×
20.04.2015
216.013.445d

ТЕПЛОВАЯ МАШИНА С ВНЕШНИМ ПОДВОДОМ ТЕПЛА

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к тепловой энергетике. Тепловая машина с внешним подводом тепла содержит четыре сильфона на горячей стороне машины, соединенные с нагревателями, и четыре сильфона на холодной стороне машины, соединенные с охладителями. Внутреннее пространство сильфонов образует полости переменного объема для сжатия и расширения газообразного рабочего тела. Нагреватель через канал теплообменника соединен трубопроводом с охладителем. Нижний торец сильфона толкателем опирается на эксцентриковый кулачок. Эксцентриковые кулачки на горячей и холодной сторонах сдвинуты по фазе относительно друг друга на 180°. Вторые эксцентриковые кулачки сдвинуты по фазе относительно первых эксцентриковых кулачков на 90°. Третьи эксцентриковые кулачки сдвинуты по фазе относительно вторых эксцентриковых кулачков на 90°. Четвертые эксцентриковые кулачки сдвинуты по фазе относительно третьих эксцентриковых кулачков на 90°. Четыре эксцентриковых кулачка на горячей стороне машины закреплены на первом общем валу, имеющем первую шестерню связи. Четыре эксцентриковых кулачка на холодной стороне машины закреплены на втором общем валу, имеющем вторую шестерню связи. Первая и вторая шестерни связи соединены цепной передачей. Изобретение направлено на увеличение ресурса при сохранении мощности машины. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области тепловой энергетики, в частности к тепловым многоцилиндровым машинам с внешним подводом тепла, и предназначено для использования в качестве силовой установки автономной системы выработки тепловой и электрической энергии при использовании местных топлив и возобновляемых источников энергии.

Известна тепловая машина (авторское свидетельство СССР №1460382, МПК F02G 1/00, 1/04, опубл. 23.02.89, бюл. №7), содержащая две группы вертикально установленных цилиндров, частично заполненных несжимаемой жидкостью с находящимся над ней газообразным рабочим телом, газовые полости каждой пары цилиндров соединены между собой через нагреватель, регенератор и холодильник, а жидкостные полости соединены с полостями объемной гидромашины. Недостатком известной машины является привнесение в энергетический баланс машины гидравлических потерь, возникающих при челночной перекачке жидкости для осуществления термодинамического цикла Стерлинга.

Наиболее близкой по технической сущности является многоцилиндровая тепловая машина с внешним подводом тепла (Г. Ридер, Ч. Хупер Двигатели Стирлинга, Москва, изд. «Мир», 1986 г., стр.72, рис.1.65), содержащая группу цилиндров и поршней, к внутренним полостям которых подводится тепло, и группу цилиндров и поршней, от внутренних полостей которых тепло отводится, соединенные шатунами с общим коленчатым валом. Внутренние полости цилиндров и поршней на горячей стороне соединены через нагреватель, регенератор и охладитель с внутренними полостями цилиндров и поршней на холодной стороне многоцилиндровой тепловой машины.

Недостатком известной тепловой машины является потери газообразного рабочего тела через поршневые кольца цилиндров, что влечет за собой потери давления рабочего тела в цилиндрах и, как следствие, уменьшение ресурса и падение удельной мощности машины.

Техническим результатом изобретения является увеличение ресурса при сохранении мощностных показателей машины.

