BG63668B1 - System for piston engine compression and ejection - Google Patents
System for piston engine compression and ejection Download PDFInfo
- Publication number
- BG63668B1 BG63668B1 BG103504A BG10350499A BG63668B1 BG 63668 B1 BG63668 B1 BG 63668B1 BG 103504 A BG103504 A BG 103504A BG 10350499 A BG10350499 A BG 10350499A BG 63668 B1 BG63668 B1 BG 63668B1
- Authority
- BG
- Bulgaria
- Prior art keywords
- steam
- air
- condenser
- pressure
- piston
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K21/00—Steam engine plants not otherwise provided for
- F01K21/04—Steam engine plants not otherwise provided for using mixtures of steam and gas; Plants generating or heating steam by bringing water or steam into direct contact with hot gas
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
- Jet Pumps And Other Pumps (AREA)
Abstract
Description
(54) СИСТЕМА ЗА КОМПРЕСИРАНЕ И ЕЖЕКТИРАНЕ НА БУТАЛНИ ДВИГАТЕЛИ(54) PISTON ENGINE COMPRESSION AND EJECTION SYSTEM
Област на техникатаTechnical field
Изобретението се отнася до система за компресиране и ежектиране на бутални двигатели с област на приложение в транспорта, енергетиката и всяка област на техниката, където се използват двигатели.The invention relates to a system for compressing and ejecting piston engines with a field of application in transport, energy and any field of technology where engines are used.
Предшестващо състояние на техникатаBACKGROUND OF THE INVENTION
В термодинамиката е известно, че найсъвършеният цикъл на паросилова установка е цикълът на Карно, осъществяван при зададени температури, с най-голям термичен кпд от възможните термодинамични цикли, но в паросиловите установки е намерил приложение видоизменения цикъл предложен от Ренкин.In thermodynamics, it is known that the most perfect cycle of a steam power plant is the Carnot cycle, performed at set temperatures, with the highest thermal efficiency of the possible thermodynamic cycles, but in the steam power plants the modified cycle proposed by Rankin has been applied.
Известни са също парогазови цикли на съчетаване на изгорелите газове и водната пара в газотурбинни установки, но термичният кпд не може да бъде по-голям от кпд на всеки от съставните цикли. В някои случаи по образец на бинарна живачно-водна установка парогазовия цикъл съдържа газотурбинна степен в областта на високите температури и паротурбинна в областта на ниските. При този случай термичният кпд е по-голям отколкото всеки от съставните цикли (газовия и парния), следователно е по-голям от двата поотделно, но това усложнява значително силовата установка.Steam and gas combinations of combustion gases and water vapor in gas turbine plants are also known, but the thermal efficiency cannot be greater than the efficiency of each of the component cycles. In some cases, following the model of a binary mercury-water plant, the steam-gas cycle contains a gas turbine stage in the high temperature region and a steam turbine in the low temperature region. In this case, the thermal efficiency is greater than each of the constituent cycles (gas and steam), therefore larger than the two individually, but this complicates significantly the power plant.
От RU 2054563 С1 е известен парогазов двигател, съдържащ правотоков парогенератор, изхода на който е съединен с активното сопло на смесителна камера, при което направляващия апарат е установен на изхода на сопло на Лавал, входа на което е съосен с активното сопло, разположено в смесителната камера, където парата се смесва с изгорелите газове и които задвижват лопатките на центростремителната турбина, които са твърдо съединени с топлопроводен диск и т.н.RU 2054563 C1 discloses a steam-gas engine comprising a direct-current steam generator whose output is coupled to the active nozzle of a mixing chamber, wherein the guiding apparatus is mounted at the outlet of a Laval nozzle, the inlet of which is aligned with the active nozzle located in the mixing nozzle. a chamber where steam is mixed with the exhaust gases and which drive the blades of the centrifugal turbine, which are firmly coupled to a heat-conducting disk, etc.
От ЕР 0619417 А1 е известен регенеративен газотурбинен цикъл, при който газовата турбина в комплект включва компресор за сгъстен въздух, горивна камера за изгаряне на гориво, турбина, задвижвана от изгорелите газове и задвижваща компресора. В парен смесител се подава въздух и се смесва парата и въздуха. Топлообменник е монтиран след турбината за нагряване на смесения газ от смесителя с топлина от изходящите газове. Въздушната магистрала снабдява с една порция сгъстен въздух от компресора горивната камера, а с друга порция сгъстен въздух смесителя. Смесеният газ от смесителя се подава в горивната камера през топлообменника. Смесителят може да включва или парен турбокомпресор или ежектор.EP 0619417 A1 discloses a regenerative gas turbine cycle in which the gas turbine in the kit includes a compressed air compressor, a combustion chamber for combustion, a combustion-driven turbine and a drive compressor. Air is supplied to the steam mixer and steam and air are mixed. A heat exchanger is installed after the turbine to heat the mixed gas from the mixer with the heat from the exhaust gases. The air line supplies one compressed air from the compressor to the combustion chamber and another to the compressed air from the mixer. Mixed gas from the mixer is fed into the combustion chamber through the heat exchanger. The mixer may include either a steam turbocharger or an ejector.
