Двигатель, работающий по циклу Стирлинга

(51) 02 1/04 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ уплотнительной системе рабочего поршня с цилиндром, он выполнен состоящим из двух агрегатов, расположенных на одной оси на противоположных сторонах относительно общего картера двигателя, и содержащих рабочие и вытеснительные поршни, установленные в рабочие цилиндры имеющие нагреватели и охладители, и соединенные между собой жесткими штоками. При этом шток, связывающий рабочие поршни,присоединен к кривошипно-шатунному, а шток,связывающий вытеснительные поршни,к кулачковому механизмам. Полости цилиндров и полость картера двигателя заполнены рабочей средой одинакового давления и наглухо герметизированы, что исключает утечку рабочей среды в атмосферу, упрощает конструкцию уплотнительной системы рабочего поршня и снижает усилия на детали кривошипно-шатунного механизма.(72) Арапов Батырбек Арапов Бауржан Батырбекович Арапов Нуржан Батырбекович(73) Республиканское государственное казенное предприятие Южно-Казахстанский государственный университет им. М.Ауезова Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) ДВИГАТЕЛЬ, РАБОТАЮЩИЙ ПО ЦИКЛУ СТИРЛИНГА(57) Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для привода генераторов,насосов и других силовых установок. В предлагаемой конструкций двигателя,работающего по циклу Стерлинга, с целью снижения нагрузки на детали кривошипношатунного механизма и требования к Изобретение относится к машиностроению, в частности, к двигателестроению и может быть использовано для привода электрогенераторов,насосов, компрессоров и других механизмов. Известен двигатель (А.с. СССР 1275104, 02 1/04, опуб. 07.12.86, бюл.45) с внешним подводом теплоты, содержащий рабочий цилиндр, поршень, установленный в рабочем цилиндре и образующий с его крышкой полость сжатия, вытеснительный цилиндр, поршеньвытеснитель, установленный в вытеснительном цилиндре, охладитель, регенератор, нагреватель,снабженный дополнительным регенератором. Недостатками данного двигателя являются сложности обеспечения герметичности рабочего поршня и поршня-вытеснителя с цилиндрами и большие механические нагрузки на детали кривошипно-шатунного механизма. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является двигатель (А.с. СССР 850884, М., Мк.3 02 1/04, опуб. 30.07.81, бюл.28) с внешним подводом тепла, содержащий, по меньшей мере,один цилиндр, два поршня, кинематически связанные с коленчатым валом и отделяющие в цилиндре две полости, сообщенные между собой через нагреватель, регенератор, холодильник и запорное устройство, снабженное датчиком угла поворота вала и механизмом привода запорным устройством, электрически связанным с датчиком угла поворота. Недостатками данного двигателя являются сложности обеспечения герметичности рабочего поршня с цилиндром и большие механические нагрузки на детали кривошипно-шатунного механизма. Задача изобретения - снижение нагрузки на детали кривошипно-шатунного механизма и требования к уплотнительной системе рабочего поршня с цилиндром. Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение материалоемкости конструкций двигателя, работающего по циклу Стирлинга. Указанная задача решается тем, что двигатель состоит из двух агрегатов, расположенных на одной оси на противоположных сторонах относительно общего картера двигателя, и содержащих рабочие и вытеснительные поршни, установленные в рабочие цилиндры, имеющие нагреватели и охладители, и соединенных между собой жесткими штоками. Шток, соединяющий между собой рабочие поршни,присоединяется к кривошипу,а шток вытеснительных поршней к кулачковому механизму. При этом кривошипно-шатунный и кулачковый механизмы помещаются в картере двигателя. А полости цилиндров и полость картера заполняются рабочей средой одинакового давления,и наглухо герметизируются, что исключает утечку рабочей среды в атмосферу. При этом рабочие поршни снабжаются обратными клапанами,открывающимися со стороны картера в сторону рабочей полости цилиндра. Такая конструкция двигателя дает возможность снизить требование к системе уплотнения