RU2617027C1 - Method of management of piston temperature and of free-piston rod with external chamber of combustion of energomodular by radiator shunting - Google Patents

Abstract

FIELD: machine engineering.

SUBSTANCE: temperature control method of pistons and rods with external combustion chamber free-piston radiator bypass power module as follows. When the coolant flows through the radiator, the heat of the coolant is radiated into the environment, the temperature of the coolant, pistons and rods of the power module becomes less than optimal. The control system needs a bypass valve in an open position, and the coolant is circulated bypassing the radiator. As a result, the temperature of the pistons and rods of the power module becomes larger, and at the time when the temperature of the coolant, pistons and rods exceeds the optimum value, the control system will again move the shunt valve to the closed position. Thus, the temperature of the pistons and rods of the power module is maintained in the optimum range.

EFFECT: control of the temperature of the pistons and rods of a free-piston power module with an external combustion chamber by shunting the radiator.

3 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

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

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

Ближайший аналог заявленного изобретения патент РФ 2427718 «Способ охлаждения поршней двухцилиндрового однотактного свободнопоршневого энергомодуля с общей внешней камерой сгорания и линейным электрогенератором с оппозитным движением якорей».The closest analogue of the claimed invention is RF patent 2427718 "Method for cooling pistons of a two-cylinder single-stroke free-piston power module with a common external combustion chamber and a linear electric generator with opposed movement of the anchors."

Продукты сгорания из камеры сгорания 1 (фиг. 1) по трубопроводу 2 через клапан 3 поступают в правую (по фигуре) полость поршня 4 левой расширительной машины 5, а по трубопроводу 6 и клапан 7 - в левую полость поршня 8 правой расширительной машины 9. Под действием расширяющихся продуктов сгорания поршни расширительных машин 4 и 8 и соединенные с ними якоря линейных электрогенераторов 10 и 11 начинают встречное движение. Якоря 10 и 11 могут представлять собой постоянные магниты, либо электромагниты, намагничиваемые катушкой подмагничивания 12 при протекании по ее виткам тока подмагничивания. В обоих случаях магнитный поток замыкается по контуру - якорь 11, статорный магнит 13, якорь 10, якорь 11. При расхождении якорей 10 и 11 пересекаются магнитные линии их магнитных полей, в результате чего в статорном магните 13 и якорях 10 и 11 изменяется магнитный поток и, как следствие, в статорной катушке 14 генерируется импульс электроэнергии. При достижении поршнями и якорями точек крайнего расхождения система управления (на фигуре не показана) переводит клапаны 3, 7, 15, 16 в противоположные положения. Теперь продукты сгорания из камеры сгорания 1 по трубопроводу 2 и через клапан 15 поступают в левую полость поршня 17, а по трубопроводу 6 и через клапан 16 - в правую полость поршня 18. Поршни расширительных машин и соединенные с ними якоря электрогенераторов начинают сходиться. В статорной катушке 14 генерируется импульс противоположного знака. Отработавшие газы при расхождении поршней 17, 18 выбрасываются в атмосферу через клапаны 15 и 16, а при схождении - через клапаны 3 и 7. Одновременно при рабочих тактах расширительных машин 5, 9 для обеспечения процесса горения топлива в камере сгорания 1 через обратные клапаны 19, 20, 21, 22 из соответствующих полостей поршней расширительных машин 5, 9 по трубопроводам 23, 24 подается воздух, а через обратные клапаны 25, 26, 27, 28 в те же полости из атмосферы засасывается воздух.The combustion products from the combustion chamber 1 (Fig. 1) through the pipeline 2 through the valve 3 enter the right (according to the figure) piston cavity 4 of the left expansion machine 5, and through the pipe 6 and valve 7 into the left cavity of the piston 8 of the right expansion machine 9. Under the influence of expanding combustion products, the pistons of the expansion machines 4 and 8 and the anchors of the linear electric generators 10 and 11 connected to them begin to move in the opposite direction. The anchors 10 and 11 can be permanent magnets, or electromagnets magnetized by a magnetizing coil 12 when a magnetizing current flows through its turns. In both cases, the magnetic flux is closed along the contour - the armature 11, the stator magnet 13, the armature 10, the armature 11. When the armature 10 and 11 diverge, the magnetic lines of their magnetic fields intersect, as a result of which the magnetic flux changes in the stator magnet 13 and the armature 10 and 11 and, as a result, a pulse of electricity is generated in the stator coil 14. When the pistons and anchors reach the points of extreme divergence, the control system (not shown in the figure) transfers the valves 3, 7, 15, 16 to opposite positions. Now, the combustion products from the combustion chamber 1 through the pipeline 2 and through the valve 15 enter the left cavity of the piston 17, and through the pipe 6 and through the valve 16 into the right cavity of the piston 18. The pistons of the expansion machines and the anchors of the electric generators connected to them begin to converge. An opposite sign pulse is generated in the stator coil 14. The exhaust gases at the divergence of the pistons 17, 18 are released into the atmosphere through the valves 15 and 16, and at the convergence - through the valves 3 and 7. At the same time during the working cycles of the expansion machines 5, 9 to ensure the combustion process of the fuel in the combustion chamber 1 through the check valves 19, 20, 21, 22 from the corresponding piston cavities of expansion machines 5, 9, air is supplied through pipelines 23, 24, and air is sucked into the same cavities from the atmosphere through check valves 25, 26, 27, 28.

При работе энергомодуля поршни и штоки испытывают значительные термические нагрузки. Их охлаждение осуществляется следующим образом. На фиг. 2 показана левая расширительная машина энергомодуля. При поступлении продуктов сгорания из камеры сгорания 1 через клапан 3 в правую полость поршня 4 поршни 4, 5 начинают движение справа налево. Так как объем, заключенный в полости между внутренней поверхностью штока 29 и внешней поверхностью трубы 30, уменьшается, охлаждающий агент (далее - хладагент), занимающий этот объем и отбирающий тепло от их поверхностей, по внутреннему каналу трубы 30 через обратный клапан 31 и радиатор 32, где он охлаждается, поступает в гидроаккумулятор 33. По достижению поршнями левого крайнего положения система управления переводит клапаны 3 и 15 в противоположные положения. Поршни движутся слева направо. Жидкость из гидроаккумулятора 33 через обратный клапан 34 поступает в полость между штоком 29 и трубой 30. Рельеф внутренней поверхности штока и поршней повторяет рельеф их внешней поверхности. Внутри каждого поршня имеется перегородка 35 с окном 36. При движении хладагента в полости между штоком 29 и трубой 30 хладагент перетекает с одной стороны перегородки в другую через окно в перегородке 36, более эффективно отнимая тепло от поверхности поршней. При достижении поршнями крайнего правого положения система управления снова переводит газораспределительные клапаны 3 и 15 в противоположные положения и цикл перекачки и охлаждения штока и поршней повторяется.During operation of the power module, pistons and rods experience significant thermal stresses. Their cooling is carried out as follows. In FIG. 2 shows the left expansion machine of the energy module. Upon receipt of the combustion products from the combustion chamber 1 through the valve 3 into the right piston cavity 4, the pistons 4, 5 begin to move from right to left. Since the volume enclosed in the cavity between the inner surface of the rod 29 and the outer surface of the pipe 30 is reduced, a cooling agent (hereinafter referred to as the refrigerant) occupying this volume and taking heat from their surfaces along the internal channel of the pipe 30 through the check valve 31 and the radiator 32 , where it is cooled, enters the accumulator 33. Upon reaching the pistons to the left extreme position, the control system puts the valves 3 and 15 in opposite positions. Pistons move from left to right. The fluid from the accumulator 33 through the check valve 34 enters the cavity between the rod 29 and the pipe 30. The relief of the inner surface of the rod and pistons repeats the relief of their outer surface. Inside each piston there is a baffle 35 with a window 36. When the refrigerant moves in the cavity between the rod 29 and the pipe 30, the refrigerant flows from one side of the baffle to the other through the window in the baffle 36, more effectively removing heat from the surface of the pistons. When the pistons reach the extreme right position, the control system again moves the gas distribution valves 3 and 15 to opposite positions and the cycle of pumping and cooling of the rod and pistons is repeated.

ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯOBJECT OF THE INVENTION

Цель изобретения - обеспечить управление температурой поршней и штоков свободнопоршневого энергомодуля с внешней камерой сгорания шунтированием радиатора.The purpose of the invention is to provide temperature control of the pistons and rods of the free piston power module with an external combustion chamber by shunting the radiator.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

На фиг. 3 показан фрагмент свободнопоршневого энергомодуля, отделенный от схемы энергомодуля линией обрыва. Управление температурой поршней и штоков свободнопоршневого энергомодуля с внешней камерой сгорания шунтированием радиатора осуществляется следующим образом. При движении хладагента (охлаждающей жидкости) ее тепло через радиатор 32 излучается в окружающую среду. Если температура поршней и штоков энергомодуля становится ниже оптимальной, система управления переводит шунтирующий клапан 37 в открытое (по рисунку - нижнее) положение, и охлаждающая жидкость циркулирует в обход радиатора, температура поршней и штоков энергомодуля повышается. В момент времени, когда их температура превысит оптимальную величину, система управления снова переведет шунтирующий клапан 37 в закрытое положение. Таким образом, температура поршней и штоков энергомодуля поддерживается в оптимальном диапазоне.In FIG. 3 shows a fragment of a free-piston power module, separated from the power module circuit by a break line. The temperature control of the pistons and rods of the free-piston power module with an external combustion chamber by shunting the radiator is as follows. When the movement of the refrigerant (coolant), its heat through the radiator 32 is radiated into the environment. If the temperature of the pistons and rods of the energy module becomes lower than optimal, the control system puts the shunt valve 37 into the open (lower figure) position, and the coolant circulates bypassing the radiator, the temperature of the pistons and rods of the energy module rises. At the point in time when their temperature exceeds the optimum value, the control system will again transfer the shunt valve 37 to the closed position. Thus, the temperature of the pistons and rods of the power module is maintained in the optimal range.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Способ управления температурой поршней и штоков свободнопоршневого с внешней камерой сгорания энергомодуля шунтированием радиатора, содержащий систему управления энергомодуля, содержащего радиатор, систему управления, поршни и штоки энергомодуля и шунтирующий клапан, отличающийся тем, что при движении охлаждающей жидкости через радиатор тепло охлаждающей жидкости излучается в окружающую среду, температура охлаждающей жидкости, поршней и штоков энергомодуля становится меньше оптимальной, система управления переводит шунтирующий клапан в открытое положение, и охлаждающая жидкость циркулирует в обход радиатора, в результате чего температура поршней и штоков энергомодуля становится больше, и в момент времени, когда температура охлаждающей жидкости, поршней и штоков превысит оптимальную величину, система управления снова переведет шунтирующий клапан в закрытое положение.A method for controlling the temperature of pistons and piston rods with an external combustion chamber of an energy module bypassing a radiator, comprising a control system for an energy module comprising a radiator, a control system, pistons and rods of an energy module and a shunt valve, characterized in that when the coolant moves through the radiator, the heat of the coolant is radiated to the surrounding medium, the temperature of the coolant, pistons and rods of the energy module becomes less than optimal, the control system transfers the shunt to the valve is in the open position, and the coolant circulates bypassing the radiator, as a result of which the temperature of the pistons and rods of the energy module becomes higher, and at the time when the temperature of the coolant, pistons and rods exceeds the optimum value, the control system will again transfer the shunt valve to the closed position .

ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯTECHNICAL APPLICABILITY OF THE INVENTION

Требования к материалам и технологиям заявленного изобретения не выходят за рамки современных возможностей.The requirements for materials and technologies of the claimed invention do not go beyond the scope of modern capabilities.

ГРАФИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛGRAPHIC MATERIAL

Фигура 1. Принципиальная схема двухцилиндрового однотактного свободнопоршневого энергомодуля с общей внешней камерой сгорания и линейным электрогенератором с оппозитным движением якорей:Figure 1. Schematic diagram of a two-cylinder single-stroke free-piston power module with a common external combustion chamber and a linear electric generator with opposed movement of the anchors:

1 - камера сгорания, 2, 6, 23, 24 - трубопроводы, 3, 7, 15, 16 - газораспределительные клапаны, 4, 8, 17, 18 - поршни расширительной машины, 5, 9 - расширительная машина, 10, 11 - якоря, 12 - катушка подмагничивания якоря, 13 - статорный магнит, 14 - статорная катушка, 19, 20, 21, 22, 25, 26, 27, 28 - обратные клапаны.1 - combustion chamber, 2, 6, 23, 24 - pipelines, 3, 7, 15, 16 - gas distribution valves, 4, 8, 17, 18 - pistons of the expansion machine, 5, 9 - expansion machine, 10, 11 - anchors 12 - magnetization coil of the armature, 13 - stator magnet, 14 - stator coil, 19, 20, 21, 22, 25, 26, 27, 28 - non-return valves.

Фигура 2. Принципиальная схема двухцилиндрового однотактного свободнопоршневого энергомодуля с общей внешней камерой сгорания, линейным электрогенератором с оппозитным движением якорей и устройством охлаждения поршней расширительных машин:Figure 2. Schematic diagram of a two-cylinder single-stroke free-piston power module with a common external combustion chamber, a linear electric generator with opposed movement of the anchors and a device for cooling the pistons of expansion machines:

1 - камера сгорания, 3, 15 - газораспределительные клапаны, 4, 5 - поршни расширительной машины, 29 - шток, 30 - труба с каналом, 31, 34 - обратные клапаны, 32 - радиатор, 33 - пневмоаккумулятор, 35 - перегородка в поршне, 36 - окно в перегородке поршня.1 - combustion chamber, 3, 15 - gas distribution valves, 4, 5 - expansion machine pistons, 29 - rod, 30 - pipe with channel, 31, 34 - non-return valves, 32 - radiator, 33 - pneumatic accumulator, 35 - baffle in the piston , 36 - window in the piston baffle.

Фигура 3. Принципиальная схема фрагмента энергомодуля:Figure 3. Schematic diagram of a fragment of the energy module:

32 - радиатор; 37 - шунтирующий клапан.32 - radiator; 37 - shunt valve.

Claims (1)

Способ управления температурой поршней и штоков свободнопоршневого с внешней камерой сгорания энергомодуля шунтированием радиатора, содержащий систему управления энергомодуля, содержащего радиатор, систему управления, поршни и штоки энергомодуля и шунтирующий клапан, отличающийся тем, что при движении охлаждающей жидкости через радиатор тепло охлаждающей жидкости излучается в окружающую среду, температура охлаждающей жидкости, поршней и штоков энергомодуля становится меньше оптимальной, система управления переводит шунтирующий клапан в открытое положение, и охлаждающая жидкость циркулирует в обход радиатора, в результате чего температура поршней и штоков энергомодуля становится больше, и в момент времени, когда температура охлаждающей жидкости, поршней и штоков превысит оптимальную величину, система управления снова переведет шунтирующий клапан в закрытое положение.A method for controlling the temperature of pistons and piston rods with an external combustion chamber of an energy module bypassing a radiator, comprising a control system for an energy module comprising a radiator, a control system, pistons and rods of an energy module and a shunt valve, characterized in that when the coolant moves through the radiator, the heat of the coolant is radiated to the surrounding medium, the temperature of the coolant, pistons and rods of the energy module becomes less than optimal, the control system transfers the shunt to the valve is in the open position, and the coolant circulates bypassing the radiator, as a result of which the temperature of the pistons and rods of the energy module becomes higher, and at the time when the temperature of the coolant, pistons and rods exceeds the optimum value, the control system will again transfer the shunt valve to the closed position .

Images