RU2357091C2 - Engine with heat regeneration (versions) and method for energy generation in engine - Google Patents
Engine with heat regeneration (versions) and method for energy generation in engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2357091C2 RU2357091C2 RU2007113654/06A RU2007113654A RU2357091C2 RU 2357091 C2 RU2357091 C2 RU 2357091C2 RU 2007113654/06 A RU2007113654/06 A RU 2007113654/06A RU 2007113654 A RU2007113654 A RU 2007113654A RU 2357091 C2 RU2357091 C2 RU 2357091C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steam
- cylinder
- combustion chamber
- engine
- piston
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Настоящее изобретение относится к паровому двигателю, более конкретно к двигателю с регенерацией тепла, который использует воду в качестве рабочей среды, а также смазочного материала, при этом двигатель является высокоэффективным, безвредным для окружающей среды и пригодным для использования многих видов топлива.The present invention relates to a steam engine, and more particularly to a heat recovery engine that uses water as a working medium as well as a lubricant, the engine being highly efficient, environmentally friendly and suitable for use with many fuels.
Уровень техникиState of the art
Озабоченность состоянием окружающей среды подтолкнула к дорогостоящим комплексным технологическим предложениям конструкции двигателя. Например, технология с топливным элементом обеспечивает преимущество работы на чистом сжигаемом водороде. Однако стоимость и размер двигателей на топливных элементах, а также стоимость создания, хранения и доставки топливного водорода несоразмерно перекрывает экологические преимущества. В качестве дополнительного примера можно отметить, что работающие без загрязнений электромобили ограничены небольшой номенклатурой, и их приходится постоянно перезаряжать электричеством, вырабатываемым угольными, дизельными или атомными электростанциями. Газовые турбины хотя и чистые, но работают на постоянной скорости. В небольших объемах, строить, эксплуатировать и реконструировать газовые турбины дорого. Дизельные и работающие на газе двигатели внутреннего сгорания имеют высокий коэффициент полезного действия; они легкие и относительно недорогие в изготовлении, но создают значительный объем загрязняющих веществ, опасных для окружающей среды и здоровья всего населения, и, кроме того, специфичны в отношении горючего.Concern over the state of the environment has pushed towards costly integrated technology proposals for engine design. For example, fuel cell technology offers the advantage of operating on clean, combustible hydrogen. However, the cost and size of fuel cell engines, as well as the cost of creating, storing and delivering fuel hydrogen disproportionately overlap with environmental benefits. As an additional example, it can be noted that electric cars operating without pollution are limited by a small nomenclature, and they have to be constantly recharged with electricity generated by coal, diesel or nuclear power plants. Gas turbines, although clean, operate at a constant speed. In small volumes, building, operating and remodeling gas turbines is expensive. Diesel and gas-fired internal combustion engines have a high efficiency; they are lightweight and relatively inexpensive to manufacture, but they create a significant amount of pollutants that are dangerous to the environment and the health of the entire population, and, moreover, are specific to fuel.
Оригинальный паровой двигатель с циклом Ренкина был изобретен Джеймсом Уаттом более 150 лет назад. Современные паровые двигатели с циклом Ренкина для передачи перегретого пара на двигатель и далее на конденсатор используют трубы. Одиночные трубы, используемые для транспортировки перегретого пара к двигателю, имеют большую площадь открытой поверхности, что ограничивает уровни давления и температур. Менее желательные низкие величины давления и температур, при которых вода может легко изменить свое состояние с жидкого на газообразное, вызывают необходимость наличия сложной системы контроля. Хотя паровые двигатели, как правило, громоздки и неэффективны, они обычно бывают экологически чистыми. Паровые двигатели имеют разные уровни коэффициента полезного действия, который колеблется в пределах от 5% на старых моделях паровых установок до 45% в современных установках. В отличие от них, двухтактные двигатели внутреннего сгорания работают приблизительно с КПД 17%, тогда как четырехтактные двигатели внутреннего сгорания обеспечивают коэффициент полезного действия приблизительно до 25%. С другой стороны дизельные двигатели внутреннего сгорания обеспечивают КПД до 35%.The original Rankine cycle steam engine was invented by James Watt over 150 years ago. Modern steam engines with a Rankine cycle use pipes to transfer superheated steam to the engine and then to the condenser. Single pipes used to transport superheated steam to the engine have a large open surface area, which limits pressure and temperature levels. Less desirable lower pressures and temperatures at which water can easily change its state from liquid to gaseous necessitate a complex control system. Although steam engines are generally cumbersome and inefficient, they are usually environmentally friendly. Steam engines have different levels of efficiency, which ranges from 5% on older models of steam plants to 45% in modern plants. In contrast, two-stroke internal combustion engines operate at approximately 17% efficiency, while four-stroke internal combustion engines provide up to approximately 25% efficiency. On the other hand, diesel internal combustion engines provide an efficiency of up to 35%.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Ввиду вышеизложенного первоочередная задача настоящего изобретения заключается в создании компактного двигателя, работающего с высоким коэффициентом полезного действия.In view of the foregoing, the primary objective of the present invention is to provide a compact engine operating with a high efficiency.
Дополнительная задача настоящего изобретения заключается в создании компактного и высокоэффективного двигателя, который обеспечивает регенерацию тепла и работает при сверхкритическом давлении (3200 фунтов) и высокой температуре (1200 градусов по Фаренгейту).An additional objective of the present invention is to provide a compact and highly efficient engine that provides heat recovery and operates at supercritical pressure (3200 pounds) and high temperature (1200 degrees Fahrenheit).
Еще одна задача настоящего изобретения заключается в создании высокоэффективного и компактного двигателя, который является безопасным для окружающей среды и использует внешнее сгорание, циклонную форсунку (форсунку с вихревым пламенем) и водяную смазку.Another objective of the present invention is to provide a highly efficient and compact engine that is environmentally friendly and uses external combustion, a cyclone nozzle (vortex flame nozzle) and water lubricant.
Еще одна задача настоящего изобретения заключается в создании компактного и высокоэффективного парового двигателя, который может работать на многих видах топлива, в результате чего двигатель сжигает любой из различного рода источников топлива, а также их сочетаний.Another objective of the present invention is to create a compact and highly efficient steam engine that can run on many types of fuel, as a result of which the engine burns any of various sources of fuel, as well as their combinations.
Еще одна задача настоящего изобретения заключается в создании высокоэффективного и компактного парового двигателя, который является легким, не имеет отдельной системы водяного охлаждения и не производит вибрационного шума и шума выхлопа.Another objective of the present invention is to provide a highly efficient and compact steam engine, which is lightweight, does not have a separate water cooling system and does not produce vibration noise and exhaust noise.
Еще одна задача настоящего изобретения заключается в создании высокоэффективного и компактного парового двигателя, который не требует трансмиссии.Another objective of the present invention is to provide a highly efficient and compact steam engine that does not require a transmission.
Эти и другие задачи настоящего изобретения становятся более понятными в связи с детальным описанием и прилагаемыми чертежами.These and other objectives of the present invention become more clear in connection with the detailed description and the accompanying drawings.
