RU2117802C1 - Stirling cycle machine - Google Patents
Stirling cycle machine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2117802C1 RU2117802C1 RU94025916A RU94025916A RU2117802C1 RU 2117802 C1 RU2117802 C1 RU 2117802C1 RU 94025916 A RU94025916 A RU 94025916A RU 94025916 A RU94025916 A RU 94025916A RU 2117802 C1 RU2117802 C1 RU 2117802C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- spool
- regenerator
- rotor
- crankshaft
- machine according
- Prior art date
Links
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 6
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 6
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 210000003739 neck Anatomy 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 description 1
- 239000004519 grease Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к объемной роторной машине, предназначенной для работы по циклу Стирлинга, и может быть использовано при изготовлении холодильников, тепловых насосов и двигателей. В данной заявке рассмотрена конструкция двигателя. Известная объемная роторная машина с качающимся ротором, (патент СССР N 1174568). Она содержит корпус, с закрепленными на нем с внутренней стороны шиберами, концентрично установленный в корпусе и имеющий центральное отверстие ротор с вытеснителями, каждый из которых размещен между двумя соседними шиберами, причем в одном из вытеснителей выполнен кулисный паз, в котором расположена шейка коленчатого вала, имеющего кривошипные щеки, размещенные в полости, ограниченной торцовыми стенками. Из двух таких машин можно спроектировать классический двигатель Стирлинга, если кривошипные шейки коленчатого вала расположить под углом 90o, при этом роторы блока сжатия и блока расширения при вращении коленчатого вала будут двигаться в разных фазах с разными угловыми скоростями. Объемы в рабочих камерах будут меняться, можно конструктивно воспроизводить в них термодинамический процесс, соответствующий циклу Стирлинга.The invention relates to a volumetric rotary machine designed to operate on a Stirling cycle, and can be used in the manufacture of refrigerators, heat pumps and engines. This application discusses the design of the engine. Known volumetric rotary machine with a swinging rotor, (USSR patent N 1174568). It contains a housing with gates fixed on it from the inside, concentrically mounted in the housing and having a central opening with a rotor with displacers, each of which is placed between two adjacent gates, and a rocker groove is made in one of the displacers, in which the neck of the crankshaft is located, having crank cheeks placed in a cavity bounded by end walls. Of these two machines, you can design a classic Stirling engine if you crank the crankshaft necks at an angle of 90 o , while the rotors of the compression unit and the expansion unit during rotation of the crankshaft will move in different phases with different angular speeds. The volumes in the working chambers will change; it is possible to constructively reproduce in them the thermodynamic process corresponding to the Stirling cycle.
Также известна объемная роторная машина, взятая в качестве ближайшего аналога (патент СССР N 1836572), способная работать по циклу Стирлинга. В частности она содержит центрирующую ротор вставку, которая имеет две изолированные друг от друга полости и установлена в центре ротора так, что две такие машины можно скомпоновать в двигатель Стирлинга. Also known volumetric rotary machine, taken as the closest analogue (USSR patent N 1836572), capable of working on the Stirling cycle. In particular, it comprises a rotor-centering insert, which has two cavities isolated from each other and is mounted in the center of the rotor so that two such machines can be arranged in a Stirling engine.
Общим недостатком двигателя Стирлинга является относительно большие потери теплоты, отдаваемой в систему охлаждения. После расширения рабочее тело поступает в нагреватель, где его температура повышается. Далее в регенераторе рабочее тело отдает часть своей теплоты, но к холодильнику поступает все еще со значительной температурой. Другой недостаток - сложная система регулирования мощности. Известны двигатели с внешним подводом теплоты, снабженные с целью повышения экономичности обводными магистралями нагревателя и охладителя, а в обводных магистралях установлены обратные клапаны (см. например, журнал "Двигателестроение" N 10, 1981, c/ 6-10). A common disadvantage of the Stirling engine is the relatively large loss of heat transferred to the cooling system. After expansion, the working fluid enters the heater, where its temperature rises. Further, in the regenerator, the working fluid gives up part of its heat, but it still enters the refrigerator with a significant temperature. Another disadvantage is the complex power control system. Known engines with external heat supply, equipped with the aim of increasing efficiency bypass lines of the heater and cooler, and check valves are installed in the bypass lines (see, for example, the journal "Engine"
Задача настоящего изобретения состоит в упрощении конструкции двигателя в случаях использования дополнительных обводных магистралей и системы регулирования мощности двигателя. An object of the present invention is to simplify engine design in cases where additional bypass lines and an engine power control system are used.
