RU2335636C2 - Method of heat engine operation and romanov's gas-steam turbo-engine - Google Patents
Method of heat engine operation and romanov's gas-steam turbo-engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2335636C2 RU2335636C2 RU2005113826/06A RU2005113826A RU2335636C2 RU 2335636 C2 RU2335636 C2 RU 2335636C2 RU 2005113826/06 A RU2005113826/06 A RU 2005113826/06A RU 2005113826 A RU2005113826 A RU 2005113826A RU 2335636 C2 RU2335636 C2 RU 2335636C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- expansion
- cavity
- cylinder
- rotor
- heat
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
- Supercharger (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к теплоэнергетике и двигателестроению и может быть использовано для любых стационарных и мобильных объектов в качестве силовой установки вместо паровых, газовых турбин и поршневых двигателей внутреннего и внешнего сгорания, а так же в качестве автономного теплоэлектрогенератора.The invention relates to a power system and engine building and can be used for any stationary and mobile objects as a power plant instead of steam, gas turbines and reciprocating internal and external combustion engines, as well as an autonomous heat and power generator.
Создание изобретения продиктовано необходимостью использования для жизнедеятельности человечества более эффективных, экономичных и экологически чистых тепловых двигателей в связи с сокращением не возобновляемых запасов углеводородного топлива и ростом его мировых цен, а также необходимостью ограничения выбросов тепла и токсичных продуктов сгорания в атмосферу, что подтверждается Киотским протоколом.The creation of the invention is dictated by the need to use more efficient, economical and environmentally friendly heat engines for human life in connection with the reduction of non-renewable hydrocarbon fuel reserves and an increase in its world prices, as well as the need to limit heat emissions and toxic combustion products into the atmosphere, which is confirmed by the Kyoto Protocol.
Паровые и газовые турбины обеспечивают срабатывание всего избыточного давления пара (газов), но характеризуются большими потерями тепла и соответственно низкими термическим и эффективным КПД.Steam and gas turbines provide the operation of all excess steam (gas) pressure, but are characterized by large heat losses and, accordingly, low thermal and effective efficiency.
Поршневые двигатели внутреннего сгорания характеризуются высокими начальными параметрами рабочих газов (давление, температура), но не обеспечивают их полного срабатывания из-за низкой степени расширения, обусловленной несовершенством кривошипно-шатунного кинематического механизма, используемого для преобразования потенциальной энергии в механическую. Степени сжатия и расширения равны, но после воспламенения сжатой топливовоздушной смеси давление продуктов сгорания повышается еще в несколько раз, при этом не обеспечивается их расширение до атмосферного давления и они, имея высокое давление и температуру, выпускаются в атмосферу, нанося вред окружающей среде.Piston internal combustion engines are characterized by high initial parameters of the working gases (pressure, temperature), but do not provide their full operation due to the low degree of expansion due to the imperfection of the crank kinematic mechanism used to convert potential energy into mechanical. The degrees of compression and expansion are equal, but after ignition of a compressed air-fuel mixture, the pressure of the combustion products increases several times more, their expansion to atmospheric pressure is not ensured and, having high pressure and temperature, they are released into the atmosphere, harming the environment.
Известно использование в тепловых двигателях комбинированных рабочих циклов путем объединения в один из двух независимо используемых в тепловых двигателях, а так же использование в одном рабочем цикле двух рабочих тел - газообразного и паро-образующего жидкого, с целью более полного использования теплоты продуктов сгорания и снижения токсичности выхлопных газов.It is known that combined heat cycles are used in heat engines by combining into one of two independently used heat engines, as well as the use of two working fluids in one working cycle - gaseous and vapor-forming liquid, in order to more fully use the heat of combustion products and reduce toxicity exhaust gases.
Так, известно введение парообразующей присадки в компрессор двигателя, в камеру сгорания, впрыск в камеру сгорания дизельных двигателей водотопливной эмульсии, однако эффективность использования потенциальной энергии пара с продуктами сгорания так же низка из-за ограниченной степени расширения.Thus, it is known that a vapor-forming additive is introduced into the engine compressor, into the combustion chamber, and injection of water-fuel emulsion into the combustion chamber of diesel engines of diesel engines, however, the efficiency of using the potential energy of steam with combustion products is also low due to the limited degree of expansion.
Известен способ использования в газовой турбине теплоты выхлопных газов для генерации пара с последующим расширением его с продуктами сгорания в проточной части турбины ("Промышленная тепловая энергетика". Москва, Энергия, 1979 г., стр.136 - прототип).There is a method of using the heat of exhaust gases in a gas turbine to generate steam, followed by its expansion with combustion products in the turbine flow section (Industrial Thermal Power Engineering. Moscow, Energy, 1979, p.136 - prototype).