От WO 94/10427 е известен и водновъздушен парен двигател, който използва работен флуид, състоящ се от смес на компресирани негорящи въздушни компоненти, горивни продукти и пара. В описания нов цикъл работният флуид се подава с постоянни температура и налягане. Сгъстеният въздух се подава адиабатно от едно или многостепенен компресор. Най-малко 40% от подавания въздух се изгаря. Инертните компоненти се инжектират с високо налягане и се произвежда пара и по този начин се охлажда вътрешно турбината или друг тип система.WO 94/10427 also discloses a water-steam engine that uses a working fluid consisting of a mixture of compressed non-combustible air components, combustion products and steam. In the described new cycle, the working fluid is supplied with constant temperature and pressure. Compressed air is supplied adiabatically by a single or multi-stage compressor. At least 40% of the supply air is combusted. Inert components are injected at high pressure and steam is produced, thereby cooling the turbine or other type of system internally.
Основният недостатък на гореописаните патенти е това, че използването на въздуха се извършва чрез преминаване през горивната камера на двигателите и в схемата липсва кондензатор, което почти не увеличава термичния кпд, както и че газотурбинните двигатели не работят ефективно при ниски обороти и ниски налягания на работния флуид.The main disadvantage of the patents described above is that the use of air is done by passing through the combustion chamber of the engines and the circuit lacks a condenser, which almost does not increase the thermal efficiency, and that the gas turbine engines do not work effectively at low rpm and low operating pressures fluid.
Другите недостатъци на паросиловите установки са известни: голям парен котел, големи кондензационни устройства, поради висока енталпия на отработената пара, нисък термичен кпд, голямо тегло и обеми поради неизбежни паропроводи, което ги е наложило изключително за употреба в топлоелектроцентрали за изгаряне на въглища. Поради тези причини използването им в транспорта е ограничено.Other disadvantages of steam power plants are known: large steam boiler, large condensing units due to high enthalpy of exhaust steam, low thermal efficiency, high weight and volumes due to unavoidable steam lines, which necessitated them exclusively for use in coal fired power plants. For these reasons, their use in transport is limited.
Техническа същност на изобретениетоSUMMARY OF THE INVENTION
Задача на изобретението е да се създаде система за компресиране и ежектиране на бутални двигатели, която да осъществи паровъздушен термодинамичен цикъл, за разлика от досега използваните парни, газови и парогазови термодинамични цикли.It is an object of the invention to provide a piston engine compression and ejection system that performs a steam-air thermodynamic cycle as opposed to previously used steam, gas and steam-gas thermodynamic cycles.
Задачата е решена чрез свързване в определена взаимовръзка на парогенератор (ПГ), ежектор (Е), бутален двигател (ДВ), паровъздушна турбина (Т), въздушен компресор (К), топлообменник (ТО), кондензатор (КН), бутална помпа за кондензат (БП), резервоар - влагоотделител (РВл) и уреди за управление и регулиране (КР), всички заедно представляващи системата за компресиране и ежектиране на бутални двигатели.The problem is solved by interconnecting a steam generator (PG), an ejector (E), a piston engine (SG), an air turbine (T), an air compressor (K), a heat exchanger (TO), a condenser (CN), a piston pump for condensate (BP), water tank (RH) and control and regulating devices (CR), all together representing the piston engine compression and ejection system.
