СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ ВНЕШНЕЙ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ДВУХЦИЛИНДРОВОГО ОДНОТАКТНОГО СВОБОДНОПОРШНЕВОГО ЭНЕРГОМОДУЛЯ
COOLING METHOD OF DOUBLE CYLINDER SINGLE-STROKE FREE PISTON POWER MODULE EXTERNAL COMBUSTION CHAMBER

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к области энергомашиностроения.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Ближайший прототип заявленного изобретения патент 2427718 «Способ охлаждения поршней двухцилиндрового однотактного свободнопоршневого энергомодуля с общей внешней камерой сгорания и линейным электрогенератором с оппозитным движением поршней».
Двухцилиндровый однотактный свободнопоршневой энергомодуль с общей внешней камерой сгорания и линейным электрогенератором с оппозитным движением поршней действует следующим образом.
Продукты сгорания из камеры сгорания 1 (фиг. 1) по трубопроводу 2 через газораспределительный клапан 3 поступают в верхнюю (по фигуре) торцевую полость поршня 4 нижней расширительной машины 5, а по трубопроводу 6 и газораспределительный клапан 7 - в нижнюю полость поршня 8 верхней расширительной машины 9. Под действием расширяющихся продуктов сгорания поршни расширительных машин 4 и 8 и соединенные с ними якоря линейных электрогенераторов 10 и 11 начинают расходиться. Якоря 10 и 11 могут представлять собой постоянные магниты, либо электромагниты, намагничиваемые катушкой подмагничивания 12 при протекании по ее виткам тока подмагничивания. В обоих случаях магнитный поток замыкается по контуру: якорь 11, статорный магнит 13, якорь 10, якорь 11. При этом пересекаются магнитные линии их магнитных полей, в результате чего в статорном магните 13 и якорях 10 и 11 изменяется магнитный поток и, как следствие, в статорной катушке 14 генерируется импульс электроэнергии. При достижении поршнями и якорями точек крайнего расхождения система управления переводит клапаны 3, 7, 15, 16 в противоположные положения. Теперь продукты сгорания из камеры сгорания 1 по трубопроводу 2 и через газораспределительный клапан 15 поступают в нижнюю полость поршня 17 нижней расширительной машины 5, а по трубопроводу 6 и через газораспределительный клапан 16 в верхнюю полость поршня 18 верхней расширительной машины 9. Поршни расширительных машин и соединенные с ними якоря электрогенераторов начинают сходиться. В статорной катушке 14 генерируется импульс электроэнергии противоположного знака. Отработавшие газы при расхождении поршней 17, 18 выбрасываются в атмосферу через газораспределительные клапаны 15 и 16, а при схождении - через газораспределительные клапаны 3 и 7. Одновременно через обратные клапаны 19, 20, 21, 22 из соответствующих полостей поршней расширительных машин 5, 9 по трубопроводам 23, 24 подается воздух, а через обратные клапаны 25, 26, 27, 28 в те же полости из атмосферы засасывается воздух. На фиг. 2 показана нижняя расширительная машина энергомодуля 5, которая отделена от энергомодуля (см. фиг. 1) линией разрыва. При поступлении продуктов сгорания из камеры сгорания 1 через газораспределительный клапан 3 в верхнюю полость поршня 4 поршни 4, 5 начинают движение в крайнюю точку расхождения. Так как объем, заключенный в полости между внутренней поверхностью штока 29 и внешней поверхностью трубы 30 уменьшается, охлаждающий агент (далее - хладоагент), занимающий этот объем и отбирающий тепло от их поверхностей, по внутреннему каналу трубы 30 через обратный клапан 31 и радиатор 32, где он охлаждается, поступает в гидроаккумулятор 33. Гидроаккумулятор 33 резервирует хладоагент при уменьшении объема при расхождении поршней и возвращает его обратно при схождении поршней. По достижении поршнями крайних точек расхождения система управления переводит газораспределительные клапаны 3 и 15 в противоположные положения и поршни начинают сходиться. Жидкость из гидроаккумулятора 33 через обратный клапан 34 поступает в полость между штоком 29 и трубой 30. Рельеф внутренней поверхности штока и поршней повторяет рельеф их внешней поверхности. Внутри каждого поршня имеется перегородка 35 с окном 36. При движении хладоагента в полости между штоком 29 и трубой 30 хладоагент перетекает с одной стороны перегородки в другую через окно в перегородке 36, более эффективно отнимая тепло от поверхности поршней. При достижении поршнями крайних точек схождения система управления снова переводит газораспределительные клапаны 3 и 15 в противоположные положения и цикл охлаждения штока и поршней повторяется. Таким образом, температура поршней и штока энергомодуля поддерживается в рабочих пределах.