Поставленная задача решается тем, что для конструирования двигателя использована машина по патенту СССР N 1174568 и она снабжена золотником с распределительными окнами, предназначенными для регулирования наполнения газом рабочих камер и вытеснения газа в полости регенератора, установленного в центральном отверстии ротора блока расширения и имеющего две изолированные между собой полости. Отличительные признаки состоят в следующем:
а) золотник установлен внутри регенератора вдоль оси ротора в отверстиях, выполненных в стенках блока расширения, а каждая стенка снабжена двумя изолированными между собой системами каналов, причем каждая система соединяет соответствующие рабочие камеры с полостью регенератора через окно золотника при определенных углах поворота последнего;
б) стенка блока расширения выполнена из трех частей, и каждая из систем каналов размещена между двумя частями стенок;
в) золотник снабжен кольцевой проточкой и средством перемещения его вдоль собственной оси до совмещения проточки с системой каналов.The problem is solved in that for the design of the engine used the machine according to the USSR patent N 1174568 and it is equipped with a spool with distribution windows designed to regulate the gas filling of the working chambers and gas displacement in the cavity of the regenerator installed in the Central hole of the rotor of the expansion unit and having two isolated between a cavity. Distinctive features are as follows:
a) the spool is installed inside the regenerator along the axis of the rotor in the holes made in the walls of the expansion unit, and each wall is equipped with two isolated channel systems, each system connecting the corresponding working chambers with the cavity of the regenerator through the spool window at certain rotation angles of the latter;
b) the wall of the expansion unit is made of three parts, and each of the channel systems is placed between two parts of the walls;
c) the spool is equipped with an annular groove and means of moving it along its own axis until the groove is aligned with the channel system.
Изобретение поясняется чертежами. The invention is illustrated by drawings.
На фиг. 1 показан схематично общий вид двигателя по циклу Стирлинга; на фиг. 2 - общий вид более подробно, в увеличенном масштабе; на фиг.3 - разрез А-А на фиг. 1 условно не показан коленчатый вал; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг.5 - разрез В-В на фиг.2; на фиг.6 - разрез Г-Г на фиг.2; на фиг. 7 - разрез Д-Д на фиг.2; на фиг.8 - схема работы машины; на фиг. 9 - схема коленчатого вала, его положение, соответствующие положению роторов на фиг. 8; на фиг. 10 - положение коленчатого вала, соответствующее положению роторов на фиг.1 и 3; на фиг.11 - коленчатый вал в сборе; на фиг.12 - разрез Е-Е на фиг.11; на фиг.13 - схема двигателя Стирлинга, вариант выполнения. In FIG. 1 shows a schematic general view of a Stirling engine; in FIG. 2 is a general view in more detail, on an enlarged scale; figure 3 - section aa in fig. 1, a crankshaft is conventionally not shown; in Fig.4 is a section bB in Fig. 2; figure 5 - section bb in figure 2; in Fig.6 is a section GG in Fig.2; in FIG. 7 - section DD in figure 2; on Fig - scheme of the machine; in FIG. 9 is a diagram of the crankshaft, its position corresponding to the position of the rotors in FIG. eight; in FIG. 10 - the position of the crankshaft corresponding to the position of the rotors in figures 1 and 3; figure 11 - crankshaft assembly; in Fig.12 - section EE in Fig.11; 13 is a diagram of a Stirling engine, an embodiment.