Работата на буталния двигател по p-v диаграмата (фиг. 1) включва следните процеси: парата с високо налягане постъпва от парогенератора с налягане р1 (т.1) и изтича от дюзата на ежектора с голяма скорост, като се разширява в дифузора до налягане р2, увличайки и компресирания въздух с налягане р6 до налягане р2 в цилиндрите на буталния двигател. От (т. 2) до (т. 3) паровъздушната смес се разширява изобарно в двигателя, като извършва работа за преодоляване на външните съпротивления. В края на работния ход на буталото (д.м.д.) се отваря изпускателният отвор, при което паровъздушната смес с налягане р3 (т. 3) се разширява адиабатно в работното колело на турбокомпресора до атмосферното налягане (р4) (т. 4). От (т. 4) до (т. 5) паровъздушната смес преминава през кондензатор, охлаждан от засмуквания въздух от компресора. В кондензатора се охлажда отработилата пара до нейното кондензиране, а въздухът напуска кондензатора с температура до 70 + 80°С. Компресираният нагрят въздух от (т. 5) до (т. 6) се смесва в смесителната камера на ежектора с постъпващата пара и увеличава налягането си до р2 (т. 2) пред цилиндрите на буталния двигател.The operation of the piston engine in the pv diagram (Fig. 1) involves the following processes: the high pressure steam enters the steam generator at pressure p 1 (item 1) and flows from the nozzle of the ejector at high speed, expanding into the diffuser to pressure p 2 , entraining and compressed air with pressure p 6 to pressure p 2 in the piston engine cylinders. From (2) to (3), the air mixture is isobarically expanded in the engine, performing work to overcome the external resistances. At the end of the piston stroke (ppm), an outlet is opened, whereby the vapor mixture with pressure p 3 (item 3) is expanded adiabatically into the turbocharger impeller to atmospheric pressure (p 4 ) (t 4). From (4) to (5) the air mixture passes through a condenser cooled by the suction air from the compressor. The condenser cools the exhaust steam until it condenses, and the air leaves the condenser at a temperature of up to 70 + 80 ° C. The compressed heated air from (p. 5) to (p. 6) is mixed in the mixing chamber of the ejector with the inlet steam and increases its pressure to p 2 (p. 2) in front of the piston engine cylinders.
От диаграмата се вижда, че затварянето на цикъла по контура 2 - 3 - 4 - 5 - 2 е невъзможно в частта от адиабатата на компресиране 6-2 поради загуба на енергия в турбокомпресора. За това се налага да се повиши налягането на компресиране, за да може да се използва енергията на сгъстения въздух за работа в буталния двигател. За тази цел служи пароструйният ежектор, който е по същество струен компресор и има най-просто устройство.The diagram shows that the closure of the 2 - 3 - 4 - 5 - 2 loop is impossible in the 6-2 compressor adiabat due to the loss of energy in the turbocharger. This requires that the compression pressure be increased in order to use the compressed air energy to operate the piston engine. The steam jet ejector is used for this purpose, which is essentially a jet compressor and has the simplest device.
Описаният път на работа на буталния двигател със система за компресиране и ежектиране показва много пълно използване на енталпията на парата по един каскаден начин, а именно пътя 1-2-3-4 състоящ се от две адиабати и една изобара. Използването на смесен паровъздушен цикъл позволява да се на мали рязко използването на пара в двигателя в първия му обем, което повишава значително термичния кпд на двигателя, намалява до минимум размерите на парогенератора и кондензатора и увеличава мобилността му.The described path of operation of a piston engine with a compression and ejection system shows a very complete use of the steam enthalpy in a cascading manner, namely the 1-2-3-4 pathway consisting of two adiabats and one isobar. The use of a mixed steam cycle allows the abrupt use of steam in the engine in its first volume, which significantly increases the thermal efficiency of the engine, minimizes the size of the steam generator and the condenser and increases its mobility.
Предимството на системата с компресиране и ежектиране е, че използва вместо изгорелите газове, въздуха от атмосферата, който охлажда кондензатора и връща обратно в мотора топлината, отделена при кондензирането на парата и охлаждането на въздуха от паровъздушната смес. Това спомага за рязко увеличение коефициента на обратимост на цикъла и оттам за повишение на термичния кпд, като се има предвид, че парата се използва само за компенсиране на загубите на енергия в обратимостта на цикъла, (масов дебит около 20 -е- 30%), а не в пълния работен обем на двигателя, както е при парната машина и парната турбина. Това позволява да се достигне до 80 + 85% термичен кпд, което би намалило разходите на гориво от 2 до 3 пъти от сега познатите експлоатационни стойности.The advantage of a compression and ejection system is that it uses instead of exhaust gas the air from the atmosphere, which cools the condenser and returns to the engine the heat released by the condensation of steam and the cooling of the air from the vapor mixture. This contributes to a sharp increase in the reversibility ratio of the cycle and hence to an increase in thermal efficiency, given that steam is only used to compensate for energy losses in the reversibility of the cycle, (mass flow rate of about 20- 30%) , and not in the full engine capacity, as in the steam engine and steam turbine. This allows 80 + 85% thermal efficiency to be achieved, which would reduce fuel costs by 2 to 3 times the current operating values.
