ИМПУЛЬСНЫЙ СПОСОБ СИНХРОНИЗАЦИИ ДВИЖЕНИЯ ПОРШНЕЙ СВОБОДНОПОРШНЕВОГО СПАРЕННОГО ЭНЕРГОМОДУЛЯ С ОБЩЕЙ ВНЕШНЕЙ КАМЕРОЙ СГОРАНИЯ
IMPULSE METHOD OF MOVEMENT SYNCHRONISATION OF PISTONS OF FREE PISTON DUPLEX POWER MODULE WITH COMMON COMBUSTION CHAMBER

ОБЛАСИТЬТЕХНИКИ
Изобретение относится к области энергомашиностроения.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Ближайший аналог изобретения - «Электрогенератор на основе свободнопоршневого двигателя с внешней камерой сгорания», патент 2342546. Электрогенератор (далее - энергомодуль) преобразует химическую энергию моторного топлива в электроэнергию и действует следующим образом. При пуске энергомодуля в камеру сгорания 1 (см. фиг.1) система управления (на фиг.1 не показана) форсункой 2 подает топливо и воспламеняет его свечой зажигания 3. Продукты сгорания через открытый клапан 4 поступают в левую (по фиг.1) полость поршня 5 и под их воздействием поршень 5, соединенные с ним штоком 6 якорь 7 и поршень 8 начинают движение слева направо. Площадь левой торцевой поверхности поршня 5 больше площади его противоположной поверхности на величину площади поперечного сечения штока 6. Следовательно, давление воздуха, сжимаемого в правой полости поршня 5, больше давления продуктов сгорания в его левой полости. Поэтому воздух из правой полости поршня 5 через открытый клапан 9 поступает в камеру сгорания 1, обеспечивая тем самым кислородом процесс горения топлива. Одновременно воздух из правой полости поршня 8 через открытый клапан 10 выбрасывается в атмосферу (при последующих рабочих циклах - отработавшие газы), а через открытый клапан 11 воздух из атмосферы поступает в его левую полость. Магнитный поток движущегося якоря 7 пересекает витки статорной катушки 12, в результате чего в ней генерируется импульс электроэнергии. По достижению поршнями крайнего правого положения система управления переводит клапаны 4, 10, 13, 14 в противоположные положения. Продукты сгорания из камеры сгорания 1 через открывшийся клапан 13 поступают в правую полость поршня 8. Поршни 5, 8 и якорь 7 начинают движение справа налево. Воздух из левой полости поршня 8 закрывает клапан 11 и через открывшийся клапан 15 поступает в камеру сгорания 1. Клапан 9 закрывается и воздух из атмосферы через открывшийся клапан 16 засасывается в правую полость поршня 5, а отработавшие газы через открывшийся клапан 14 выбрасываются в атмосферу. Магнитный поток якоря 7 пересекает витки статорной катушки 12 и в ней генерируется импульс электроэнергии противоположного знака. В дальнейшем система управления, переводя клапаны 4, 10, 13, 14 из одних положений в противоположные, обеспечивает постоянную подачу воздуха в камеру сгорания. Якорь 7 совершает колебательные движения, и в статорной катушке 12 генерируются электрические импульсы, энергия которых направляется потребителю.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Возникающая в результате реакции движения поршней вибрация первого порядка гасится применением двух энергомодулей с общей камерой сгорания, ориентируемых так, что оси симметрии поршней располагаются на одной прямой, а их движение тем или иным способом организуется в противофазе. Получается спаренный энергомодуль с общей камерой сгорания. Одно из условий действия такой машины - синхронное движение поршней в противофазе на всем протяжении их пути.
Изготовить цилиндр и поршни машины абсолютно правильной геометрической формы, а поршни к тому же равными по массе невозможно. Также невозможно обеспечить равенство сил трения в парах поршень-цилиндр на протяжении всего рабочего цикла. Кроме того, на закон движения поршней влияют и другие факторы - непрогнозируемые перемещение машины в пространстве, вращение земли и т.д. Все это вызывает вибрации второго порядка. Обеспечить синхронное движение поршней в противофазе можно несколькими способами. Один из них - импульсный способ. Он состоит в следующем.