Таким образом, в первом аспекте изобретения предлагается двигатель, содержащий конденсатор, включающий систему разнесенных пластин с охлаждаемыми воздухом поверхностями и поддон под системой разнесенных пластин для сбора жидкого конденсата; парогенератор, включающий, по меньшей мере, одну форсунку, выполненную с возможностью сжигания подаваемого топлива, и камеру сгорания, сообщающуюся с, по меньшей мере, одной форсункой для генерирования тепла в указанной камере сгорания; главный привод двигателя в сборе, содержащий, по меньшей мере, один цилиндр, поршень, установленный с возможностью перемещения в цилиндре, включающий в себя поршневую головку, выполненную и установленную с возможностью совершения возвратно-поступательного движения в цилиндре, коленчатый вал, кривошипный кулачок, закрепленный на коленчатом валу с возможностью совместного вращения, шатун, присоединенный шарнирно между поршнем и кривошипным кулачком, и инжекторный клапан, выполненный с возможностью переключения между закрытым положением и открытым положением для выпуска порции пара под давлением в верхнюю часть цилиндра; паропровод для подачи пара в инжекторный клапан с целью его впуска в цилиндр после кратковременного открытия инжекторного клапана; насос для подачи воды из поддона через паропровод, причем паропровод включает в себя участок, расположенный в камере сгорания и выполненный с открытой областью поверхности в камере сгорания для обеспечения теплопередачи с целью изменения агрегатного состояния воды в паропроводе с жидкости на пар для его подачи в инжекторный клапан; выпускной канал передачи для подачи отработавшего пара из, по меньшей мере, одного цилиндра в конденсатор, в котором отработавший пар изменяет свое агрегатное состояние на жидкость перед сбором в поддоне; и теплообменник для предварительного нагрева всасываемого воздуха перед подачей в камеру сгорания, причем теплообменник выполнен с возможностью использования тепловой энергии отработавших газов, выпускаемых из камеры сгорания.Thus, in a first aspect of the invention, there is provided an engine comprising a capacitor including a spaced plate system with air-cooled surfaces and a tray under a spaced plate system for collecting liquid condensate; a steam generator comprising at least one nozzle configured to burn the supplied fuel, and a combustion chamber in communication with at least one nozzle for generating heat in said combustion chamber; the main drive of the engine assembly, containing at least one cylinder, a piston mounted for displacement in the cylinder, including a piston head, made and installed with the possibility of reciprocating motion in the cylinder, crankshaft, crank cam, fixed on the crankshaft with the possibility of joint rotation, a connecting rod pivotally connected between the piston and the crank cam, and an injection valve configured to switch between the closed position and an open position for discharging portions pressurized steam into the upper part of the cylinder; a steam line for supplying steam to the injection valve for inlet into the cylinder after briefly opening the injection valve; a pump for supplying water from the sump through the steam line, the steam line including a section located in the combustion chamber and made with an open surface area in the combustion chamber to provide heat transfer in order to change the state of aggregation of water in the steam line from liquid to steam for supplying it to the injection valve ; an exhaust transmission channel for supplying the exhaust steam from the at least one cylinder to the condenser, in which the exhaust vapor changes its state of aggregation to a liquid before collection in the pan; and a heat exchanger for preheating the intake air before being supplied to the combustion chamber, the heat exchanger being configured to use the thermal energy of the exhaust gases discharged from the combustion chamber.
Главный привод двигателя предпочтительно включает ряд цилиндров, каждый из которых имеет поршень и поршневую головку, установленные с возможностью перемещения в цилиндре; ряд шатунов, каждый из которых шарнирно прикреплен к поршню соответствующего цилиндра; и ряд инжекторных клапанов, каждый из которых выполнен с возможностью выпуска порции пара под давлением в соответствующий цилиндр после установки инжекторного клапана в открытое положение.The main drive of the engine preferably includes a number of cylinders, each of which has a piston and a piston head mounted to move in the cylinder; a number of connecting rods, each of which is pivotally attached to the piston of the corresponding cylinder; and a series of injection valves, each of which is configured to discharge a portion of the steam under pressure into the corresponding cylinder after setting the injection valve in the open position.
Парогенератор предпочтительно содержит, по меньшей мере, одну воздуходувку для подачи потока воздуха в камеру сгорания; топливный распылитель для направления подаваемого топлива в распыленном тумане в поток воздуха; и воспламенитель для поджигания распыленного топливного тумана.The steam generator preferably comprises at least one blower for supplying an air stream to the combustion chamber; a fuel atomizer for directing the supplied fuel in atomized mist into an air stream; and an ignitor for igniting the atomized fuel mist.
Указанный участок паропровода может включать ряд отводных линий в камере сгорания.The specified section of the steam line may include a number of branch lines in the combustion chamber.
В предпочтительном варианте двигатель дополнительно содержит делительный клапан на узле соединения однолинейной части паропровода и отводных линий, причем делительный клапан выполнен и установлен с возможностью выравнивания давления потока пара между рядом отводных линий.In a preferred embodiment, the engine further comprises a dividing valve at the junction of the single-line part of the steam line and branch lines, the dividing valve being made and installed with the possibility of equalizing the pressure of the steam flow between a number of branch lines.
Цилиндры могут быть расположены в радиальной конфигурации.Cylinders can be arranged in a radial configuration.
В следующем предпочтительном варианте двигатель дополнительно содержит ряд клапанов пространства сжатия, каждый из которых установлен с возможностью работы с соответствующим цилиндром, причем клапаны пространства сжатия выполнены и установлены с возможностью уменьшения давления пара в цилиндрах на малых оборотах двигателя, при этом каждый клапан пространства сжатия выполнен и установлен с возможностью поддержания более высокого давления пара в цилиндрах на больших оборотах двигателя.In a further preferred embodiment, the engine further comprises a series of compression space valves, each of which is installed to operate with a respective cylinder, the compression space valves being made and installed to reduce the vapor pressure in the cylinders at low engine speeds, each compression space valve being made and installed with the ability to maintain a higher vapor pressure in the cylinders at high engine speeds.
В еще одном предпочтительном варианте двигатель дополнительно содержит толкатель, входящий в процессе работы во взаимодействие с инжекторным клапаном; и подпружиненное коромысло, входящее в процессе работы во взаимодействие с толкателем для кратковременного открытия инжекторного клапана.In another preferred embodiment, the engine further comprises a pusher, which during operation interacts with the injection valve; and a spring-loaded rocker arm, which, during operation, interacts with the pusher to briefly open the injection valve.
В наиболее предпочтительном варианте двигатель дополнительно содержит кулачковую шайбу, смонтированную с возможностью перемещения на коленчатом валу; выступ, выступающий из указанной кулачковой шайбы в наружном направлении; и следящий элемент дросселя, входящий в процессе работы в контакт с кулачковой шайбой и толкателем, причем следящий элемент дросселя выполнен и установлен с возможностью побуждения толкателя преодолевать сопротивление инжекторного клапана, после вхождения следящего элемента дросселя в контакт с выступом на кулачковой шайбе, для кратковременного открытия инжекторного клапана по мере вращения кулачковой шайбы.In a most preferred embodiment, the engine further comprises a cam washer mounted to be movable on the crankshaft; a protrusion protruding from the specified cam washer in the outer direction; and a throttle follower that comes into contact with the cam washer and pusher during operation, the throttle follower is made and installed with the possibility of causing the pusher to overcome the resistance of the injector valve after the throttle follower comes into contact with the protrusion on the cam washer valve as the cam lock rotates.
