ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ СПОСОБ СИНХРОНИЗАЦИИ ДВИЖЕНИЯ ПОРШНЕЙ СВОБОДНОПОРШНЕВОГО ГЕНЕРАТОРА ГАЗОВ С ВНЕШНЕЙ КАМЕРОЙ СГОРАНИЯ
GAS DISTRIBUTING PROCEDURE OF PISTON MOTION SYNCHRONISATION IN FREE PISTON GAS GENERATOR WITH EXTERNAL COMBUSTION CHAMBER

Изобретение относится к энергомашиностроению.
Из уровня техники известно изобретение по патенту RU 2345232 «Газораспределительный способ синхронизации движения поршней энергомодуля», выбранный в качестве ближайшего аналога.
Энергомодуль - свободнопоршневая машина, преобразующая энергию моторного топлива в электроэнергию.
В силу того что невозможно изготовить оба цилиндра свободнопоршневых с оппозитным движением поршней машин идеальной цилиндрической формы, а поршни к тому же и равными по массе, и по ряду других причин (вращение Земли, непредсказуемое перемещение машины в пространстве и т.д.) скорости движения поршней энергомодуля в каждый текущий момент могут быть различными. Эти факторы вызывают вибрацию его корпуса в результате реакции движения поршней.
Задачей изобретения является нейтрализация вибрации корпуса в результате реакции движения поршней.
Для нейтрализации вибрации необходимо обеспечить синхронное движение поршней в противофазе. С этой целью два энергомодуля с общей камерой сгорания объединяются в одном корпусе, который можно назвать спаренным энергомодулем.
Поставленная задача решается за счет того, что газораспределительный способ синхронизации движения поршней свободнопоршневого генератора рабочих газов с общей внешней камерой сгорания, преобразующего энергию моторного топлива в энергию рабочих газов высокой температуры и высокого давления, включающего систему управления движением поршней, общую камеру сгорания, два компрессора, обеспечивающих подачу сжатого воздуха в камеру сгорания, оси симметрии поршней которых совпадают с одной прямой и поршни компрессора двигаются в противофазе, состоит в том, что синхронизация оппозитно движущихся поршней компрессоров свободнопоршневого генератора газов осуществляется перераспределением поступающих из общей внешней камеры сгорания продуктов сгорания в силовые полости поршней компрессоров. Для этого система управления движением поршней отслеживает величины скоростей оппозитно движущихся поршней компрессоров, сравнивает их значения и по сигналу рассогласования скоростей поршней переводит газораспределительные клапаны, в зависимости от значения сигнала рассогласования оппозитно движущихся поршней, в закрытое, частично закрытое положение или колебательное состояние, увеличивающее динамическое сопротивление движению потока продуктов сгорания через газораспределительные клапаны от минимального до максимального к тому компрессору, величины скоростей движения которых превышают скорости оппозитно движущихся поршней другого компрессора на время, необходимое для уравнивания скоростей оппозитно движущихся поршней обоих компрессоров, после чего система управления возвращает газораспределительные клапаны в исходное положение. После этого система управления готова к очередному акту синхронизации. Вибрация, возникающая в результате рассогласования реакций движения поршней, устраняется.
Изобретение поясняется чертежами, где
на фиг.1 представлена принципиальная схема спаренного свободнопоршневого энергомодуля,
на фиг.2 представлена принципиальная схема свободнопоршневого генератора газов с внешней камерой сгорания.
Способ синхронизации движения поршней энергомодуля состоит в следующем.
При пуске спаренного энергомодуля (фиг.1) в камеру сгорания 1 подается и воспламеняется топливо. Продукты сгорания по каналам 2, 3 синхронизатора 4 через газораспределительные клапаны 5, 6 поступают в цилиндры энергомодулей 7, 8, в результате чего их поршни начинают сходиться. Система управления (на чертеже не показана) отслеживает величины скоростей каждого поршня и, сравнивая их значения, вырабатывает сигнал рассогласования и подает его на синхронизатор 4. Если, например, скорость поршней энергомодуля 7 меньше скорости поршней энергомодуля 8, синхронизатор 4 по сигналу рассогласования устанавливает заслонку 9 в положение, как показано на чертеже. Площадь поперечного сечения левого канала 2 увеличивается, а правого канала 3 уменьшается. Соответственно динамическое сопротивление движению продуктов сгорания в канале 2 уменьшается, а в канале 3 увеличивается. Давление продуктов сгорания в цилиндре энергомодуля 7 увеличивается, увеличивается и скорость его поршней. В цилиндре энергомодуля 8 давление продуктов сгорания уменьшается, уменьшается и скорость его поршней. Заслонка 9 остается в данном положении до тех пор, пока скорости поршней обоих энергомодулей 7, 8 не сравняются, после чего заслонка 9 занимает нейтральное положение до возникновения очередного сигнала рассогласования. Если уменьшаются скорости поршней энергомодуля 8, система управления действует в обратном порядке.
