Способ синхронизации движения поршней в противофазе двухцилиндровой свободнопоршневой тепловой машины внешнего сгорания
METHOD OF SYNCHRONIZATION OF PISTON MOVEMENT IN ANTI-PHASE OF TWO-CYLINDER-FREE-PISTON HEAT EXCHANGER OF EXTERNAL COMBUSTION

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к области энергомашиностроения.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Ближайшими прототипами заявленного изобретения являются патенты РФ 2441993 «Способ синхронизации движения поршней спаренного двухцилиндрового свободнопоршневого энергомодуля» и 2342546 «Электрогенератор на основе свободнопоршневого двигателя с вынесенной камерой сгорания».
При работе единичного энергомодуля (патент РФ 2342546 «Электрогенератор на основе свободнопоршневого двигателя с вынесенной камерой сгорания») в результате реакции колебательного движения поршней и якоря возникает вибрация корпуса - вибрация первого порядка. Кроме того, на характер движения поршней оказывает влияние неточность изготовления цилиндров и поршней, непредсказуемое перемещение двигателя в пространстве и т.д., что вызывает вибрации корпуса второго порядка. Для нейтрализации вибраций первого порядка единичные энергомодули взаимно ориентированы так, что оси симметрии их поршней и якорей располагаются на одной геометрической прямой, а их движение тем или иным способом организуется оппозитно. Для нейтрализации вибраций второго порядка необходима специальная организация синхронизации движения поршней и якорей.
ЦЕЛЬ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цель заявленного изобретения состоит в том, чтобы обеспечить синхронное движение поршней и якорей в противофазе двухцилиндровой свободнопоршневой тепловой машины внешнего сгорания.
СУЩНОСТЬ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Сущность заявленного изобретения поясняется на примере принципа действия двухцилиндровой свободнопоршневой тепловой машины внешнего сгорания. Тепловая энергия от топки, лучистая энергия солнца и т.д. подводится к теплообменнику 1 и нагревает воздух во внутренней полости теплообменника 1. Система управления отслеживает величину температуры и давления воздуха в теплообменнике 1. В момент времени, когда температура и давление воздуха в теплообменнике 1 достигнет введенного в систему управления предела максимальной величины давления и температуры воздуха, система управления открывает впускные клапаны цилиндра 2, 3. Воздух из теплообменника 1 через впускные клапаны цилиндра 2, 3 поступает в рабочие полости поршней 4, 5. Под действием давления воздуха поршни 4, 5 начинают движение из крайних точек схождения в крайние точки расхождения. Из компрессорных полостей поршней 4, 5 через обратные клапаны пневмоаккумулятора 6, 7 воздух поступает в пневмоаккумулятор 8. Магнитный поток статорного магнита линейного электрогенератора 9 замыкается через якоря линейного электрогенератора 10 и 11. В результате движения якорей линейного электрогенератора 10, 11 площади примыкающих друг к другу их поверхностей уменьшаются, соответственно изменяется протекающий через якоря линейного электрогенератора 10 и 11 и статорный магнит линейного электрогенератора 9 магнитный поток, и в катушке линейного электрогенератора 12 генерируется импульс электроэнергии. В момент времени прибытия поршней 4, 5 в крайние точки расхождения система управления закрывает впускные клапаны цилиндра 2, 3 и открывает выпускные клапаны цилиндра 13, 14. Якоря линейного электрогенератора 10, 11 с разноименными полюсами притягиваются друг к другу, и поршни 4, 5, двигаясь встречно, занимают исходное для генерирования импульса электроэнергии положение. Отработавший воздух из компрессорных полостей поршней 4, 5 через открытые выпускные клапаны цилиндра 13, 14 вытесняется в атмосферу, а через впускные обратные клапаны 15, 16 воздух из атмосферы засасывается в компрессорные полости поршней 4, 5. Воздух из пневмоаккумулятора 8 через обратный клапан пневмоаккумулятора 17 поступает в теплообменник 1, в котором происходит очередной цикл нагрева воздуха с последующим генерированием очередного импульса электроэнергии в статорной катушке линейного электрогенератора 12.
Синхронизация движения поршней 4, 5 и якорей 10, 11 в противофазе двухцилиндровой свободнопоршневой тепловой машины внешнего сгорания осуществляется следующим образом. Если, например, при расхождении поршней 4, 5 скорость поршня 4 больше скорости оппозитно движущегося поршня 5, система управления закрывает впускной клапан цилиндра 2 на время, необходимое для уравнивания скоростей обоих поршней 4, 5. Поступление воздуха в рабочую полость поршня 4 прерывается, и скорости поршней 4, 5 уравниваются. Затем система управления устанавливает впускной клапан цилиндра 2 в предыдущее положение.
РАСКРЫТИЕ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ синхронизации движения поршней в противофазе двухцилиндровой свободнопоршневой тепловой машины внешнего сгорания, включающей поршни с цилиндрами двухцилиндровой свободнопоршневой тепловой машины внешнего сгорания, впускной клапан цилиндра и систему управления, отличающийся тем, что если при расхождении одного из поршней двухцилиндровой свободнопоршневой тепловой машины внешнего сгорания больше скорости оппозитно движущегося поршня, система управления закрывает впускной клапан того цилиндра, скорость которого больше скорости оппозитно движущегося поршня свободнопоршневой тепловой машины внешнего сгорания на время, необходимое для уравнивания скоростей обоих поршней тепловой машины внешнего сгорания, поступление воздуха в рабочую полость того поршня, скорость которого больше скорости оппозитно движущегося поршня свободнопоршневой тепловой машины внешнего сгорания прерывается, и скорости поршней свободнопоршневой тепловой машины внешнего сгорания уравниваются, затем система управления устанавливает впускной клапан того поршня, скорость которого больше скорости оппозитно движущегося поршня свободнопоршневой тепловой машины внешнего сгорания в предыдущее положение.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Затраты на НИОКР заявленного изобретения не могут существенно отличаться от таковых при проектировании классических тепловых машин.
ГРАФИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ
Фигура. Принципиальная схема двухцилиндровой свободнопоршневой тепловой машины внешнего сгорания.
1 - теплообменник; 2, 3 - впускной клапан цилиндра; 4, 5 - поршень; 6, 7 - обратный клапан пневмоаккумулятора; 8 - пневмоаккумулятор; 9 - статорный магнит линейного электрогенератора; 10, 11 - якорь линейного электрогенератора; 12 - катушка линейного электрогенератора; 13, 14 - выпускной клапан цилиндра; 15, 16 - впускной обратный клапан: 17 - обратный клапан пневмоаккумулятора.