Машина по циклу Стирлинга (двигатель) состоит из блока 1 сжатия газа и блока 2 расширения газа. Блок 2 закрыт с торцов стенками 3 и 4, каждая из которых выполнена из трех частей. Блок 1 закрыт стенками 5 и 6, выполненными каждая из двух частей. К стенке 7 прикреплен герметичный привод вращения (герметичный ввод вращения ГВВ) 8, в котором ось 9 коромысла наклонена к оси 10 вала 11 со шпонкой 12. Шестерни 13 и 14 неподвижно закреплены на коленчатом валу с осью 15. Зубчатое колесо 16 вращает золотник 17 вдвое медленнее вращения коленчатого вала. Вал 11 ГВВ вращается медленнее коленчатого вала посредством зубчатого колеса 18. В стенке 5 образована полость 19, которая с помощью трубки 20 соединена с рабочей камерой блока 1. В распорке 21 выполнен канал 22, соединяющий полость 19 с полостью регенератора. Крышка 23 закрывает пространство 24, где циркулирует вода, охлаждающая трубки 20 и распорку 21. К трубкам 25 нагревателя подводят теплоту от любого источника. Экран 26 предназначен для крепления камеры сгорания с воздуховодами. Крышка подшипника 27 охлаждается водой. Внутри корпусов 1 и 2 находятся роторы 28 с вытеснителями 29 и 30. Пластины 31 и 32 уплотняют рабочие камеры 33 и 34 переменного объема, размещенные между вытеснителями и шиберами 35. Ротор 28 центрируется по генератору 36. Между корпусом и ротором имеются гарантированные зазоры а и б (а > б). The Stirling cycle machine (engine) consists of a
Ниже оси 37 корпуса 2(фиг.3) в вертикальной плоскости симметрии внутри регенератора 36 установлен золотник 17, в котором выполнены распределительные окна 39 и 40. По отношению к окну 39 окно 40 повернуто на 90o. По наружному диаметру длина дуги, стягиваемой хордой, равной ширине окна, составляет одну восьмую длины окружности золотника, что соответствует 45o. Внутри регенератора 36 имеются изолированные между собой полости 41 и 42, заполненные набивками. Стенки 3 и 4 стянуты с корпусом 2 шпильками 43, 44, 45 и полой шпилькой 46, которая крепится неподвижно и герметично на наружных стенках 3 и 7. Каждая стенка блока расширения состоит из трех частей: К стенке 3 присоединены части 47 и 48, к стенке 4 - части 49 и 50. Между стенками 3 и 47 размещены каналы 51 и 52, соединенные между собой посредством окна 39 (фиг. 4). Трубки 53 соединяют рабочие камеры 51, 33 с каналом 51 (фиг.4). Рабочие камеры 33 соединены через отверстия 54 с каналами 55, выполненными в стенке 50. При определенных углах поворота золотника 17 рабочие камеры 33 могут сообщаться с полостью 41 регенератора через отверстие 56, канал 57, окно 40 и канал 58 (фиг.5). Рабочие камеры 34 сообщаются с полостью 42 регенератора через отверстия 59, каналы 60 и 61, окно 39, канал 62 и отверстие 63 (фиг.7). При определенных углах поворота золотника 17 рабочие камеры 34 могут сообщаться с полостью 42 регенератора через отверстия 59, трубки 25, отверстия 64, канал 65, окно 40 и канал 66 (фиг.6). На фиг.3 показано расширение газа в рабочих камерах 33, поступающего из полости 41 через отверстие 67 (фиг.6) в канал 52 (фиг.4). В стенке 5 выполнена вторая полость 68, изолированная от полости 19 и сообщающаяся с полостью 41 через отверстие 69 (фиг.7). Полость 58 соединена трубками 70 с соответствующими рабочими камерами блока 1. Схема соединения трубками рабочих камер блоков 1 и 2 показана на фиг.8. На фиг.9 условно показан с торца коленчатый вал. Положение кривошипа 71 точно соответствует положению ротора блока 1, а крипошипа 72 соответствует положению ротора блока 2. 73 и 74 - мертвые точки, соответствующие положениям роторов 28, когда их угловая скорость ω3 - равна нулю. Внутри холодильника 75 проточная вода охлаждает трубки 20 и 70. В нагревателе 76 к трубкам 25 и 53 подводят теплоту. Коленчатый вал коренными шейками 77 вращается в подшипниках 78 сухого трения. На кривошипные шейки 71 и 72 надеты кулисные камни, взаимодействующие с кулисными пазами 79 роторов 28. В полости 80 шпильки 46 протекает вода, охлаждая в изнутри коленчатый вал. Благодаря особому соединению полости 81 с рабочими камерами (тема для отделенной заявки) давление газа в ней - минимальное. Для регулирования мощности двигателя в золотнике 17 выполнены две кольцевые проточки 82 и 83. В стенке 84 выполнено отверстие 85, через которое золотник 17 взаимодействует с мембраной 86, прижатой герметично к стенке 84, втулкой 87. Эластичная шайба 88 прижата жесткой шайбой 89 к мембране 86 винтом 90. Штифт 91 установлен в отверстии золотника и зацепляется с пазом 92 зубчатого колеса 16.Below the
Работа двигателя. Engine operation.