Техническая задача достигается за счет исключения скользящего уплотнения в цилиндро-поршневых группах и использования сильфонов на горячей и холодной сторонах тепловой машины с кулачковым механизмом, реализуется за счет того, что в тепловой машине с внешним подводом тепла, содержащей четыре сильфона на горячей стороне машины, соединенных каналами для газообразного рабочего тела с жестко закрепленными в корпусе тепловой машины четырьмя нагревателями, четыре сильфона на холодной стороне машины, соединенных каналами для газообразного рабочего тела с жестко закрепленными в корпусе тепловой машины четырьмя охладителями, внутреннее пространство сильфонов образует полости переменного объема для сжатия и расширения газообразного рабочего тела, а внутреннее пространство нагревателей и охладителей предназначено для нагрева и охлаждения газообразного рабочего тела, первый нагреватель через первый канал первого теплообменника соединен трубопроводом со вторым охладителем, второй нагреватель через первый канал второго теплообменника соединен трубопроводом с третьим охладителем, третий нагреватель через второй канал первого теплообменника соединен трубопроводом с четвертым охладителем, четвертый нагреватель через второй канал второго теплообменника соединен трубопроводом с первым охладителем, нижний торец первого сильфона на горячей стороне первым толкателем опирается на эксцентриковый кулачок, нижний торец первого сильфона на холодной стороне первым толкателем опирается на первый эксцентриковый кулачок на холодной стороне, первые эксцентриковые кулачки на горячей и холодной сторонах сдвинуты по фазе относительно друг друга на 180°, нижний торец второго сильфона на горячей стороне вторым толкателем опирается на второй эксцентриковый кулачок, нижний торец второго сильфона на холодной стороне вторым толкателем опирается на второй эксцентриковый кулачок на холодной стороне, вторые эксцентриковые кулачки сдвинуты по фазе относительно положения первых эксцентриковых кулачков на 90°, нижний торец третьего сильфона на горячей стороне третьим толкателем опирается на третий эксцентриковый кулачок, нижний торец третьего сильфона на холодной стороне третьим толкателем опирается на третий эксцентриковый кулачок на холодной стороне, третьи эксцентриковые кулачки сдвинуты по фазе относительно положения вторых эксцентриковых кулачков на 90°, нижний торец четвертого сильфона на горячей стороне четвертым толкателем опирается на четвертый эксцентриковый кулачок, нижний торец четвертого сильфона на холодной стороне четвертым толкателем опирается на четвертый эксцентриковый кулачок на холодной стороне, четвертые эксцентриковые кулачки сдвинуты по фазе относительно положения третьих эксцентриковых кулачков на 90°, четыре эксцентриковых кулачка на горячей стороне машины с сохранением фазовых сдвигов неподвижно закреплены на первом общем валу, имеющем первую шестерню связи, четыре эксцентриковых кулачка на холодной стороне машины с сохранением фазовых сдвигов неподвижно закреплены на втором общем валу, имеющем вторую шестерню связи, первая и вторая шестерни связи соединены цепной передачей с сохранением фазовых сдвигов между эксцентриковыми кулачками на горячей и холодной сторонах машины, эксцентриковые кулачки имеют круговую образующую, на которую посажен подшипник.

Сущность изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена функциональная схема тепловой машины, на фиг.2 показан эксцентриковый кулачок с внешним подшипником.

