СПОСОБ ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССА РАСШИРЕНИЯ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫМИ КЛАПАНАМИ В ЦИЛИНДРАХ СВОБОДНОПОРШНЕВОГО С ОППОЗИТНЫМ ДВИЖЕНИЕМ ПОРШНЕЙ ЭНЕРГОМОДУЛЯ, СОЕДИНЕННЫХ С ПОРШНЯМИ КОМПРЕССОРА СЖАТИЯ ГАЗОВ
METHOD TO OPTIMISE COMBUSTION PRODUCT EXPANSION PROCESS IN PISTONS OF FREE PISTON POWER UNIT WITH OPPOSITE PISTON MOVEMENT CONNECTED TO PISTONS OF GAS COMPRESSOR WITH HELP OF GAS DISTRIBUTION VALVES

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к области энергомашиностроения.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Ближайший прототип заявленного изобретения - «Способ оптимизации процесса расширения продуктов сгорания свободнопоршневого генератора газов с внешней камерой сгорания», патент 2431752.
Реферат к патенту 2431752: Изобретение относится к области энергомашиностроения. Способ оптимизации процесса расширения продуктов сгорания свободнопоршневого генератора газов с внешней камерой сгорания, включающего внешнюю камеру сгорания, цилиндры, поршни, впускные клапаны и систему управления, состоит в том, что система управления закрывает впускной клапан генератора газов, обеспечивающий поступление продуктов сгорания из камеры сгорания в цилиндр свободнопоршневого генератора газов до прибытия поршней в крайнюю точку движения, и тем самым прекращает подачу продуктов сгорания из внешней камеры сгорания в цилиндр свободнопоршневого генератора газов до прибытия его поршней в крайнюю точку движения. Изобретение обеспечивает повышение удельной мощности свободнопоршневого генератора газов и коэффициента полезного действия.
ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цель изобретения состоит в оптимизации процесса расширения продуктов сгорания газораспределительными клапанами в цилиндрах свободнопоршневого с оппозитным движением поршней энергомодуля, соединенных с поршнями компрессора сжатия газов.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ оптимизации газораспределительными клапанами процесса расширения продуктов сгорания в цилиндрах свободнопоршневого с оппозитным движением поршней энергомодуля, соединенных с поршнями компрессора сжатия газов, поясняется на примере его действия.
Система управления компрессором подает во внешнюю камеру сгорания 1 (чертеж, система управления не показана) топливо форсункой 2 и воспламеняет свечой зажигания 3. Продукты сгорания из камеры сгорания 1 по трубопроводу 4 через впускной клапан 5 поступают в правую (по чертежу) полость поршня 6 и через впускной клапан 7 в левую полость поршня 8, и под действием поступающих продуктов сгорания поршни начинают расходиться. Так как площадь правой поверхности поршня 6 больше площади его левой поверхности на разность площадей поперечного сечения штоков 9 и 10, то давление сжимаемого в левой полости поршня 6 воздуха будет больше, чем давление продуктов сгорания в его правой полости. Поэтому воздух из левой полости поршня 6 через обратный клапан 11 по трубопроводу 12 подается во внешнюю камеру сгорания 1. Туда же форсункой 2 впрыскивается очередная доза топлива. Одновременно через обратный клапан 13 из атмосферы засасывается воздух в правую полость поршня 14, а из его левой полости через выпускной клапан 15 воздух (в дальнейшем отработавшие продукты сгорания) выбрасываются в атмосферу. Аналогично по тем же причинам при движении поршня 8 сжимаемый в его правой полости воздух через обратный клапан 16 по трубопроводу 12 подается во внешнюю камеру сгорания 1. Через обратный клапан 17 из атмосферы засасывается воздух в левую полость поршня 18, а из его правой полости через выпускной клапан 19 воздух (в дальнейшем отработавшие продукты сгорания) выбрасываются в атмосферу. По достижении поршнями точек крайнего расхождения система управления переводит впускные клапаны 5, 7, 20 21 и выпускные клапаны 15, 19, 22, 23 в противоположные положения. Теперь продукты сгорания из внешней камеры сгорания 1 по трубопроводу 4 через впускной клапан 20 поступают в левую торцевую полость поршня 14 и через впускной клапан 21 в правую торцевую полость поршня 18, и поршни начинают сходиться. Через обратные клапаны 24 и 25 сжимаемый в правой полости поршня 14 и в левой полости поршня 18 воздух по трубопроводу 12 поступает во внешнюю камеру сгорания 1. Туда же форсункой 