Основными недостатками известного способа являются ограниченный диапазон избыточного давления и температуры, генерация пара в отдельном рекуперативном теплообменнике, что усложняет конструкцию турбины и снижает эффективность передачи тепла для нагрева воды и генерации пара, а так же потери тепла и пара с выхлопными газами.The main disadvantages of this method are the limited range of overpressure and temperature, the generation of steam in a separate recuperative heat exchanger, which complicates the design of the turbine and reduces the efficiency of heat transfer for heating water and generating steam, as well as the loss of heat and steam with exhaust gases.
Известен роторный двигатель внутреннего непрерывного сгорания с объемным расширением, содержащий кольцевой цилиндр, эксцентрично установленный относительно него ротор, выполненный в виде планшайбы с кольцевым цилиндрическим выступом, расположенным в полости цилиндра и делящим его полость на две эксцентрические полости переменного окружного сечения, в продольных прорезях выступа установлены лопасти, взаимодействующие с ним через кинематические механизмы. Лопасти делят полости цилиндра на множество, изменяющихся по величине, межлопастных объемов. Полости снабжены впускными и выпускными окнами и сообщаются перепускным каналом (патент России №2247837 - прототип).Known rotary internal combustion engine with volume expansion, containing an annular cylinder eccentrically mounted relative to it, a rotor made in the form of a faceplate with an annular cylindrical protrusion located in the cylinder cavity and dividing its cavity into two eccentric cavities of variable circumferential section, installed in the longitudinal slots of the protrusion blades interacting with it through kinematic mechanisms. The blades divide the cavity of the cylinder into many, varying in size, interlobed volumes. The cavities are equipped with inlet and outlet windows and communicate bypass channel (Russian patent No. 2247837 - prototype).
Недостатком прототипа является ограниченная степень расширения, не обеспечивающая использование всего избыточного давления рабочих газов и теплоты продуктов сгорания и, соответственно, исключающая возможность достижения более высоких термического и эффективного КПД.The disadvantage of the prototype is a limited degree of expansion, not ensuring the use of all excess pressure of the working gases and the heat of the combustion products and, accordingly, eliminating the possibility of achieving higher thermal and effective efficiency.
Предложен термодинамический цикл, в котором используются два рабочих тела - газообразное и жидкое, при этом теплота сжатия газообразного рабочего тела (воздух или топливовоздушная смесь) и избыточная теплота сгорания топлива после воспламенения и в процессе основного расширения продуктов сгорания, отводится парообразующей жидкости для ее нагревания, затем жидкость вводится в расширившиеся продукты сгорания, испаряется за счет теплоты продуктов сгорания и образует с ними газопаровую смесь с более высоким давлением и пониженной температурой, расширение которой продолжается до атмосферного давления газов и до конденсации пара в жидкость, с возвратом теплоты конденсации газообразным продуктам сгорания. После охлаждения конденсат снова поступает для нагрева, испарения и расширения с газами, непрерывно совершая замкнутый рабочий цикл.A thermodynamic cycle is proposed in which two working fluids are used - gaseous and liquid, while the heat of compression of the gaseous working fluid (air or air-fuel mixture) and the excess heat of combustion of the fuel after ignition and during the main expansion of the combustion products, the vaporizing liquid is removed to heat it, then the liquid is introduced into the expanded combustion products, evaporates due to the heat of the combustion products and forms a gas-vapor mixture with them with a higher pressure and lower temperature ture, which extension extends to atmospheric pressure and the gases to condense the steam into liquid, with the return heat of condensation of the combustion gases. After cooling, the condensate again enters for heating, evaporation and expansion with gases, continuously making a closed duty cycle.
Парообразующая жидкость может вводиться в проточную часть расширения без предварительного нагрева, при этом теплота, отводимая системой охлаждения, будет теряться и термический КПД будет ниже.The vapor-forming liquid can be introduced into the flow part of the expansion without preliminary heating, while the heat removed by the cooling system will be lost and the thermal efficiency will be lower.
Теплота конденсата может использоваться для потребителей тепла, после чего охлажденный конденсат возвращается в рабочий цикл двигателя так же для нагревания, испарения и расширения.Condensate heat can be used for heat consumers, after which the cooled condensate is returned to the engine cycle for heating, evaporation and expansion.
