RU186793U1

RU186793U1 - Водокольцевой роторный вакуумный двигатель внешнего сгорания

Info

Publication number: RU186793U1
Application number: RU2018136726U
Authority: RU
Inventors: Сергей Александрович Зеленин
Original assignee: Сергей Александрович Зеленин
Priority date: 2018-10-17
Filing date: 2018-10-17
Publication date: 2019-02-04

Abstract

Полезная модель относится к энергетическому машиностроению, а именно к утилизации тепла топочных газов в двигателе. Техническим результатом является уменьшение потерь тепла. Сущность полезной модели заключается в том, что двигатель содержит ротор с жидкостным кольцом, в котором реализуется перепад давления на лопастях ротора в механическую работу при утилизации тепла топочных газов, поступающих из внешнего источника. 2 ил.

Description

Полезная модель относится к энергетическому машиностроению, а именно к альтернативным двигателям и энергетическим установкам.

Предлагается новое применение известной конструкции водокольцевого нагнетателя обычно используемого в качестве вакуум-насоса. Идея предложенной модели заключается в развитии и совершенствовании устройств именуемых «Вакуумными двигателями Стерлинга» или «Огнеедами» работающих по принципу получения механической работы не при расширении, а при охлаждении и сжатии газа нагретого во внешнем источнике тепла. Из открытых интернет-источников достаточно известны их поршневые варианты исполнения:

https://www.youtube.com/watch?v=7p_1QO1iG9M

https://www.youtube.com/watch?v=V_FREdzp-SM

https://www.youtube.com/watch?v=zSV504s7fi0

Данные конструкции привлекательны возможностью сравнительно просто использовать тепло от сгорания любого, в т.ч. сравнительно недорогого и доступного топлива, преобразовывая его в механическую работу. Но они имеют ряд серьезных недостатков:

- возвратно-поступательный характер работы цилиндропоршневой группы и связанные с этим потери;

- малая удельная мощность которую трудно увеличить повышением оборотов (т.к. кроме возрастания инерционных нагрузок, топочные газы поступившие в цилиндр просто не будут успевать охлаждаться) или рабочего объема («закон куба-квадрата»: при увеличении линейных размеров - возрастание рабочего объема (газов) в кубе, рост оболочки (поверхности охлаждения) лишь в квадрате), что также ведет в тупик.

- трудность организации надежной смазки значительных трущихся поверхностей, и особенно с учетом того, что в топочных газах от сжигания твердого топлива присутствует значительное количество абразивных частиц.

Устранение вышеперечисленных недостатков в той или иной мере возможно решить перейдя к роторной схеме.

Известны следующие конструкции предлагающие решение подобных задач в этой области:

- патент RU 2625071 «Роторный двигатель Стерлинга»;

- патент RU 2451811 «Роторный двигатель внешнего сгорания»;

- патент RU 2449149 «Двигатель внешнего сгорания Потапова»;

- патент RU 2402687 «Универсальный двигатель внешнего сгорания»;

Недостатками вышеперечисленных устройств мне видится сложность их исполнения конструктивно, в частности, по организации эффективного теплообмена и уплотнения зазоров, а также наличие пар трения.

Задачей создания предлагаемой полезной модели создание устройства обеспечивающее эффективный теплообмен для охлаждения газа в рабочем объеме и совершения механической работы, при минимуме пар трения и потерь в уплотнениях, не требовательность к составу, в т.ч. по механическим примесям к топочным газам потребляемым от внешнего источника тепла.

Поставленная задача решается применением известной конструкции водокольцевых нагнетателей (вакуум-насосов) производимых серийно как отечественной так и иностранной промышленностью, в качестве водокольцевых роторных вакуумных двигателей внешнего сгорания для привода электрогенераторов мини-теплоэлектростанций.

Конструкция предлагаемой к реализации идеи полезной модели описана на Фиг. 1: в цилиндрическом корпусе 1 эксцентрично расположен ротор с лопастями 2, установленный на подшипниках с уплотнениями в боковых фланцах. Под действием центробежных сил от вращением ротора 2 жидкость заполняющая корпус 1 образует кольцо 3 с радиальным уровнем ограниченным внешними кромками входного 4 и выпускного 6 окон расположенных в боковых фланцах. Ротор 2 с лопастями погруженными в водяное кольцо 3 и боковыми фланцами образуют по окружности замкнутые ячейки объем которых при вращении ротора циклически изменяется от нулевого до максимального. В боковом фланце с окнами 4 и 6 выполнены каналы: впускной 5 - соединенный с окном 4 и выпускной 7 -соединенный с окном 6. В боковом фланце имеется также канал подачи воды (на схеме условно не показан) во внутреннюю полость двигателя с окном 8 расположенным радиально ближе газовых окон 4 и 6 к оси вращения. Поступающая вода под действием центробежных сил от вращения ротора 2 пленочно перетекает по поверхности бокового фланца и уплотняя осевые зазоры между ротором и фланцами, пополняет уровень жидкостного кольца, излишки из которого сбрасываются через выпускное окно 6 и канал 7. Циркуляция (приток)воды через окно 8 обеспечивается наличием постоянного разрежения в полости двигателя при его работе.