рабочего поршня с цилиндром и снизить нагрузку на кривошипно-шатунный механизм двигателя. На фиг. приведена конструкция предлагаемого двигателя. Двигатель содержит корпус 1, рабочие цилиндры 5, рабочие 3 и вытеснительные 4 поршни,нагревательные устройства 6, охладители 7,регенераторы 9, кривошипно-шатунный 2 и кулачковый 11 механизмы. При неработающем двигателе давление рабочего газа на рабочие поршни действует с обеих торцов,со стороны цилиндра и со стороны картера, поэтому они уравновешивают друг друга и это обстоятельство дает возможность выполнить уплотнения поршня с цилиндром в виде поршневых колец, подобно тому, как это делается в двигателях внутреннего сгорания (ДВС). Двигатель работает следующим образом Как показано на фиг., в правом цилиндре рабочая среда находится в нагретой его части 8 и расширяется, следовательно, повышается его давление на поверхность правого поршня и одновременно с этим в левом цилиндре рабочая среда находится в охлаждаемой зоне и сжимается,поэтому, давление в этой части цилиндра снижается, это приводит к движению рабочих поршней влево. Поскольку рабочие поршни жестко связаны штоком и двигаются как одно целое, объем рабочего газа в полости картера не меняется,поэтому усилия давления газа на поверхности поршней со стороны картера будут равными. При этом, сжатие рабочей среды в левом цилиндре производится рабочим ходом поршня в правом цилиндре и в силу наличия жесткой связи между поршнями, усилие сжатия не воспринимается деталями кривошипно-шатунного механизма. Когда рабочие поршни достигнут своего левого крайнего положения, а чуть раньше этого (в зависимости от угла расположения кулачка 11), вытеснительные поршни, тоже связанные между собой жестким штоком,перегоняют рабочие газы через регенераторы, в левом цилиндре с холодной на горячую, а в правом цилиндре наоборот, с горячего на холодные их части, поршни начнут движение вправо, этот цикл будет повторяться и далее и вал двигателя получит вращательное движение. В момент рабочего хода поршней давление газа на поверхность поршня со стороны нагретого газа в цилиндре повысится, а со стороны картерной части 12 поверхности поршня давление газа остается прежним, это приводит к проскоку некоторого объема рабочего газа со стороны цилиндра в картерную часть сквозь возможные зазоры уплотнительных колец поршня. Проскоченный объем газа вновь возвращается в цилиндр в такте сжатия, когда в цилиндре газ охлаждается и его объем уменьшается, а давление снижается. Чтобы этот возврат осуществлялся легко, в рабочем поршне выполнен обратный клапан 10,открывающийся со стороны картера в сторону цилиндра. В предлагаемой конструкции двигателя отсутствуют уплотнительные узлы, разделяющие рабочую среду от окружающей атмосферы, а все уплотнения замкнутого объема выполнены неподвижными, и поэтому исключается падение давления в двигателе на весь срок службы и связанное с этим снижение его КПД. Выполнение уплотнения в паре поршень-цилиндр,в предлагаемой конструкции двигателя такими же,как и в двигателях внутреннего сгорания, снижает его себестоимость до уровня современных ДВС. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Двигатель, работающий по циклу Стерлинга,содержащий рабочий цилиндр, поршень, поршеньвытеснитель, установленные в рабочем цилиндре,охладитель,нагреватель,снабженный регенератором, отличающийся тем, что двигатель состоит из двух агрегатов, расположенных на одной оси на противоположных сторонах относительно общего картера двигателя и содержащих рабочие и вытеснительные поршни, установленные в рабочие цилиндры, имеющие нагреватели и охладители, и соединенные между собой жесткими штоками, при этом шток, связывающий рабочие поршни,присоединен к кривошипно-шатунному, а шток,связывающий вытеснительные поршни,к кулачковому механизмам, находящимся в картере двигателя. 2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что полости цилиндров и полость картера заполнены рабочей средой одинакового давления и наглухо герметизированы, а рабочие поршни снабжены обратными клапанами,открывающимися со стороны картера в сторону цилиндра.