Во втором аспекте изобретения предлагается двигатель, содержащий конденсатор, включающий систему разнесенных пластин с охлаждаемыми воздухом поверхностями и поддон под системой разнесенных пластин для сбора жидкого конденсата; камеру сгорания; по меньшей мере, один цилиндр; поршень, установленный с возможностью перемещения в цилиндре, включающий в себя поршневую головку, выполненную и установленную с возможностью совершения возвратно-поступательного движения в цилиндре; коленчатый вал; кривошипный кулачок, закрепленный на коленчатом валу с возможностью совместного вращения; шатун, присоединенный шарнирно между поршнем и кривошипным кулачком; инжекторный клапан, выполненный с возможностью переключения между закрытым положением и открытым положением для выпуска порции пара под давлением в верхнюю часть цилиндра; толкатель, взаимодействующий в процессе работы с инжекторным клапаном; подпружиненное коромысло, входящее в процессе работы во взаимодействие с толкателем для кратковременного открытия инжекторного клапана; паропровод для подачи пара в инжекторный клапан с целью его впуска в цилиндр после кратковременного открытия инжекторного клапана; насос для подачи воды из поддона через паропровод, причем паропровод включает в себя разветвленный участок труб, собранных в пучок в камере сгорания, при этом указанный пучок труб имеет открытый участок поверхности в камере сгорания для обеспечения теплопередачи с целью изменения агрегатного состояния воды в паропроводе с жидкости на пар и нагревания пара до температуры, при которой образуется перегретый пар для его подачи в инжекторный клапан; выпускной канал передачи для подачи отработавшего пара из, по меньшей мере, одного цилиндра в конденсатор, в котором отработавший пар изменяет свое агрегатное состояние на жидкое перед сбором в поддоне; и теплообменник для предварительного нагрева всасываемого воздуха перед подачей в камеру сгорания, причем теплообменник выполнен с возможностью использования тепловой энергии отработавших газов, выпускаемых из камеры сгорания.In a second aspect of the invention, there is provided an engine comprising a capacitor including a spacer plate system with air-cooled surfaces and a pan under a spacer plate system for collecting liquid condensate; combustion chamber; at least one cylinder; a piston mounted for movement in the cylinder, including a piston head, made and installed with the possibility of reciprocating motion in the cylinder; crankshaft; a crank cam mounted on the crankshaft with the possibility of joint rotation; a connecting rod pivotally connected between the piston and the crank cam; an injection valve configured to switch between a closed position and an open position to release a portion of the steam under pressure into the upper part of the cylinder; a pusher interacting during operation with the injection valve; spring-loaded rocker arm, which in the course of work interacts with the pusher for short-term opening of the injection valve; a steam line for supplying steam to the injection valve for inlet into the cylinder after briefly opening the injection valve; a pump for supplying water from the sump through the steam line, the steam line including a branched section of pipes assembled in a bundle in the combustion chamber, wherein said pipe bundle has an open surface section in the combustion chamber to provide heat transfer in order to change the state of aggregation of water in the steam line with liquid steam and heating the steam to a temperature at which superheated steam is formed for its supply to the injection valve; an exhaust transmission channel for supplying exhaust steam from at least one cylinder to the condenser, in which the exhaust vapor changes its state of aggregation to liquid before collection in the pan; and a heat exchanger for preheating the intake air before being supplied to the combustion chamber, the heat exchanger being configured to use the thermal energy of the exhaust gases discharged from the combustion chamber.
В третьем аспекте изобретения предлагается двигатель, содержащий конденсатор, включающий систему разнесенных пластин с охлаждаемыми воздухом поверхностями и поддон под системой разнесенных пластин для сбора жидкого конденсата; камеру сгорания; узел генерирования тепла для сжигания подаваемого топлива и создания центрифуги из горячего воздуха и пламени в камере сгорания; главный привод двигателя в сборе, содержащий, по меньшей мере, один цилиндр, поршень, установленный с возможностью перемещения в цилиндре, включающий поршневую головку, выполненную и установленную с возможностью совершения возвратно-поступательного движения в цилиндре, коленчатый вал, кривошипный кулачок, закрепленный на коленчатом валу с возможностью совместного вращения, шатун, присоединенный шарнирно между поршнем и кривошипным кулачком, инжекторный клапан, выполненный с возможностью переключения между закрытым положением и открытым положением для выпуска порции пара под давлением в верхнюю часть цилиндра, толкатель, взаимодействующий в процессе работы с инжекторным клапаном, и подпружиненное коромысло, входящее в процессе работы во взаимодействие с толкателем для кратковременного открытия инжекторного клапана; паропровод для подачи пара в инжекторный клапан с целью его впуска в цилиндр после кратковременного открытия инжекторного клапана; насос для подачи воды из поддона через паропровод, причем паропровод включает в себя участок, проходящий через камеру сгорания таким образом, что вода и пар в пределах указанного участка паропровода нагреваются в результате воздействия температуры в камере сгорания с образованием пара в паропроводе для подачи в инжекторный клапан и в цилиндр после открытия инжекторного клапана; первый теплообменник для предварительного нагрева всасываемого воздуха перед его поступлением в камеру сгорания, причем первый теплообменник выполнен с возможностью использования тепла отработавших газов, выпускаемых из камеры сгорания; и второй теплообменник для нагрева воды в паропроводе перед ее поступлением на указанный участок паропровода в камере сгорания, причем второй теплообменник выполнен с возможностью использования тепла пара, выходящего из, по меньшей мере, одного цилиндра.In a third aspect of the invention, there is provided an engine comprising a capacitor including a spacer plate system with air-cooled surfaces and a pan under a spacer plate system for collecting liquid condensate; combustion chamber; a heat generating unit for burning the supplied fuel and creating a centrifuge from hot air and flame in the combustion chamber; the main drive of the engine assembly containing at least one cylinder, a piston mounted for displacement in the cylinder, including a piston head, made and installed with the possibility of reciprocating motion in the cylinder, crankshaft, crank cam mounted on the crankshaft a shaft with the possibility of joint rotation, a connecting rod pivotally connected between the piston and the crank cam, an injection valve made with the possibility of switching between the closed position and open position to release a portion of steam under pressure into the upper part of the cylinder, a pusher interacting during operation with the injector valve, and a spring-loaded rocker arm, which, during operation, interacts with the pusher to briefly open the injector valve; a steam line for supplying steam to the injection valve for inlet into the cylinder after briefly opening the injection valve; a pump for supplying water from the sump through the steam line, the steam line including a section passing through the combustion chamber so that the water and steam within the specified section of the steam pipe are heated by exposure to temperature in the combustion chamber with the formation of steam in the steam line for feeding into the injection valve and into the cylinder after opening the injection valve; a first heat exchanger for preheating the intake air before it enters the combustion chamber, the first heat exchanger configured to use heat from exhaust gases discharged from the combustion chamber; and a second heat exchanger for heating the water in the steam line before it enters the specified section of the steam line in the combustion chamber, the second heat exchanger configured to use the heat of steam leaving at least one cylinder.
В четвертом аспекте изобретения предлагается способ получения энергии в двигателе, имеющем, по меньшей мере, один цилиндр, поршень, установленный с возможностью перемещения в цилиндре, включающий поршневую головку для совершения возвратно-поступательного движения в цилиндре, коленчатый вал, кривошипный кулачок, закрепленный на коленчатом валу с возможностью совместного вращения, и шатун, присоединенный шарнирно между поршнем и кривошипным кулачком, включающий следующие этапы: нагнетание жидкости из резервуара по одной или более линиям, ведущим к инжекторному клапану на, по меньшей мере, одном цилиндре; генерирование тепла в камере сгорания путем сжигания смеси воздуха и топлива; направление участка одной или более линий через камеру сгорания для обеспечения воздействия тепла камеры сгорания на жидкость, нагнетаемую через одну или более линии; производство пара на указанном участке одной или более линий в результате воздействия тепла камеры сгорания; впуск пара в цилиндр против поршневой головки для принудительного выполнения поршнем рабочего хода вниз с поворотом кривошипного кулачка и коленчатого вала; предварительный нагрев всасываемого воздуха перед подачей в камеру сгорания с использованием тепла отработавших газов, выпускаемых из камеры сгорания; предварительный нагрев жидкости, проходящей через одну или более линии до поступления на указанный участок в камере сгорания; передача отработавшего пара из цилиндра в конденсатор; конденсация отработавшего пара для образования жидкости; и передача жидкости в резервуар.In a fourth aspect of the invention, there is provided a method of generating energy in an engine having at least one cylinder, a piston mounted for displacement in the cylinder, including a piston head for reciprocating movement in the cylinder, a crankshaft, a crank cam fixed to the crankshaft a shaft with the possibility of joint rotation, and a connecting rod pivotally connected between the piston and the crank cam, which includes the following steps: pumping fluid from the reservoir along one or more lines m leading to an injection valve on at least one cylinder; heat generation in the combustion chamber by burning a mixture of air and fuel; the direction of the plot of one or more lines through the combustion chamber to ensure that the heat of the combustion chamber affects the fluid pumped through one or more lines; steam production in the indicated section of one or more lines as a result of the heat of the combustion chamber; steam inlet into the cylinder against the piston head for forcing the piston to move the working stroke downward by turning the crank cam and crankshaft; preheating the intake air before feeding it into the combustion chamber using the heat of the exhaust gases discharged from the combustion chamber; pre-heating the fluid passing through one or more lines before entering the specified area in the combustion chamber; transfer of exhaust steam from the cylinder to the condenser; condensation of spent steam to form a liquid; and transferring fluid to the tank.
