Способ работы двигателя стирлинга

Способ работы двигателя стирлинга

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано при создании двигателей с внешним яодводом тепла. Целью изобретения является повьшение экономичности двигателя путем улучшения согласования сдвига фаз движения поршней. При регулировании мощности силовых установок , использующих двигатели Стирлинга с гипоциклоидальнын механизмом привода и работающих на привод синхронных генераторов с катягщмся ротором , приводится в соответствие мощность двигателя с нагрузкой воздействия на синхронный генератор. Оно осуществляется электрическим фазосдвигающим устройством по сигналу датчика , измеряющего угол между результирующим вектором индукции магнитного потока в якоре синхронного генерато2 ра и направлением из центра статора на точку касания ротора. 3 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТ(НИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (И) 95 А1 (so 4 F. 02 и 1/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

COCVglAPCT8EHHblA КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3861929/25-06 (22) 22.02.85 (46) 15.11.86. Бюл. В 42 (72) В.И.Басов, А.С.Клепанда и А.В.Фомин (53) 621 .43 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1048150, кл. F 02 g 1/06, опублик.

1983. (54) СПОСОБ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ СТИРЛИНГА (57). Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано при создании двигателей с внешним подводом тепла. Целью изобретения является повышение экономичности двигателя путем улучшения согласования сдвига фаз движения поршней. При регулировании мощности силовых установок, использующих двигатели Стирлинга с гипоциклоидальным механизмом привода и работающих на привод синхронных генераторов с катящимся ротором, приводится в соответствие мощность двигателя с нагрузкой воздействия на синхронный генератор. Оно осуществляется электрическим фазосдвигающим устройством по сигналу датчика, измеряющего угол между результирующим вектором индукции магнитного потока в якоре синхронного генератора и направлением из центра статора на точку касания ротора. 3 ил.

1 3

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано при создании двигателей с внешним подводом тепла.

Цель изобретения — повышение экономичности двигателя путем улучшения согласования сдвига фаз движения поршней.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства двигателя Стирлинга для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 и 3 — схема используемого датчика.

Двигатель Стирлинга содержит по меньшей мере одну пару цилиндров 1 и 2, установленных на картере и сообщенных между собой газовой связью через теплообменные аппараты 3. Картер двигателя выполнен в виде двух раздельных герметичных блоков ч и 5.

В цилиндрах 1 и 2 двигателя размещены с возможностью перемещения вытес нительный 6 и рабочий 7 поршень, связанные через штоки 8 ".. сателяитными колесами 9 гипоциклоидальных механизмов привода„ размещенных в блоках ц и 5 картера. Сателлитные коласа 9 установлены на шатунньгх ейках кол=.пчатсго вала 10 хяят, ого из механизмоь привода на опорах качения и имеют возможность кат.:ться по направляющ м блоков ч и 5 картера. С сателлитными колесами соединены роторы синхронных генератора и электро-двигателя с катящимися роторами,кон-" структивно совмещенные с. гипоциклоидальными механизмами приводов.

Обмотка 12 возбуждения синхронного электродвигателя с катящимся ротором гипоциклоидального механизма привода вытеснительного поршня 6 под= ключается к источнику постоянного тока, а якорная обмотка 13 — к источнику переменного тока, которым является синхронный генератор с катящимся ротором, преобразующий механическую энергию рабочего поршня.

На электрических линиях, связывающих якорные обмотки генератора и дви ..гателяр установлен Регулятор 14 cpBR: га фаз, Датчик 15 для обеспечения высоких эксплуатационных характеристик (условий смазки, простоты обслуживания, взрывоопасности и т,п.J совместно ". синхронным генератором-датчиком с катящимся ротором 18„ соединенным с коленчатым валом 1IQ и являю щимся электрическим аналогом меньших. размеров синхронного генератора. Обмотки 12 и 13 синхронного генератора соединены соответствующими обмот5 ками 19 генератора-датчика.

В воздушном зазоре генератора-датчика вследствие пропорциональности кинематических соотношений приводов, соединения вала 10 генератора с валом 20 генератора-датчика, параллельного соединения обмоток и незначительной их индуктивности, создается магнитный поток, результирующий вектор которого вращается синхронно и синфазно с результирующим вектором магнитного потока в якоре синхронного генератора. В электромагнитной системе двухзубцового синхронного генератора-дат? чика 18 с катящимся ротором, состоящей из статора с двумя зубцами полюсами и цилиндрического ферромагнитного ротора без обмотки, на центр масс ротора действуют электромагнитная g (4), центробежная силы и сила веса ротора.