Способ работы теплового двигателя в соответствии с предложенным термодинамическим циклом включает непрерывное бесступенчатое объемное сжатие воздуха, непрерывную подачу топлива, непрерывное горение и непрерывное бесступенчатое объемное расширение продуктов сгорания, при этом теплота сжатия и избыточная теплота продуктов сгорания при горении и в процессе расширения отводится через рекуперативный теплообменник для нагревания проходящей по нему парообразующей жидкости, после чего она впрыскивается в расширившиеся продукты сгорания и испарившись образует с ними газопаровую смесь, расширение которой продолжается до атмосферного давления газов и до конденсации пара в жидкое состояние, после чего газы выпускаются в атмосферу, а конденсат после охлаждения и удаления из него токсичных осадков снова подается в рекуперативный теплообменник.The method of operation of a heat engine in accordance with the proposed thermodynamic cycle includes continuous stepless volumetric air compression, continuous fuel supply, continuous combustion and continuous stepless volumetric expansion of the combustion products, while the heat of compression and the excess heat of the combustion products during combustion and in the expansion process are removed through a regenerative heat exchanger for heating the vaporizing liquid passing through it, after which it is injected into the expanded combustion products vaporized and forms with them a gas-vapor mixture, which extension extends to an atmospheric pressure gas and to condense the steam in the liquid state, after which the gases are discharged to the atmosphere, and after cooling and condensate removal therefrom toxic sludge is fed back to the recuperative heat exchanger.
Турбодвигатель, реализующий предложенные термодинамический цикл и способ работы, выполнен в виде модуля, содержащего два блока кольцевых цилиндров между которыми установлена планшайба ротора, при этом, по меньшей мере, один центральный цилиндр в каждом из блоков выполнен эксцентрично ротору, а остальные, включая последний периферийный, выполнены коаксиально ротору, для эксцентрических ротору цилиндров на планшайбе ротора выполнены кольцевые цилиндрические выступы, в продольных прорезях выступов установлены лопасти или лопатки рабочего колеса, взаимодействующие с выступами через кинематические механизмы, для коаксиальных ротору цилиндров на планшайбе выполнены лопатки, располагающиеся в полостях цилиндров без контакта с их стенками, при этом полости цилиндров в каждом из двух блоков, по меньшей мере, начиная с первой полости первого цилиндра до последней, последовательно от центра к периферии соединены перепускными каналами, образуя спиралеобразную проточную часть расширения, каналы сообщают полости цилиндров, эксцентрических ротору, в зоне уменьшения от максимальных до минимальных межлопастных объемов одной полости и пропорционального увеличения от минимальных до максимальных другой, последняя из которых сообщается с полостью цилиндра, коаксиального ротору, так же в зоне уменьшения ее межлопастных объемов от максимальных до минимальных, при этом все перепускные каналы, сообщающие полости проточной части, в окружном направлении отделены друг от друга зонами, длиной не менее шага лопастей или лопаток, исключающими их сообщение между собой, в первой полости проточной части в зоне минимальных межлопастных объемов выполнено впускное окно, а в последней полости выпускное окно в зоне после перепускного канала на расстоянии не менее шага лопаток.The turbo engine that implements the proposed thermodynamic cycle and method of operation is made in the form of a module containing two blocks of annular cylinders between which a rotor faceplate is installed, at least one central cylinder in each of the blocks is made eccentric to the rotor, and the rest, including the last peripheral are made coaxial to the rotor, for eccentric to the rotor of the cylinders, annular cylindrical protrusions are made on the rotor faceplate, working blades or vanes of the workers are installed in the longitudinal slots of the protrusions of the wheel interacting with the protrusions through kinematic mechanisms for blades coaxial to the rotor of the faceplate are blades located in the cylinder cavities without contact with their walls, while the cylinder cavities in each of the two blocks, at least from the first cavity of the first cylinder to the latter are connected in series from the center to the periphery bypass channels, forming a spiral-shaped flowing part of the expansion, the channels communicate with the cavity of the cylinders, eccentric to the rotor, in the zone of decrease from maxim to minimal interlobed volumes of one cavity and a proportional increase from minimum to maximum of the other, the last of which communicates with the cavity of the cylinder coaxial to the rotor, also in the zone of decrease in its interlobed volumes from maximum to minimum, while all the bypass channels communicating the cavity of the flow part in the circumferential direction are separated from each other by zones of at least the pitch of the blades or blades, excluding their communication with each other, in the first cavity of the flowing part in the zone of minimum of the buccal volumes, an inlet window is made, and in the last cavity, an outlet window in the area after the bypass channel at a distance of not less than the pitch of the blades.
Перепускные каналы, сообщающие цилиндры между собой, могут быть выполнены непосредственно в цилиндрических стенках, разделяющих их друг от друга.Bypass channels communicating the cylinders with each other can be made directly in the cylindrical walls separating them from each other.
