[發明專利]自由活塞內燃發電機回流掃氣系統的氣口參數設計方法

有效

• 申請號: 201310243976.7
• 申請日: 2013-06-19
• 公開（公告）號: CN103291448A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 馮慧華;李林可;左正興;宋豫;許大濤
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: F02B73/00
• 分類號: F02B73/00;F02B25/14;G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
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技術領域

本發明涉及一種自由活塞內燃發電機回流掃氣系統氣口參數設計方法，屬于動力機械技術領域。

背景技術

受日益嚴峻的自然環境及能源供應問題影響，現有動力裝置的性能已越來越不能滿足要求。自由活塞內燃發電機是在這樣一種新形勢下應運而生的新型動力系統。其基本形式是將自由活塞式內燃機與直線發電機結合。與傳統機型相比，它在相當大程度上縮短了能量傳遞鏈條，提高了系統的整體效率。同時受益于緊湊的機械結構布置形式，其還具有高度寬泛的可適用領域。在可以預見的未來具有很大的發展潛力。

做為一種新型動力系統，其附屬子系統還有諸多問題有待探索研究。在整體布局上，自由活塞式工作方式與傳統發動機有明顯區別，同時在原理上，它與傳統發動機又均屬于往復式內燃機，故其二者在工作特性等各方面的性能與特點既存在差異又保持聯系。針對其掃氣系統，選用回流掃氣形式可有效精簡總體結構，降低系統復雜程度，提高系統可靠性。就回流掃氣系統而言，其各氣口參數是具有決定性意義的設計要點。然而針對其設計過程還尚未形成系統、有效的設計方法。當前在進行自由活塞內燃發電機回流掃氣系統氣口參數設計時，采用根據經驗進行試算迭代的方式進行。不僅時間和人力成本十分高昂，同時還難以達到較好的掃氣性能。因此，在自由活塞內燃發電機回流掃氣系統氣口設計領域有待進一步提出相應設計手段，以達到提高自由活塞內燃發電機掃氣性能，進而優化其工作性能的目的。并且節約相應的時間及人力成本，提高工作效率。

發明內容

本發明的目的是為了提高自由活塞內燃發電機回流掃氣系統的掃氣性能，提出了一種自由活塞內燃發電機回流掃氣系統氣口參數設計方法。

一種自由活塞內燃發電機高效率回流掃氣系統氣口參數設計方法，包括如下步驟：

步驟一，根據任務給定的待設計自由活塞內燃發電機的設計參數，從中獲取七個設計參數：缸徑D、有效行程長度L_e、最大行程長度L_max、運動組件質量m、燃燒起始距離L_i、循環輸入能量E_in、電磁負載系數C_e；

步驟二，將步驟一得到的七個設計參數同時輸入自由活塞內燃發電機仿真模型，經過仿真運行，得到待設計自由活塞內燃發電機的運動組件單循環位移曲線、單循環速度曲線；

所述的自由活塞內燃發電機仿真模型能夠描述常規自由活塞內燃發電機的動態特性。

所述的單循環位移曲線、單循環速度曲線的獲取方法為：以位移曲線的任意一個波峰點為起點，截取一個周期內的位移曲線，同時截取相應時間區間內的速度曲線；再以截取曲線的起點為0°位置，終點為360°位置，均勻地將截取曲線轉化為橫軸以角度單位，縱軸單位不變，得到兩條新的曲線即單循環位移曲線、單循環速度曲線。

步驟三，查詢行業技術標準中比時面值和氣口寬度缸徑率的范圍，分別在排氣口期望比時面值Z_be、掃氣口期望比時面值Z_bs和提前排氣期望比時面值Z_bf的取值范圍內任意選取一個值，作為掃氣口、排氣口和提前排氣的比時面值設計期望值；在排氣口寬度缸徑率b_e、掃氣口寬度缸徑率b_s的取值范圍內任意選取一個值，作為排氣口、掃氣口的寬度缸徑率設計期望值；

步驟四，將步驟二得到的單循環位移曲線、單循環速度曲線轉化為等效轉速曲線：

ω=30vπR(sinα+λ2sin2α)]]>

其中，ω為等效轉速，R為單循環位移曲線一周期內最大值與最小值之差的二分之一，v為單循環速度曲線中描述的活塞運動速度，α為v值對應橫軸角度，λ=0.3。

步驟五，計算步驟四得到的等效轉速曲線在待設計自由活塞內燃發電機的換氣階段積分平均等效轉速ω_avg；