2 впрыскивается очередная доза топлива. Через обратные клапаны 26 и 27 из атмосферы засасывается воздух в левую полость поршня 6 и правую полость поршня 8. Из правой полости поршня 6 через выпускной клапан 22 и из левой полости поршня 8 через выпускной клапан 23 воздух (в дальнейшем отработавшие продукты сгорания) выбрасывается в атмосферу. Одновременно при расхождении поршней 6, 7, 14, 18 в полостях соединенных с ними поршней 28, 34 происходит сжатие различных газов - основная функция компрессора. Сжимаемый в левой полости поршня 28 газ через выпускной клапан 29 по трубопроводу 30 поступает в радиатор 31, где охлаждается, и затем оттуда в ресивер 32, а через обратный клапан 33 газ от источника сжимаемого газа засасывается в его правую полость. Соответственно сжимаемый в правой полости поршня 34 газ через выпускной клапан 35 также по трубопроводу 30 поступает в радиатор 31, где охлаждается, и затем оттуда в ресивер 32, а через обратный клапан 36 газ от источника сжимаемого газа засасывается в его левую полость. По достижении поршнями крайних точек расхождения система управления переводит выпускные клапаны 29, 35, 37, 38 в противоположные положения. Теперь сжимаемый в правой полости поршня 28 газ через выпускной клапан 37 по трубопроводу 30 поступает в радиатор 31, где охлаждается, и затем оттуда в ресивер 32, а через обратный клапан 39 газ от источника сжимаемого газа засасывается в его левую полость. Сжимаемый в левой полости поршня 34 газ через выпускной клапан 38 по трубопроводу 30 также поступает в радиатор 31, где охлаждается, и затем оттуда в ресивер 32, а через обратный клапан 40 газ от источника сжимаемого газа засасывается в его правую полость. Сжатый таким образом в компрессоре газ из ресивера 32 по трубопроводу 41 подается потребителю.
Способ оптимизации процесса расширения продуктов сгорания газораспределительными клапанами в цилиндрах свободнопоршневого с оппозитным движением поршней энергомодуля, соединенных с поршнями компрессора сжатия газов, состоит в следующем. Система управления на основании физико-химических характеристик топлива, задаваемой нагрузки на компрессор и задаваемой степени расширения продуктов сгорания, определяет момент времени закрытия впускных клапанов 5, 7, и в определенный системой управления момент времени закрывает их.
Таким образом достигается оптимальная, максимальная при заданной нагрузке на компрессор и при используемом в данном случае топливе степень расширения продуктов сгорания.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ оптимизации газораспределительными клапанами процесса расширения продуктов сгорания в цилиндрах свободнопоршневого с оппозитным движением поршней энергомодуля, соединенных с поршнями компрессора сжатия газов, включающего внешнюю камеру сгорания, впускные клапаны подачи продуктов сгорания, поршни привода компрессора, поршни компрессора и систему управления, отличающийся тем, что продукты сгорания из внешней камеры сгорания через впускные клапаны подачи продуктов сгорания поступают в полости поршней приводов компрессора, в результате чего поршни приводов компрессора и поршни компрессора приходят в движение, одновременно система управления отслеживает текущее положение поршней приводов компрессора и поршней компрессора, и в соответствии с задаваемой степенью расширения продуктов сгорания система управления определяет момент времени закрытия впускных клапанов подачи продуктов сгорания, и в определенный системой управления момент времени закрывает впускные клапаны подачи продуктов сгорания.
ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Затраты на НИОКР и производство заявленного изобретения не могут значительно отличаться от таковых при проектировании и отработки классических компрессоров.
ГРАФИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ
На чертеже изображена принципиальная схема свободнопоршневого с оппозитным движением поршней энергомодуля, соединенных с поршнями компрессора сжатия газов.
1 - внешняя камера сгорания; 2 - форсунка; 3 - свеча зажигания; 4, 12, 30, 41 - трубопроводы; 5, 7, 20, 21 - впускные клапаны; 6, 8, 14, 18, 28, 34 - поршни; 9, 10 - штоки; 11, 13, 16, 17, 24, 25, 26, 27, 33, 36, 39, 40 - обратные клапаны; 15, 19, 22, 23, 29, 35, 37, 38 - выпускные клапаны; 31 - радиатор; 32 - ресивер.