Продукты сгорания из камеры сгорания 1 (Фиг.2, другая машина) по трубопроводу 2 и через газораспределительный клапан 3 поступают в левую (по Фиг.2) полость поршня 4 левого энергомодуля 5, а по трубопроводу 6 и через газораспределительный клапан 7 - в правую полость поршня 8 правого энергомодуля 9. Под их воздействием поршни 4, 8 и катушки подмагничивания якорей 10, 11 начинают встречное движение. При этом в статорных катушках 12, 13 генерируются основные импульсы электроэнергии, которые система управления разделяет на группу отдельных импульсов с определенной скважностью (скважность -отношение длительности импульса к его периоду). Разделение осуществляется путем размыкания цепи либо катушки подмагничивания якоря 10 или якоря 11, либо статорной катушки 12 или статорной катушки 13. Система управления отслеживает текущие значения скоростей поршней обоих энергомодулй и в случае неравенства скоростей их поршней вырабатывает сигнал рассогласования скоростей поршней, по которому проводит корректировку скоростей движения поршней. Если, например, скорость поршней левого энергомодуя 5 меньше скорости поршней правого энергомодуля 9, система управления по сигналу рассогласования уменьшает скважность импульсов левого энергомодуля.
Сопротивление его движению уменьшается (уменьшается мощность генерирования электроэнергии), и скорость поршней увеличивается. В момент, когда скорости поршней обоих энергомодулей 5 и 9 уравняются, система управления восстанавливает исходную скважность импульсов. Аналогичным образом система управления действует в случае, если скорость поршней правого энергомодуля меньше скорости поршней левого.
Разделение основного импульса электроэнергии позволяет добиться не только синхронного движения поршней в противофазе. Попутно решается проблема увеличения удельной мощности спаренного энергомодуля в целом. Известно, что чем короче электрический импульс, тем меньшая индуктивность контура требуется для получения его максимальной добротности. Меньше индуктивность - меньше масса катушки.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Импульсная синхронизация движения поршней свободнопоршневого спаренного энергомодуля с общей внешней камерой сгорания, преобразующего химическую энергию моторного топлива в электроэнергию, включающего общую камеру сгорания и два энергомодуля, оси симметрии поршней которых располагаются на одной прямой и поршни энергомодулей двигаются в противофазе, отличается тем, что система управления разделяет на группы отдельных импульсов электроэнергии генерируемые энергомодулями основные импульсы электроэнергии, отслеживает текущие значения скоростей поршней обоих энергомодулей и в случае неравенства значений скоростей поршней энергомодулей вырабатывает сигнал рассогласования скоростей поршней энергомодулей, в соответствии с которым уменьшает скважность импульсов того энергомодуля, скорости поршней которого меньше скоростей поршней другого энергомодуля.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Внедрение импульсной синхронизации движения поршней состоит в объединении двух энергомодулей (патент 2342546 «Электрогенератор на основе свободнопоршневого двигателя с внешней камерой сгорания») в агрегат с общей камерой сгорания и модернизации системы управления. Помимо обеспечения синхронизации движения поршней спаренного энергомодуля достигается увеличение его удельной мощности. Чем короче электрический импульс, тем меньшая индуктивность требуется для получения максимальной добротности контура, тем меньше масса контура при одной и той же генерируемой мощности.
ГРАФИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ
Фигура 1 - Свободнопоршневой спаренный энергомодуль с внешней камерой сгорания.
1 - камера сгорания; 2, 6 - трубопровод; 3, 7 - газораспределительный клапан; 4, 8 - поршень; 5, 9 - энергомодуль; 10, 11 - катушка подмагничивания якоря; 12, 13 - статорная катушка.