Силовая установка

(19) (1 в Г 02 б 1/04 И НА с 1 пептачце - М ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ИСАНИЕ ИЗОБ(56) 1. Паркер М., Смит С. Разработкадвигателя Стирлинга для космической энергетической станции. - В сб.: Двигатели Стирлинга. Пер. с англ. под ред. В. М. Бродянского. М., Мир, 1975, с. 225.2. Бертинов А. И., Варлей В. В, Электрические машины с катяшимся ротором.М., Энергия, 1969, с, 200,3. РоЫег 1 Ч. Е. Яе 11-з 1 агйпд, 1 п 1 г 1 с 1 са 11 у соптгоПед Ы 1 г 1 1 пд епрпе, 111 п 1 п 1 егзос 1 е 1 уЕпегдч Сопчегз 1 оп Епрпеег)п. д Соп 1 егейсе,Яа 1 е 11 пе, 1976, р. 1511-1518,4. Воцдагд 1. Ъпрог 1 апсе де 1 а1 и 1 це дапз 1 ез васЬ 1 пез Ыг 11 пд Ке1974, ч. 21,2, р. 185 - 200.(54) (57) 1. СИЛОВАЯ УСТАНОВКА, содержащая электрогенератор и связанныйс ним двигатель Стирлинга, снабженныйпо меньшей мере одной парой цилиндров,установленных на картере и сообщенныхмежду собой газовой связью через теплообменные аппараты, и по меньшей мере одним вытеснительным и одним рабочим поршнями, размещенными в цилиндрах одной пары, смешенными по фазе и связанными через механизм привода с электрогенератором, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности, она снабжена дополнительным электродвигателем, картер двигателя выполнен в виде двух отдельных герметичных блоков, механизм привода выполнен в виде двух гипоциклоидальных механизмов, каждый из которых снабжен сателлитным колесом, размещенным в отдельном блоке и связан с одним из поршней, а дополнительный электродвигатель и генератор размешены каждый внутри одного из блоков и выполнены в виде синхронных электромашин с катящимся ротором, причем Ж каждый из последних совмещен с сателлитным колесом гипоциклоидального механизма, Ца якорная обмотка электродвигателя соединена с якорной обмоткой генератора через электрические линии со сдвигом фаз движения поршней каждой пары,2. Установка, отличающаяся тем, что ьва на электрических линиях, связывающих якор- юр ные обмотки электромашин, установлен регулятор сдвига фаз.Изобретение относится к устройствамдвигателей Стирлинга, работающих на привод электрогенераторов, и может использоваться в энергетических системах, работающих как автономно, так и параллельнос внешними источниками электроэнергии,Известны силовые установки, содержащие электрогенератор и связанный с нимдвигатель Стирлинга, снабженный по меньшей мере одной парой цилиндров, установленных на картере и сообщенных между 10собой газовой связью через теплообменныеаппараты, и по меньшей мере одним вытеснительным и одним рабочим поршнями, размещенными в цилиндрах одной пары, смещенными по фазе и связанными через ме 15ханизм привода с электрогенератором 1.В таких силовых установках в качествеприводного механизма использован ромбический механизм; которому присущи значительные сложность и механические потери.Известны также синхронные генераторы щои двигатели с катящимся ротором, основными достоинствами которых являются отсутствие скользящих контактов и высокие энергетические показатели 2.Известна конструкция двигателя Стирлинга с гипоциклоидальным механизмомпривода, имеющая два коленчатых вала,опирающихся на подшипники, закрепленныев стенке картера, на шатунной шейке каждого из которых при помощи подшипниковнасажено сателлитное зубчатое колесо,. вхо дящее в зацепление с зубчатым колесом,закрепленным в картере, Штоки поршня ивытеснителя крепятся вблизи венцов сателлитных колес. Возвратно-поступательноедвижение штока поршня преобразуется вовращательное движение сателлитного зубчатого колеса, которое преобразуется вовращательное движение коленчатого вала.Механизм привода вытеснителя преобразуетвращательное движение коленчатого валав гармоническое возвратно-поступательноедвижение штока вытеснителя, причем коленчатый вал поршня связан с коленчатым валом вытеснителя при помощи механизмаизменения сдвига фаз движения поршняи вытеснителя. Последний имеет два зубчатых колеса большого диаметра, насаженныхна коленчатые валы и два зубчатых колеса45меньшего диаметра, закрепленных на вращающемся ярме и входящих в зацеплениемежду собой и одним из зубчатых колесбольшего диаметра 3,Двигатель Стирлинга с гипоциклоидаль- БОным механизмом привода обладает повышенным индикаторным КПД цикла и механическим КПД, строго прямолинейным движением штоков, соединенных с поршнеми вытеснителем, что обеспечивает благоприятные условия для работы уплотнений.Данный двигатель обладает и простотойсистемы регулирования мощности и перевода двигателя в режим холодильной машины путем изменения величины сдвига фаз при помощи механизма изменения величины сдвига фаз гармонического движения поршня и вытеснителя 4.В то же время двигатель Стирлинга с гипоциклоидальным механизмом привода обладает всеми недостатками, присущими двигателям Стирлинга с ромбическим механизмом привода и связанными с необходимостью создания уплотнения рабочего тела по поверхности вращающегося вала и штока, проходящего через поршень, применением зубчатых колес высокого класса точности.Целью изобретения является повышение эффективности силовой установки.