Главная > Геометрия свободнопоршневых двигателей > Геометрия свободнопоршневых двигателей (часть4)

Геометрия свободнопоршневых двигателей (часть4)

Геометрия свободнопоршневых двигателей (часть1)

Геометрия свободнопоршневых двигателей (часть2)

Геометрия свободнопоршневых двигателей (часть3)

Перевод Илья Духанин

2.4. Линейный генератор

С каждой стороны камеры сгорания установлены линейные генераторы. Это оборудование было спроектировано и изготовлено фирмой Magnequench Technology Center из Research Triangle Park (Северной Каролины). Схема одного из генераторов показана на рис. 27. Максимальный ход подвижной части составляет 200 мм, а воздушный зазор между подвижной частью и статором равен 1 мм. Конструкция статора включает 14 сборок из катушек и связанных стальных сердечников, шаг полюсов составляет 22 мм. Каждая катушка содержит 14 витков проволоки прямоугольного сечения 4,064 × 0,762 мм.

Сопротивление и индуктивность катушки примерно соответственно равны 0,0245  Ом и 165 мкГн.

Рис.27. Схема линейного генератора Magnequench

Рис.27. Схема линейного генератора Magnequench

 

Каждая подвижная часть включает в себя радиально-намагниченные неодим-железо-бор постоянные магниты Daido ND-39R, два из которых шириной 10 мм и четыре шириной 20 мм, пять алюминиевых проставочных колец шириной 2 мм и кольцевой магнитопровод из низкоуглеродистой стали. Наружный диаметр магнитов 81 мм, внутренний – 73мм, они расположены с чередованием полярностей и создают пять тороидальных магнитных полей. Следовательно, когда подвижный элемент движется, напряжения индуцируются в пяти катушках одновременно. Как показано на рис. 20, подвижная часть закреплена резьбовыми соединениями между двумя концевыми частями поршней. На рис. 28 показан один из магнитопроводов, перед сборкой магнитов.

Рис.28. Магнитопровод для постоянных магнитов. Резьба на концах для присоединения к концевым частям поршней

Рис.28. Магнитопровод для постоянных магнитов. Резьба на концах для присоединения к концевым частям поршней.

На рис. 29 показана система, используемая для крепления магнитов и алюминиевых проставок к стальному  магнитопроводу. Перед сборкой с внутренних частей магнитов было убрано эпоксидное покрытие, и все части были очищены ацетоном. На все соприкасающиеся части было нанесено покрытие primer  Loсtite 7649. Затем магниты и проставки были собраны на стальном магнитопроводе с использованием заострённых (конических) алюминиевых деталей, чтобы обеспечить безопасное направление магнитов и фиксацию их вместе. Затем на алюминиевую направляющую была установлена трубка для подачи клея и зафиксирована на месте. Маленькие ёмкости, заполненные клеем Loсtite 640, были установлены на подающем патрубке, а сверху подавался сжатый воздух под давлением 100 фунтов/дюйм2 (684 кПа).

Рис. 29. Система, применяемая при прикреплении магнитов к магнитопроводу

Рис. 29. Система, применяемая при прикреплении магнитов к магнитопроводу.

На рис. 30 показано, как клей через отверстия заполняет канавку по внутренней окружности патрубка, создавая заполнение клеем всей внутренней поверхности.   Круглые кольцевые уплотнения блокируют все потоки за исключением зазора между магнитами и магнитопроводом. Щели на нижней поверхности самой нижней проставки позволяют газу выходить, так как через зазор выдавливается клей. Как только клей начал вытекать из всех щелей, сжатый воздух был отключен, и щели были закупорены для сохранения клея. Полная сборка отверждалась в печи 24 часа при 50 °С,  эта температура была ниже необходимой во избежание потери магнитного потока магнитов. Макетная сборка, соединенная этим способом, показала хорошее покрытие клеем и хорошую прочность на сдвиг при разделении.

