КОМБИНИРОВАННЫЙ СВОБОДНОПОРШНЕВОЙ ЭЛЕКТРОГАЗОГЕНЕРАТОР
COMBINED FREE PISTON ELECTRIC GAS GENERATOR

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ.
Изобретение относится к области энергомашиностроения.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ.
Ближайшим и аналогами изобретения являются три изобретения. Патент 2324060 "Свободнопоршневой генератор газов прямоточного двигателя с двумя поршнями привода компрессора", патент 2324830 "Свободнопоршневой генератор газов прямоточного двигателя с одним поршнем привода компрессора", патент "Электрогенератор на основе свободнопоршневого двигателя с вынесенной камерой сгорания". Поскольку принцип действия комбинированного свободнопоршневого электрогазогенератора в основном тот же, что и аналоги, сразу рассматривается принцип его действия.
ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цель изобретения создать комбинированный свободнопоршневой электрогазогенератор, преобразующий энергию моторного топлива в энергию газообразного рабочего тела и одновременно в электроэнергию. Область его применения - питание газообразным рабочим телом приводов пневматических машин, в том числе привода расширительных машин силовых установок транспортных средств, с одновременным обеспечением электроэнергией их систем управления, часть которой может использоваться для сторонних нужд.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Комбинированный свободнопоршневой электрогазогенератор (далее для краткости - электрогазогенератор) действует следующим образом. Он включает свободнопоршневой генератор газов 1 (далее - генератор газов, см. фигуру) с внешней камерой сгорания 2, энергомодуль 3 с теплообменником 4 (в аналоге его функцию выполняет внешняя камера сгорания энергомодуля) и систему управления (на фигуре не показана).
При пуске электрогазогенератора 1 в камеру сгорания генератора газов 2 форсункой 5 подается топливо и воспламеняется свечой зажигания 6. Топливо горит, и продукты сгорания из внешней камеры сгорания 2 по трубопроводу 7 через открытый газораспределительный клапан 8 поступают в правую (по рисунку) полость поршня 9. Под действием продуктов сгорания поршень 9, шток 10 и поршень 11 начинают движение справа налево. Так как площадь правой поверхности поршня 9 больше его левой поверхности на величину, равную разности между площадями правой поверхности поршня 9 и площади поперечного сечения штока 10, то давление воздуха в его левой полости больше давления продуктов сгорания в его правой полости. Поэтому сжимаемый в левой полости поршня 9 воздух через обратный клапан 12 по трубопроводу 13 поступает во внешнюю камеру сгорания 2, обеспечивая горение топлива. При первом, пусковом, цикле воздух (при последующих рабочих циклах отработавшие продукты сгорания) из левой полости поршня 11 через газораспределительный клапан 14 выбрасывается в атмосферу, а через обратный клапан 15 из атмосферы засасывается воздух в его правую полость. По достижении поршнями левой крайней точки движения система управления переводит газораспределительные клапаны 8, 14, 16, 17 в противоположное положение. Теперь продукты сгорания из внешней камеры сгорания 2 по трубопроводу 18 через газораспределительный клапан 16 поступают в левую полость поршня 11, а из его правой полости через обратный клапан 19 воздух подается в камеру сгорания 2, поддерживая процесс горения топлива. Отработавшие продукты сгорания из правой полости поршня 9 через газораспределительный клапан 17 выбрасывается в атмосферу, а из атмосферы через обратный клапан 20 воздух засасывается в его левую полость. В дальнейшем система управления, переводя клапаны 8, 14, 16, 17 из одного положения в другое, обеспечивает подачу воздуха в камеру сгорания 2. После достижения в камере сгорания 2 рабочего давления система управления открывает заслонку 21 и продукты сгорания (газообразное рабочее тело) подаются на расширительную машину.
К основным недостаткам рассмотренной схемы генератора газов 1 следует отнести высокие температуры в его внешней камере сгорания и необходимость иметь электрогенератор, без которого невозможно обеспечить работу системы управления. Высокие температуры продуктов сгорания требуют применения особо жаропрочных материалов. Снижение температуры газов в камере сгорания обеспечивается обтеканием теплообменника 4 энергомодуля 3 продуктами горения и сгорания, тепло которых через стенки теплообменника нагревают находящийся в нем воздух. Когда в результате потока тепла от стенок теплообменника 4 воздух в его полости нагревается и его давление достигнет рабочего значения, система управления открывает газораспределительный клапан 22 энергомодуля 3 и продукты сгорания по трубопроводу 23 поступают в правую полость поршня 24. Поршень 24, шток 25, катушка подмагничивания якоря 26 и поршень 27 начинают движение справа налево. Сжимаемый в левой полости поршня 24 воздух через обратный клапан 28 по трубопроводу 29 подается в теплообменник 4. Из левой полости поршня 27 воздух через газораспределительный клапан 30 выбрасывается в атмосферу, а через обратный клапан 31 - воздух из атмосферы засасывается в его правую полость. При движении катушки подмагничивания якоря 26 мимо статорной катушки электрогенератора 32 в ней генерируется электрический импульс, энергия которого направляется в аккумулятор (на рисунке не показан), откуда она используется для питания системы управления, а излишек - для сторонних целей. При достижении поршнями 24, 27 и катушкой подмагничивания якоря 26 левого крайнего положения система управления меняет положение газораспределительных клапанов 22, 30, 33, 34 на противоположное. Теперь нагретый в теплообменнике 4 воздух по трубопроводу 35 через газораспределительный клапан 33 поступает в левую полость поршня 27, и поршни 24, 27 и катушка подмагничивания якоря 26 начинают движение слева направо. Сжимаемый в правой полости поршня 27 воздух через обратный клапан 36 по трубопроводу 37 поступает в теплообменник 4. Из правой полости поршня 24 отработавший воздух через клапан 34 выбрасывается в атмосферу, а в его левую полость через обратный клапан 38 засасывается воздух из атмосферы.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Комбинированный свободнопоршневой электрогазогенератор, включающий свободнопоршневой генератор газов с внешней камерой сгорания, свободнопоршневой энергомодуль с теплообменником и систему управления, отличается тем, что теплообменник энергомодуля помещен во внешнюю камеру сгорания генератора газов, где теплообменник обтекается продуктами горения и сгорания моторного топлива, через стенки которого тепловая энергия продуктов горения и сгорания моторного топлива передается находящемуся в теплообменнике воздуху, откуда система управления подает нагретый воздух к расширительным машинам энергомодуля.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Технология производства и требования к материалам не отличаются от таковых современных силовых установок транспортных средств.
ГРАФИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ
Фигура.
Комбинированный свободнопоршневой электрогазогенератор.
1 - генератор газов; 2 - внешняя камера сгорания генератора газов; 3 - энергомодуль; 4 - теплообменник; 5 - форсунка; 6 - свеча зажигания; 7 - трубопровод; 8, 14, 16, 17, 22, 30, 33, 34 - газораспределительный клапан; 9, 11, 24, 27 - поршень; 10, 25 - шток; 12, 15, 19, 20, 28, 31, 36, 38 - обратный клапан; 7, 13, 18, 23, 29, 35, 37 - трубопровод; 21 - заслонка; 26 - катушка подмагничивания якоря; 32 - статорная катушка электрогенератора.