Въпреки ниските стойности на работното налягане и температура, мощността на двигателите с компресиране и ежектиране е сравнима с тази на съответния по литраж бензинов и дизелов двигател поради факта, че работното налягане е еквивалентно на ефективното налягане ре на двигателите с вътрешно горене, а работният процес е двутактов. Освен това се избягва охлаждането на двигателя и нуждата от механична трансмисия за предаване на въртящия момент до колелата. Други важни предимства са високата износоустойчивост на двигателите със система за компресиране и ежектиране, както и безшумността на работа.Despite the low values of the operating pressure and temperature, the power of the compression and ejection engines is comparable to that of the corresponding gasoline and diesel engine due to the fact that the working pressure is equivalent to the effective pressure p is of the internal combustion engines and the work process is two-stroke. It also avoids engine cooling and the need for mechanical transmission to transmit torque to the wheels. Other important advantages are the high durability of compression and ejection engines, as well as quiet operation.
Описание на приложените фигуриDescription of the attached figures
Примерно изпълнение на изобретението е показано на приложените фигури, от които:An exemplary embodiment of the invention is shown in the accompanying drawings, of which:
Фигура 1 представлява термодинамичния процес на компресиране и ежектиране на бутални двигатели в p-v диаграма;Figure 1 represents the thermodynamic process of compressing and ejecting piston engines in a p-v diagram;
фигура 2 - схематично изобразяване на системата за компресиране и ежектиране;Figure 2 is a schematic representation of the compression and ejection system;
фигура 3 - детайлно изобразяване на системата за компресиране и ежектиране;Figure 3 is a detailed view of the compression and ejection system;
фигура За до 3f - съответните разрези и погледи от фиг. 3.FIG. 3 to 3f are the corresponding sections and views of FIG. 3.
Примери за изпълнение на изобретениетоExamples of carrying out the invention
По-подробно изобретението се пояснява с помощта на фиг. 3.The invention is explained in more detail with reference to FIG. 3.
Съгласно изобретението системата за компресиране и ежектиране се състои от: кондензатор 22, върху сърцевината на който са монтирани въздухонаправляващи капаци 31, задните са закрепени неподвижно, а предните са монтирани чрез биметални спирални пружини 29, лостче 30 и пружинка 28 (виж поглед С). В горната част на кондензатора е прикрепена топлообменна серпентина 23, а долната част е оформена като резервоар за кондензат 25, в който е монтиран поплавък 26 и иглен клапан 27 и свързана с тръба с резервоара - влапютделител 3, в който е оформена кондензационна серпентина 2, на изхода на която е монтиран регулируем кран 7. Парогенератора 14 е свързан с високонапорната част на ежектора 12, изхода на който е свързан със смукателния отвор на буталния двигател 24, чийто изпускателен отвор е свързан с паровъздушната турбина 5. Върху кондензатора 22 са монтирани въздушния компресор 4 и паровъздушната турбина 5, представляващи в едно турбокомпресор и свързани чрез отвори с кондензатора 22, този на компресора е затворен с кран 1 свързан с въздухонаправляващите капаци 31. Компресора 4 е свързан през топлообменника 6 с нисконапорния дифузор 10 на ежектора 12, който нисконапорен дифузор е притискан от тарираната пружина 8 и е обхванат от уплътнителния пръстен 9, като в него са разположени профилните нисконапорни ролки 17, които имат на цилиндричната си повърхнина, изработени полуцилиндрични канали с променливо сечение, с монтирани в тях рифелови щифтове 18. По-малки по размер профилни високонапорни ролки 16 са монтирани във високонапорния дифузор 11, в които са поместени буталните щифтове 15, като дифузора lie притискан от пружина 13. На оста на коляновия вал на буталния двигател 24 е поставена ексцентричната шайба 35, която контактува с буталната помпа за кондензат 32, закрепена върху носач 21, който е монтиран на ос 20. Помпата за кондензат 32 е свързана с механизъм за задвижване 33, който е захванат за винт с дясна резба 40, поставен в гайка с дясна резба 39 и който е свързан с винт с лява резба 44, поставен в гайка с лява резба 42, чрез съединителна втулка 41. Гайки те 39 и 42 са монтирани едновременно в прорез на тялото на регулатора 43 и в два наклонени прореза в триъгълните плочки 45, които са свързани с регулатора на налягане 34 чрез тръбата за парогенератора 14 и четиризвенния механизъм 19, който е монтиран с изтласквача на четиризвенния механизъм 36, тежестта 37 и притискащите клинови опори 38. Входа на буталната помпа 32 е захванат с резервоара за кондензат 25, а изхода е свързан последователно с топлообменната серпентина 23, топлообменника 6 и парогенератора 14.According to the invention, the compression and ejection system consists of: a condenser 22 on the core of which air guide