При вращении вала 11 коромысло 9 передает вращение на зубчатое колесо 18, которое вращает шестерню 14 коленчатого вала. Роторы 28 блоков 1 и 2 начинают двигаться каждый в своей фазе. В рабочих камерах 33 и 34 начинаются процессы сжатия и расширения газа. Если при этом к трубкам 25 и 53 подводить теплоту, а от трубок 30 и 70 отводить теплоту, выделяющуюся при сжатии газа, то ротор блока 2 будет воздействовать на коленчатый вал, вращая его. Угловая скорость ω1 ротора 28 (фиг.3) имеет максимальное значение при заданной постоянной скорости вращения коленчатого вала. Угловая скорость ω2 (фиг.8) меньше скорости ω1 . При положении кривошипной шейки коленчатого вала в мертвой точке (фиг.9) соответствующий ротор имеет нулевую угловую скорость. Угловая скорость ω4 (фиг.8) чуть больше нуля, она увеличивается при дальнейшем вращении коленчатого вала. Отбор мощности производят от вала 11. Для регулирования мощности двигателя вращают винт 90, вследствие чего шайба 89 давит на шайбу 88 и через нее на мембрану 86. Эластичный материал мембраны выходит в отверстие 85 и толкает золотник 17, проточки 82 и 83 которого совмещаются в каналами 57, 58, 61, 62. Происходит постоянное сообщение полостей 41 и 42, регенератора с соответствующими рабочими камерами 33 и 34. Падает мощность двигателя из-за того, что меньше газа проходит через трубки нагревателя при расширении, т.е. меньше тепловой энергии подводят к рабочему телу. При вращении винта в обратную сторону золотник 17 движется обратно под воздействием обратной пружины 93 и давления газа. Проточки 82 и 83 не сообщаются с каналами стенок, при этом максимальное количество рабочего тела проходит через трубки 25 и 53 нагревателя. Мощность двигателя увеличивается.When the
В данном двигателе рабочее тело после расширения (вследствие чего его температура падает) направляется в полости регенератора, а затем в холодильник. Меньше теплоты поступает в систему охлаждения, повышается КПД двигателя. Уменьшается тепловая нагрузка на регенератор. In this engine, the working fluid after expansion (as a result of which its temperature drops) is sent to the cavity of the regenerator, and then to the refrigerator. Less heat enters the cooling system, increasing engine efficiency. The thermal load on the regenerator is reduced.
Особенности конструкции двигателя. Engine design features.
1. При работе ротор не давит на корпус и стенки (нет воздействия ротора в радиальном и торцовом направлениях). 1. During operation, the rotor does not press on the body and walls (there is no impact of the rotor in the radial and end directions).
2. Скорость уплотнительных пластин относительно корпуса в 10 раз меньше аналогичной скорости традиционных двигателей. 2. The speed of the sealing plates relative to the housing is 10 times lower than the corresponding speed of traditional engines.
3. Между стенками и ротором нет зазоров (см. патент СССР N 1836572). 3. There are no gaps between the walls and the rotor (see USSR patent N 1836572).
4. Применено абсолютное уплотнение внутреннего контура от внешней среды (пакет изобретений). 4. The absolute compaction of the internal circuit from the external environment is applied (package of inventions).
