RU2539695C1 - Method of movement synchronisation of pistons of double-cylinder free piston with pistion opposite movement power module connected with pistons of gas compressor - Google Patents

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: method includes control system, cylinders with compressor and power module pistons, gas distribution valves and external combustion chamber, according to invention the control system monitors the instantaneous speeds of the compressor and power module pistons in both compressor cylinders, determines time of closing and duration of the closed position of the appropriate gas distribution valves, and, if during pistons oscillation the speed of the compressor and power module pistons in one cylinder is below the speed of the compressor and power module pistons in the another cylinder the control system closes the gas distribution valve of the cylinder in which speed of the compressor and power module pistons is below the speed of the compressor and power module pistons in the another cylinder; as result supply of the combustion products from the external combustion chamber is terminated, and speed of the compressor and power module pistons in the cylinder with closed gas distribution valve decreases, then at time moment when speed of the compressor and power module pistons in the cylinder with closed gas distribution valve achieves value ensuring simultaneous arrival of the compressor and power module pistons to the endpoint in both compressor cylinders, the control system re-opens the closed gas distribution valve.

EFFECT: invention ensures synchronisation of pistons movement of the free piston with opposite pistons movement of the power module connected with gas compressor.

1 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Изобретение относится к области энергомашиностроения.The invention relates to the field of power engineering.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

Ближайший прототип заявленного изобретения - патент №2441993 «Способ синхронизации движения поршней спаренного двухцилиндрового свободнопоршневого энергомодуля».The closest prototype of the claimed invention is patent No. 2441993 "Method for synchronizing the movement of pistons of a twin twin-cylinder free-piston power module."

Реферат патента №2441993: Изобретение относится к области энергомашиностроения. В способе синхронизации движения поршней спаренного двухцилиндрового свободнопоршневого энергомодуля, включающего систему управления и два единичных однотактных свободнопоршневых энергомодуля с оппозитным движением поршней, система управления спаренного энергомодуля отслеживает значение скоростей поршней единичных энергомодулей и, если скорости их поршней не равны, система управления переводит газораспределительный клапан единичного энергомодуля, скорость поршней которого больше скорости поршней другого единичного энергомодуля, в противоположное положение, в результате этот единичный энергомодуль прекращает преобразовывать энергию расширяющихся продуктов сгорания в механическую энергию движения поршней на время, обеспечивающее одновременность прибытия поршней обоих единичных энергомодулей в точки схождения или расхождения, после чего система управления переводит газораспределительный клапан в исходное положение. Изобретение обеспечивает нейтрализацию вибрации поршней и их синхронное движение в противофазе.Abstract of the patent No. 2441993: The invention relates to the field of power engineering. In a method for synchronizing the movement of pistons of a twin two-cylinder free-piston energy module, including a control system and two single-cycle free-piston energy modules with opposed piston movement, the control system of a paired energy module monitors the speeds of the pistons of single energy modules and, if their pistons are not equal in speed, the valve control system transfers whose piston speed is greater than the piston speed of another unit energy mode la, to the opposite position, as a result of the unit power module stops converting the energy of expanding combustion products in the mechanical energy of piston motion at the time of arrival provides both pistons both single power module in terms of convergence or divergence, whereupon the control system takes the gas control valve to its original position. The invention provides neutralization of vibration of the pistons and their synchronous movement in antiphase.

ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯOBJECT OF THE INVENTION

Цель заявленного изобретения - обеспечить синхронизацию движения поршней свободнопоршневого с оппозитным движением поршней энергомодуля, соединенных с поршнями компрессора сжатия газов.The purpose of the claimed invention is to provide synchronization of the movement of the free piston pistons with the opposed movement of the pistons of the energy module connected to the pistons of the gas compression compressor.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Компрессор действует следующим образом (см. чертеж). Система управления (система управления не показана) компрессором подает во внешнюю камеру сгорания 1 топливо форсункой 2 и воспламеняет свечой зажигания 3. Продукты сгорания из камеры сгорания 1 по трубопроводу 4 через впускной клапан 5 поступают в правую (по фигуре) полость поршня 6, а через впускной клапан 7 в левую полость поршня 8, и под действием поступающих продуктов сгорания поршни начинают расходиться. Так как площадь правой поверхности поршня 6 больше площади его левой поверхности на разность площадей поперечного сечения штоков 9 и 10, то давление сжимаемого в левой полости поршня 6 воздуха будет больше, чем давление продуктов сгорания в его правой полости. Поэтому воздух из левой полости поршня 6 через обратный клапан 11 по трубопроводу 12 подается во внешнюю камеру сгорания 1. Туда же форсункой 2 впрыскивается очередная доза топлива. Одновременно через обратный клапан 13 из атмосферы засасывается воздух в правую полость поршня 14, а из его левой полости через выпускной клапан 15 воздух (в дальнейшем отработавшие продукты сгорания) выбрасываются в атмосферу. Аналогично по тем же причинам при движении поршня 8 сжимаемый в его правой полости воздух через обратный клапан 16 по трубопроводу 12 подается во внешнюю камеру сгорания 1. Через обратный клапан 17 из атмосферы засасывается воздух в левую полость поршня 18, а из его правой полости через выпускной клапан 19 воздух (в дальнейшем отработавшие продукты сгорания) выбрасываются в атмосферу. После достижения поршнями точек крайнего расхождения система управления переводит впускные клапаны 5, 7, 20, 21 и выпускные клапаны 15, 19, 22, 23 в противоположные положения. Теперь продукты сгорания из внешней камеры сгорания 1 по трубопроводу 4 через впускной клапан 20 поступают в левую полость поршня 14 и через впускной клапан 21 в правую полость поршня 18, и поршни начинают сходиться. Через обратные клапаны 24 и 25 сжимаемый в правой полости поршня 14 и в левой полости поршня 18 воздух по трубопроводу 12 поступает во внешнюю камеру сгорания 1. Туда же форсункой 2 впрыскивается очередная доза топлива. Через обратные клапаны 26 и 27 из атмосферы засасывается воздух в левую полость поршня 6 и правую полость поршня 8. Из правой полости поршня 6 через выпускной клапан 22 и из левой полости поршня 8 через выпускной клапан 23 воздух (в дальнейшем отработавшие продукты сгорания) выбрасывается в атмосферу. Одновременно в цилиндрах компрессора происходит сжатие различных газов - основная функция компрессора. При расхождении поршней компрессора 28, 34 сжимаемый в левой полости поршня 28 газ через выпускной клапан 29 по трубопроводу 30 поступает в радиатор 31, где охлаждается, и затем оттуда в ресивер 32, а через обратный клапан 33 газ от источника сжимаемого газа засасывается в его правую полость. Соответственно сжимаемый в правой полости поршня 34 газ через выпускной клапан 35 также по трубопроводу 30 поступает в радиатор 31, где охлаждается, и затем оттуда в ресивер 32, а через обратный клапан 36 газ от источника сжимаемого газа засасывается в его левую полость. По достижении поршнями крайних точек расхождения система управления переводит выпускные клапаны 29, 35, 37, 38 в противоположные положения. Теперь сжимаемый в правой полости поршня 28 газ через выпускной клапан 37 по трубопроводу 30 поступает в радиатор 31, где охлаждается, и затем оттуда в ресивер 32, а через обратный клапан 39 газ от источника сжимаемого газа засасывается в его левую полость. Сжимаемый в левой полости поршня 34 газ через выпускной клапан 38 по трубопроводу 30 также поступает в радиатор 31, где охлаждается, и затем оттуда в ресивер 32, а чрез обратный клапан 40 газ от источника сжимаемого газа засасывается в его правую полость. Сжатый таким образом в компрессоре газ из ресивера 32 по трубопроводу 41 подается потребителю.The compressor operates as follows (see drawing). The control system (control system not shown) by the compressor delivers fuel to the external combustion chamber 1 by the nozzle 2 and ignites the spark plug 3. The combustion products from the combustion chamber 1 through the pipe 4 through the inlet valve 5 enter the right (in the figure) piston cavity 6, and through the inlet valve 7 into the left cavity of the piston 8, and under the action of incoming combustion products, the pistons begin to diverge. Since the area of the right surface of the piston 6 is greater than the area of its left surface by the difference in the cross-sectional area of the rods 9 and 10, the pressure of the air compressed in the left cavity of the piston 6 will be greater than the pressure of the combustion products in its right cavity. Therefore, air from the left cavity of the piston 6 through the non-return valve 11 through a pipe 12 is supplied to the external combustion chamber 1. The next dose of fuel is injected there by the nozzle 2. At the same time, air is drawn into the right cavity of the piston 14 from the atmosphere through a non-return valve 13, and air (hereinafter exhausted combustion products) is released into the atmosphere from its left cavity through an exhaust valve 15. Similarly, for the same reasons, when the piston 8 moves, the air compressed in its right-hand cavity through the check valve 16 is piped 12 to the external combustion chamber 1. Through the check valve 17, air is sucked into the left-hand cavity of the piston 18 from the atmosphere, and from the right-hand cavity