Настоящее изобретение предлагает компактный и высокоэффективный двигатель, который использует воду в качестве рабочей жидкости, а также смазочного вещества. Двигатель состоит, в основном, из конденсатора, парогенератора и главной секции двигателя, имеющей клапаны, цилиндры, поршни, толкатели, главный подшипник, кулачки и распределительный вал. Окружающий воздух вводится в конденсатор с помощью всасывающих воздуходувок. Перед поступлением воздуха в топку циклона его температура повышается в два этапа. На первом этапе воздух от воздуходувок подается на конденсатор. На следующем этапе воздух направляется от конденсатора через теплообменники, в которых воздух нагревается прежде, чем он поступает на парогенератор. В парогенераторе подогретый воздух смешивается с топливом из топливной форсунки. Форсунка сжигает топливо, распыленное в центрифуге, заставляя тяжелые топливные элементы двигаться к наружным сторонам топки, в которой они потребляются. Более горячие и легкие газы двигаются через небольшой пучок труб (трубный пучок). Цилиндры двигателя расположены радиально по отношению к головкам цилиндра и клапанам, проходящим в циклонную топку. Значение температуры в пучке труб поддерживаются на уровне 1200 градусов по Фаренгейту. Пучок труб, передающих пар, проходит через топку и подвергается воздействию высоких температур. В топке пар находится в перегретом состоянии под давлением, достигающем и поддерживаемом приблизительно на уровне 3200 фунтов.The present invention provides a compact and highly efficient engine that uses water as a working fluid as well as a lubricant. The engine consists mainly of a condenser, a steam generator and a main engine section having valves, cylinders, pistons, pushers, a main bearing, cams and a camshaft. Ambient air is introduced into the condenser using suction blowers. Before air enters the cyclone furnace, its temperature rises in two stages. At the first stage, air from the blowers is supplied to the condenser. In the next step, air is directed from the condenser through heat exchangers, in which the air is heated before it enters the steam generator. In the steam generator, heated air is mixed with fuel from the fuel nozzle. The nozzle burns the fuel atomized in a centrifuge, causing the heavy fuel cells to move to the outside of the firebox in which they are consumed. Hotter and lighter gases move through a small bundle of tubes (tube bundle). The engine cylinders are arranged radially with respect to the cylinder heads and valves passing into the cyclone furnace. The temperature in the tube bundle is maintained at 1200 degrees Fahrenheit. A bundle of steam transfer pipes passes through the firebox and is exposed to high temperatures. In the furnace, steam is overheated under pressure, reaching and maintaining at approximately 3,200 pounds.
Отработавший пар направляется через первичный змеевик, который служит также для предварительного нагрева воды в генераторе. Отработавший пар направляется затем через конденсатор в центробежную систему компрессионной конденсации, состоящую из плоских пластин с многоярусным расположением. Охлаждающий воздух циркулирует через плоские пластины, нагревается в выпускном теплообменнике и выходит в топку. Этот цикл с промежуточным перегревом воздуха играет большую роль для повышения эффективности и получения большей компактности двигателя.The spent steam is sent through the primary coil, which also serves to pre-heat the water in the generator. The exhaust steam is then sent through a condenser to a centrifugal compression condensation system consisting of flat plates with a multi-tiered arrangement. Cooling air circulates through the flat plates, heats up in the exhaust heat exchanger and enters the furnace. This cycle with intermediate air overheating plays a large role to increase efficiency and obtain greater compactness of the engine.
Скорость и крутящий момент двигателя регулируются конструкцией коромысла и кулачка, которые служат для открытия и закрытия клапана игольчатого типа в головке двигателя. Когда клапан открыт, пар под высоким давлением и при высокой температуре подается в цилиндр с возможностью расширения в виде взрыва поверх поршня высокого давления. Использование трех и более поршней позволяет осуществлять самозапуск.The speed and torque of the engine are regulated by the design of the rocker arm and cam, which serve to open and close the needle-type valve in the engine head. When the valve is open, steam at high pressure and at high temperature is supplied to the cylinder with the possibility of expansion in the form of an explosion over the high pressure piston. The use of three or more pistons allows self-starting.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Для более полного понимания сущности настоящего изобретения следует обратиться к нижеследующему подробному описанию, представленному совместно с прилагаемыми чертежами, где:For a more complete understanding of the essence of the present invention should refer to the following detailed description, presented in conjunction with the accompanying drawings, where:
Фиг.1 представляет собой общую схему, иллюстрирующую поток воздуха через двигатель согласно изобретению;Figure 1 is a General diagram illustrating the flow of air through an engine according to the invention;
Фиг.2 представляет собой общую схему, иллюстрирующую поток воды и пара через двигатель;Figure 2 is a general diagram illustrating the flow of water and steam through an engine;
Фиг.3 представляет собой вид сбоку (вертикальная проекция) в поперечном разрезе, иллюстрирующий основные компоненты двигателя;Figure 3 is a side view (vertical projection) in cross section illustrating the main components of the engine;
Фиг.4 представляет собой вид сверху в частичном поперечном разрезе, сделанном вдоль плоскости линии 4-4 на Фиг.3;Figure 4 is a top view in partial cross section taken along the plane of line 4-4 in Figure 3;
Фиг.5 представляет собой вид сверху в частичном поперечном разрезе, сделанном вдоль плоскости линии 5-5 на Фиг.3;Figure 5 is a top view in partial cross section taken along the plane of line 5-5 in Figure 3;
Фиг.6 представляет собой изолированный вид сверху кривошипного диска в сборе;6 is an isolated top view of the crank disk assembly;
Фиг.7 представляет собой изолированный поперечный разрез, показывающий предохранительный клапан регулирования давления в сборе, инжекторный клапан в сборе и головку цилиндра;7 is an isolated cross-sectional view showing the pressure control valve assembly, the injector valve assembly, and the cylinder head;
Фиг.8 представляет собой схему рабочего хода поршня;Fig is a diagram of the stroke of the piston;
Фиг.9 представляет собой поперечный разрез механизма управления дроссельной заслонкой и механизма синхронизации двигателя в сборе, работающих для движения вперед на малой скорости;Fig.9 is a cross-sectional view of the throttle control mechanism and the engine synchronization mechanism assembly, operating to move forward at low speed;
Фиг.10 представляет собой поперечный разрез механизма управления дроссельной заслонкой и механизма синхронизации двигателя в сборе, работающие для движения вперед на высокой скорости;FIG. 10 is a cross-sectional view of a throttle control mechanism and an engine synchronization mechanism assembly operating for forward movement at high speed; FIG.
Фиг.11 представляет собой поперечный разрез механизма управления дроссельной заслонкой и механизма синхронизации двигателя в сборе, работающие для движения назад;11 is a cross-sectional view of a throttle control mechanism and a motor synchronization mechanism assembly operating for reverse movement;
Фиг.12 представляет собой вид сверху делительного клапана;12 is a plan view of a dividing valve;
Фиг.13 представляет собой поперечный разрез делительного клапана, выполненный вдоль линии 13-13 на Фиг.12, иллюстрирующий расходный клапан (дроссель) в делителе; иFig is a cross section of a dividing valve, made along the line 13-13 in Fig.12, illustrating a flow valve (throttle) in the divider; and
Фиг.14 представляет собой вид сверху в частичном вырезе, показывающий многофазный первичный (топливоподкачивающий) насос и коллектор для систем насосов низкого давления и высокого давления двигателя.Fig. 14 is a partial cutaway top view showing a multiphase primary (fuel priming) pump and manifold for low pressure and high pressure pump systems.
