ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА С РАЗДЕЛЕННЫМИ ПРОЦЕССАМИ СЖАТИЯ И РАСШИРЕНИЯ

Название	ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА С РАЗДЕЛЕННЫМИ ПРОЦЕССАМИ СЖАТИЯ И РАСШИРЕНИЯ
Разработчик (Авторы)	Кукис Владимир Самойлович, Куколев Максим Игоревич, Романов Андрей Викторович, Агапов Дмитрий Станиславович
Вид объекта патентного права	Полезная модель
Регистрационный номер	155349
Дата регистрации	09.02.2015
Правообладатель	Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) (ФГБОУ ВПО "ЮУрГУ" (НИУ))
Область применения (класс МПК)	F02B 29/04 (2006.01)

Описание изобретения

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к двигателестроению и может быть использована для повышения мощности теплоэнергетической установки.

Известна теплоэнергетическая установка с разделенными процессами сжатия и расширения (RU 56968, F02B 41/02, опубл. 27.09.2006), содержащая рабочий цилиндр с электрической обмоткой на наружной поверхности и поршнем-якорем внутри, впускными и выхлопными клапанами, выпускными патрубками, впускными воздухопроводами, форсунками с электрическим приводом; топливный бак с топливопроводами; двигатель Стирлинга с полостью для прохода отработавших газов и выпускными клапанами; компрессор, соединенный трубопроводом с ресивером.

Недостатками этой теплоэнергетической установки является то, что сжатый воздух, поступающий из ресивера в рабочий цилиндр, имеет высокую температуру, что обусловливает его малую плотность, а значит, и меньшую массу воздушного заряда в рабочем цилиндре (меньший коэффициент наполнения). Последнее ограничивает количество топлива, которое может быть сожжено в рабочем цилиндре и, соответственно, мощность, вырабатываемую теплоэнергетической установкой.

Полезная модель решает задачу повышения мощности, вырабатываемой теплоэнергетической установкой, за счет обеспечения возможности сжигания большего количества топлива в рабочем цилиндре.

Это достигается тем, что в теплоэнергетической установке с разделенными процессами сжатия и расширения, содержащей рабочий цилиндр, имеющий электрическую обмотку снаружи и поршень-якорь внутри, на обоих торцах впускной клапан, выхлопной клапан и форсунку между ними, двигатель Стирлинга с полостью для прохода отработавших газов, имеющей два выпускных клапана и соединенную с выхлопными клапанами рабочего цилиндра посредством выпускных патрубков, ресивер, соединенный с впускными клапанами рабочего цилиндра посредством впускных воздухопроводов, а с компрессором посредством трубопровода, топливный бак, соединенный с форсунками рабочего цилиндра посредством топливопроводов, согласно полезной модели на каждом торце рабочего цилиндра имеется свеча зажигания, расположенная между форсункой и выхлопным клапаном, ресивер заключен в полость охлаждения, имеющую выход в атмосферу, при этом установка дополнительно содержит вихревую трубу Ранка-Хилша, вход которой соединен с трубопроводом между ресивером и компрессором, один выход соединен с полостью охлаждения ресивера, другой выход соединен с атмосферой.

Полезная модель иллюстрируется чертежом, где изображено принципиальное устройство теплоэнергетической установки с разделенными процессами сжатия и расширения.

Устройство содержит рабочий цилиндр 1 с электрической обмоткой 2 на наружной поверхности и поршнем-якорем 3 внутри, впускными 4, 5 и выхлопными 6, 7 клапанами, выпускными патрубками 8, 9, впускными воздухопроводами 10, 11, форсунками 12, 13 с электрическим приводом, свечами зажигания 14, 15; топливный бак 16 с топливопроводами 17, 18; двигатель Стирлинга 19 с полостью для прохода отработавших газов 20 и выпускными клапанами 21, 22; компрессор 23, соединенный трубопроводом 24 с ресивером 25 и трубопроводом 26 с вихревой трубой Ранка-Хилша 27, которая трубопроводом 28 соединена с полостью охлаждения 29 ресивера 25. Ресивер 25 посредством впускных воздухопроводов 10, 11 соединен с рабочим цилиндром 1.

Устройство работает следующим образом.

При движении поршня-якоря 3 вправо и приближении его к крайнему правому положению, отработавшие газы из правой полости, образуемой правым днищем поршня-якоря 3, стенками рабочего цилиндра 1 и его правой крышкой, через открытый выхлопной клапан 7 по выпускному патрубку 9 поступают в полость 20, окружающую нагреватель двигателя Стирлинга 19 и нагревают его. Пройдя через полость 20, отработавшие газы выходят в атмосферу через открытый выпускной клапан 21. Мощность, вырабатываемая двигателем Стирлинга, используется для сжатия воздуха в компрессоре 23. Основная часть сжатого воздуха и нагретого вследствие этого воздух по трубопроводу 24 подается в ресивер 25.