Тепловая машина с внешним подводом тепла содержит четыре сильфона 1-1, 1-2, 1-3 и 1-4 на горячей стороне машины, соединенные каналами для газообразного рабочего тела с жестко закрепленными в корпусе тепловой машины четырьмя нагревателями 2-1, 2-2, 2-3 и 2-4, четыре сильфона 3-1, 3-2, 3-3 и 3-4 на холодной стороне машины, соединенные каналами для газообразного рабочего тела с жестко закрепленными в корпусе тепловой машины четырьмя охладителями 4-1, 4-2, 4-3 и 4-4, внутреннее пространство сильфонов образует полости переменного объема для сжатия и расширения газообразного рабочего тела, а внутреннее пространство нагревателей и охладителей предназначено для нагрева и охлаждения газообразного рабочего тела, первый нагреватель 2-1 через первый канал первого теплообменника 5 соединен трубопроводом со вторым охладителем 4-2, второй нагреватель 2-2 через первый канал второго теплообменника 6 соединен трубопроводом с третьим охладителем 4-3, третий нагреватель 2-3 через второй канал первого теплообменника 5 соединен трубопроводом с четвертым охладителем 4-4, четвертый нагреватель 2-4 через второй канал второго теплообменника 6 соединен трубопроводом с первым охладителем 4-1, нижний торец первого сильфона 1-1 на горячей стороне первым толкателем 7-1 опирается на эксцентриковый кулачок 8-1, нижний торец первого сильфона 3-1 на холодной стороне первым толкателем 9-1 опирается на первый эксцентриковый кулачок 10-1 на холодной стороне, эксцентриковые кулачки 8-1 и 10-1 сдвинуты по фазе на 180°, нижний торец второго сильфона 1-2 на горячей стороне вторым толкателем 7-2 опирается на эксцентриковый кулачок 8-2, нижний торец второго сильфона 3-2 на холодной стороне вторым толкателем 9-2 опирается на второй эксцентриковый кулачок 10-2 на холодной стороне, эксцентриковые кулачки 8-2 и 10-2 сдвинуты по фазе относительно положения кулачков 8-1 и 10-1 на 90°, нижний торец третьего сильфона 1-3 на горячей стороне третьим толкателем 7-3 опирается на эксцентриковый кулачок 8-3, нижний торец третьего сильфона 3-3 на холодной стороне третим толкателем 9-3 опирается на третий эксцентриковый кулачок 10-3 на холодной стороне, эксцентриковые кулачки 8-3 и 10-3 сдвинуты по фазе относительно положения кулачков 8-2 и 10-2 на 90°, нижний торец четвертого сильфона 1-4 на горячей стороне четвертым толкателем 7-4 опирается на эксцентриковый кулачок 8-4, нижний торец четвертого сильфона 3-4 на холодной стороне четвертым толкателем 9-4 опирается на четвертый эксцентриковый кулачок 10-4 на холодной стороне, эксцентриковые кулачки 8-4 и 10-4 сдвинуты по фазе относительно положения кулачков 8-3 и 10-3 на 90°, четыре эксцентриковых кулачка 8-1, 8-2, 8-3 и 8-4 на горячей стороне машины с сохранением фазовых сдвигов неподвижно закреплены на первом общем валу 11, имеющем первую шестерню связи 12, четыре эксцентриковых кулачка 10-1, 10-2, 10-3 и 10-4 на холодной стороне машины с сохранением фазовых сдвигов неподвижно закреплены на втором общем валу 13, имеющем вторую шестерню связи 14, первая и вторая шестерни 12 и 14 связи соединены цепной передачей 15 с сохранением фазовых сдвигов между эксцентриковыми кулачками 8-1, 8-2, 8-3 и 8-4 и 10-1, 10-2, 10-3 и 10-4, эксцентриковые кулачки имеют круговую образующую, на которой посажен подшипник 16.

Тепловая машина с внешним подводом тепла работает следующим образом.