Одинаковые ссылочные номера относятся к одинаковым деталям, изображенным на нескольких видах чертежей.The same reference numbers refer to the same parts shown in several types of drawings.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Настоящее изобретение относится к радиальному паровому двигателю, который в целом на всех чертежах обозначен позицией 10. Со ссылкой на Фиг.1 и 2 можно видеть, что двигатель 10 включает парогенератор 20, конденсатор 30 и главную секцию 50 двигателя, содержащую цилиндры 52, инжекторные клапаны 53, которые могут быть выполнены в виде игольчатых клапанов, поршни 54, толкатели 74, кривошипный кулачок 61 и коленчатый вал 60, проходящий в осевом направлении через центр секции двигателя.The present invention relates to a radial steam engine, which is generally indicated at 10. With reference to FIGS. 1 and 2, it can be seen that
В процессе работы окружающий воздух вводится в конденсатор 30 с помощью всасывающих воздуходувок 38. Перед поступлением в циклонную топку 22 (далее называемую "камера сгорания") температура воздуха повышается в два этапа. Конденсатор 30 представляет собой плоский пластинчатый динамический конденсатор с плоскими пластинами 31 многоярусного (послойного) размещения, окружающими внутреннюю сердцевину. Такая конструкция динамического конденсатора 30 создает возможность многократного прохождения пара с тем, чтобы усилить функцию конденсации. На первом этапе воздух поступает в конденсатор 30 от воздуходувок 38 и циркулирует над конденсаторными пластинами 31, чтобы охладить наружные поверхности пластин и конденсировать отработавший пар, циркулирующий в пластинах. Говоря точнее, пар, выходящий из выпускных каналов 55 цилиндров 52, проходит через змеевики предварительного нагрева, окружающие цилиндры. Пар попадает в сердцевину конденсатора, в котором центробежная сила, возникающая из-за вращения распределительного вала, продвигает пар во внутренние полости конденсаторных пластин 31. По мере перехода пара в жидкое состояние, он поступает в уплотненные отверстия, находящиеся на краю конденсаторных пластин. Конденсированная жидкость капает через сборные каналы в поддон 34, находящийся возле основания конденсатора. Насос 92 высокого давления возвращает жидкость из поддона 34 конденсатора к змеевикам 23 в камере сгорания, завершая жидкий цикл двигателя. Многоярусное расположение конденсаторных пластин 31 обеспечивает большую площадь поверхности для максимизации теплопередачи в относительно компактном объеме. Центробежная сила крыльчатки коленчатого вала, которая циклически продвигает конденсирующийся пар на охлаждающие пластины 31, наряду с конструкцией многоярусных пластин, обеспечивает систему многократного прохождения пара, которая является значительно более эффективной по сравнению с обычными конденсаторами однопроходной конструкции.During operation, ambient air is introduced into the
Кожух (экран) 12 двигателя является изолированным покрытием, которое ограждает узел камеры сгорания и поршня. Кожух 12 содержит воздуховоды 32, проводящие воздух от конденсатора 30, в котором он предварительно нагревается, к воздухозаборной части воздухо-воздушных теплообменников 42, в которых воздух нагревается дополнительно. Выходя из теплообменников 42, этот всасываемый нагретый воздух поступает в узлы распылителя/запальной свечи в форсунке 40, где он сгорает в камере сгорания. Кожух включает в себя также обратные каналы, которые забирают выхлопные газы от сгорания на верхнем центре камеры сгорания и отводят эти газы назад через выпускную часть воздухо-воздушных теплообменников 42. Кожух двигателя способствует повышению КПД и получению большей компактности двигателя благодаря сохранению тепла, достигаемому за счет его изоляции, обеспечивая необходимую систему воздуховодов для течения воздуха двигателя и предоставляя теплообменники, забирающие тепло отходящего газа.The casing (screen) 12 of the engine is an insulated coating that encloses the combustion chamber and piston assembly. The
Вода на пути ее подачи от насоса поддона конденсатора в камеру сгорания перекачивается через один или более главный подающий паропровод 21 на каждый цилиндр. Главный паропровод 21 проходит через змеевик 23 предварительного нагрева, который обмотан вокруг каждой юбки цилиндра, примыкающей к выпускным отверстиям этого цилиндра. Пар, выходящий из выпускных отверстий, отдает тепло этому змеевику, что повышает температуру воды, проходящей через змеевик в направлении камеры сгорания. Соответственно, при отдаче тепла змеевикам предварительного нагрева, отработавший пар начинает процесс охлаждения на своем пути через эти змеевики, прежде чем войти в конденсатор. Размещение этих змеевиков рядом с выпускными отверстиями цилиндров сохраняет тепло, которое в противном случае уходило бы в систему. Таким образом, данное размещение способствует увеличению суммарного КПД двигателя.Water on its way from the condenser pan pump to the combustion chamber is pumped through one or more main
На следующем этапе воздух проходит через теплообменники 42, в которых, прежде чем поступить в парогенератор 20 (см. Фиг.2 и 3), воздух нагревается. В парогенераторе 20 подогретый воздух смешивается с топливом из топливного распылителя 41 (см. Фиг.5). Запальная свеча 43 зажигает распыленное топливо в центрифуге, заставляющей тяжелые топливные элементы двигаться к наружным сторонам камеры сгорания 22, в которой они потребляются. Камера сгорания 22 выполнена в виде цилиндра, который охватывает кругообразно намотанный змеевик из собранных в плотный пучок 24 труб, образующих часть паропроводов, ведущих к соответствующим цилиндрам. Собранные в пучок 24 трубы нагреваются горящим топливом форсунки сгорания 40 в сборе, включающей в себя воздуходувки 38, топливный распылитель 41 и запальную свечу 43 (см. Фиг.4). Форсунки 40 устанавливаются на противоположных сторонах стенки круглой камеры сгорания и регулируются таким образом, чтобы направить пламя по спирали. Благодаря кручению пламени вокруг камеры сгорания пучок 24 труб в виде змеевика периодически "омывается" теплом газа сгорания, который циркулирует при его движении к центру пучка 24. Температура в пучке 24 труб поддерживается приблизительно на уровне 1200 градусов по Фаренгейту. Пучок 24 труб переносит пар и подвергается воздействию высоких температур, возникающих от сгорания, при этом пар перегревается, а его давление поддерживается приблизительно на уровне 3200 фунтов на квадратный дюйм. Горячий газ выходит через отверстие, расположенное в верхнем центре круглой крыши цилиндрической камеры сгорания. Центробежное движение газов, выделяющихся при горении, заставляет более тяжелые несгоревшие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в газах, аккумулироваться на наружной стенке камеры сгорания, где они сгорают, что способствует получению более чистого выхлопа. Эта циклоническая циркуляция газов, выделяющихся при горении в камере сгорания, создает в двигателе более высокий коэффициент полезного действия. В частности, многократные проходы пучка 24 труб в виде змеевика делают возможным большее тепловое насыщение по отношению к количеству израсходованного топлива. Более того, форма кругообразно закрученного пучка позволяет иметь большие длины труб, помещаемых в камере сгорания ограниченных габаритов, чем это имеет место в обычном котле. Кроме того, благодаря разделению линии подачи паропровода каждого цилиндра на две или более линии у входа в камеру сгорания (т.е. в пучке труб), воздействию газов, выделяющихся при горении, подвергается большая площадь поверхности труб, что способствует лучшей теплопередаче, так что жидкость можно нагревать, достигая более высоких значений температур и давления, что еще более улучшает коэффициент полезного действия двигателя.In the next step, the air passes through
По мере выхода воды одинарная линия 21 змеевика предварительного нагрева каждого отдельного цилиндра на ее пути к камере сгорания разветвляется на две или более линии 28 на цилиндр, образуя часть пучка труб, который состоит из змеевиковых (спиральных) пучков 24 всех этих разветвленных линий 28 для всех цилиндров, как это описано выше. Как видно на Фиг.3, эти многопроводные линии 28 идентичны в отношении поперечного сечения и длины. В то время как при статическом режиме такое уравнивание объемов и производительности между одинарной "питающей" линией 21 и разветвленными линиями 28 было бы сбалансированным, при динамическом режиме сверх критических высоких температур и высоких давлений относительные расходы в отводных линиях могут оказаться несбалансированными, что потенциально может привести к перегреву, а возможно и к разрушению стенки трубы с более низким расходом. Делительный клапан 26, размещенный возле присоединения одинарной линии 21 к многопроходным линиям 28, уравнивает расход в отводных линиях (см. Фиг.3, 12 и 13). Делительный клапан 26 минимизирует турбулентность в области места присоединения путем образования не прямоугольного "Т"-образного пересечения, а "T"-образного пересечения с узкой вершиной. Корпус этого "Y"-образного соединения содержит клапаны 27 регулирования расхода, которые делают возможным беспрепятственное протекание текучей среды в направлении парогенератора 20 через каждую из отводных линий 28, но позволяют "сбрасывать" любое постепенно нарастающее избыточное давление в одной линии назад в предохранительный клапан (регулятор давления) 46 с тем, чтобы не допустить избыточного давления на систему.As water emerges, the