Цилиндры, образующие проточную часть расширения, выполняются с последовательно увеличивающимися от цилиндра к цилиндру поперечными сечениями, при этом изменение поперечных сечений эксцентрических ротору цилиндров, обеспечивается увеличением длины цилиндров в осевом направлении, а коаксиальных цилиндров в осевом, радиальном или в радиально-осевом.The cylinders forming the flow part of the expansion are made with cross sections successively increasing from cylinder to cylinder, while changing the cross sections of the eccentric rotor of the cylinders is provided by increasing the length of the cylinders in the axial direction, and the coaxial cylinders in the axial, radial or radial-axial.
Турбодвигатель с принудительным воспламенением содержит один цилиндр, выполненный эксцентрично ротору, а остальные коаксиально ротору, при этом впускное окно в первой полости (полости сжатия) первого цилиндра выполнено в зоне максимальных межлопастных объемов, а выпускное окно в зоне минимальных, которое сообщается перепускным каналом с впускным окном второй полости первого цилиндра, являющейся первой полостью проточной части расширения, так же выполненным в зоне ее минимальных межлопастных объемов. В первой полости первого цилиндра, в зоне после впускного окна на расстоянии не менее шага лопастей, установлена форсунка для подачи топлива, а во второй полости первого цилиндра после впускного окна, на расстоянии не менее шага лопастей, установлена свеча зажигания.A forced-ignition turbo engine contains one cylinder made eccentrically to the rotor, and the rest coaxially to the rotor, while the inlet window in the first cavity (compression cavity) of the first cylinder is made in the zone of maximum inter-blade volumes, and the outlet window in the minimum, which communicates with the bypass channel with the inlet the window of the second cavity of the first cylinder, which is the first cavity of the flow part of the expansion, also made in the zone of its minimum interlobed volumes. In the first cavity of the first cylinder, in the area after the inlet window at a distance of not less than the pitch of the blades, an injector for supplying fuel is installed, and in the second cavity of the first cylinder after the inlet window, at a distance of not less than the pitch of the blades, a spark plug is installed.
Турбодвигатель с воспламенением от сжатия (дизель) содержит два цилиндра, выполненных эксцентрично ротору, а остальные коаксиально, при этом две полости первого цилиндра используются как полости сжатия воздуха (компрессор) и сообщаются перепускным каналом, сообщающим выпускное окно первой, расположенное в зоне ее минимальных межлопастных объемов, с дополнительным впускным окном второй полости, выполненным после ее основного впускного окна на расстоянии не менее шага лопастей в сторону вращения ротора, выпускное окно которой, выполненное в зоне ее минимальных межлопастных объемов, сообщается перепускным каналом с впускным окном первой полости второго цилиндра, являющейся первой полостью проточной части расширения, после впускного окна которой, на расстоянии не менее шага лопастей, установлена форсунка для подачи дизельного топлива.A compression ignition turbo engine (diesel) contains two cylinders made eccentrically to the rotor, and the rest coaxially, while the two cavities of the first cylinder are used as air compression cavities (compressor) and are communicated by a bypass channel communicating the exhaust port of the first, located in the area of its minimum inter-blade volumes, with an additional inlet window of the second cavity, made after its main inlet window at a distance of not less than the pitch of the blades in the direction of rotation of the rotor, the outlet window of which is made It is located in the zone of its minimum inter-blade volumes, it is communicated by the bypass channel with the inlet window of the first cavity of the second cylinder, which is the first cavity of the expansion flow section, after the inlet window of which, at a distance of at least the pitch of the blades, a nozzle for supplying diesel fuel is installed.
В турбодвигателе может быть реализован комбинированный рабочий цикл, включающий два непрерывно осуществляющихся один за другим рабочих цикла - двигателя внутреннего непрерывного сгорания с объемным расширением и цикла газопарового ступенчатого объемного расширения с внутренним подводом теплоты продуктов сгорания к жидкому парообразующему рабочему телу (вода, водо-спиртовая смесь), путем непосредственного смешивания в проточной части расширения, для чего турбодвигатель снабжен источником избыточного давления парообразующей жидкости, который перепускным каналом сообщен с форсункой, установленной в первой полости проточной части расширения в зоне после максимальных межлопастных объемов, т.е. в зоне после основного расширения продуктов сгорания, при этом указанная часть полости выполняет функцию газопарогенератора.A combined duty cycle can be implemented in a turbo engine, including two continuously running successive work cycles - an internal continuous combustion engine with volume expansion and a gas-vapor stepped volume expansion cycle with an internal supply of heat of combustion products to a liquid vapor-forming working fluid (water, water-alcohol mixture ), by direct mixing in the flow part of the expansion, for which the turbo engine is equipped with a source of excess pressure of the vaporizing liquid the tee, which is connected by the bypass channel with the nozzle installed in the first cavity of the flow part of the expansion in the zone after the maximum inter-blade volumes, i.e. in the zone after the main expansion of the combustion products, while this part of the cavity performs the function of a gas generator.