В начальный момент времени тепловая машина неподвижна, т.е. неподвижна механическая часть машины и не происходят термодинамические процессы с газообразным (гелий, давление от 10 до 20 мПа) рабочим телом - постоянны объемы, давления и температуры во всех газонаполненных частях машины. При подводе тепла к нагревателям 2-1, 2-2, 2-3 и 2-4 (показано стрелками на фиг.1) давление газа в сильфонах на горячей стороне машины повышается и создаваемое суммарное усилие четырех сильфонов на горячей стороне машины превосходит суммарное усилие четырех сильфонов на холодной стороне машины. Эти усилия через толкатели 7-1, 7-2, 7-3, 7-4 и 9-1, 9-2, 9-3, 9-4 создают вращательный момент на эксцентриковых кулачках 8-1, 8-2, 8-3 и 8-4, что, в свою очередь, заставляет вращаться первый вал 11 и посредством цепной передачи 15 второй вал 13, который жестко связан с эксцентриковыми кулачками 10-1, 10-2, 10-3 и 10-4 на холодной стороне машины. Эксцентриковые кулачки, находящиеся в одном ряду, например 8-1 и 10-1, имеют разворот по фазе 180°. При вращении сопряженных цепной передачей валов 11 и 13 сильфон 1-1 на горячей стороне машины увеличивает свой объем, а сильфон 3-1 на холодной стороне машины уменьшает, а затем наоборот. Однако противофазно изменяющиеся объемы рабочего тела не могут образовать эффективный цикл Стирлинга (Г. Ридер, Ч. Хупер Двигатели Стирлинга, Москва, изд. «Мир», 1986 г., стр.101, рис.1.85), поэтому холодный объем для первого сильфона на горячей стороне берется со второго ряда, где разворотом эксцентриковых кулачков на 90° относительно положения эксцентриковых кулачков первого ряда обеспечивается требуемое для идеального цикла Стирлинга фазовые соотношения изменения объемов. В результате получается, что четыре цикла Стирлинга образуются внутренними объемами сильфонов 1-1 и 3-2, 1-2 и 3-3, 1-3 и 3-4, 1-4 и 3-1, важно отметить, что эти четыре цикла сдвинуты относительно друг друга на четверть цикла.

Для повышения мощности и КПД в традиционных двигателях Стирлинга горячие и холодные объемы соединяются через регенератор, в предлагаемом устройстве вместо четырех регенераторов используются два теплообменника, каналы которых включены в циклы Стирлинга, находящиеся в противоположных фазах. Первый канал первого теплообменника 5 соединяет сильфоны 1-1 и 3-2, второй канал первого теплообменника 5 соединяет сильфоны 1-3 и 3-4. Аналогичный принцип используется и для двух других циклов Стирлинга. Первый канал второго теплообменника 6 соединяет сильфоны 1-2 и 3-3, второй канал второго теплообменника 6 соединяет сильфоны 1-4 и 3-1. В результате в тепловой машине реализовано четыре цикла Стирлинга, образующие крутящий момент на валу отбора мощности, в качестве которого можно использовать второй вал 13 на холодной стороне машины. Усилие, создаваемое в термодинамическом цикле, через толкатели и эксцентриковые кулачки передается первому и второму валам 11 и 13. При этом эксцентриковые кулачки трутся о нижнюю поверхность толкателей. Для уменьшения трения образующая эксцентриковых кулачков 8-1, 8-2, 8-3, 8-4 и 10-1, 10-2, 10-3, 10-4 выполнена круговой и на нее посажен подшипник 16.

Изменение объемов с рабочим телом создается за счет сжатия или растяжения гофр сильфонов, при этом отсутствуют скользящие уплотнения неизбежные в цилиндро-поршневых парах. Сильфонные объемы могут быть полностью герметизированы пайкой или сваркой, и за счет этого исключены потери рабочего тела через уплотнения.

Использование изобретения позволяет исключить потери рабочего тела, следовательно, продлить ресурс тепловой машины и исключить уменьшение мощности.


ТЕПЛОВАЯ МАШИНА С ВНЕШНИМ ПОДВОДОМ ТЕПЛА
ТЕПЛОВАЯ МАШИНА С ВНЕШНИМ ПОДВОДОМ ТЕПЛА
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 53 items.
10.01.2013
№216.012.19df

Шариковый преобразователь расхода

Изобретение относится к области расходометрии и может быть использовано для определения расхода жидкости, например, в ядерных энергетических установках. Сущность: шариковый преобразователь расхода содержит корпус (1), в котором установлена втулка (2) с элементами (3), например лопастями,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472115
Дата охранного документа: 10.01.2013
27.01.2013
№216.012.2125

Технологический пароперегревательный канал прямоточного водо-водяного ядерного реактора