Функции заслонки 9 могут быть возложены на газораспределительные клапаны 5, 6 под контролем системы управления.
Принцип синхронизации движения поршней свободнопоршневого генератора газов с внешней камерой сгорания состоит в следующем.
При работе свободнопоршневого генератора газов в его камере сгорания 1 (фиг.2) генерируются рабочие газы высокого давления и температуры, направляемые на тяговую расширительную машину - показано стрелкой 28. Часть продуктов сгорания по газопроводам 23, 24 и через газораспределительные клапаны 5, 6 поступает в силовую полость поршня 25 левого (по чертежу) компрессора и в силовую полость поршня 26 правого компрессора. Поршни компрессоров начинают сходиться. Сжимаемый в полостях компрессоров воздух через обратные клапаны 27, 10 поступает в камеру сгорания 1. Через обратные клапаны 11, 12 воздух из атмосферы засасывается в полости компрессоров поршней 13, 14. Из правой силовой полости поршня 13 и из левой силовой полости поршня 14 соответственно через клапаны 15, 16 отработавшие продукты сгорания выбрасываются в атмосферу. После того как поршни окажутся в точках максимального сближения, система управления (на фигуре не показана) меняет положения клапанов 5, 6, 15, 16 на противоположные. Продукты сгорания из камеры сгорания 1 по газопроводам 23, 24 и через газораспределительные клапаны 15, 16 начинают поступать в силовые полости поршней 13, 14 компрессоров 17, 18. Поршни сходятся и сжимаемый в полостях компрессоров поршней 13, 14 воздух через обратные клапаны 19, 20 подается в камеру сгорания 1, поддерживая тем самым процесс горения топлива в камере сгорания 1. Воздух из атмосферы через обратные клапаны 21, 22 засасывается в полости компрессоров поршней 25, 26.
Поскольку скорости движения поршней в противофазе по указанным выше причинам (см. описание аналога) могут отличаться, возникает необходимость принудительной синхронизации их движения в противофазе. Предположим, что при схождении поршней обоих компрессоров 17 и 18 скорость поршней 25, 13 меньше скорости поршней 26, 14. Система управления переводит клапан 6, 16 или один из них в частично закрытое или полностью закрытое положение, создавая, таким образом, динамическое сопротивление движению потока продуктов сгорания, или перекрывает поток продуктов сгорания. Подача продуктов сгорания к компрессору уменьшается или прекращается. Скорость движения поршней 8, 14 уменьшается. В тот момент времени, когда скорости поршней обоих компрессоров сравняются, система управления снова переводит клапаны 6, 16 в прежнее положение. При расхождении поршней с различными скоростями система управления действует аналогичным образом.
Таким образом, устраняется вибрация от реакции движения поршней компрессоров свободнопоршневого генератора газов с внешней камерой сгорания.
Реализация газораспределительного способа синхронизации движения поршней свободнопоршневого генератора газов с внешней камерой сгорания вписывается в современные технологий электроники и машиностроения.
Свободнопоршневой генератор газов предназначен для обеспечения работоспособности пневматических машин - пневматических двигателей, в том числе для, в качестве привода, колес транспортных средств, отбойных молотков, пескоструйных машин и т.д.
Фиг.1. 1 - камера сгорания, 2 - газовые каналы, 4 - синхронизатор, 5, 6 - газораспределительные клапаны, 7, 8 - энергомодули.
Фиг.2. 1 - камера сгорания, 28 - выход продуктов сгорания на тяговую машину, 23, 24 - газопроводы, 5, 6, 15, 16 - газораспределительные клапаны, 13, 14, 25, 26 - поршни компрессоров, 10, 11, 12, 19, 20, 21, 22, 27 - обратные клапаны, 17, 18 - компрессоры.