through the exhaust valve 19 air (hereinafter exhaust combustion products) are released into the atmosphere. After the pistons reach the extreme divergence points, the control system translates the intake valves 5, 7, 20, 21 and exhaust valves 15, 19, 22, 23 into opposite positions. Now, the combustion products from the external combustion chamber 1 through the pipe 4 through the inlet valve 20 enter the left cavity of the piston 14 and through the inlet valve 21 into the right cavity of the piston 18, and the pistons begin to converge. Through the check valves 24 and 25, the air compressed in the right-hand cavity of the piston 14 and in the left-hand cavity of the piston 18 passes through a pipe 12 to the external combustion chamber 1. The next dose of fuel is injected there by the nozzle 2. Through the check valves 26 and 27, air is drawn in from the atmosphere into the left piston cavity 6 and the right piston cavity 8. From the right piston cavity 6 through the exhaust valve 22 and from the left piston cavity 8 through the exhaust valve 23, air (hereinafter exhausted combustion products) is discharged into the atmosphere. At the same time, various gases are compressed in the compressor cylinders - the main function of the compressor. When the pistons of the compressor 28, 34 diverge, the gas compressed in the left cavity of the piston 28 through the exhaust valve 29 through a pipe 30 enters the radiator 31, where it is cooled, and then from there to the receiver 32, and through the check valve 33 the gas from the source of compressible gas is sucked into its right cavity. Accordingly, the gas compressed in the right cavity of the piston 34 through the exhaust valve 35 also passes through the pipe 30 to the radiator 31, where it is cooled, and then from there to the receiver 32, and through the check valve 36, the gas from the source of the compressed gas is sucked into its left cavity. When the pistons reach the extreme points of divergence, the control system transfers the exhaust valves 29, 35, 37, 38 to opposite positions. Now, the gas compressed in the right cavity of the piston 28 through the exhaust valve 37 through a pipe 30 enters the radiator 31, where it is cooled, and then from there to the receiver 32, and through the check valve 39, the gas from the source of compressible gas is sucked into its left cavity. The gas compressed in the left cavity of the piston 34 through the exhaust valve 38 also passes through the pipe 30 to the radiator 31, where it is cooled, and then from there to the receiver 32, and through the check valve 40, the gas from the source of compressible gas is sucked into its right cavity. Thus compressed in the compressor gas from the receiver 32 through the pipe 41 is supplied to the consumer.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Способ синхронизации движения поршней двухцилиндрового свободнопоршневого с оппозитным движением поршней энергомодуля, соединенных с поршнями компрессора сжатия газов, включающего систему управления, цилиндры с поршнями компрессора и энергомодуля, газораспределительные клапаны и внешнюю камеру сгорания, отличающийся тем, что система управления отслеживает мгновенные величины скоростей поршней компрессора и энергомодуля в обоих цилиндрах компрессора, определяет момент закрытия и продолжительность закрытого положения соответствующих газораспределительных клапанов, и, если при колебательном движении поршней скорость поршней компрессора и энергомодуля в одном цилиндре меньше, чем скорость поршней компрессора и энергомодуля в другом цилиндре, система управления закрывает газораспределительный клапан того цилиндра, скорость поршней компрессора и энергомодуля в котором меньше скорости движения поршней компрессора и энергомодуля в другом цилиндре, в результате чего поступление продуктов сгорания из внешней камеры сгорания прерывается и скорость движения поршней компрессора и энергомодуля в цилиндре с закрытым газораспределительным клапаном уменьшается, после чего в момент времени, когда скорость поршней компрессора и энергомодуля в цилиндре с закрытым газораспределительным клапаном достигнет значения, обеспечивающего одновременность прибытия поршней компрессора и энергомодуля в крайние точки в обоих цилиндрах компрессора, система управления вновь открывает закрытый газораспределительный клапан.A method for synchronizing the movement of two-piston free-piston pistons with the opposite movement of the pistons of an energy module connected to the pistons of a gas compression compressor including a control system, cylinders with compressor pistons and an energy module, gas distribution valves and an external combustion chamber, characterized in that the control system monitors instantaneous values of compressor piston speeds and energy module in both compressor cylinders, determines the closing time and the duration of the closed position, respectively gas distribution valves, and if, during the oscillatory movement of the pistons, the speed of the compressor pistons and the energy module in one cylinder is lower than the speed of the compressor pistons and the energy module in the other cylinder, the control system closes the gas distribution valve of that cylinder, the speed of the compressor and energy modules in which is lower than the piston speed compressor and power module in another cylinder, as a result of which the flow of combustion products from the external combustion chamber is interrupted and the piston speed the compressor and the energy module in the cylinder with the gas distribution valve closed, then at the moment when the speed of the compressor pistons and the energy module in the cylinder with the gas valve closed reaches a value that ensures the simultaneous arrival of the compressor pistons and the energy module at the extreme points in both compressor cylinders, the control system reopens a closed gas distribution valve.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯTECHNICAL APPLICABILITY OF THE INVENTION