Парообразующая жидкость до поступления в проточную часть расширения может пропускаться по системе охлаждения полостей сжатия и высокотемпературной зоны расширения газообразных продуктов сгорания, при этом система охлаждения выполняет функцию рекуперативного теплообменника, отводящего теплоту сжатия и избыточную теплоту продуктов сгорания жидкому рабочему телу для его предварительного нагревания.The vapor-forming liquid can be passed through the cooling system of the compression cavities and the high-temperature expansion zone of the gaseous products of combustion until it enters the flow part of the expansion, while the cooling system performs the function of a regenerative heat exchanger that removes the heat of compression and the excess heat of the products of combustion from the liquid working fluid for its preliminary heating.
Расширение газопаровой смеси осуществляется до атмосферного давления газов и до конденсации пара в жидкое состояние.The expansion of the gas-vapor mixture is carried out to atmospheric pressure of the gases and to the condensation of the vapor in a liquid state.
В первой полости проточной части расширения осуществляется бесступенчатое объемное расширение газообразных продуктов сгорания, а в остальных полостях ступенчатое объемное расширение газов или газопаровой смеси. На лопастях и лопатках в зонах разобщения перепускных каналов проточной части расширения друг от друга, создаются перепады давления и крутящие моменты.In the first cavity of the flowing part of the expansion, a stepless volume expansion of gaseous products of combustion is carried out, and in the remaining cavities, a stepwise volume expansion of gases or a gas-vapor mixture is performed. On the blades and blades in the areas of separation of the bypass channels of the flow path of the expansion from each other, pressure drops and torques are created.
Кроме того, в турбодвигателе может быть реализован комбинированный рабочий цикл с внешним подводом теплоты и с расширением в нем рабочего тела подводимого извне (пар или газ), или газопаровой смеси, генерация которой осуществляется в проточной части турбодвигателя в первой полости первого цилиндра, с подачей в нее сжатых охлажденных выхлопных газов внешнего нагревателя и парообразующей жидкости, нагретой теплотой внешнего нагревателя до состояния насыщения, для чего турбодвигатель снабжен внешним нагревателем воды, работающим на органическом или углеводородном топливе, питательным насосом, газовым насос-компрессором, экономайзером и сборником конденсата, сообщающимся с питательным насосом.In addition, a combined duty cycle with an external supply of heat and with an expansion of the working fluid supplied from the outside (steam or gas) or a gas-vapor mixture, the generation of which is carried out in the flow part of the turbo engine in the first cavity of the first cylinder, can be implemented in a turbo engine compressed compressed exhaust gases of the external heater and the vaporizing liquid heated by the heat of the external heater to a saturation state, for which the turbo engine is equipped with an external water heater operating on an matic or hydrocarbon fuel feed pump, compressor gas pump, an economizer and a condensate collector communicating with the supply pump.
Вода (парообразующая жидкость) питательным насосом подается в систему охлаждения газового компрессора, в экономайзер, внешний нагреватель и затем в первую полость проточной части турбодвигателя. Выхлопные (дымовые) газы внешнего нагревателя после охлаждения в экономайзере, газовым насос-компрессором под давлением так же подаются в первую полость проточной части турбодвигателя, где образуют с водой газопаровую смесь. В качестве газового объемного компрессора используются полости турбодвигателя, обеспечивающие отсос выхлопных (дымовых) газов и последующее сжатие их до давления не ниже давления газопаровой смеси.Water (vapor-generating liquid) is fed by a feed pump to the cooling system of the gas compressor, to the economizer, an external heater, and then to the first cavity of the flow part of the turbo engine. The exhaust (flue) gases of the external heater after cooling in the economizer, with a gas pump-compressor under pressure, are also fed into the first cavity of the flow part of the turbo engine, where they form a gas-vapor mixture with water. As a gas volumetric compressor, turbo-engine cavities are used to ensure exhaust (flue) gases are sucked off and subsequently compressed to a pressure not lower than the pressure of the gas-vapor mixture.
В газопаровых турбодвигателях конденсат после очистки от растворенных в нем токсичных газообразных и твердых продуктов сгорания, вновь питательным насосом подается в турбодвигатель или поступает потребителям тепла, а затем снова в турбодвигатель, совершая замкнутый круговой цикл.After gas-steam turbo engines, condensate, after purification from toxic gaseous and solid combustion products dissolved in it, is again fed by a feed pump to the turbo engine or supplied to heat consumers, and then again to the turbo engine, making a closed circular cycle.