Другая часть сжатого в компрессоре 23 воздуха по трубопроводу 26 направляется в вихревую трубу Ранка-Хилша 27. в которой поток воздуха разделяется на два: холодный и нагретый. Холодный поток по трубопроводу 28 направляется в полость охлаждения 29 ресивера 25 и затем выходит в атмосферу, а нагретый выбрасывается в атмосферу с противоположной стороны вихревой трубы Ранка-Хилшат 27. Холодный поток воздуха, проходящий через полость охлаждения 29 понижает температуру сжатого воздуха, находящегося в ресивере 25, в связи с чем плотность сжатого воздуха увеличивается. Сжатый и охлажденный воздух из ресивера 25 по воздухопроводу 11 через впускной клапан 5 поступает в правую полость, образуемую правым днищем поршня-якоря 3, стенками рабочего цилиндра 1 и его правой крышкой. В то же время в эту полость через форсунку 13 впрыскивается топливо, поступающее по топливопроводу 18 из топливного бака 16. Поступившее в цилиндр топливо первоначально воспламеняется с помощью свечи зажигания 15 и в дальнейшем горит по мере поступления его в надпоршневое пространство, происходит расширение продуктов сгорания и поршень-якорь 3 перемещается влево. Наличие в правой полости, образуемой правым днищем поршня-якоря 3, стенками рабочего цилиндра 1 и его правой крышкой, большего количества воздуха в связи с его повышенной плотностью (в сравнении с прототипом), обеспечивает возможность сжигания большего количества топлива и соответствующее увеличение скорости перемещения поршня-якоря 3 в рабочем цилиндре 1 влево.

Во время перемещения поршня-якоря 3 влево из левой полости рабочего цилиндра, образуемой левым днищем поршня-якоря 3, стенками цилиндра 1 и его левой крышкой, через открытый выхлопной клапан 6 по выпускному патрубку 8 отработавшие газы, образовавшиеся в предыдущем цикле, начинают поступать в полость 20, окружающую нагреватель двигателя Стирлинга 19. В этот момент выпускной клапан 21 закрывается, а выпускной клапан 22 открывается и отработавшие газы, проходя через полость 20 и обеспечивая работу двигателя Стирлинга 19, выходят через выпускной клапан 22 в атмосферу.

Двигатель Стирлинга 19 продолжает приводить в действие компрессор 23. В момент приближения поршня-якоря 3 к левой крышке рабочего цилиндра 1 открывается впускной клапан 4, через который по воздухопроводу 10 сжатый и охлажденный воздух из ресивера 25 поступает в левую полость, образуемую левым поршня-якоря 3, стенками рабочего цилиндра 1 и его левой крышкой. В то же время в эту полость через форсунку 12 впрыскивается топливо, поступающее по топливопроводу 17 из топливного бака 16. Поступившее в цилиндр топливо первоначально воспламеняется с помощью свечи зажигания 14 и в дальнейшем горит по мере поступления его в надпоршневое пространство, происходит расширение продуктов сгорания и поршень-якорь 3 перемещается вправо. Наличие в левой полости, образуемой левым днищем поршня-якоря 3, стенками рабочего цилиндра 1 и его левой крышкой, большего количества воздуха в связи с его повышенной плотностью (в сравнении с прототипом), обеспечивает возможность сжигания большего количества топлива и соответствующее увеличение скорости перемещения поршня-якоря 3 в рабочем цилиндре 1 вправо. Далее рабочий цикл повторяется.

Возвратно-поступательное движение поршня-якоря 3 внутри рабочего цилиндра 1 происходит одновременно и внутри электрической обмотки 2, расположенной на его наружной поверхности. В результате этого в электрической обмотке 2 наводится электродвижущая сила (электрический ток), который направляется к потребителю энергии. Увеличение частоты возвратно-поступательного перемещения поршня-якоря 3 внутри рабочего цилиндра 1 по сравнению с прототипом обеспечивает повышение мощности.

Формула полезной модели

Теплоэнергетическая установка с разделенными процессами сжатия и расширения, содержащая рабочий цилиндр, имеющий электрическую обмотку снаружи и поршень-якорь внутри, на обоих торцах впускной клапан, выхлопной клапан и форсунку между ними, двигатель Стирлинга с полостью для прохода отработавших газов, имеющей два выпускных клапана и соединенной с выхлопными клапанами рабочего цилиндра посредством выпускных патрубков, ресивер, соединенный с впускными клапанами рабочего цилиндра посредством впускных воздухопроводов, а с компрессором посредством трубопровода, топливный бак, соединенный с форсунками рабочего цилиндра посредством топливопроводов, отличающаяся тем, что на каждом торце рабочего цилиндра имеется свеча зажигания, расположенная между форсункой и выхлопным клапаном, ресивер заключен в полость охлаждения, имеющую выход в атмосферу, при этом установка дополнительно содержит вихревую трубу Ранка-Хилша, вход которой соединен с трубопроводом между ресивером и компрессором, один выход соединен с полостью охлаждения ресивера, другой выход соединен с атмосферой.

Изобретение "ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА С РАЗДЕЛЕННЫМИ ПРОЦЕССАМИ СЖАТИЯ И РАСШИРЕНИЯ" (Кукис Владимир Самойлович, Куколев Максим Игоревич, Романов Андрей Викторович, Агапов Дмитрий Станиславович ) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога