[LT] Išradimas gali būti panaudotas konstruojant ir gaminant regeneratyvines mašinas (regeneratyvinius variklius, šilumos siurblius, šaldytuvus).@Išradimo tikslas - naudingumo ir efektyvumo padidinimas.@Ant regeneratyvinės mašinos šalto (10) ir karšto (21) stūmoklių galų sumontuoti šilumą regeneruojantys elementai (41), o cilindrų, stūmoklių ir regeneratorių korpusų sienelės gaminamos su termovaržų radialiniais įgilinimais (37). Darbo dujų, prapučiamų iš buferinės ertmės (33) ir atgal, aušinimui sumontuoti šaldytuvai (32). Įtekėdamos į karštą cilindrą (2) darbo dujos apteka šilumą regeneruojančiuselementus (41), kurie atiduoda (pasiima) dalį. Tokiu būdu elementai (41) mažina darbo dujų temperatūros svyravimą ciklo metu , t.y. cilindruose vykstantį procesą izotermizuoja. Viršutinė cilindrų, stūmoklių ir regeneratorių sienelių dalis dėl termovaržų radialinių įgilinimų tampa labiau izotermiška, ir proceso metu darbo dujų temperatūra dėl sienelės izotermiškumo mažiau svyruoja, ir jos, tekėdamos iš buferinės ertmės (33) ir atgal, ataušta, sumažėja darbo dujų slėgis ir temperatūra, o tuo pačiu ir darbas, sunaudojamas darbo dujų perpūtimui iš ertmės (33) į ertmes (31) ir atgal.
[EN] The invention may be used for engineering and making regenerative machines (regenerative engines, thermocompressors, refrigerators). The objective of the invention is to increase an utility and an efficiency. Elements (41) regenerating heat are mounted on ends of hot (21) and cold (10) pistons of the regenerative machine, and walls of bodies of cylinder, piston and regenerator are made with radial grooves (37) of thermal resistances. The refrigerators (32) are mounted for refrigerating a working fluid flowing from a space (33) and backwards. The working fluid flowing to the hot cylinder (2) flows around the elements (41) regenerating heat which give (take) the part of it. Thus, the elements (41) reduce a variation of temperature of the working fluid during a cycle, i.e. the process going on in the cylinders is isothermal. The upper part of the cylinders, pistons and regenerators became more isothermal due to the radial grooves of the thermal resistances, and during the process, the temperature of the working fluid varies less due to the wall isotherma, and the working fluid flowing from the space (33) and backwards gets cold, a pressure and a temperature of the fluid are reduced as well as the work using for removing the working fluid from the space (33) to the space (31) and backwards.
[0001] Regeneratyvines mašinos darbo būdas ir mašina priklauso mašinų gamybai ir gali būti panaudota konstruojant ir gaminant regeneratyvines mašinas, (regeneratyviniai varikliai, šilumos siurbliai, šaldytuvai).
[0002] Žinomas dviejų cilindrų V-160 tipo variklis (regeneratyvinė mašina) turintis karštą ir šaltą cilindrus, tarpusavyje sujungtus regeneratorium, jungiamuosius kanalus ir buferinę darbo dujų ertmę (L. Johanson and all .. "V-160 Stirlino Engine Program Update. S AE. Techn. Paper Ser. VVarrendale, USA, 1988,1-9 psl.V
[0003] Žinoma, kad darbo dujoms perpūsti į buferinę ertmę ir iš jos yra sunaudojamas darbas. Šioje regeneratyvinėje mašinoje darbo dujos pučiant jas iš buferinės ertmės į postūmoklines ertmes nėra aušinamos, todėl sunaudojamas darbas prapūtimui yra didesnis. Kadangi esančių regeneratyvinių mašinų stūmoklių, regeneratorių ir cilindrų sienelės išilgai ašies turi vienodą laidumą, todėl didžiausi šilumos srautai netrukdomai teka per regeneratoriaus, karšto cilindro ir karšto stūmoklio sienele? i regeneratyvinės mašinos korpuso šaltesnes vietas, tuo būdu blogėja mašinos naudingumas
[0004] Dėl šios priežasties blogėja bendras regeneratyvinės mašinos naudingumas, o mašinos darbo ciklas tolsta nuo izoterminio proceso, t. y. įampa mažiau efektyvus.
[0005] Žinomas daugiacilindrinis regeneratyvinis variklis, turintis karštą ir šaltą cilindrus, karštus ir šaltus stūmoklius, jungiamuosius kanalus ir regeneratorius. Tačiau tokios regeneratyvinės mašinos (variklio) cilindrų, karštų stūmoklių ir regeneratoiių korpusų paviršiai yra vienodos terminės varžos visame jų ilgyje (SSSR autorinio liudijimo Nr. 1108819).
[0006] Dėl šios priežasties šilumos nuostoliai išilgai cilindrų, regeneratoriaus ir stūmoklio sienelių yra dideli, o tai mažina regeneratyvinės mašinos (variklio) efektyvumą. Jeigu ciklo metu žymi?.' žemėja da-bo dujų temperatūra, žinome, kad toks ciklas nėra efektyvus. Yra ištirta, kad dujų temperatūrai, o taip pat ir cilindrų bei stūmoklių sienelių temperatūrai mažiau svyruojant, mažiau svyruoja ir darbo dujų temperatūra ciklo metu. Procesas tampa labiau izotermiškas. (T.A. Aleksandravičiaus straipsnyje "Double - Acting Stirling Engine with the Inner Heat Exchangers";
[0007] Nurodytas tikslas pasiekiamas tuo, kad regeneratyvinėse mašinose, turinčiuose karštą ir šaltą
[0008] - turint tikslą padidinti regeneratyvinės mašinos efektyvumą dujos prapučiamos iš po stūmoklinių ertmių į buferinę ertmę ir atgal, yra nukreipiamos per šaldytuvus ir tuo būdu yra atšaldomos, o darbo dujos, įtekančios ir ištekančios iš cilindrų, paima arba atiduoda dalį šilumos šilumą regeneruojantiems elementams. - turint tikslą padidinti naudingumą, stūmoklių, cilindrų ir regeneratoriaus sienelės gaminamos su termovaržų radialiniais {gilinimais, kurie stūmoklių, cilindrų ir regeneratoriii išoriniame paviršiuje išdėstomi šachmatiškai ir sumažina šiluihos nuostolius.
[0009] Fig. 1 yra pavaizduotas bendras regeneratyvinės mašinos vaizdas skersiniame pjūvyje. Fig. 2 - regeneratyvinės mašinos, sujungtos su elektros generatorium, vaizdas iš viršaus. Fig. 3 - termovaržos įgilinimu geometrija ir išdėstymas ant regeneratyvinės mašinos cilindro, stūmoklio arba regeneratoriaus korpusų senelių. Fig.4 - termovaržos radialinių įgilinimu įtaka skaičiuotiems šilumos nuostoliams per cilindro, stūmoklio ar regeneratoriaus sieneles. Regeneratyvinę mašiną sudaro stūmoklių pakaros korpusas 1, kuriame sumontuotas alkūninis velenas 2, su švaistikliais 3 ir 4. Šaltas cilindras 5, slankiklio 6 korpusas 7, pirštas su guoliu 8 jungiantis slankiklį 6 su švaistikliu 4, šaltas cilindras 5 uždengtas dangčiu 9, slankiklis 6 sujungtas su stūmokliu 10, judantis metalo polimieriniame guolyje 11, ant šalto 10 ir karšto 21 stūmoklių žiedų dalies sumontuoti sandarinimo žiedai 12. Šaltas cilindras 5 sujungtas kanalu 13 per šaldytuvą 14 su regeneratorium 15. (Fig. 2). Regeneratorius 15 sujungtas kanalu 16 su kaitintum 17, kuriame įrengtas dujinis degiklis 18 (Fig. 2), o kaitintuvas 17 kanalu 19 (Fig 1), sujungtas su karštu cilindru 20, viduje karšto cilindro 20 sumentuotas karštas stūmoklis 21, kuris sudarytas iš dviejų dalių atskirtų