Для исключения потерь тепла в атмосферу и обеспечения адиабатности рабочего процесса газопаровой турбодвигатель может быть полностью покрыт теплоизоляцией.To eliminate heat loss to the atmosphere and ensure the adiabaticity of the working process, the gas-steam turbo engine can be completely covered with thermal insulation.
Для расширения эксплуатационных возможностей турбодвигатель может содержать два ротора, каждый из которых обеспечивает работу одного из двух блоков турбодвигателя, при этом между ними (в стыке между планшайбами роторов) устанавливается упорно-осевой подшипник, соответственно каждый блок турбодвигателя снабжается собственными системами подачи топлива (для газового), или парообразующей жидкости (воды) и топлива (для газопарового), обеспечивающими независимую регулировку их подачи и соответственно получение различной мощности в блоках турбодвигателя.To expand the operational capabilities, the turbo engine can contain two rotors, each of which provides the operation of one of the two turbo engine blocks, while an axial thrust bearing is installed between them (at the junction between the rotor faceplates), respectively, each turbo engine block is equipped with its own fuel supply systems (for gas ), or vapor-forming liquid (water) and fuel (for gas-vapor), providing independent adjustment of their supply and, accordingly, obtaining different power in blocks turbo engine.
В планшайбе ротора могут быть выполнены радиальные или спиралеобразные каналы для подачи по ним за счет центробежных сил охлаждающей среды, парообразующей жидкости или смазки.Radial or spiral channels can be made in the rotor faceplate for supply through them due to the centrifugal forces of the cooling medium, vaporizing liquid or lubricant.
В последнем цилиндре проточной части в его внешней цилиндрической стенке может быть выполнен сепаратор в виде перфорации для отделения конденсата от газов центрифугированием, и сборник конденсата.In the last cylinder of the flowing part, a separator in the form of perforation for separating the condensate from the gases by centrifugation and a condensate collector can be made in its outer cylindrical wall.
Кинематические механизмы, обеспечивающие взаимодействие лопастей или лопаток рабочего колеса с выступами планшайбы ротора, выполнены в виде подвижных в окружном направлении частей выступов относительно неподвижных и подпружинены относительно последних. Для лопастей выполняется одна подвижная часть на каждом из отдельных выступов, для лопаток рабочего колеса две подвижные части (не показаны).Kinematic mechanisms that ensure the interaction of the blades or blades of the impeller with the protrusions of the rotor faceplate are made in the form of movable in the circumferential direction parts of the protrusions are relatively stationary and spring-loaded relative to the latter. For the blades, one moving part is performed on each of the individual protrusions, for the blades of the impeller there are two moving parts (not shown).
Заявленное комплексное изобретение, включающее термодинамический цикл, способ работы и турбодвигатель, направлено на решение задачи полного использования избыточного давления рабочего тела и теплоты сгорания топлива и обеспечения экологической чистоты выхлопных газов, с достижением максимально возможных термического и эффективного КПД и соответственно экономичности.The claimed complex invention, including a thermodynamic cycle, a method of operation and a turbo engine, is aimed at solving the problem of making full use of the working fluid overpressure and the calorific value of the fuel and ensuring the environmental cleanliness of the exhaust gases, with the achievement of the maximum possible thermal and effective efficiency and, accordingly, economy.
Задача решена объединением в один непрерывный рабочий цикл двух рабочих циклов - высокоэнергетического цикла непрерывного внутреннего сгорания и газопарового цикла с использованием теплоты предварительно отработавших газов для генерации пара и образования газопаровой смеси и последующим расширением ее до атмосферного давления газов и до конденсации пара в жидкость.The problem was solved by combining in one continuous working cycle two working cycles - a high-energy cycle of continuous internal combustion and a gas-steam cycle using the heat of pre-exhaust gases to generate steam and form a gas-vapor mixture and its subsequent expansion to atmospheric gas pressure and before condensation of the vapor in the liquid.
Турбодвигатель обеспечивает срабатывание всего избыточного давления газов и использование почти всей теплоты сгорания топлива, при этом все твердые и газообразные токсичные вещества продуктов сгорания при прохождении по проточной части растворяются в паре, а после его конденсации выпадают в осадок и легко утилизируются, обеспечивая экологически чистый выхлоп.The turbo engine provides the operation of all excess gas pressure and the use of almost all the heat of combustion of the fuel, while all solid and gaseous toxic substances of the combustion products dissolve in the vapor when passing through the flow part, and after its condensation precipitate and are easily disposed of, providing an environmentally friendly exhaust.
