УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В МЕХАНИЧЕСКУЮ РАБОТУ
CONVERTER OF THERMODYNAMIC PROCESSES INTO MECHANICAL WORK

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к объемным тепловым машинам, преобразующим тепло нагретых газов в механическую работу.
Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр сгорания и расширения и цилиндр расширения, при этом расширившиеся в цилиндре сгорания газы выпускаются как в холодильник (атмосферу), так и в цилиндр расширения для дополнительного их расширения и получения дополнительной работы на валу (А.с. СССР №1470987).
Недостатками известной машины являются неполное использование тепла рабочего тела.
Техническим результатом является повышение КПД теплового двигателя.
Поставленная задача достигается тем, что устройство для преобразования термодинамических процессов в механическую работу содержит, по меньшей мере, один расширительный цилиндр с размещенным в нем поршнем, по меньшей мере, один промежуточный цилиндр с размещенным в нем поршнем, по меньшей мере, одну камеру охладителя, при этом поршни расширительного и промежуточного цилиндров связаны кинематически с валом отбора мощности и расположены в цилиндрах в противофазе один относительно другого, расширительный цилиндр связан с источником горячего газа при помощи входного трубопровода с клапаном и с промежуточным цилиндром при помощи перепускного канала с перепускным клапаном, промежуточный цилиндр связан с камерой охладителя при помощи соединительного канала с выпускным клапаном, а камера охладителя сообщена с атмосферой при помощи выпускной трубы с клапаном сброса отработавших газов, причем клапан входного трубопровода открыт во время такта расширения при перемещении поршня расширительного цилиндра от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ) при закрытом перепускном клапане, перепускной клапан открыт в конце такта расширения при закрытом клапане впускного трубопровода с возможностью перепуска расширившегося газа из расширительного цилиндра в камеру охладителя через перепускной канал и соединительный канал с открытым в нем выпускным клапаном при положении поршня промежуточного цилиндра в районе своей ВМТ и продолжения расширения газа в камере охладителя с последующим выбросом отработавших газов в атмосферу через клапан сброса и выходную трубу, при перемещении поршня расширительного цилиндра от НМТ остатки расширившегося газа перепускаются в промежуточный цилиндр при закрытом выпускном клапане и закрытом клапане сброса, камера охладителя снабжена теплообменником с возможностью отбора тепла от оставшегося в ней расширившегося газа до состояния его разрежения, и при перемещении поршня промежуточного цилиндра от своей НМТ выпускной клапан открыт С возможностью сообщения промежуточного цилиндра с камерой охладителя и перемещения поршня промежуточного цилиндра к ВМТ под действием разрежения, созданного в камере охладителя.
Изобретение поясняется при помощи чертежей.
На фиг.1 показана схема устройства;
На фиг.2 показано устройство в начале такта расширения в расширительном цилиндре;
На фиг.3 - то же, в момент перепуска расширившегося газа из расширительного цилиндра в камеру охладителя с последующим выбросом отработавших газов в атмосферу через клапан сброса и выходную трубу;
На фиг.4 - то же, в момент перепуска оставшихся в расширительном цилиндре газов в промежуточный цилиндр.
Устройство содержит расширительный цилиндр 1 с поршнем 2, промежуточный цилиндр 3 с поршнем 4, вал 5 отбора мощности, с которым связаны поршни 2 и 4 при помощи, например, шатунов соответственно 6 и 7. При этом вал 5 выполнен коленчатым со смещением колен на 180° для размещения поршней 2 и 4 в цилиндрах в противофазе. Расширительный цилиндр 1 снабжен входным трубопроводом 8 с установленным в нем входным клапаном 9, посредством которого цилиндр связан с источником горячего газа. Промежуточный цилиндр 3 связан с расширительным цилиндром 1 посредством перепускного канала 10 с установленным в нем перепускным клапаном 11. Устройство содержит также камеру 12 охладителя с теплообменником 13, которая соединена с промежуточным цилиндром 3 посредством соединительного канала 14 с установленным в нем выпускным клапаном 15. Камера 12 также связана с атмосферой при помощи выхлопной трубы 16 с установленным в ней клапаном 17 сброса.
Описываемое устройство работает следующим образом. В положении поршня 2 в верхней мертвой точке (ВМТ) открывается входной клапан 9 (Фиг.2), по входному трубопроводу 8 в расширительный цилиндр 1 поступает горячий газ и расширяется, перемещая поршень 2 к нижней мертвой точке (НМТ). Движение поршней 2 и 4 преобразуется во вращение вала 5. В конце такта расширения в цилиндре 1 в районе НМТ поршня 2 входной клапан 9 закрывается, после чего перепускной клапан 11 открывается, и по перепускному каналу 10, а также соединительному каналу 14 с открытым выпускным клапаном 15 расширившиеся газы из цилиндра 1 выпускаются в камеру 12 охладителя. Камера 12 охладителя имеет объем, соответствующий объему, занимаемому полностью расширившимся газом, а также она имеет теплообменник, поэтому газы перепускаются в нее еще и под действием разрежения в камере 12. Как только давление перепускаемого газа в камере 12 превысит давление окружающей среды, открывается клапан 17 сброса и охлажденные газы направляются в атмосферу через выхлопную трубу 16 (фиг.3). При падении давления в камере 12 до атмосферного клапан 17 сброса закрывается, после чего закрывается и выпускной клапан 15.
В это время поршень 4 движется от своей ВМТ к НМТ (фиг.4), а поршень 2 - от своей НМТ к ВМТ, в результате чего происходит перепуск остатков расширившегося газа из расширительного цилиндра 1 в промежуточный цилиндр 3. Осуществляется такт «холостой ход», во время которого происходит охлаждение и сжатие газа в закрытой камере 12 охладителя с образованием в ней вакуума. В конце такта перепускной клапан 11 закрывается, после чего открывается выпускной клапан 15, и под действием разрежения в камере 12 охладителя поршень 4 перемещается к ВМТ, передавая полезную работу на вал 5 одновременно с перемещающимся к НМТ под действием давления горячих газов поршнем 2 уже следующего цикла.
Устройство позволяет преобразовать максимально возможное количество тепла в полезную работу за счет использования обратного термодинамического процесса.