[0010] izoliatoriumi 22. Stūmoklyje 21 sumontuoti atspindėtuvai 24. Ant stūmoklių 10 ir 21 šalia žiedų dalies Įpjauti labirintiniai kanalai 25. Karštą cilindrą 20 su slankiklio korpusu 26 jungia tarpinė, aušinama karšto cilindro žiedų dalis 27, o karštą stūmoklį 21 su švaistikliu 3 jungia
[0011] slankiklis 6 per kotą 28. Karšto cilindro dalies 27 ir šalto cilindro 5 aušinimo marškiniai
[0012] Ertmės 31, esančios po karštu 21 ir šaltu 10 stūmokliais, sujungtos per dujų aušinimo šaldytuvo vamzdelius 32 su buferine ertme 33, esančia korpuse 1. Slankiklių 6 korpusai 7 ir 26 turi aušinimo marškinius 34. Kanalas 16 (Fig.2) aprūpintas šiluminio plėtimosi kompensatorium 35, o prie
[0013] Ant karšto cilindro 20, stūmoklio 21 (Fig.l) ir regeneratoriaus 15 (Fig.2) išorinių paviršių yra padaryti termovar'žos įgilinimai mažinantys šilumos pratekėjimą ašine kryptimi (Fig.3), kurie yra išdėstyti žingsniu 38, o atskirti tarpusavyje pertvaromis 39. Termovaržų radialinių įgilhamų parametrai paskaičiuoti taip, kad cilindro 20, rege.neratoriaus 15 ir stūmoklio 21 ' korpusai neprarastų mechaninio atsparumo, o pertvarų 39 centras sutaptų su esančiu gretimoje eilėje termovaržos įgilinimo 37 centru. Sienelės 40 storis priklauso nuo mechaninio sienelės medžiagos atsparumo. Ant šalto 10 ir karšto 21 stūmoklių viršutinių galų sumontuoti šilumą regeneruojantys elementai 41.
[0014] Kadangi darbo dujomis užpildytas regeneratyvinės mašinos ertmės 33, 31, jungiamieji kanalai 13,16,19, šaldytuvai 11 ir 32, bei regeneratorius 15, tai regeneratyvinės mašinos darbo būdas, pradiniu momentu esant stūmokliams 10 ir 21 išeities padėtyje, vykdomas taip: I. Suspaudimas. Siuo atveju vyksta- dujų suspaudimas šaltame cilindre 5, o šiuo momentu .karštas stūmoklis 21 eina per viršutinį mirties tašk:-, ir dujos patekti į karštą cilindrą negali.Šaltame cilindre 5 virš stūmoklio 10 esančių dujų temperatūra dėl darbo dujų suspaudimo pakyla, jos dalis yra akumuliuojama šilumą regeneruojančių elementų 41, o kita šilumos dalis yra nuvedama per šaldytuvą 14. Darbo dujos, esančios korpuso 1 ertmėje 33, nukriaipiamos per šaldytuvo vamzdelius 32 ir atšalusios užpildo ertmę 31, esančią po šaltu stūmokliu 10. . II. Prapūtimas. Vyksta dujų prapūtimas iš šalto cilindro -5 į karštą cilindrą 20, esant pastoviam dujų tūriui. Dujos pratekėdamos per regeneratorių ir paimdamos šilumą, sukauptą regeneratoriuje, įkaista, pakyla jų temperatūra ir slėgis. Kartu pakyla ir šilumą-regeneruojančių elementų 41 temperatūra. Darbo dujos esančios ertmėse 31 po karštu stūmokliu, perpučiamos per šaldytuvo vamzdelius 32 į ertmę 33, o iš ertmės 33 per šaldytuvo vamzdelius 32 į ertmę 31. III. Išsiplėtimas. Darbas vyksta dėl darbo dujų įkaitimo regeneratoriuje 15 II ciklo metu, jų pašildymo kaitintuve 17 bei šilumos atidavimo iš šilumą regeneruojančių elementų 41, dėl padidėjusio dujų slėgio karštas stūmoklis 21 stumiamas link korpuso 1 , ir juda atlikdamas darbą.
