专利名称：双作用自由活塞——动力机组的制作方法
技术领域：
本发明属于动力机械领域。
现代自由活塞装置应用于输出燃气或压缩空气。具有机构简单、可靠、平衡性好、热效率高、能使用多种燃料等重大优点。但其两个活塞组之间只有一个动力气缸，每个工作循环二个行程中只有一次燃气输出作功。这种单作用工作方式，加之其两端还必需可形成空气垫的气缸。增大了整个外形尺寸，相对比较笨重。
本发明的目的是，以一种新的活塞两端均作功输出的双作用工作方式，没有空气垫气缸的自由活塞装置。与其他如燃气轮机、发电机等组成各种动力机组。既保持上述普通自由活塞装置全部优点，又大大提高其燃气流量和功率。结构上相对更加紧凑轻小。
同时本发明中的一种双作用自由活塞一发电机组，以自由活塞的往复运动，直接推动它特定的筒形直线发电机发电。
根据不同的用途，本发明作为动力机组有3种类型。
1、双作用自由活塞－燃气轮机组。
2、双作用自由活塞－压缩机组。
3、双作用自由活塞－发电机组。
本双作用自由活塞装置简图及原理如
图1.a、
图1.b。
图中各标号构件名称是1－两端气缸，2－动力活塞，3－扫气泵活塞，4－扫气泵气缸，5－传动杆，6－连动杆，7－摇臂，8－中间气缸排气管，9－摇臂及附件传动轴(驱动燃油泵、润滑油泵、水泵等附件)，10－中间气缸，11－进气阀，12－两端气缸进气管，13－两端气缸排气管，14－中间气缸进气管，15－活塞组，16－喷油器。
本装置机构与普通自由活塞相同，也具有同样的活塞组同步机构，但本装置的特征是，每套活塞组有两个动力活塞，分别对称地装于扫气泵活塞的两端。各自进行二行程循环和泵气循环。交替输出燃气作功，总的每一循环二个行程有两次作功输出，成为双作用工作方式。
如
图1.a，本装置所有气缸活塞组合同心对称布置，每套活塞组15的两个动力活塞2，分别位于两端气缸1和中间气缸10内。每个扫气泵活塞3则把它所在扫气泵气缸4分隔成相邻两个扫气泵。
为保证相对两套活塞组15同步运动，同步机构分别由传动杆5连动杆6、摇臂7铰接连接(此外、也可采取其他如齿轮齿条式等同步机构)活塞组运动时，这一机构使摇臂7相应往复运动，驱动摇臂及附件传动轴9，带动燃油泵、润滑油泵及水泵风扇等附件。
整个装置有3个动力气缸，即2个两端气缸和1个中间气缸，气缸内均为二行程工作过程，中间气缸内为对置活塞气孔一直流扫气，两端气缸内为回流扫气。
回流扫气的扫气效率一般低于直流扫气，但自由活塞装置的扫气过量空气系数比普通回流换气二行程方式对应数值更大一些。则有利于提高其扫气效率。
图1.a为两套活塞组处于内死点位置，中间气缸10的喷油器6提前喷油着火。同时两端气缸1内容积最大，靠中心的两个扫气泵气缸内空气被压缩，沿两端气缸进气管12流入两端气缸1，废气从两端气缸排气管13流出。形成换气过程。如
图1.a中箭头所示，另一方面相邻另两个扫气泵气缸内空气膨胀，压力下降吸开进气阀Ⅱ流进空气。
中间气缸内工质着火燃烧膨胀作功。推动两套活塞组同时向外，压缩两端气缸内空气。直至其外死点位置，如
图1.b。这时则两端气缸的喷油器16提前喷油着火，而中间气缸内则进行直流扫气过程，空气从中间气缸进气管14流入，废气从中间气缸排气管8排出，如
图1.b箭头。情况与
图1.a工作位置相反。然后两端气缸内工质膨胀作功又使活塞组彼此靠近返回，压缩中间气缸内空气，回复到
图1.a的位置。如此不断循环工作。
图2.a，图2.b是本装置与燃气轮机组成的双作用自由活塞－燃气轮机组，其中图2.a为正视图，图2.b为侧视图。
图2.a中A－双作用自由活塞装置，B－集气室，C－燃气轮机，D－燃气轮机排气口，E－燃气轮机输出轴，8－中间气缸排气管，13－两端气缸排气管。
集气室B位于机组的中心，其周围均布装置A，(图2.b中所示为6台)。各台自由活塞装置A工作时，产生的废气分别由各中间气缸排气管8级两端气缸排气管13，进入集气室B，汇集后直接流入燃气轮机C，膨胀后从燃气轮机排气口流出，由输出轴E输出动力。
本双作用自由活塞－燃气轮机组的特征是双作用自由活塞装置的台数较多，集气室容积很大，进入燃气轮机气体基本上是等压的。工作平稳。即使其中一、两台自由活塞装置停机时，整个机组仍能输出动力。
图3是本装置组成的双作用自由活塞－压缩机组。图中4－扫气泵气缸，15－活塞组，17－压缩气体出口，18－压缩机气缸，19－压缩机进气阀，20－压缩机排气阀。其他构件及结构与
图1.a相同。