Фиксированное секторальное положение выпускного окна 6 обеспечивает своевременный выпуск охлажденного до равновесного удельного объема только при расчетной температуре входящих топочных газов, которая в реальности может изменяться в широких пределах и в результате:

- при температуре топочного газа на входе ниже расчетной его объем при охлаждении и совершении им работы в секторе Б самопроизвольно уменьшится менее расчетной, и далее давление в нем начнет расти по причине принудительного сжатия, что приведет к потере мощности и снижению КПД;

- при температуре выше расчетной - совершающие работу охлажденные объемы будут достигать окна 6 не отработав полностью потенциал вакуумирования, что также приведет к потерям мощности и снижению КПД;

Для обеспечения стабильной работы устройства в широком диапазоне температур поступающих в канал 5 топочных газов, в секторе вращения ротора Б размещен секторальный набор обратных клапанов примерная конструкция которых показана на Фиг. 2. Данные обратные клапаны, расположенные до выпускного окна 6 секторально вращению ротора, нормально закрыты под действием разрежения, но как только давление газа в ячейках образуемых лопастями начинает расти -открываются и сбрасывают излишек газов.

В динамике предлагаемое устройство работает следующим образом: При вращении ротора 2 в расширяющихся объемах образуемых барабаном, лопастями ротора, боковыми фланцами и водяным кольцом 3, в секторе вращения ротора А создается разрежение, под действием которого горячие топочные газы от внешнего источника по каналу 5 через окно 4 поступают в рабочую полость устройства, при этом контактируют с поверхностью водяного кольца и охлаждаемыми им ротором 2 и боковыми фланцами. В результате газ интенсивно охлаждается в секторе Б и сжимаясь образует перепад давления на лопастях ротора 2 между секторами А и Б и преобразуется в крутящий момент на валу ротора 2. Далее, охлажденный до температуры соизмеримой с температурой охлаждающей жидкости, газ занимает соответствующий равновесный удельный объем и, вместе с некоторым излишком воды с поверхности водяного кольца, удаляется через выпускные обратные клапаны сектора Б окно 6 и канал 7.

Возможность осуществления заявляемой полезной модели показано опытом эксплуатации и характеристиками общеизвестных водокольцевых нагнетателей:

- обеспечивающих охлаждаемого сжатие, близкое к изотермическому;

- допустимость применения к перекачке агрессивных, пожаро-взрывоопасных и запыленных газов;

- самообеспечение принудительной циркуляции охлаждающей жидкости; Предлагаемая полезная модель включающая известную конструкцию

водокольцевого нагнетателя предназначенная для откачки и сжатия газов, отличающаяся тем, что она используется в качестве роторного вакуумного двигателя внешнего сгорания основанного на получении механической работы путем реализации перепада давления на лопастях ротора при утилизации тепла топочных газов поступающих из внешнего источника.

Предлагаемая полезная модель наиболее актуальна к использованию в комплексе с электрогенераторами постоянного тока (которые могут использоваться в качестве стартера при запуске) в качестве мобильных электростанций (в комплексе с конвертором, аккумуляторами и инвертором) утилизирующих тепло различных топочных устройств с линейкой в широком диапазоне мощностей: от палаточных печек - для подзарядки мобильных телефонов и освещения, до котельных энергообеспечивающих удаленные населенные пункты или предприятия. Причем источником тепла может быть даже мусоросжигательный завод. При чем можно использовать топочное устройство как полностью предназначенное для питания предлагаемой полезной модели, так и предназначенное для отопления помещения или населенного пункта. Дополнительными аргументом в пользу применения предлагаемой полезной модели является то что для обеспечения тяги в топочных устройствах вынужденно применяется дымовая труба значительной высоты и температура топочных газов на выходе не менее 200°С, что ведет к существенным тепловым потерям. Предлагаемое устройство способно выполнять функцию тягодутьевого устройства позволит отказаться от громоздкой дымовой трубы и почти полностью реализовать преобразовать названные потери тепла в электроэнергию, тем самым существенно повысив КПД топочного устройства(котельной). Особенно это актуально для набирающих все большую популярность пиролизных отопительных котлов длительного горения требующих наличие принудительного тягодутьевого устройства.

Claims

Водокольцевой роторный вакуумный двигатель внешнего сгорания, на основе известной конструкции водокольцевого нагнетателя предназначенной для откачки и сжатия газов, отличающаяся тем, что она используется в качестве роторного вакуумного двигателя внешнего сгорания основанного на получении механической работы путем реализации перепада давления на лопастях ротора при утилизации тепла топочных газов поступающих из внешнего источника.