caps 31 are mounted, the rear ones are fixed and the front ones are mounted via bimetallic coil springs 29, lever 30 and spring 28 (see view C). A heat exchange coil 23 is attached at the top of the condenser, and a condensate tank 25 is mounted in the bottom, in which a float 26 and a needle valve 27 are mounted and connected to a tube with a reservoir 3 into which a condensing coil 2 is formed. at the outlet of which is adjustable valve 7. The steam generator 14 is connected to the high-pressure part of the ejector 12, the outlet of which is connected to the suction port of the piston engine 24, whose outlet is connected to the air turbine 5. On the condenser 22 are mounted wounds the air compressor 4 and the air turbine 5, representing in one turbocharger and connected through openings with the condenser 22, that of the compressor is closed by a valve 1 connected to the air directing covers 31. The compressor 4 is connected through the heat exchanger 6 to the low pressure diffuser 10 of the ejector 12, which low-pressure diffuser is pressed by the tare spring 8 and is enclosed by the sealing ring 9, which houses the profile low-pressure rollers 17 having on their cylindrical surface, semi-cylindrical channels with prom 18. Smaller sized high-pressure rollers 16 are mounted in the high-pressure diffuser 11, which accommodates the piston pins 15, with the diffuser lying pressed by a spring 13. On the axis of the crankshaft of the piston motor 24 is fitted with an eccentric washer 35 which contacts the piston pump for condensate 32, mounted on a carrier 21, which is mounted on the axis 20. The condensate pump 32 is connected to a drive mechanism 33 which is engaged to a screw with a right thread 40 mounted in right-hand nut 39 and which is connected to a screw with a left thread 44, inserted into a nut with a left thread 42, through a connecting sleeve 41. Nuts 39 and 42 are mounted simultaneously in a slot of the body of the regulator 43 and in two sloping slots in the triangular plates 45, which are connected to the pressure regulator 34 via the steam generator tube 14 and the four-blade mechanism 19, which is mounted with the four-blade ejector 36, the weight 37 and the wedge support 38. The inlet of the piston pump 32 is engaged with the condensate tank 25 and the outlet is connected in series with heat exchange the coil 23, the heat exchanger 6 and the steam generator 14.
За да се докажат предимствата на настоящото изобретение, по-долу е описан теоретичния цикъл на бутален двигател с компресиране и ежектиране.To demonstrate the advantages of the present invention, the theoretical cycle of a piston engine with compression and ejection is described below.
Термодинамичният цикъл (фиг. 1) се състои от следните процеси: 1 - 2 - адиабатно разширение на парата в ежектора; 2 - 3 - изобарно разширение на паровъздушната смес в бутален двигател; 3 - 4 - адиабатно разширение на паровъздушната смес в турбината; 4 - 5 - изобарна кондензация на парата; 5 - 6 - адиабатно сгъстяване на въздуха в компресора.The thermodynamic cycle (Fig. 1) consists of the following processes: 1 - 2 - adiabatic expansion of steam in the ejector; 2 - 3 - isobaric expansion of the air mixture in a piston engine; 3 - 4 - adiabatic expansion of the steam mixture in the turbine; 4 - 5 - isobaric condensation of steam; 5 - 6 - adiabatic compressor air.
Ако се проследят процесите съгласно p-v диаграмата (фиг. 1) може да се види, че буталният двигател работи с един парен, един въздушен и три смесени паровъздушни цикъла. По-долу са описани термодинамичните процеси, протичащи в буталния двигател със система за компресиране и ежектиране.If we follow the processes according to the p-v diagram (Fig. 1), it can be seen that the piston engine operates with one steam, one air and three mixed air cycles. The thermodynamic processes occurring in a piston engine with a compression and ejection system are described below.
Работата на буталния двигател е равна на сбора от работите на компресора и ежектора L..-L.+k-V, <т,-тр+щс,- σ,-τ„,>, j/s където срп - специфична топлина на парата при постоянно налягане, срв - специфична топлина на въздуха при постоянно налягане или L в = р2 Vs, J/s, където Vs - секундния обем на двигателя, равен на сумата от парциалните обеми на парата и въздуха в паровъздушната смесThe performance of the piston engine is equal to the sum of the work of the compressor and the ejector L ..- L. + kV, <m, -tr + sx, - σ, -τ ",>, j / s where cp n is the specific heat of steam at constant pressure, cf c is the specific heat of air at constant pressure or L c = p 2 V s , J / s, where V s is the second engine volume equal to the sum of the partial volumes of steam and air in the vapor mixture
V = V + V » илиV = V + V »or
S S 5 ’ η V, V ---, м>S S 5 'η V, V ---, m>
където - литров обем на двигателя ш3, а η - обороти на двигателя в минута.where - liter volume of the engine w 3 , and η - engine revolutions per minute.