Поставленная цель достигается тем, что силовая установка, содержащая электро- генератор и связанный с ним двигатель Стирлинга, снабженный по меньшей мере одной парой цилиндров, установленных на картере и сообщенных между собой газовой связью через теплообменные аппараты, и по меньшей мере одним вытеснительным и одним рабочим поршнями, размещенными в цилиндрах одной пары, смещенными по фазе и связанными через механизм привода с электрогенератором, снабжена дополнительным электродвигателем, картер двигателя выполнен в виде двух отдельных герметичных блоков, механизм привода выполнен в виде двух гипоциклоидальных механизмов, каждый из которых снабжен сателлитным колесом, размещенным в отдельном блоке и связан с одним из поршней, а дополнительный электродвигатель и генератор размешены каждый внутри одного из блоков и выполнены в виде синхронных электромашин с катящимся ротором, причем каждый из последних совмещен с сателлитным колесом гипоциклоидального механизма, а якорная обмотка электродвигателя соединена с якорной обмоткой генератора через электрические линии со сдвигом фаз движения поршней каждой пары.На электрических линиях, связывающих якорные обмотки электромашин, установлен регулятор сдвига фаз.На чертеже представлена принципиальная схема силовой установки.Силовая установка содержит двигатель Стирлинга и синхронные генератор и электродвигатель с катящимися роторами.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 отдельных герметичных блоков 4 и 5. В цилиндрах 1 и 2 двигателя размещены с возможностью перемещения вытеснительный 6 и рабочий 7 поршни, связанные через штоки 8 с сателлитными колесами 9 гипоциклоидальных механизмов привода, размещенных в блоках 4 и 5 картера. Сателлитные колеса 9 установлены на шатунных шейках коленчатого вала 10 каждого из механизмов привода на опорах качения и имеют возможность катиться по направляющим блоков 4 и 5 картера. С сателлитными колесами соединены роторы 11 синхронных генератора и электродвигателя с катящимся ротором, конструктивно совмещенных с гипоциклоидальными механизмами приводов, Обмотка 12 возбуждения синхронного электродвига п теля с катящимся ротором гипоциклоидального механизма привода вытеснительного поршня 6 подключается к источнику постоянного тока, а якорная обмотка 13 - . к источнику двухфазного переменного тока,ю 15 которым является синхронны и генератор с катящимся ротором, приводимый гипоциклоидальным механизмом привода рабочего поршня 7 и имеющий аналогичную конструкцию.На электрических линиях, связывающихякорные обмотки электрических машин, установлен регулятор 14 сдвига фаз.При работе двигателя возвратно-поступательное движение с некоторым сдвигом фаз вытеснительного 6 и рабочего 7 поршней преобразуется во вращательное движение 25 сателлитных колес. При этом обмотка 12 возбуждения электродвигателя привода вытеснительного поршня 6 образует в воздушном зазоре между статором и ротором униполярное магнитное поле, а якорная обмот 30 ка 13 - однопериодное вращающееся поле, Поскольку на одном из полюсных делений эти поля складываются, а ца другом вычитаются, ротор притягивается в сторону полюсного деления с большей среднеквадратичной индукцией, При этом сила радиального магнитного притяжения прижимает сателлитные колеса 9 к направляющим в картере. Перемещаясь, поле стремится увлечь за собой ротор и, поскольку силы трения скольжения превосходят силы трения качения, он катится на сателлитных колесах по направляющим. Вращательное движение сателлитных колес 9 преобразовывается в гармоническое возвратно-поступательное движение штоков 8 вытеснителя, причем подшипник штока перемещается строго прямолинейно, если диаметр окружности, описываемой осью крепления штока к сателлит- ному колесу относительно оси вращения сателлитного колеса, равен половине диаметра направляющей в картере, что обеспечивает благоприятные условия для работы уплотнений штоков, которые предотвращают попадание смазочного масла из картера в теплообменники двигателя Стирлинга.Работа гипоциклоидального механизма привода поршня, совмещенного с синхронным генератором с катящимСя ротором, аналогична указанной работе синхронного двигателя, за исключением того, что перемещение ротора обусловливает изменение магнитного потока и генерирование ЭДС в якорной обмотке синхронного генератора.Роторы двигателя и генератора движутся синхронно с некоторым сдвигом фаз, определяемым смещением якорных обмоток, и электрическим сдвигом фаз, регулируемым регулятором сдвига фаз 14.Совмещение гипоциклоидального меха- . низма привода с синхронными электрическими машинами с катящимися роторами позволяет повысить эффективность силовой установки в целом в результате снижения механических потерь, снижения утечек рабочего тела, а также повысить надежность и ресурс электрических машин.зятко нтетткры Редактор т.МитейкЗаказ 7894/38 ВНИИПИпо дел113035, Мосфилиал ПППСоставитель С, АмаТехред И. ВересТираж 550 Государственного ком ам изобретений и о ва, Ж - 35, Раушская н Патент, г. Ужгород, ул. КорректорПодписноеСССРтнйб., д. 4/5Проектная, 4