Как это наилучшим образом видно на Фиг.5, цилиндры 52 двигателя расположены радиально по отношению к головкам 51 цилиндров и инжекторным клапанам 53, проходящим в циклонную топку. Кулачок 70 двигает толкатели 74 (см. Фиг.5), чтобы регулировать открытие паровых инжекторных клапанов 53. При более высоких скоростях двигателя паровые инжекторные клапаны 53 полностью открываются с тем, чтобы подавать пар в цилиндры 52, что вызывает проталкивание поршневых головок 54 радиально внутрь. Движение поршневых головок 54 заставляет шатуны 56 двигаться радиально внутрь так, чтобы поворачивать кривошипный диск 61 и коленчатый вал 60. Как показано на Фиг.6, каждый шатун 56 присоединен к кривошипному диску 61. Точнее говоря, внутренняя круглая поверхность тяги шатуна снабжена подшипниковым кольцом 59 для зацепления вокруг втулки 63 на кривошипном диске 61. В предпочтительном варианте осуществления изобретения кривошипный диск 61 образован из подшипникового материала, который окружает наружную поверхность тяги шатуна, обеспечивая, таким образом, двухсторонний подшипник для передачи нагрузки от поршня. Шатуны 56 приводятся в движение этим кривошипным диском 61. Эти шатуны устанавливаются на равных интервалах по периметру кольцевого подшипника. Нижние части двухсторонних подшипников, присоединяющие шатуны поршней к кривошипному диску 61, сконструированы так, чтобы они ограничивали угловой прогиб шатунов 56 с тем, чтобы выдерживать зазор между всеми шестью шатунами в течение одного полного поворота коленчатого вала 60. Центр кривошипного диска 61 присоединяется скобой к коренной шейке 62 коленчатого вала, которая смещена от центральной оси коленчатого вала 60. В то время как нижние концы шатунов 56 вращаются по кругу вокруг кривошипного диска 61, смещение коренной шейки 62 коленчатого вала, на которой движется кривошипный диск 61, создает геометрию, которая заставляет результирующие вращения этих шатунов перемещаться по эллиптической траектории. Такая уникальная геометрия предоставляет работе двигателя два преимущества. Во-первых, в процессе рабочего хода каждого поршня шатун поршня находится на одной вертикальной оси с движением ведущего поршня, передавая тем самым полную силу хода. Во-вторых, смещение между шатунами 56 и кривошипным диском 61, смещение между кривошипным диском и коренной шейкой 62 коленчатого вала и смещение коренной шейки 62 коленчатого вала по отношению к самому коленчатому валу 60, совместно создают плечо рычага, которое увеличивает силу каждого отдельного рабочего хода без увеличения расстояния, на которое перемещается поршень. Схема, изображающая этот уникальный рабочий ход, представлена на Фиг.8. Соответственным образом увеличивается и механический КПД. Такая конструкция обеспечивает также увеличение времени поступления и выпуска пара.As best seen in FIG. 5, the
Со ссылкой на Фиг.7, на малых скоростях двигателя паровые инжекторные клапаны 53 частично закрываются, и клапан 46 пространства сжатия открывается для сброса давления, чтобы выпустить пар из цилиндров 52. Клапаны 46 пространства сжатия регулируются числом оборотов двигателя в минуту. Клапан 46 пространства сжатия является инновацией, которая повышает коэффициент полезного двигателя как на малых, так и на высоких скоростях. Минимизация пространства сжатия в цилиндре 52 является преимущественной для эффективности двигателя, поскольку она уменьшает объем перегретого пара, требуемого для заполнения пространства, уменьшает контактную поверхность пара, которая поглощает тепло, которое, в противном случае, было бы использовано во взрывном расширении рабочего хода, а также, благодаря созданию более высокой степени сжатия в меньшей по объему камере, дополнительно увеличивает температуру поступившего пара. Однако более высокая степень сжатия, возникающая в связи с меньшей величиной пространства, при малых оборотах двигателя имеет неблагоприятный эффект появления обратного давления (противодавления) против подаваемой порции перегретого пара. Назначение клапана 46 пространства сжатия заключается в том, чтобы уменьшить степень сжатия в цилиндре на малых оборотах двигателя, сохраняя высокую степень сжатия на больших скоростях поршня, при которых эффект противодавления минимален. Клапан 46 пространства сжатия управляет впускным отверстием в трубку 47, которая проходит от цилиндра в камеру сгорания 22. Он имеет гидропривод от низконапорной насосной системы первичного многофазного водяного насоса 90 с приводом от двигателя. На малых оборотах клапан 46 пространства сжатия открывает трубку 47. С добавлением инкрементного объема трубки 47 к объему цилиндра 52, общее пространство сжатия увеличивается, в результате чего уменьшается степень сжатия. Порция пара, втекающая в трубку, дополнительно нагревается камерой 22 сгорания, которая окружает герметичную трубку 47, испаряясь обратно в цилиндр 52, где она содействует общему расширению пара рабочего хода на малой скорости. На более высоких оборотах насосная система работающего от двигателя насоса 90, которая гидравлическим путем активирует клапан пространства сжатия, создает давление, чтобы, тем самым, закрыть клапан 46 пространства сжатия, уменьшая общий объем сжатия и увеличивая степень сжатия цилиндра для эффективной работы двигателя на более высоких скоростях. Клапан 46 пространства сжатия повышает КПД двигателя, работающего как на малых скоростях, так и на больших скоростях.With reference to FIG. 7, at low engine speeds, the
Пар при сверхкритическом давлении поступает в цилиндры 52 двигателя посредством механически связанного дроссельного механизма, действующего на паровом инжекторном клапане 53. Чтобы противостоять температуре 1200° по Фаренгейту, инжекторные клапаны 53 в нижней части их штоков охлаждаются водой, подаваемой по трубам от конденсатора 30, и возвращаемой в него обратно с помощью насоса 96 системы жидкой смазки. Вдоль середины штоков клапанов ряд лабиринтовых уплотнений, или пазов в штоке клапана, совместно с уплотнительными кольцами и нижними кромочными самоподжимными уплотнениями создают уплотнение между каждым штоком клапана и стаканом, внутри которого перемещается клапан. Это изолирует и отделяет охлаждающую жидкость, протекающую мимо верха штока клапана, а давление 3200 фунтов на кв. дюйм - это приблизительно то давление, которое имеется на головке и седле каждого клапана. Удаление инжекторного клапана 53, а также регулировка зазора его гнезда могут быть выполнены по резьбе, выполненной на станке в верхнем корпусе клапана в сборе. Инжекторный клапан 53, впускающий перегретый пар, жестко закрывается пружиной 82 в каждом коромысле 80 клапана, смонтированном на наружной части корпуса двигателя. Каждая пружина 82 оказывает давление, достаточное для того, чтобы держать инжекторный клапан 53 закрытым при статическом режиме.Steam at supercritical pressure enters the
Движение открытия каждого клапана вызывается кулачковой шайбой 84, смонтированной на коленчатом валу. Выступ 85 на кулачковой шайбе заставляет следящий элемент 76 дросселя "проталкивать" по одному толкателю 74 на цилиндр 52. Каждый толкатель 74 выходит из-под центра радиально сконфигурированного шестицилиндрового двигателя наружу к коромыслу 80 игольчатого клапана. Сила следящего элемента 76 дросселя на толкателе 74 преодолевает давление закрытия, создаваемое пружиной, и открывает инжекторный клапан 53. Контакт между следящим элементом, коромыслом 80 и толкателем 74 устанавливается посредством резьбовой регулировочной розетки, смонтированной на каждом коромысле 80 игольчатого клапана.The opening movement of each valve is caused by a