Мощността на двигателя може да се опре4 дели по формулата:The power of the engine can be divided by the formula:
L» Νβ =------, kW L »Ν β = ------, kW
10001000
Като основа за съставяне на енергийния баланс служи законът за запазване на енергията. За отворена термодинамична система той гласи: сумата от входящите енергийни потоци е равна на сумата от изходящите.The energy conservation law serves as the basis for drawing up the energy balance. For an open thermodynamic system it states: the sum of the incoming energy flows is equal to the sum of the outgoing ones.
EW = EWEW = EW
Връзката между техническата (деформационната) и абсолютната работа в буталния двигател може да се запишеThe relationship between technical (deformation) and absolute performance in the piston engine can be written
1=1,, или 1 + 1. = 1 , J/kg д абе’ е к дв ’ °1 = 1 ,, or 1 + 1. = 1, J / kg d b 'e to b' °
След като се умножи лявата страна на уравнението с масовия поток съответно на парата и въздуха шп и тв се получава:Then by multiplying the left side of the equation with the mass flow, respectively, of steam and air, y, n and m in is obtained:
т„ L + тД = Ч. > t „L + t D = C.>
Ч + Ч = Ч· ’ J/sH + H = H · 'J / s
За да се определят двете неизвестни - .масовият поток на парата в двигателя тп и масовият поток на въздуха тв, трябва да се състави и второ уравнение, а именно за отношението на адиабатната работа в турбокомпресора, откъдето се намира отношението между mn и тв и се замества в уравнение (1) т. к = Vm. 1/ + mn к) (2>In order to determine the two unknown - .masoviyat steam engine t n and the mass flow of air m in, must be drawn and a second equation, namely the ratio of the adiabatic work in the turbocharger, where is the relationship between the m n and m in and is replaced by equation (1) m . k = V m . 1 / + m n k) (2>
или L. = η . L к 'тк тor L. = η. L k 'tk t
При осъществения кръгов процес на буталния двигател с компресиране и ежектиране се вижда, че внесената топлина в двигателя идва от топлината, внесена от парата в ежектора и топлината, внесена от компресора за 5 въздух, използващ топлината от отработената паровъздушна смес.In the circular process of the piston engine with compression and ejection, it can be seen that the heat input into the engine comes from the heat introduced by the steam into the ejector and the heat introduced by the compressor for 5 air, using the heat from the exhaust air mixture.
Или ако се запише за внесената топлина се получава:Or if you sign up for the heat input, you get:
qn = l - 1’, J/kg Qn =mnO” - f)’ J/s където i - енталпия на сухата наситена пара, ί’ - енталпия на впръскваната вода в парогенератора.q n = l - 1 ', J / kg Q n = m nO "- f) ' J / s where i is the enthalpy of dry saturated steam, ί 'is the enthalpy of the injected water in the steam generator.
За върнатата обратно в двигателя топлина се получава:The heat returned to the engine produces:
q = с (Т, - Т ), J/kg Q = m с * (Т, - Т, ), J/s *-в 0 р о атм ’q = s (T, - T), J / kg Q = m s * (T, - T,), J / s * - 0 p o atm '
2θ За оценка на топлинния цикъл служи термичния кпд (тр2θ The thermal efficiency is used to evaluate the thermal cycle (tr
Q-Q.Q-Q.
Q 25 където Q - вложеното количество топлина равно на Qn - внесената топлина с парата от парогенератора, Qo - отведеното количество топлина от двигателя, равно на: Qn (Le + Lk), т.е. на разликата между внесената топлина и работата извършена в ежектора плюс работата от компресора.Q 25 where Q is the amount of heat input equal to Q n is the heat input by steam from the steam generator, Q o is the amount of heat extracted from the engine equal to: Q n (L e + L k ), ie. the difference between the heat input and the work done in the ejector plus the work from the compressor.
След като се замести във формулата за термичния кпд се получава:Substituted in the thermal efficiency formula, it is obtained:
Q„-{QB-(4 + 4)} Ч + Ч η = ----------------------=----------=Q „- {Q B - (4 + 4)} W + W η = ---------------------- = --------- - =
Q QQ Q
Ако се анализира формулата за термичния коефициент на полезно действие на буталния двигател с компресиране и ежектиране ще се види, че кпд расте с увеличаване на коефициента на полезно действие на турбокомпресора и с намаляване на топлината на изпарение r = i” - f, което пък зависи от естеството на работното тяло (вода, спирт, амоняк, фреЧ» m с;(Т,-Тг) + т с/^-Т^) mB(i” -V) он и др.), както и от степента на подгряване на работното тяло за впръскване в парогенератора.If we analyze the formula for the thermal efficiency of the piston engine with compression and ejection, it will be seen that the efficiency increases with increasing the efficiency of the turbocharger and with decreasing evaporation heat r = i ”- f, which in turn depends from the nature of the working body (water, alcohol, ammonia, freq »m s; (T, -T d ) + m c / ^ - T ^) m B (i” -V) it, etc.), and by the degree of preheating of the working fluid for injection into the steam generator.
