Способ управления температурой поршней и штоков свободнопоршневого с внешней камерой сгорания энергомодуля шунтированием радиатора
METHOD OF MANAGEMENT OF PISTON TEMPERATURE AND OF FREE-PISTON ROD WITH EXTERNAL CHAMBER OF COMBUSTION OF ENERGOMODULAR BY RADIATOR SHUNTING

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к области энергомашиностроения.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Ближайший аналог заявленного изобретения патент РФ 2427718 «Способ охлаждения поршней двухцилиндрового однотактного свободнопоршневого энергомодуля с общей внешней камерой сгорания и линейным электрогенератором с оппозитным движением якорей».
Продукты сгорания из камеры сгорания 1 (фиг. 1) по трубопроводу 2 через клапан 3 поступают в правую (по фигуре) полость поршня 4 левой расширительной машины 5, а по трубопроводу 6 и клапан 7 - в левую полость поршня 8 правой 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 встречное движение. 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 расхождении якорей 10 и 11 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 (на фигуре не показана) переводит клапаны 3, 7, 15, 16 в противоположные положения. Теперь продукты сгорания из камеры сгорания 1 по трубопроводу 2 и через клапан 15 поступают в левую полость поршня 17, а по трубопроводу 6 и через клапан 16 - в правую полость поршня 18. Поршни расширительных машин и соединенные с ними якоря электрогенераторов начинают сходиться. В статорной катушке 14 генерируется импульс противоположного знака. Отработавшие газы при расхождении поршней 17, 18 выбрасываются в атмосферу через клапаны 15 и 16, а при схождении - через клапаны 3 и 7. Одновременно при рабочих тактах расширительных машин 5, 9 для обеспечения процесса горения топлива в камере сгорания 1 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.
При работе энергомодуля поршни и штоки испытывают значительные термические нагрузки. Их охлаждение осуществляется следующим образом. На фиг. 2 показана левая расширительная машина энергомодуля. При поступлении продуктов сгорания из камеры сгорания 1 через клапан 3 в правую полость поршня 4 поршни 4, 5 начинают движение справа налево. Так как объем, заключенный в полости между внутренней поверхностью штока 29 и внешней поверхностью трубы 30, уменьшается, охлаждающий агент (далее - хладагент), 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. По достижению поршнями левого крайнего положения система управления переводит клапаны 3 и 15 в противоположные положения. Поршни движутся слева направо. 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 хладагента в полости между штоком 29 и трубой 30 хладагент перетекает с одной стороны перегородки в другую через окно в перегородке 36, более эффективно отнимая тепло от поверхности поршней. При достижении поршнями крайнего правого положения система управления снова переводит газораспределительные клапаны 3 и 15 в противоположные положения и цикл перекачки и охлаждения штока и поршней повторяется.
ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цель изобретения - обеспечить управление температурой поршней и штоков свободнопоршневого энергомодуля с внешней камерой сгорания шунтированием радиатора.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг. 3 показан фрагмент свободнопоршневого энергомодуля, отделенный от схемы энергомодуля линией обрыва. Управление температурой поршней и штоков свободнопоршневого энергомодуля с внешней камерой сгорания шунтированием радиатора осуществляется следующим образом. При движении хладагента (охлаждающей жидкости) ее тепло через радиатор 32 излучается в окружающую среду. Если температура поршней и штоков энергомодуля становится ниже оптимальной, система управления переводит шунтирующий клапан 37 в открытое (по рисунку - нижнее) положение, и охлаждающая жидкость циркулирует в обход радиатора, температура поршней и штоков энергомодуля повышается. В момент времени, когда их температура превысит оптимальную величину, система управления снова переведет шунтирующий клапан 37 в закрытое положение. Таким образом, температура поршней и штоков энергомодуля поддерживается в оптимальном диапазоне.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ управления температурой поршней и штоков свободнопоршневого с внешней камерой сгорания энергомодуля шунтированием радиатора, содержащий систему управления энергомодуля, содержащего радиатор, систему управления, поршни и штоки энергомодуля и шунтирующий клапан, отличающийся тем, что при движении охлаждающей жидкости через радиатор тепло охлаждающей жидкости излучается в окружающую среду, температура охлаждающей жидкости, поршней и штоков энергомодуля становится меньше оптимальной, система управления переводит шунтирующий клапан в открытое положение, и охлаждающая жидкость циркулирует в обход радиатора, в результате чего температура поршней и штоков энергомодуля становится больше, и в момент времени, когда температура охлаждающей жидкости, поршней и штоков превысит оптимальную величину, система управления снова переведет шунтирующий клапан в закрытое положение.
ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Требования к материалам и технологиям заявленного изобретения не выходят за рамки современных возможностей.
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 - трубопроводы, 3, 7, 15, 16 - газораспределительные клапаны, 4, 8, 17, 18 - поршни расширительной машины, 5, 9 - расширительная машина, 10, 11 - якоря, 12 - катушка подмагничивания якоря, 13 - статорный магнит, 14 - статорная катушка, 19, 20, 21, 22, 25, 26, 27, 28 - обратные клапаны.
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 - обратные клапаны, 32 - радиатор, 33 - пневмоаккумулятор, 35 - перегородка в поршне, 36 - окно в перегородке поршня.
Фигура 3. Принципиальная схема фрагмента энергомодуля:
32 - радиатор; 37 - шунтирующий клапан.