Управление дросселем на двигателе достигается путем изменения расстояния, на которое проходит каждый толкатель 74, с дополнительным расширением, открывающим игольчатый клапан на большую величину с тем, чтобы впустить больше перегретой текучей среды. Все шесть толкателей 74 проходят через кольцо 78 управления дросселем, которое вращается по дуге, смещаясь там, где внутренний конец каждого толкателя 74 опирается на рычаг каждого следящего элемента кулачка (см. Фиг.5). Если следящий элемент 76 не поднят кулачковым выступом 85, то все позиции вдоль следящего элемента, на которые опирается толкатель 74, являются, равным образом, "закрытыми". Поскольку дуга кольца 78 управления дросселем смещена, то точка опоры толкателя 74 смещает плечо рычага за пределы и в сторону от точки опоры следящего элемента. Когда кулачковый выступ 85 проталкивает следящий элемент 76, длина дуги, которую проходит рычаг, увеличивается, продвигая тем самым толкатель 74 клапана дальше и открывая в большей степени инжекторный клапан 53. Одиночный рычаг, присоединенный к кольцу дросселя и проходящий к наружной части корпуса двигателя, используется для смещения дуги кольца дросселя, становясь, таким образом, дросселем двигателя.Throttle control on the engine is achieved by varying the distance each
Со ссылкой на Фиг.9-11, регулирование синхронизации двигателя достигается путем перемещения кулачковой шайбы 84. Регулирование синхронизации двигателя переносит момент, в который перегретая текучая среда впрыскивается в каждый поршень, и укорачивает продолжительность такого впрыскивания по мере увеличения числа оборотов двигателя. Движение кулачковой шайбы 84 "кверху" в сторону коренной шейки 62 коленчатого вала изменяет длительность выдержки времени, подвергая следящий элемент 76 воздействию нижней части кулачковой шайбы 84, где профиль выступа 85 кулачка постепенно уменьшается. Поворот той же самой кулачковой шайбы 84 изменяет выбор того времени, когда кулачковый выступ инициирует впуск пара в цилиндр(ы). Вращение кулачковой шайбы 84 достигается посредством муфтовой оси 88 кулачкового вала, которая крепится к кулачковой муфте 86. Ось 88 кулачкового вала проходит через криволинейную вертикальную прорезь в кулачковой шайбе 84, так что по мере того, как кулачковая шайба 84 под действием гидравлического давления поднимается, возникает скручивающее действие между кулачковой шайбой 84 и поршнем кулачковой муфты 86, и при этом кулачковая шайба 84 и выступ 85 частично поворачиваются. Эти два движения кулачковой шайбы активируются поршнем кулачковой муфты 86, который заделывается к коленчатому валу 60 и поворачивается с ним. Говоря точнее, ось кулачка коленчатого вала 87, которая крепится к коленчатому валу 60, проходит через отверстие в кулачковой шайбе и вертикальную прорезь на поршне кулачковой муфты. Это делает возможным вертикальное (т.е. продольное) движение кулачковой шайбы 84 и кулачковой муфты 86 относительно коленчатого вала, но не делает невозможным поворот кулачковой муфты 86 и коленчатого вала 60 относительно друг друга (из-за вертикальной прорези), так что кулачковая муфта 86 вращается с коленчатым валом. Водяная насосная система с приводом от коленчатого вала обеспечивает гидравлическое давление для вытягивания этого поршня кулачковой муфты 86. По мере увеличения числа оборотов в минуту гидравлическое давление растет. Это вытягивает поршень кулачковой муфты 86 и поднимает кулачковую шайбу 84, подвергая, таким образом, профили более высоких оборотов на выступе 85 действию следящего(их) элемента(ов) кулачка 76. Уменьшенные скорости двигателя соответственно уменьшают гидравлическое давление на поршень кулачковой муфты 86, а уплотненная цилиндрическая пружина 100 втягивает поршень кулачковой муфты 86 и саму кулачковую шайбу 84.With reference to FIGS. 9-11, engine timing control is achieved by moving the
Нормальное положение регулятора дросселя - это малая скорость движения вперед. По мере того как кольцо 78 дросселя впускает пар в поршень, кривошип начинает медленно вращаться в направлении вперед. Большая протяженность (продолжительность) действия кулачкового выступа 85 позволять впускать пар в цилиндры 52 за больший период времени. Как описано ранее, эллиптическая траектория шатунов создает высокий уровень крутящего момента, тогда как поступление пара в цилиндр продолжается более длительный период времени и через более длинное плечо рычага в фазу следующего цилиндра, делая, таким образом, возможным движение с автоматическим пуском.The normal position of the throttle control is a low forward speed. As the
По мере продвижения кольца 78 дросселя в цилиндр поступает больше пара, что позволяет увеличить число оборотов в минуту. Когда число оборотов увеличивается, насос 90 обеспечивает гидравлическое давление для подъема кулачковой шайбы 84 до высокой скорости движения вперед. Кулачковая шайба 84 двигается в две фазы, поднимая кулачок с тем, чтобы уменьшить протяженность действия кулачкового выступа и перенести хронометраж кулачка. Это происходит постепенно по мере того, как число оборотов увеличивается до предварительно заданного значения. Рычаг переключения передач 102 подпружинен на тяге 104 переключения передач, чтобы муфта 86 могла поднимать кулачковую шайбу 84.As the
Чтобы изменить направление движения двигателя на обратное, двигатель необходимо остановить, закрыв дроссель. Реверсирование двигателя не заканчивается выбором шестерни коробки передач, а выполняется путем изменения хронометража (синхронизации). Говоря точнее, реверсирование двигателя осуществляется путем толкания тяги 104 переключения передач с тем, чтобы поднять кулачковую муфту 86 до коленчатого вала 60, поскольку ось 88 кулачкового вала проходит в спиралевидном пазу в кулачковой шайбе, заставляя кривошип продвигать кулачок мимо верхней мертвой точки. Теперь двигатель будет работать задним ходом, поскольку поршень толкает кривошипный диск под углом относительно коленчатого вала в направлении обратного вращения. Такое смещающее движение изменяет только синхронизацию, а не продолжительность действия кулачкового выступа, направленного на открытие клапана. Это будет создавать полный крутящий момент и самозапуск при движении задним ходом. При движении задним ходом высокая скорость не нужна.To reverse the direction of movement of the engine, the engine must be stopped by closing the throttle. Reversing the engine does not end with the selection of the gears of the gearbox, but is done by changing the timing (synchronization). More specifically, the engine is reversed by pushing the
Отработавший пар направляется через первичный змеевик, который служит также для того, чтобы подогревать воду в генераторе 20. Затем отработавший пар направляется через конденсатор 30, в центробежную систему компрессионной конденсации. Как отмечалось выше, охлаждающий воздух циркулирует через плоские пластины, нагревается в выпускном теплообменнике 42 и направляется на форсунку 40. Этот цикл с промежуточным перегревом пара очень способствует повышению коэффициента полезного действия и достижению компактности двигателя.The exhaust steam is sent through a primary coil, which also serves to heat the water in the
Потребности двигателя в обеспечении водой обслуживаются многофазным насосом 90, который включает в себя три насосные системы. Одна из них представляет собой насосную систему 92 высокого давления, смонтированную рядом с тем же корпусом. Насосная система 94 среднего давления создает давление воды для активирования клапана объема камеры сгорания, а также давление воды для управления механизмом синхронизации кулачка. Насосная система 96 низкого давления обеспечивает смазывание и охлаждение двигателя. Агрегат высокого давления перекачивает воду из поддона 34 конденсатора через шесть отдельных линий 21, мимо змеевиков камеры сгорания 22 к каждому из шести инжекторных клапанов 53, которые подают перегретую текучую среду к шпиндельной головке двигателя. Эта высоконапорная секция многофазного насоса 90 содержит радиально расположенные поршни, которые очень похожи на конфигурацию больших шпиндельных головок двигателя. Линия подачи воды, отходящая от каждого из поршней водяного насоса, соединяется коллектором 98, который присоединен к регулятору, используемому совместно всеми шестью подающими линиями и предусмотренному для выравнивания и регулирования давления подачи воды на шесть поршней шпиндельной головки. Все насосные субагрегаты в многофазном насосе имеют привод от центрального вала. Этот приводной вал насоса присоединен к главному коленчатому валу 60 двигателя с помощью механической муфты. Когда двигатель останавливается, воду качает вспомогательный электродвигатель, поддерживая давление воды, необходимое для перезапуска двигателя.The engine needs for water supply are served by a
Хотя настоящее изобретение представлено и описано в соответствии с предпочтительным и практическим вариантом его осуществления, нельзя не отметить возможность отклонения от рассматриваемого здесь раскрытия в рамках существа и объема настоящего изобретения.Although the present invention has been presented and described in accordance with a preferred and practical embodiment, it is impossible not to note the possibility of deviating from the disclosure discussed herein within the spirit and scope of the present invention.