В случая може да се въведе и нов коефициент на обратимост на цикъла, т.е. на отношението на върнатото количество топлина от компресора и кондензатора в двигателя към вложеното от парата.In this case, a new cycle reversibility factor can be introduced, ie. of the ratio of heat returned from the compressor and condenser in the engine to the steam input.
I, W. ώ.^ΓΓ,-Τ^ώ,^ίΤ,-Τ^.) ώ,ν(Τ,-ΤΜ)I, W. ώ. ^ ΓΓ, -Τ ^ ώ, ^ ίΤ, -Τ ^.) Ώ, ν (Τ, -Τ Μ )
Q„ I. m(i” -i’)Q 'I. m (i' -i ')
Като се сравнят коефициентите на полезно действие и термодинамичните параметри на двигателя със системата за компресиране и ежектиране в сравнение с бензиновите и дизелови двигатели, се вижда, че η( е най-малко два пъти по-голям от този на двигателите с вътрешно горене, максималното налягане в цилиндрите е от 5 -НО пъти по-малко, максималната температура също е от 10 до 15 пъти пониска, а оборотите съответно с 4 +· 16 пъти пониски, отколкото в бензиновите и дизелови двигатели.Comparing the efficiency and the thermodynamic parameters of the engine with the compression and ejection system compared to the gasoline and diesel engines, it can be seen that η ( is at least twice that of the internal combustion engines, the maximum cylinder pressure is 5 -NX lower, maximum temperature is also 10-15x lower, and speeds are 4 + 16x lower, respectively, than in gasoline and diesel engines.
Използване на изобретениетоUse of the invention
Системата за компресиране и ежектиране действа по следния начин:The compression and ejection system works as follows:
Чрез механизма за задвижване 33, задействан от педала за ускорение на двигателя 24 се завърта винтът с дясна резба 40 и чрез съединителната втулка 41 и винта с лява резба 44, което при завъртане в съответните гайки 39 и 42 доближава носачите 21, на които са закрепени буталните помпи за кондензат 32 и чрез ексцентричната шайба 35 се осъществява засмукване на кондензат от резервоара за кондензат 25 и подаването му под налягане през топлообменната серпентина 23 и топлообменника 6 в парогенератора 14. Получената пара от парогенератора постъпва във високонапорното пространство на ежектора 12, където действа върху буталните щифтове 15, като ги изтласква под действие на налягането към нисконапорния дифузор 10, с което се създава хлабина δ (виж В-В), през която минава нисконапорния поток на въздуха от въздушния компресор 4. Движението на буталните щифтове 15 е строго определено в зависимост от тарираната пружина 8. При движението на буталните щифтове 15 се завъртат чрез рифелованата част профилните високонапорни ролки 16, които чрез промяна на сечението на отвора, образуван при тяхното въртене осигуряват висока скорост на изтичане на парата от дифузора 11 в дифузора 10. По същия начин действат и рифелованите щифтове 18, които като се опират на стената на ежектора 12 при движението на дифузора 10 завъртат нисконапорните профилни ролки 17, с което във всеки момент в зависимост от натоварването на двигателя се осигуряват автоматично оптималните параметри на работа на ежектора. Така получената паровъздушна смес с точно определени параметри на налягането, температурата и обема постъпва по време на целия работен ход в двигателя 24, като му осигурява мощност точно съответстваща на външните съпротивления.The drive mechanism 33, actuated by the accelerator pedal 24, rotates the right-hand screw 40 and through the connecting sleeve 41 and the left-hand screw 44, which, when rotated in the respective nuts 39 and 42, approximates the brackets 21 to which they are secured. condensate piston pumps 32 and through the eccentric washer 35, the condensate is sucked in from the condensate tank 25 and pressurized through the heat exchanger 23 and the heat exchanger 6 into the steam generator 14. The steam generated by the steam generator enters high pressure. the ejector space 12, where it acts on the piston pins 15, forcing them under pressure to the low pressure diffuser 10, thus creating a gap δ (see B-B) through which the low pressure air flow from the air compressor 4 passes. The movement of the piston pins 15 is strictly determined depending on the tare spring 8. In the movement of the piston pins 15, the high pressure rollers 16 are rotated through the grooved part, which by changing the cross section of the opening formed during their rotation provides high vapor flow rate from the diffuser 11 into the diffuser 10. Similarly, the fluted pins 18 act on the wall of the ejector 12 in the movement of the diffuser 10 to rotate the low pressure rollers 17, which at any time depending on the the engine load is ensured automatically by the optimum performance of the ejector. The air-mixture thus obtained, with precisely defined parameters of pressure, temperature and volume, is supplied throughout the entire stroke of the engine 24, providing it with a power exactly corresponding to the external resistances.