Изобретение относится к ядерной технике, а более конкретно к технологическим испарительно-пароперегревательным каналам прямоточного водо-водяного ядерного реактора, и позволяет расширить функциональные возможности путем интенсификации теплообмена и повысить стабильность работы канала. Канал...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473986
Дата охранного документа: 27.01.2013
27.01.2013
№216.012.2129

Пакетная тепловыделяющая сборка с шаровыми твэлами

Изобретение относится к области ядерной техники. Пакетная тепловыделяющая сборка с шаровыми твэлами 1 содержит коллектор 2 подвода и коллектор 3 отвода теплоносителя, силовую штангу 4 для установки и извлечения тепловыделяющей сборки из корпуса реактора, размещенную по оси симметрии сборки,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473990
Дата охранного документа: 27.01.2013
27.02.2013
№216.012.2cb0

Система отбора мощности от трехфазной линии передачи высокого напряжения

Изобретение относится к области электротехники, в частности к вторичным источникам питания при бесконтактном отборе мощности от трехфазной линии передачи высокого напряжения. Технический результат заключается в упрощении конструкции заявленной системы. Для этого заявленное устройство содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476967
Дата охранного документа: 27.02.2013
10.04.2013
№216.012.340b

Теплоизолированная труба

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к теплоизоляции трубопроводов, и может быть использовано в системах теплоснабжения и горячего водоснабжения. Теплоизолированная труба (1) содержит слой полых микросфер (2), который при помощи оболочки (3) из термоусадочного материала...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478866
Дата охранного документа: 10.04.2013
27.04.2013
№216.012.3a7f

Устройство для защиты от коррозии и образования отложений на функциональных поверхностях трубопроводов и оборудования систем теплоснабжения

Изобретение относится к области защиты от коррозии и образования отложений на функциональных поверхностях трубопроводов систем теплоснабжения и водоснабжения. Устройство включает насосную станцию и блок эмульгирования поверхностно-активного вещества (ПАВ), при этом оно установлено на автомобиле...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480536
Дата охранного документа: 27.04.2013
27.05.2013
№216.012.45a8

Вторичный источник питания с отбором мощности от фазного провода линии электропередачи высокого напряжения промышленной частоты

Изобретение относится к области электротехники, в частности к вторичным источникам питания, а его использование позволяет обеспечивать устойчивый режим питания автономных автоматических измерительных устройств, размещенных под высоким потенциалом проводов высоких линий. Технический результат...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002483409
Дата охранного документа: 27.05.2013
20.06.2013
№216.012.4d41

Способ формирования защитного покрытия на поверхностях изделий из металлов и сплавов

Изобретение относится к трубопроводной транспортировке жидких сред. Способ заключается в формировании структурированной пленки посредством эмульсии молекул поверхностно-активных веществ (ПАВ), при этом в качестве ПАВ используют биологически и термически не разлагаемые соединения, химически...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485359
Дата охранного документа: 20.06.2013
20.06.2013
№216.012.4d42

Способ формирования молекулярного покрытия на поверхностях изделий из металлов и сплавов

Изобретение относится к трубопроводным системам, теплообменному оборудованию и позволяет улучшить гидродинамические и термодинамические характеристики поверхностей изделий из металлов и сплавов. Способ заключается в формировании на поверхностях структурированной пленки посредством создания...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485360
Дата охранного документа: 20.06.2013
20.06.2013
№216.012.4da6

Термопарный датчик

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано в системах контроля технологических процессов. Термопарный датчик содержит защитный корпус 1 с герметизированной внутренней полостью, в которой расположены проволочные термоэлектроды 2 и 3. В верхней части корпуса размещен...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485460
Дата охранного документа: 20.06.2013
Showing 1-10 of 54 items.
10.01.2013
№216.012.19df

Шариковый преобразователь расхода

Изобретение относится к области расходометрии и может быть использовано для определения расхода жидкости, например, в ядерных энергетических установках. Сущность: шариковый преобразователь расхода содержит корпус (1), в котором установлена втулка (2) с элементами (3), например лопастями,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472115
Дата охранного документа: 10.01.2013
27.01.2013
№216.012.2125

