального(фіг. 6) з 2 баками: 1 початково заряджений паливний бак, та 2 утилізуючий бак. Подача пального відбувається за рахунок насосів. Установлений термозахист (фіг. 7), що складається з комбінації порожнин, дві з яких заповнені мінеральною ватою, а інша вакуумно-герметична. Двигун працює наступним чином: циліндри виконують роботу за протилежно-попарною схемою (1-3-2-4). Під час подачі пального з паливного бака 1 (фіг. 6), воно потрапляє у камеру 3 (фіг. 1), де відбувається реакція кристалізації хімічного палива (перенасичена сіль) під час якої виділяється тепло. Виділене тепло нагріває газ, що знаходиться в поршневій порожнині 4 (фіг. 1) та розширює його штовхаючи поршень 5 (фіг. 1) вниз (такт гарячого поршня). Після нагріву гарячий газ по патрубку 2 (фіг. 1) нагнітається до охолоджувача 1 (фіг. 1), де частково втрачає температуру відаючи її азоту, який відводить її від двигуна. Частково охолоджений газ всмоктується в міжпоршневу порожнину холодного поршня та штовхає його вниз (такт холодного поршня). Після такта холодного поршня в міжпоршневій порожнині гарячого поршня 4 (фіг. 1) утворюється вакуум. За рахунок вакууму створюється всмоктувальний ефект, що всмоктує газ по холодній магістралі 1 (фіг. 2) в гарячу міжпоршневу порожнину та цикл повторюється знову. Після проходження деякого часу реакції, за показниками тензодатчиків, паливо відводиться до бака утилізацій 2 (фіг. 6) де повністю кристалізується. Застосування нового коструктивного рішення в порівнянні з існуючими дає змогу покращити екологічні показники, зменшення шуму і тепловтрат при роботі двигуна. Перелік фігур креслення Фіг. 1.-Загальний вигляд переріз 1 Фіг. 2 - Загальний вигляд переріз 2 Фіг. 3 - Гарячий циліндр Фіг. 4 - Холодний циліндр Фіг. 5 - Охолоджувач Фіг. 6 - Система подачі та відведення палива Фіг. 7 - Термозахист ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Двигун Стірлінга, що складається з поршневої системи, блока циліндрів, камери реакцій, термозахисту, паливної системи, клапанів, нагнітача, який відрізняється тим, що двигун обладнано принаймні 4-ма камерами реакцій серпоподібної форми у вигляді півкулі з встановленими на кожній з них тензодатчиками для контролю кристалізації, система термозахисту складається з комбінації порожнин, дві з яких заповнені мінеральною ватою, а третя вакуумно герметична, система паливопроводу складається з насосів та 2 баків, початково зарядженого та утилізаційного, як паливо застосовують перенасичені солі, додатково в двигуні застосовують односторонній клапан охолодження азотного типу. 2 UA 112910 U 3 UA 112910 U4 UA 112910 U 5 UA 112910 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6