Перечень компонентовList of components
10. Двигатель.10. The engine.
12. Кожух двигателя.12. The engine cover.
20. Парогенератор.20. The steam generator.
21. Паропровод (питающая линия).21. Steam line (feed line).
22. Камера сгорания/циклонная топка.22. Combustion chamber / cyclone furnace.
23. Змеевик предварительного нагрева вокруг каждого цилиндра.23. Pre-heating coil around each cylinder.
24. Пучок труб (змеевик труб), состоящий из отводных линий для всех цилиндров.24. A tube bundle (pipe coil) consisting of branch lines for all cylinders.
26. Делительный клапан.26. Dividing valve.
27. Клапан регулирования расхода.27. Flow control valve.
28. Отводные линии, выходящие из (выделенные от) главной питающей линии.28. Outlets coming out of (separated from) the main supply line.
30. Конденсатор.30. Capacitor.
31. Плоские пластины.31. Flat plates.
32. Всасывающие воздуховоды.32. Suction ducts.
34. Поддон/Чаша сбора конденсата.34. Pallet / Condensate collection bowl.
38. Воздуходувки.38. Blowers.
40. Топливная форсунка сгорания.40. Fuel nozzle of combustion.
41. Топливный распылитель.41. Fuel atomizer.
42. Теплообменники.42. Heat exchangers.
43. Запальная свеча.43. Glow plug.
46. Клапан пространства сжатия для сброса давления.46. Compression valve for pressure relief.
47. Трубки пространства сжатия.47. Tubes of compression space.
50. Главный двигатель в сборе.50. Main engine assembly.
51. Головки цилиндра.51. Cylinder heads.
52. Цилиндры.52. Cylinders.
53. Паровые инжекторные клапаны.53. Steam injection valves.
54. Поршневые головки.54. Piston heads.
55. Выпускные отверстия на цилиндрах.55. Outlets on the cylinders.
56. Шатуны.56. Cranks.
59. Подшипниковое кольцо на внутренней стороне тяги шатуна.59. Bearing ring on the inside of the connecting rod rod.
60. Коленчатый вал.60. Crankshaft.
61. Кривошипный диск.61. Crank disk.
62. Коренная шейка коленчатого вала.62. The main neck of the crankshaft.
63. Втулка на кривошипном диске для присоединения шатуна.63. The sleeve on the crank disk for connecting the connecting rod.
76. Следящий элемент дросселя.76. The tracking element of the throttle.
74. Толкатели клапана.74. Valve pushers.
78. Кольцо управления дросселем.78. Throttle control ring.
80. Коромысла клапана.80. Rocker arms.
82. Пружина на коромыслах клапана.82. Spring on the rocker arms.
84. Кулачковая шайба.84. Cam washer.
85. Выступ на кулачковой шайбе.85. The protrusion on the cam washer.
86. Поршень кулачковой муфты.86. Cam clutch piston.
87. Ось кулачка коленчатого вала.87. The axis of the cam crankshaft.
88. Ось кулачка муфты (муфтовая ось кулачкового вала).88. Clutch cam axis (clutch shaft axis of the cam shaft).
90. Первичный многофазный насос.90. Primary multiphase pump.
92. Насосная система высокого давления.92. High pressure pump system.
94. Насосная система среднего давления.94. Medium pressure pump system.
96. Насосная система низкого давления.96. Low pressure pump system.
98. Насосный коллектор.98. The pump manifold.
100. Цилиндрическая пружина для отвода поршня кулачковой муфты.100. Cylindrical spring for removal of the cam clutch piston.
102. Рычаг переключения передач.102. The gear lever.
104. Тяга переключения передач.104. A draft of gear shifting.
106. Муфта переключения передач.106. Gear shift clutch.
Claims (12)
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US60972504P | 2004-09-14 | 2004-09-14 | |
US60/609,725 | 2004-09-14 | ||
US11/225,422 US7080512B2 (en) | 2004-09-14 | 2005-09-13 | Heat regenerative engine |
US11/225,422 | 2005-09-13 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2007113654A RU2007113654A (en) | 2008-11-10 |
RU2357091C2 true RU2357091C2 (en) | 2009-05-27 |
Family
ID=38744817
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007113654/06A RU2357091C2 (en) | 2004-09-14 | 2005-09-14 | Engine with heat regeneration (versions) and method for energy generation in engine |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN100462526C (en) |
RU (1) | RU2357091C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2760339C1 (en) * | 2021-02-08 | 2021-11-24 | Кирилл Алексеевич Сиденко | Method for boosting double-flow ejector pulsating air-jet engine and forced double-flow ejector pulsating air-jet engine |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105757961A (en) * | 2016-04-21 | 2016-07-13 | 武汉华易达电力设备有限公司 | Piston type water heater |
CN107246288B (en) * | 2017-06-16 | 2019-03-05 | 华中科技大学 | A kind of turbine, condenser and the three-in-one energy utilization device of water circulating pump |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3695036A (en) * | 1970-01-23 | 1972-10-03 | James Earl Martin Sr | Internal expansion vapor engine |
US4077214A (en) * | 1976-08-16 | 1978-03-07 | Burke Jr Jerry Allen | Condensing vapor heat engine with constant volume superheating and evaporating |
AU534426B2 (en) * | 1980-08-18 | 1984-01-26 | Thermal Systems Ltd. | Heat injected reciprocating piston hot gas engine |
US4561256A (en) * | 1983-01-05 | 1985-12-31 | Power Shaft Engine | External combustion engine |
-
2005
- 2005-09-14 RU RU2007113654/06A patent/RU2357091C2/en not_active IP Right Cessation
- 2005-09-14 CN CNB2005800304364A patent/CN100462526C/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2760339C1 (en) * | 2021-02-08 | 2021-11-24 | Кирилл Алексеевич Сиденко | Method for boosting double-flow ejector pulsating air-jet engine and forced double-flow ejector pulsating air-jet engine |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2007113654A (en) | 2008-11-10 |
CN100462526C (en) | 2009-02-18 |
CN101027461A (en) | 2007-08-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU2005284864B2 (en) | Heat regenerative engine | |
KR101417143B1 (en) | Piston steam engine having internal flash vapourisation of a working medium | |
EA017653B1 (en) | Monoblock valveless opposing piston internal combustion engine | |
US4611655A (en) | Heat exchanger | |
US7784280B2 (en) | Engine reversing and timing control mechanism in a heat regenerative engine | |
RU2357091C2 (en) | Engine with heat regeneration (versions) and method for energy generation in engine | |
US20070261681A1 (en) | Engine shrouding with air to air heat exchanger | |
US20070256415A1 (en) | Clearance volume valves in a heat regenerative engine | |
EP0143672A2 (en) | External combustion engine | |
US9541026B2 (en) | Heat exchanger for combustion engines including a housing containing a refractory tube within a dividing tube encircled by at least one coiled tube | |
US9488367B2 (en) | External combustion steam engine electrical generator having a fuel system, an engine system, and an electrical system attached and configured in a stacked or side-by-side relation with a small total footprint area | |
CA2906923C (en) | Heat exchanger for combustion engines | |
WO1984004779A1 (en) | Internal combustion engine | |
KR20080038273A (en) | Steam enhanced double piston cycle engine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170915 |