После основного объемного бесступенчатого расширения газообразные продукты сгорания имеют высокую скорость, поэтому при дальнейшем ступенчатом центробежном расширении газов или парогазовой смеси, используется, по существу, их потенциально-кинетическая энергия, что повышает эффективность преобразования энергии рабочего тела в механическую работу.After the main volumetric stepless expansion, the gaseous products of combustion have a high speed, therefore, with a further stepwise centrifugal expansion of the gases or the gas-vapor mixture, essentially their potential kinetic energy is used, which increases the efficiency of converting the energy of the working fluid into mechanical work.
Газопаровая смесь при расширении обеспечивает более высокий крутящий момент и, соответственно, более высокую мощность, чем газы при основном расширении, так как после впрыска парообразующей жидкости в высокотемпературные газы давление газопаровой смеси возрастает, и, кроме того, снижающееся от центра к периферии давление газопаровой смеси создает усилие на постепенно увеличивающихся радиусах и площадях, при этом общая мощность составляет сумму мощностей развиваемых газами и газопаровой смесью.The gas-vapor mixture during expansion provides higher torque and, accordingly, higher power than the gases during the main expansion, since after injection of the vaporizing liquid into the high-temperature gases, the pressure of the gas-vapor mixture increases, and, in addition, the pressure of the gas-vapor mixture decreases from the center to the periphery creates force on gradually increasing radii and areas, while the total capacity is the sum of the capacities developed by gases and gas-vapor mixture.
На фиг.1 изображен термодинамический цикл газопарового турбодвигателя в координатах P-V, где Qт - теплота сгорания топлива, qсж - теплота сжатия, qит - избыточная теплота сгорания, qк - теплота конденсации, qпг - потери теплоты с выхлопными газами; на фиг.2 - линейная диаграмма изменения параметров 3-х цилиндрового блока турбодвигателя с принудительным воспламенением, где Рсж - давление сжатия в компрессоре; на фиг.3 - диаграмма изменения параметров 3-х цилиндрового блока турбодвигателя с самовоспламенением (дизель); на фиг.4 - диаграмма изменения параметров 4-х цилиндрового блока газопарового турбодвигателя, где Рг - давление газов, Ргп - давление газопаровой смеси; на фиг.5 - принципиальная схема турбодвигателя с самовоспламенением, поперечный разрез по второму блоку; на фиг.6 - сечение А-А фиг.5; на фиг.7 - турбодвигатель с принудительным воспламенением; на фиг.8 - турбодвигатель, содержащий только проточные части расширения для срабатывания пара или газа, подводимого извне, или для расширения газопаровой смеси, генерируемой в первой полости центрального цилиндра.Figure 1 shows the thermodynamic cycle of a gas-steam turbo engine in PV coordinates, where Q t is the heat of combustion of the fuel, q cg is the heat of compression, q it is the excess heat of combustion, q k is the heat of condensation, q kg is the heat of condensation with exhaust gases; figure 2 is a linear diagram of changes in the parameters of the 3-cylinder unit of the turbo engine with forced ignition, where P sg - compression pressure in the compressor; figure 3 is a diagram of changes in the parameters of a 3-cylinder block of a turbo engine with self-ignition (diesel); figure 4 is a diagram of changes in the parameters of the 4-cylinder block of a gas-steam turbo engine, where R g is the gas pressure, R gn is the pressure of the gas-vapor mixture; figure 5 is a schematic diagram of a self-ignition turbo engine, a cross section through the second block; Fig.6 is a section aa of Fig.5; figure 7 - turbo engine with positive ignition; on Fig - a turbo engine containing only flowing parts of the expansion for triggering steam or gas supplied from the outside, or for expanding the gas-vapor mixture generated in the first cavity of the Central cylinder.
Объединение двух рабочих циклов в один непрерывный, простая и технологичная конструкция турбодвигателя с использованием для непрерывного преобразования потенциальной энергии непосредственно в механическую максимально эффективного роторного кинематического механизма, компактная спиралеобразная проточная часть, обеспечивающая центробежный характер движения рабочего тела при расширении, обеспечивают сверхвысокие показатели эффективности, экономичности и совершенства конструкции.The combination of two working cycles into one continuous, simple and technologically advanced turbo engine design using, for the continuous conversion of potential energy directly into mechanical energy, the most efficient rotary kinematic mechanism, a compact spiral-shaped flowing part, which ensures the centrifugal nature of the movement of the working fluid during expansion, provides ultra-high performance, efficiency and design excellence.
Уравновешенность в осевом и окружном направлениях, а так же отсутствие возвратно-поступательных перемещений деталей и рабочего тела, исключают вибрации турбодвигателя, а срабатывание давления до атмосферного обеспечивает бесшумный выхлоп. Кроме того, использование пара обеспечивает эффективную нейтрализацию токсичных газообразных и твердых соединений продуктов сгорания, возможность их утилизации и соответственно экологическую чистоту выхлопных газов.The balance in the axial and circumferential directions, as well as the absence of reciprocating movements of the parts and the working fluid, exclude vibrations of the turbo engine, and pressure operation to atmospheric ensures a silent exhaust. In addition, the use of steam ensures the effective neutralization of toxic gaseous and solid compounds of combustion products, the possibility of their disposal and, accordingly, the environmental cleanliness of the exhaust gases.