Вектор электромагнитной силы (6 обуславливает одностороннее притяжение ротора к статору, совпадает по

ЭС направлению с результирующим вектором В индукции магнитного потока в якоре и вращается с угловой скоростью

<д, а центральный угол 8 между вектором В и вектором, направленным из центра статора (точки 0„1 и точку касания 1точку k), прямо пропорционален углу нагрузки. Поскольку направление отрезка О„ в любой момент времени совпадает с направлени46. ем отрезка 0„0, т.е. прямой, проходящей через ось вращения кривошипа

20 и ротора 21, то датчик 15 должен быть зафиксирован относительно оси ,кривошипа 20 и сориентирован в соот 45 ветствии с направлением отрезка 0 0., как показано на фиг.2. Поскольку са- . теллитные колеса 21 генератора-датчика обкатывают ротор по направляющим герметичного корпуса без проскальзы$9 вания, то по изменению величины yrла 8 можно осуществлять регулирование мощности силовой установки.

Принцип действия магнитодиодного датчика 15 зснован на весьма высокой чувствительности магнитодиодного эффекта к взаимной ориентации вектора тока 7 через магнитодиод и вектора индукции магнитного потока В.

1270395

Датчик 15 имеет 4 магнитодиода, размещенных в виде моста постоянного тока и сориентированных таким образом, что при совпадении направления результирующего вектора индукции магнитного потока В с направлением отрезка 0„0, разность падений напряжений в точках 3 и 4 равна нулю и соответствует схеме нуль-индикатора.

Входное постоянное напряжение прикладывается к точкам 1 и 2. Датчик 15 закреплен на диске из магнитомягкого материала, который зафиксирован на кривошипе 20 и вращается вместе с ним. Сателлитное колесо 21 крепится консольно на кривошипе 20 при помощи подшипника.

Возможность регулирования мощности двигателя Стирлинга с помощью изменения угла сдвига фаз еС движения поршней показана на графике, изображенном на фиг. 3 и отражающем влияние ос на мощность И;, отнесенную к произведению максимального давления цикла на рабочий объем двигателя.

Регулирование мощности двигателя

Стирлинга при изменении нагрузки на синхронный генератор осуществляется по сигналу изменения угла г, кото- ЗО рый вырабатывается датчиком 15 в форме постоянного электрического тока, который передается через скользящие контакты 16, сравнивается с эталонным значением в преобразователем 17, в качестве которого, например, можно использовать магнитный усилитель, и подается на регулятор 14 сдвига фаз.

Предлагаемый способ позволяет по- 4g высить экономичность силовой установки путем улучшения согласования фаз движения поршней за счет уменьшения динамической ошибки регулирования и времени переходного процесса при выработке управляющего воздействия по прямому измерению всего одной электромагнитной величины, характеризующей мгновенно изменение нагрузки на генератор и не зависящей от голярного момента инерции системы двигатель — генератор.

Формула и з обретения

Способ работы двигателя Стирлинга путем передачи мощности рабочего поршня через гипоциклоидальный механизм привода на встроенный синхронный генератор с катящимся ротором, передачи энергии генератора частично потребителю и частично синхронному электродвигателю с катящимся ротором, использования работы последнего поршня-вытеснителя, регулирование сдвига фаз двкзкения поршней и при помощи воздействия на фазосдвигающее устройство, установленное в цепи питания электродвигателя, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения экономичности путем улучшения согласования сдвига фаз движения поршней, регулирование осуществляют путем определения результирующего вектора индукции магнитного потока в якоре синхронного генератора, фиксирования точки касания, катящегося с гипоциклоидальным механизмом, определения угла отклонения вектора индукции от прямой, соединяющей центр статора и точку касания ротора, сравнения измеренного угла с эталоном и передачи полученной разности на фазосдвигающее устройство для воздействия на цепь питания и обеспечения сдвига фаэ движения поршней, 1270395

1270395

ЯЯ

Рмтк 1В

gg 4 ger

Составитель И.Дикопов

Техред Л.Сердюкова

Корректор С.Черни

Редактор Е.Копча

Заказ 6217/32 Тираж 523 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r,Óæãoðoä, ул.Проектная, 4