本双作用自由活塞－压缩机组的特征是压缩机气缸18与扫气泵气缸4分别位于扫气泵活塞两侧。活塞往复运动时，各自进行泵气和压缩气体工作。
当两个活塞组15同时反复相对运动时，每个扫气泵活塞两侧的压缩机气缸18和扫气泵气缸4内部容积随之变化，相应地，气缸容积增大时压缩机进气阀19被吸开进气、气缸容积缩小时排气阀20受压打开。由压缩气体出口17流出。
动力气缸及各个换气泵气缸内的工作循环过程则与上述(各
图1.a，
图1.b)本双作用自活塞装置相同。
本装置制成的双作用自由活塞－发电机组，如图4.a所示，其中18－定子外环，19－定子内环，20－次级导体，21－导体架，22－电刷，23－绝缘体，其余结构及标号所表示的构件与
图1.a相同，所不同的是其扫气泵活塞3较长，且位于导体架21的两侧，导体架21通过绝缘体23与次级导体20连接成一体，随同整个活塞组作轴向往复运动。
图4.b是图4.a－A－A剖面，其中定子外环18，定子内环19，次级导体20均为园筒形，同心布置。
图4.c为园筒形定子外环、定子内环、次级导体沿园周围展开简图。图中24－磁场，25－励磁线圈。次级导体20位于定子内环19定子外环18之间，彼此之间有大小为
的气隙，定子内、外环相对各有若干对应排列的环槽，环槽内缠绕有励磁线圈25。
当励磁电流通过励磁线圈25时，即在定子内、外环之间，形成若干个封闭的、穿过次级导体20的环形磁场24，活塞组带动次级导体沿轴向作往复运动，即切割磁场产生感应电动势及电流。由两端电刷22输出。组成特征为双作用往复筒形直线发电机，其交变电流的频率即等于活塞组往复运动频率。
以下是本发明动力机组的一个实施例。
型式双作用自由活塞－燃气轮机组。
动力气缸直径 200毫米数量 3个扫气泵气缸直径 520毫米数量 4个活塞组行程 270毫米(约)数量 2个每分钟往复次数 1000次／分平均活塞速度 9米／秒燃气输出频率 2000次／分整个机组双作用自由活塞装置量台数6台排列方式绕燃气轮机轴线均布燃气轮机进口前参数燃气压办 4.2公斤／厘米3燃气温度 760°K燃气流量 19.8公斤／秒燃气功率 4800千瓦外形尺寸(长×宽×高)(米)3.5×2.3×2.5体积 20米3单位体积输出燃气功率 240千瓦／米3本发明的优点是1、双作用自由活塞装置的每个活塞组两端交替作功。为普通单作用自由活塞作功频率的两倍，每台本装置相当于两台同类普通自由活塞装置。
2、本发明装置没有空气垫气缸，活塞往复均是以气缸内高压燃气所推动。活塞平均速度较高，实际作功输出频率及燃气流量为同类型普通自由活塞两倍以上。工作均匀性大大提高，结构紧凑、单位体积输出燃气流量约增加40％。对应制造成本较低。
3、本发明除了具有普通自由活塞装置全部优点外，其中一种双作用自由活塞－发电机组以活塞级直接推动筒形直线发电机发电。没有普通一系列动力转换和传动装置，大大简化了机械与结构，降低了成本，提高了可靠性。
本发明应用广泛，可作为动力、压缩气体或发电任一种型式机组，成为系列通用设备，用于工业、能源、交通等各个方面。
权利要求1.双作用自由活塞动力机组(包括双作用自由活塞-燃气轮机组、双作用自由活塞-压缩机组、双作用自由活塞-发电机组)其中双作用自由活塞装置的特征是由2个活塞组、3个动力气缸、4个扫气泵气缸组成，每个活塞组的2个动力活塞在换气泵活塞两侧，各自位于两端气缸及中间气缸内。
2.根据权利要求1所述的双作用自由活塞——压缩机组，特征是压缩机气缸与扫气泵气缸分别位于扫气泵活塞的两侧。
3.根据权利要求1所述的双作用自由活塞——发电机组，特征是其筒形直线发电机的定子外环、定子内环、次级导体均为园筒形，同心对称布置，位于导体架两侧，导体架套在扫气泵活塞的中部，励磁线圈位于定子外环、定子内环相对应的环槽内，电刷位于次级导体的两端，并与次级导体相接触。
专利摘要本实用新型有3种类型，以双作用自由活塞装置驱动。特征是两端气缸及两个活塞组同心对称布置于中间气缸两侧。中间气缸为对置活塞直流扫气二行程循环，两端气缸内则为回流扫气二行程循环，形成双作用工作方式，简单可靠、作功频率及燃气输出量、功率约为对应普通自由活塞的2倍，单位体积或重量的输出功率增加约40％，除以燃气轮机输出或压缩气体外，还可以本装置特定的筒形直线发电机，组成双作用自由活塞——发电机组，应用广泛。
文档编号F02B71/00GK2131989SQ9122478
公开日1993年5月5日 申请日期1991年9月13日 优先权日1991年9月13日
发明者雷良榆 申请人:雷良榆