ЭНЕРГОУСТАНОВКА С ДВИГАТЕЛЕМ СТИРЛИНГА

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к энергомашиностроению и может быть использована для повышения эффективности работы энергоустановок с двигателем Стирлинга.
Известна энергоустановка с двигателем Стирлинга (RU 2443889, F02G 1/044, опубл. 27.02.2012), содержащая: нагреватели; горячие полости с поршнями, холодные полости с поршнями, размещенные в герметичных капсулах, причем горячие и холодные полости формируются противоположно движущимися поршнями; регенераторы; холодильники, а также штоками с закрепленными на них зубчатыми рейками, находящимися в зацеплении с роторами обратимых электромашин. Эта установка является ближайшей к заявляемой по технической сущности.
Недостатками ближайшей энергоустановки являются:
- значительные «мертвые» объемы, существенно уменьшающие количество рабочего тела, участвующего в преобразовании теплоты в работу, что приводит к уменьшению мощности и снижению экономичности энергоустановки.
- сложность преобразования челночного движения штоков с зубчатыми рейками в электрический ток в обратимых электромашинах (в генераторном режиме работы обратимых электромашин их статорные обмотки через управляемые ключи нагружаются на накопительный элемент, в качестве которого может выступать аккумуляторная батарея или блок ионисторов; в двигательном режиме электромашины через другие управляемые ключи подключаются к накопительному элементу с инверсией полярности так, чтобы направление вращения роторов менялось на противоположное. Поскольку в двигателе Стирлинга положительная работа, т.е. работа, совершаемая рабочим телом при расширении с подводом теплоты, производится когда обратимая электромашина работает в генераторном режиме и создает зарядный ток, больше работы совершаемой над рабочим телом при сжатии с отводом теплоты, когда обратимая электромашина работает в двигательном режиме, потребляя ток от накопительного элемента, очевидно, что зарядный ток накопительного элемента больше разрядного и в нем накапливается электрический потенциал, который через преобразующее устройство передается потребителям в виде трехфазного или постоянного напряжения), что усложняет конструкцию и, соответственно, понижает надежность энергоустановки.
Полезная модель решает задачу повышения эффективной мощности, надежности и экономичности энергоустановки при одновременном упрощении конструкции.
Это достигается тем, что в энергоустановке с двигателем Стирлинга, содержащей электрогенератор, механизмы привода электромашины, цилиндры с поршнями, образующими горячие полости, соединенные с цилиндрами с поршнями, образующими холодные полости через последовательно расположенные нагреватель, регенератор, холодильник, согласно полезной модели цилиндры с горячими и цилиндры с холодными полостями расположены попарно радиально относительно вала через 90°, каждый поршень соединен с валом посредством кинематического механизма в виде косой шайбы.
Технический результат - уменьшение «мертвого» объема во внутреннем контуре двигателя Стирлинга за счет уменьшения пути рабочего тела при перемещении между холодной и горячей полостями и обеспечение непрерывного вращения вала в одном направлении за счет применения в качестве кинематического механизма косой шайбы.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена принципиальная схема энергоустановки, на фиг. 2 - вид А-А фигуры 1.
Устройство содержит радиально расположенные относительно вала 1 горячие цилиндры 2 и 3 и холодные цилиндры 4 и 5. Горячий цилиндр 2 расположен диаметрально противоположно горячему цилиндру 3. Холодный цилиндр 4 расположен диаметрально противоположно холодному цилиндру 5. Расстояния по окружности между цилиндрами 2 и 4, 4 и 3, 3 и 5, 5 и 2 одинаковы. Один из горячих цилиндров 2 соединен с одним из холодных цилиндров 5 через последовательно расположенные нагреватель 7, регенератор 8 и холодильник 9. Другая пара цилиндров (горячий 3 и холодный 4) соединены аналогично. В цилиндрах 2 и 3 расположены «горячие» поршни 10, образующие горячие полости 11 переменного объема. В цилиндрах 4 и 5 расположены «холодные» поршни 12, образующие холодные полости 13 переменного объема. Каждый поршень соединен с валом посредством кинематического механизма 6 в виде косой шайбы. Один конец вала 1 соединен с электрическим генератором 14, другой - со стартером 15.
Устройство работает следующим образом.
При движении в цилиндре 2 горячих поршней 10 навстречу друг другу объем горячей полости 11 уменьшается и основная масса рабочего тела перетекает через нагреватель 7, регенератор 8, отдавая теплоту насадке и, охлаждаясь в холодильнике 9, в холодную полость 13. В результате температура основной массы рабочего тела снижается, и давление во всех полостях (нагревателя 7, регенератора 8 и холодильника 9, а также в горячей полости 11 и холодной полости 13) уменьшается. При этом холодные поршни 12, перемещаясь навстречу друг другу в цилиндре 5, обеспечивают сжатие основной массы рабочего тела и перемещение его через холодильник 9, где компенсируется возникающий при сжатии нагрев рабочего тела, регенератор 8 и нагреватель 7 (в которых происходит нагрев рабочего тела) в горячую полость 11, где оно, расширяясь при нагревании, заставляет горячие поршни 10 двигаться в противоположные стороны, производя работу по перемещению горячих поршней 10, которая посредством кинематического механизма 6 передается на вал 1 и далее на ротор электрического генератора 14.
Аналогично работает другая пара цилиндров - горячего 3 и холодного 4.
Перемещение горячих поршней 10 и холодных поршней 12 строго синхронизировано с помощью кинематического механизма 6 в виде косой шайбы, установленного на валу 1 и преобразующего возвратно-поступательное движение горячих поршней 10 и холодных поршней 12 во вращательное движение вала 1 или наоборот (при пуске двигателя с помощью стартера 15).
Поскольку средние температуры рабочего тела около горячих поршней 10 и холодных поршней 12 отличаются в два-три раза, то совершаемые ими работы расширения в горячей полости 11 и сжатия в холодной полости 13 значительно различаются по величине, в связи с чем суммарная работа цикла становится положительной.
Таким образом, в предлагаемой энергоустановке с двигателем Стерлинга со встречно движущимися поршнями, по сравнению с прототипом, имеет место уменьшение «мертвого» объема во внутреннем контуре двигателя Стерлинга и непрерывное вращение вала и ротора электромашины в одном направлении, что обеспечивает решение поставленной задачи - увеличение эффективной мощности, повышение экономичности, а также упрощение конструкции и повышение надежности энергоустановки.