[0015] Dujos, esančios ertmėje 31, yra suspaudžiamos (kadangi šaltas stūmoklis stovi, o karštas stūmoklis slenka), temperatūra kyla, tačiau žymiai mažiau, kadangi dujos yra atšaldomos šaldytuve 32.
[0016] IV. Prapūtimas. Karštas stūmoklis 21 juda į cilindro 20 viršų, o šaltas 10, - j šalto cilindro 5 apačią, dėl tos priežasties, esant pastoviam tūriui, dujos iš karšto cilindro 20 teka per kaitintuvą 17, paima iš kaitintuvo 17 šilumą, kurios dalį palieka šilumą regeneruojančiuose elementuose 41 ir regeneratoriuje 15, tekėdamos per šaldytuvą 14 atšąla ir patenka j šaltą cilindrą 5. Dujos iš ertmės 33 per šaldytuvo vamzdelius 32 yra perpučiamos paskui šaltą stūmoklį 10 į ertmę 31. Šiuo atveju
[0017] ' dujų temperatūra palaikoma pastovesnė, lyginant su regeneratyvinės mašinos konstrukcija be šaldytuvo vamzdelių 32 ir šilumą regeneruojančiu elementų 41. Ciklas kartojasi.
[0018] Į karštą cilindrą 20 patenkančios įkaitusios dujos kaitina cilindro sieneles ir šilumą regeneruojančius elementus 41, esančius ant stūmoklio 21. Tačiau šilumos srautas, laidumu perduodamas išilgai cilindro sienelės termovaržų radialinių {gilinimų, yra sumažinamas. Tokiu būdu yra mažinamas šilumos srauto tekėjimas ašine kryptimi. Dėl šios priežasties sienelės iki pirmos eilės termcvaržos radialinių įgilinimų, esančių ant cilindrų, stūmoklių ar regeneratoriaus išorės'paviršiaus tampa labiau izotermiškos. Žemiau pirmosios termovaržos įgilinimų eilės temperatūra staigiai krenta.
[0019] Tačiau cirkuliuojančios karštame cilindre dujos cilindro zoną, esančią virš termovaržos radialinių įgilinimų dėl sumažėjusio ašinio laidumo palaiko aukštesnės ir pastovesnės temperatūros. Dėl viršutinės cilindro sienelės dalies izotermiškumo ir šilumą
[0020] regeneruojančių elementų 41 dujų srautas cilindre tampa labiau izotermiškas. Tai yra, dujos, tekėdamos nuo cilindro sienelių ir šilumą regeneruojančių elementų, tolygiau Įkaista visame tūryje ir dėl šios priežasties dujų temperatūra cilindre mažiau svyruoja. Šis procesas yra ištirtas ir aprašytas (T.A. Aleksandravičius, straipsnyje "Double - Acting Stirling Engine with the Inner Heat Exchangers").
[0021] Būdo aprašymas. Lyginant su prototipu siūloma regeneratyvinė mašina pasižyminti
[0022] C?
[0023] - kai dujos nukreipiamos aušinimui, o po to į buferinę ertmę ir priešingai, sumažėja darbas, reikalingas dujoms perpūsti pro šilumokaičius.
[0024] dujos įtekėjusios į cilindrą, yra pašildomos (atšaldomos) šilumą regeneruojančių elementų sumontuotų ant stūmoklių galų, tuo būdu sumažėja temperatūros svyravimas cilindre, ir procesas tampa izotermiškesnis.