ЦЕЛЬ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цель заявленного изобретения состоит в обеспечении температуры внешней камеры сгорания двухцилиндрового однотактного свободнопоршневого энергомодуля насосом охлаждения поршней энергомодуля в рабочих пределах.
СУЩНОСТЬ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Охлаждение внешней камеры сгорания энергомодуля в рабочих пределах осуществляется включением в разрыв трубопровода между обратным клапаном 31 и радиатором 32 трубопровода, соединенного с рубашкой охлаждения внешней камеры сгорания (на фиг. не показаны). Хладоагент циркулирует по маршруту: гидроаккумулятор 33, обратный клапан 34, объем штока 29, объем трубы 30, обратный клапан 31, трубопровод подачи хладоагента в рубашку охлаждения внешней камеры сгорания, трубопровод слива хладоагента из рубашки охлаждения внешней камеры сгорания (на фиг. не показаны), радиатор 32 и гидроаккумулятор 33. При этом хладоагент отбирает тепло от нагретых деталей и охлаждается в радиаторе 32. Таким образом происходит охлаждение сначала поршней и штоков расширительных машин, а затем внешней камеры сгорания. Однако последовательность может быть изменена - сначала охлаждается внешняя камера сгорания, а затем поршни и штоки. В этом случае трубопровод охлаждения внешней камеры сгорания включается в разрыв между гидроаккумулятором 33 и обратным клапаном 34.
РАСКРЫТИЕ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ охлаждения внешней камеры сгорания двухцилиндрового однотактного свободнопоршневого энергомодуля, включающего общую внешнюю камеру сгорания энергомодуля с рубашкой охлаждения, две расширительные машины с поршнями и штоками энергомодуля, систему охлаждения поршней и штоков энергомодуля, отличающийся тем, что рубашка охлаждения внешней камеры сгорания энергомодуля соединяется трубопроводами с системой охлаждения поршней и штоков расширительных машин энергомодуля таким образом, при котором охлаждающая жидкость, прокачиваемая системой охлаждения поршней и штоков расширительных машин энергомодуля и охлаждаемая в радиаторе, последовательно охлаждает сначала поршни и штоки расширительных машин энергомодуля, а затем общую внешнюю камеру сгорания энергомодуля, или рубашка охлаждения внешней камеры сгорания энергомодуля соединяется трубопроводами с системой охлаждения поршней и штоков расширительных машин энергомодуля таким образом, при котором охлаждающая жидкость, прокачиваемая системой охлаждения поршней и штоков расширительных машин энергомодуля и охлаждаемая в радиаторе сначала охлаждает общую
внешнюю камеру сгорания энергомодуля а затем поршни и штоки расширительных машин энергомодуля.
СУЩЕСТВЛЕНИЕ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Затраты на НИОКР двухцилиндрового однотактного свободнопоршневого энергомодуля с общей внешней камерой сгорания и линейным электрогенератором с оппозитным движением якорей не могут существенно отличаться от таковых при проектировании классического ДВС.
ГРАФИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ
Фигура 1. Принципиальная схема двухцилиндрового однотактного свободнопоршневого энергомодуля с общей внешней камерой сгорания и линейным электрогенератором с оппозитным движением якорей.
1 - камера сгорания; 2, 6, 23, 24 - трубопровод; 3, 7, 15, 16 - газораспределительный клапан; 4, 8, 17, 18 - поршень расширительной машины; 5, 9 - расширительная машина; 10, 11 - якорь; 12 - катушка подмагничивания якоря; 13 - статорный магнит; 14 - статорная катушка; 19, 20, 21, 22, 25, 26, 27, 28 - обратный клапан.
Фигура 2. Принципиальная схема двухцилиндрового однотактного свободнопоршневого энергомодуля с общей внешней камерой сгорания, линейным электрогенератором с оппозитным движением якорей и устройством охлаждения поршней расширительных машин.
1 - камера сгорания; 3, 15 - газораспределительные клапаны; 4, 5 - поршни расширительной машины; 29 - шток; 30 - труба с каналом; 31, 34 -обратный клапан; 32 - радиатор; 33 - пневмоаккумулятор; 35 - перегородка в поршне; 36 - окно в перегородке поршня.