Затраты на НИОКР и производство заявленного изобретения не могут значительно отличаться от таковых при проектировании и отработке классических компрессоров.The costs of R&D and production of the claimed invention cannot differ significantly from those in the design and development of classical compressors.

ГРАФИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛGRAPHIC MATERIAL

На чертеже изображена принципиальная схема свободнопоршневого с оппозитным движением поршней энергомодуля, соединенных с поршнями компрессора сжатия газов.The drawing shows a schematic diagram of a free-piston with the opposite movement of the pistons of the energy module connected to the pistons of a gas compression compressor.

1 - внешняя камера сгорания; 2 - форсунка; 3 - свеча зажигания; 4, 12, 30, 41 - трубопровод; 5, 7, 20, 21 - впускной клапан; 6, 8, 14, 18, 28, 34 - поршень; 9, 10 - шток; 11, 13, 16, 17, 24, 25, 26, 27, 33, 36, 39, 40 - обратный клапан; 15, 19, 22, 23, 29, 35, 37, 38 - выпускной клапан; 31 - радиатор; 32 - ресивер.1 - external combustion chamber; 2 - nozzle; 3 - spark plug; 4, 12, 30, 41 - pipeline; 5, 7, 20, 21 - inlet valve; 6, 8, 14, 18, 28, 34 — piston; 9, 10 - stock; 11, 13, 16, 17, 24, 25, 26, 27, 33, 36, 39, 40 - non-return valve; 15, 19, 22, 23, 29, 35, 37, 38 - exhaust valve; 31 - a radiator; 32 - receiver.

Claims (1)

Способ синхронизации движения поршней двухцилиндрового свободнопоршневого с оппозитным движением поршней энергомодуля, соединенных с поршнями компрессора сжатия газов, включающего систему управления, цилиндры с поршнями компрессора и энергомодуля, газораспределительные клапаны и внешнюю камеру сгорания, отличающийся тем, что система управления отслеживает мгновенные величины скоростей поршней компрессора и энергомодуля в обоих цилиндрах компрессора, определяет момент закрытия и продолжительность закрытого положения соответствующих газораспределительных клапанов, и, если при колебательном движении поршней скорость поршней компрессора и энергомодуля в одном цилиндре меньше, чем скорость поршней компрессора и энергомодуля в другом цилиндре, система управления закрывает газораспределительный клапан того цилиндра, скорость поршней компрессора и энергомодуля в котором меньше скорости движения поршней компрессора и энергомодуля в другом цилиндре, в результате чего поступление продуктов сгорания из внешней камеры сгорания прерывается и скорость движения поршней компрессора и энергомодуля в цилиндре с закрытым газораспределительным клапаном уменьшается, после чего в момент времени, когда скорость поршней компрессора и энергомодуля в цилиндре с закрытым газораспределительным клапаном достигнет значения, обеспечивающего одновременность прибытия поршней компрессора и энергомодуля в крайние точки в обоих цилиндрах компрессора, система управления вновь открывает закрытый газораспределительный клапан. A method for synchronizing the movement of two-piston free-piston pistons with the opposite movement of the pistons of an energy module connected to the pistons of a gas compression compressor including a control system, cylinders with compressor pistons and an energy module, gas distribution valves and an external combustion chamber, characterized in that the control system monitors instantaneous values of compressor piston speeds and energy module in both compressor cylinders, determines the closing time and the duration of the closed position, respectively gas distribution valves, and if, during the oscillatory movement of the pistons, the speed of the compressor pistons and the energy module in one cylinder is lower than the speed of the compressor pistons and the energy module in the other cylinder, the control system closes the gas distribution valve of that cylinder, the speed of the compressor and energy modules in which is lower than the piston speed compressor and power module in another cylinder, as a result of which the flow of combustion products from the external combustion chamber is interrupted and the piston speed the compressor and the energy module in the cylinder with the gas distribution valve closed, then at the moment when the speed of the compressor pistons and the energy module in the cylinder with the gas valve closed reaches a value that ensures the simultaneous arrival of the compressor pistons and the energy module at the extreme points in both compressor cylinders, the control system reopens a closed gas distribution valve.