5. Высокое отношение рабочего (полезного) объема двигателя к габаритному объему, вследствие чего можно создать относительно тихоходный двигатель (обороты коленвала в среднем 2000 в минуту). 5. The high ratio of the working (useful) engine volume to the overall volume, as a result of which it is possible to create a relatively low-speed engine (average crankshaft speed of 2000 per minute).
6. Внутри двигателя нет спец. смазки. 6. There are no specials inside the engine. grease.
Ротор и корпус вырезают на проволочном электроэрозионном станке с точностью ± 0,003 мм. Скорость вырезки (толщина металла 30 мм) - 10 мм мин. The rotor and the housing are cut out on a wire EDM machine with an accuracy of ± 0.003 mm. Cutting speed (metal thickness 30 mm) - 10 mm min.
Для проектирования двигателя применены запатентованные технические решения (см. патент СССР N 1174568, N 1373875, N 1702021, N 18368572; патенты РФ N 2004864 и др.). For engine design, patented technical solutions were applied (see USSR Patent N 1174568, N 1373875, N 1702021, N 18368572; RF Patents N 2004864 and others).
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94025916A RU2117802C1 (en) | 1994-07-12 | 1994-07-12 | Stirling cycle machine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94025916A RU2117802C1 (en) | 1994-07-12 | 1994-07-12 | Stirling cycle machine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU94025916A RU94025916A (en) | 1996-01-20 |
| RU2117802C1 true RU2117802C1 (en) | 1998-08-20 |
Family
ID=20158363
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU94025916A RU2117802C1 (en) | 1994-07-12 | 1994-07-12 | Stirling cycle machine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2117802C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2343300C2 (en) * | 2007-02-02 | 2009-01-10 | Сергей Алексеевич Холзаков | Engine with external heat input |
| RU2451811C2 (en) * | 2010-08-27 | 2012-05-27 | Юрий Петрович Андреев | Rotary internal combustion engine |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1300172A1 (en) * | 1984-02-14 | 1987-03-30 | Chernov Vladimir | Heat engine |
-
1994
- 1994-07-12 RU RU94025916A patent/RU2117802C1/en active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1300172A1 (en) * | 1984-02-14 | 1987-03-30 | Chernov Vladimir | Heat engine |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2343300C2 (en) * | 2007-02-02 | 2009-01-10 | Сергей Алексеевич Холзаков | Engine with external heat input |
| RU2451811C2 (en) * | 2010-08-27 | 2012-05-27 | Юрий Петрович Андреев | Rotary internal combustion engine |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5720241A (en) | Rotary cylinder engine | |
| US4206604A (en) | Rotary Stirling cycle machine | |
| US4297090A (en) | Rotary expansion power unit with valve disc connected to crankshaft | |
| US3370418A (en) | Rotary stirling cycle engines | |
| US4920934A (en) | Rotary valve internal combustion engine | |
| US5167181A (en) | Fluid transfer devices | |
| RU2117802C1 (en) | Stirling cycle machine | |
| US4002033A (en) | Rotary displacer for rotary engines or compressors | |
| EP0092559B1 (en) | Fluid motors | |
| AU2001282621B2 (en) | Rotary fluid machinery | |
| US4324537A (en) | Rotary machine with a plurality of rotors having peripheral rolling contact | |
| US5350287A (en) | Rotary engine and cam-operated working member assembly | |
| US4621497A (en) | Heat engine | |
| US3967535A (en) | Uniflow steam engine | |
| US3267675A (en) | Rotary apparatus for acting mechanically on fluids | |
| GB2119444A (en) | Gerotor hydraulic machine with fluid-control passageways through the rotor | |
| US3537269A (en) | Rotary stirling cycle refrigerating system | |
| US4262579A (en) | Single acting steam engine | |
| RU2030597C1 (en) | Rotor roller-vane hydraulic machine | |
| US5520147A (en) | Rotary motor or engine having a rotational gate valve | |
| US3486487A (en) | High compression radial/rotary i.c. engine | |
| US1983216A (en) | Rotary steam or fluid motor | |
| RU2095631C1 (en) | Rotor compression-expansion plant | |
| CA1179946A (en) | Valveless bi-chamber rotary steam engine with turbine effect | |
| US7937939B2 (en) | Bicycle thermodynamic engine |