Зеркально изображенные пары катушек статора генератора, одна из которых с правой стороны и другая с левой стороны, соединены параллельно, а генерируемое электричество рассеивается непосредственно через комплект из 14 охлаждаемых водой нагрузочных резистора. Был использовано прецизионное силовое шунтирующее сопротивление Riedon FHR2P-0R182F1, имеющее сопротивление 0,182 Ом при допуске 1 %. Моделирование генератора показало, что величина генерированной электрической мощности имела максимум вблизи этой величины сопротивления. Каждый резистор имел номинальную мощность 2 кВт непрерывного рассеивания при соответствующем теплоотводе. Резисторы были уложены между 15 пластинами с жидкостным охлаждением Aavid Thermomst 416601U00000G c теплопроводной прокладкой, обеспечивающей хороший контакт. Однако в течение испытаний несколько резисторов были повреждены. Центральные катушки могут достигать мощностей, довольно близких к предельному значению мощности резистора, однако повреждения  могли быть также связаны с высокой мгновенной мощностью, видимой при скачкообразной волновой форме. Для простоты, они были заменены на такие же по номинальной   мощности, хотя для лучшей долговечности требовались бы резисторы более высокой номинальной мощности.

Рис.30. Трубка распределения клея.

Рис.30. Трубка распределения клея.

Параллельное соединение зеркально отображенных катушек обеспечивает условия синхронизации поршней с левой и правой сторон посредством электромагнитных сил.  Когда один подвижный элемент опережает другой, индуктивное сопряжение их цепей дает большую электромеханическую нагрузку на опережающий  подвижный элемент по сравнению с отстающим подвижным элементом. Следовательно, подвижные элементы связаны друг с другом в относительном положении. Эта пассивная синхронизация была ключевой характеристикой эффективности, что было продемонстрировано в проекте СПЛГ и позже будет обсуждаться более подробно.

2.5 Буферные камеры.

Как показано на рис. 18 на каждой концевой части  СПЛГ установлены цилиндры буферных камер. В этих цилиндрах, изготовленных  из закалённой стали 4340 с отверстиями 2,9 дюйма (73,7 мм), размещаются буферные концевые части поршней. На одном конце камер отфрезерован набор вентиляционных отверстий, используемых при положении поршня вблизи ВМТ. Инструментальные отверстия используются для измерения  давления в буферной камере, каждый цилиндр имеет три смазочных отверстия. На противоположном конце буферных камер присоединены гелиевая система пуска и воздушная система привода. Каждая из этих систем будет подробно описана в  дальнейших разделах.

2.6 Установка цилиндров

Устройство было спроектировано с конструктивной особенностью расположения для гарантирования  концентричности цилиндров при сборке, однако при такой большой длинной сборке выравнивание при установке представляло особую задачу. Была разработана процедура с использованием базирующие отверстия и направляющий телескоп, чтобы выровнять цилиндры буферных камер относительно цилиндров камер сгорания во время сборки. Близко подогнанные базовые держатели были проточены под диаметры цилиндров и смонтированы на полом валу для легкой установки, удаления и фиксации баз (рис.31). Как показано на рис. 32, две базы сначала были установлены в отверстии камеры сгорания, и направляющий телескоп, жестко смонтированный на раме для эксперимента, был выставлен по оси. Затем базовые элементы камеры сгорания  были удалены, а поршень был установлен через статор в цилиндр камеры сгорания. Поршень был вытолкнут близко к центральной плоскости, таким образом, что как только цилиндр буферной камеры был установлен, имелось бы пространство для базовой поверхности в отверстии. В этом положении была установлена буферная камера, необходимая для позиционирования ее оси по оси телескопа. Процедура была повторена для противоположной буферной камеры, и сборка двигателя была закончена.

Рис. 31. Зажимное устройство с оптическим выравниванием

 Рис. 31. Зажимное устройство с оптическим выравниванием.

Рис. 32 Направляющее телескопическое устройство, используемое для установки  камеры сгорания и цилиндров буферной камеры.

Рис. 32: Направляющее телескопическое устройство, используемое для установки  камеры сгорания и цилиндров буферной камеры.

Продолжение статьи Геометрия свободнопоршневых двигателей (часть5)

 

Регистрация
Архивы