Технологический пароперегревательный канал прямоточного водо-водяного ядерного реактора

Изобретение относится к ядерной технике, а более конкретно к технологическим испарительно-пароперегревательным каналам прямоточного водо-водяного ядерного реактора, и позволяет расширить функциональные возможности путем интенсификации теплообмена и повысить стабильность работы канала. Канал...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473986
Дата охранного документа: 27.01.2013
27.01.2013
№216.012.2129

Пакетная тепловыделяющая сборка с шаровыми твэлами

Изобретение относится к области ядерной техники. Пакетная тепловыделяющая сборка с шаровыми твэлами 1 содержит коллектор 2 подвода и коллектор 3 отвода теплоносителя, силовую штангу 4 для установки и извлечения тепловыделяющей сборки из корпуса реактора, размещенную по оси симметрии сборки,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473990
Дата охранного документа: 27.01.2013
27.02.2013
№216.012.2cb0

Система отбора мощности от трехфазной линии передачи высокого напряжения

Изобретение относится к области электротехники, в частности к вторичным источникам питания при бесконтактном отборе мощности от трехфазной линии передачи высокого напряжения. Технический результат заключается в упрощении конструкции заявленной системы. Для этого заявленное устройство содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476967
Дата охранного документа: 27.02.2013
10.04.2013
№216.012.340b

Теплоизолированная труба

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к теплоизоляции трубопроводов, и может быть использовано в системах теплоснабжения и горячего водоснабжения. Теплоизолированная труба (1) содержит слой полых микросфер (2), который при помощи оболочки (3) из термоусадочного материала...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478866
Дата охранного документа: 10.04.2013
27.04.2013
№216.012.3a7f

Устройство для защиты от коррозии и образования отложений на функциональных поверхностях трубопроводов и оборудования систем теплоснабжения

Изобретение относится к области защиты от коррозии и образования отложений на функциональных поверхностях трубопроводов систем теплоснабжения и водоснабжения. Устройство включает насосную станцию и блок эмульгирования поверхностно-активного вещества (ПАВ), при этом оно установлено на автомобиле...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480536
Дата охранного документа: 27.04.2013
27.05.2013
№216.012.45a8

Вторичный источник питания с отбором мощности от фазного провода линии электропередачи высокого напряжения промышленной частоты

Изобретение относится к области электротехники, в частности к вторичным источникам питания, а его использование позволяет обеспечивать устойчивый режим питания автономных автоматических измерительных устройств, размещенных под высоким потенциалом проводов высоких линий. Технический результат...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002483409
Дата охранного документа: 27.05.2013
20.06.2013
№216.012.4d41

Способ формирования защитного покрытия на поверхностях изделий из металлов и сплавов

Изобретение относится к трубопроводной транспортировке жидких сред. Способ заключается в формировании структурированной пленки посредством эмульсии молекул поверхностно-активных веществ (ПАВ), при этом в качестве ПАВ используют биологически и термически не разлагаемые соединения, химически...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485359
Дата охранного документа: 20.06.2013
20.06.2013
№216.012.4d42

Способ формирования молекулярного покрытия на поверхностях изделий из металлов и сплавов

Изобретение относится к трубопроводным системам, теплообменному оборудованию и позволяет улучшить гидродинамические и термодинамические характеристики поверхностей изделий из металлов и сплавов. Способ заключается в формировании на поверхностях структурированной пленки посредством создания...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485360
Дата охранного документа: 20.06.2013
20.06.2013
№216.012.4da6

Термопарный датчик

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано в системах контроля технологических процессов. Термопарный датчик содержит защитный корпус 1 с герметизированной внутренней полостью, в которой расположены проволочные термоэлектроды 2 и 3. В верхней части корпуса размещен...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485460
Дата охранного документа: 20.06.2013
+ добавить свой РИД