[0025] pagaminti termovaržų radialiniai {gilinimai ant stūmoklio, cilindro ir regeneratoriaus sienelių šilumos srautą, tekanti išilgai stūrfioklio, cilindro ir regeneratoriaus korpusų sienelių, sumažina
[0026] 4,37 karto, kai yra padarytos nors dvi termovaržų radialinių {gilinimų eilės. Iš grafiko Fig. 4 matome, kad ekonomiškai tikslinga daryti dvi termovaržų radialinių {gilinimų eiles. Šiuo atveju ekonominis efektyvumas yra didžiausias. Šilumos nuostoliai skaičiuoti per regeneratyvinės mašinos (variklio), turinčios 123 cm3 darbo tūrį regeneratoriaus sienelę. Kadangi termovaržos radialiniai {gilinimai sumažina šilumos tekėjimą išilgai sienelių, o sumontuoti ant stūmoklių 10 ir 21 šilumą regeneruojantys-elementai 41 sumažina darbo dujų temperatūros svyravimą cilindruose ciklo metu, todėl darbo dujų temperatūra cilindre mažiau svyruoja, o regeneratyvinės mašinos darbo procesas tampa labiau izotermiškas, negu, regeneratyvinės mašinos be termovaržų radialinių {gilinimų 37 ir šilumą regeneruojančių elementų 41. Regeneratyvinės mašinos ,/arikiio) efektyvumas tirtas ir aprašytas (T.A. Aleksandravičiaus straipsnyje, "Double - Acting Stirling Engine with the Inner Heat Exchangers").
1. Regeneratyvinės mašinos darbo būdas, apimantis šilumos tiekimą darbo dujoms išsiplėtimo procese, dujų šilumos nuvedimą suspaudimo procese, šilumos akumuliavimą,dujas perpučiant ,'š karšto cilindro j šaltą cilindrą ir sukauptos šilumos atidavimu po dujų suspaudimo, dujų perpūtimo iš po stūmoklinė;: ertmės į buferinę ertmę ir atgal,b e s i s k i r i antis tuo, kad dujas, prapučiamas iš po stūmoklinių ertmių į buferinę ertmę ir atgal, nukreipia per šaldytuvus ir tuo būdu atšaldo, ir darbo dujos, įtekančios ir ištekančios iš• cilindrų, paima arba atiduoda dalį šilumo.; šilumą regeneruojantiems elementams.
• cilindrų, paima arba atiduoda dalį šilumo.; šilumą regeneruojantiems elementams.2.Regeneratyvinė mašina, turinti regeneratorių, šaltą ir karštą cilindrus su stūmokliais, ertmes^esančias po karštu ir šaltu stūmokliais, besiskirianti tuo, kad dujų,prapučiamų iš po stūmoklinių ertmių, šaldymui sumontuoti šaldytuvai , o šilumos akumuliavimo elementai sumontuoti viršut 'inėse stūmoklių dalyse .
3. Regeneratyvinė mašina pagal 2 punktą,b e s i s k i r • a n t i tuo, kad stūmoklių, cilindrų ir regcneratoriaus sienelės pagamintos su termovaržy radialiniais jgilinimais, kurie stūmoklių, cilindrų ir regeneratorių išoriniame paviršiuje išdėstomi šachmatiškai.
4. Regeneratyvinė mašina pagal 2 ir 3 punktus, besiskirianti tuo, kad slankiklių• guoliai montuojami iš metalo polim erų.
• guoliai montuojami iš metalo polim erų.5. Regeneratyvinė mašina pagal 2, 3 ir 4 punktus, besiskirianti tuo, kad karšto stūmoklio viduje sumontuoti šilumą atspindintys ekranai.
6. Regeneratyvinė mašina pagal 2, 3, 4 ir 5 punktus, besiskirianti tuo, kad regeneratyvinės mašinos karteris yra be tepalo (sausas).