В отличие от поршневых двигателей внутреннего и внешнего сгорания (Стир-линга), паровых и газовых турбин, у которых потери тепла через систему охлаждения и с выхлопными газами составляют более 50%, а эффективный КПД не превышает у лучших образцов - 50%, газопаровой турбодвигатель может обеспечить эффективный КПД до 75%, термический до 85%, а при использовании теплоты конденсата потребителями тепла термический КПД может достигать 90%. Удельный расход топлива в несколько раз ниже удельного расхода двигателей внутреннего сгорания и может составлять не более 40 г/кВт.час.Unlike reciprocating internal and external combustion engines (Stirling), steam and gas turbines, in which the heat loss through the cooling system and with exhaust gases is more than 50%, and the effective efficiency does not exceed 50% for the best samples, a gas-steam turbo engine can provide effective efficiency up to 75%, thermal up to 85%, and when using the heat of condensate by heat consumers, thermal efficiency can reach 90%. The specific fuel consumption is several times lower than the specific consumption of internal combustion engines and can be no more than 40 g / kW.h.
Claims (14)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005113826/06A RU2335636C2 (en) | 2005-05-05 | 2005-05-05 | Method of heat engine operation and romanov's gas-steam turbo-engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005113826/06A RU2335636C2 (en) | 2005-05-05 | 2005-05-05 | Method of heat engine operation and romanov's gas-steam turbo-engine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2005113826A RU2005113826A (en) | 2006-11-20 |
| RU2335636C2 true RU2335636C2 (en) | 2008-10-10 |
Family
ID=37501617
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005113826/06A RU2335636C2 (en) | 2005-05-05 | 2005-05-05 | Method of heat engine operation and romanov's gas-steam turbo-engine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2335636C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU173050U1 (en) * | 2016-07-19 | 2017-08-08 | Владимир Анисимович Романов | Romanov's two-line radial turbine |
-
2005
- 2005-05-05 RU RU2005113826/06A patent/RU2335636C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU173050U1 (en) * | 2016-07-19 | 2017-08-08 | Владимир Анисимович Романов | Romanov's two-line radial turbine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2005113826A (en) | 2006-11-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5839270A (en) | Sliding-blade rotary air-heat engine with isothermal compression of air | |
| US6301891B2 (en) | High efficiency, air bottoming engine | |
| AU713585B2 (en) | Rotary vane engine | |
| US4825827A (en) | Shaft power generator | |
| AU2012253201B2 (en) | A hot-air engine | |
| WO2008020414A2 (en) | External heat engine of the rotary vane type | |
| WO2018122083A1 (en) | A heat pump and a process for producing a heated first medium and a cooled second medium | |
| JP5654533B2 (en) | Method of burning fuel in a rotary internal combustion engine | |
| US8056529B2 (en) | Rotary internal combustion engine for combusting low cetane fuels | |
| RU2335636C2 (en) | Method of heat engine operation and romanov's gas-steam turbo-engine | |
| JP7473119B2 (en) | THERMAL MACHINE CONFIGURED TO PERFORM A THERMAL CYCLE AND METHOD FOR PERFORMING A THERMAL CYCLE WITH SUCH A THERMAL MACHINE - Patent application | |
| RU2362881C2 (en) | Multicylinder cubical expansion turbine | |
| RU2699864C1 (en) | Volumetric type rotary machine | |
| WO2017021737A1 (en) | An energy recovery apparatus and an internal combustion engine | |
| WO2021034221A1 (en) | Antoni cycle gas-steam power plant | |
| US20100300099A1 (en) | Air-medium power system | |
| RU132840U1 (en) | GAS TURBINE INSTALLATION | |
| CN112283746B (en) | Constant-volume combustion chamber and constant-volume combustion gas turbine | |
| RU2811729C2 (en) | Combined-cycle power plant | |
| RU2072434C1 (en) | Internal combustion engine and method of its operation | |
| RU133564U1 (en) | ADIABATED GAS-STEAM TURBO ENGINE ROMANOVA | |
| RU9263U1 (en) | CONTINUOUS COMBUSTION ROTARY ENGINE | |
| RU2184861C1 (en) | Turbine arc engine | |
| CN116291873A (en) | Gas turbine with post-combustion detonation combustor | |
| RU117509U1 (en) | HEAT ENGINE |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120506 |