По време на изпускателния ход на буталото е отворен изпускателния отвор, свързан с тръба с паровъздушната турбина 5, която задвижва и компресора 4. Отработилата паровъздушна смес преминава през кондензатора 22, където водните пари кондензират и се събират в резервоара за кондензат 25, в който чрез поплавъка 26 и игления клапан 27 се поддържа постоянно ниво. Влажният въздух от кондензатора минава през кондензационната серпентина 2 в резервоара - влагоотделител 3, където се кондензира допълнително влагата от въздуха. Изсушеният по този начин въздух напуска системата или чрез регулируемия кран 7 постъпва за горене в парогенератора 14.During the exhaust stroke of the piston, the exhaust port connected to the tube with the air turbine 5 is opened, which drives the compressor 4. The exhaust air mixture passes through the condenser 22, where the water vapor condenses and collects into the condensate tank 25, float 26 and needle valve 27 are maintained at a constant level. The moist air from the condenser passes through the condensation coil 2 into the reservoir - moisture separator 3, where additional moisture from the air condenses. The air thus dried leaves the system or enters the steam generator 14 through the adjustable valve 7.
Въздухът в системата за компресиране и ежектиране се засмуква от въздушния компресор 4 през въздухонаправляващите капаци 31, които се задвижват автоматично от спирална биметална пружина 29, загрявана от паровъздушната смес вътре в кондензатора 22, лостче 30 и пружината 28. При започване на работа подвижните въздухонаправляващи капаци 31 са в долно положение (виж поглед С). При това положение охлаждащият въздух влиза само при единия охлаждаем сектор в кондензатора 22. При загряване на горната спирална биметална пружина 29 тя се огъва и премества лостчето 30 в положение нагоре като пружината 28 фиксира плътно капака към стената на радиатора. При това положение охлаждащия въздух влиза през три охлаждащи сектора в кондензатора 22. И последното положение е когато и втората биметална пружина 29 се нагрее до определената температура и вторият въздухо направляващ капак 31 се премести нагоре. Тогава охлаждащият въздух минава през всичките пет охлаждащи сектора на кондензатора 22 (виж разрез А-А). Кранът 1 служи за превключване на компресора 4 за изсмукване освен на въздух от атмосферата, така също и на паровъздушна смес от кондензатора в определен режим на работа на двигателя, както при напълно капсулована система за компресиране и ежектиране при използване на двигателя във вакуум.The air in the compression and ejection system is sucked in by the air compressor 4 through the air guide caps 31, which are automatically actuated by a spiral bimetallic spring 29 heated by the air mixture inside the condenser 22, lever 30 and spring 28. When moving, the moving air valves are started. 31 are in the lower position (see view C). In this situation, the cooling air enters only one cooling sector in the condenser 22. When the upper spiral bimetallic spring 29 is heated, it bends and moves the lever 30 upwards as the spring 28 locks the lid tightly against the wall of the radiator. In this situation, the cooling air enters through the three cooling sections of the condenser 22. And the last position is when the second bimetallic spring 29 is heated to the predetermined temperature and the second air guide 31 is moved upwards. The cooling air then passes through all five cooling sections of the condenser 22 (see section AA). The faucet 1 serves to switch the compressor 4 to suction in addition to air from the atmosphere, as well as a vapor mixture of the condenser into a specific mode of operation of the engine, as in a fully encapsulated compression and ejection system using the engine in vacuum.
За ограничаване на оборотите и налягането в буталния двигател служат четиризвенният механизъм 19 и регулаторът на налягане 34. Те действат както поотделно, така и съвместно в зависимост от режима на работа на двигателя. Така например при ниски обороти и голямо натоварване действа само регулаторът на налягане, а при високи обороти и натоварване и двата съвместно. И двата са свързани с триъгълните плочки 45, които имат два наклонени прореза, в които влизат водачите на гайките 39 и 42. При нарастване на налягането в парогенератора 14 над определеното, то действа чрез тръбичката на регулатора на налягане 34 и изтласква плочката 45 нагоре, като по този начин раздалечава гайките 39 и 42, движещи се в прорез на тялото на регулатора 43, те от своя страна избутват винтовете 40 и 44, захванати за носачите 21. По този начин се намалява ходът на буталните помпи за кондензат 32 и се намалява количеството на впръскваната вода в парогенератора 14. При повишение на оборотите над допустимите центробежната сила, създадена от тежестите 37 действа върху клиновите опори 38, те от своя страна изместват изтласквана на четиризвенния механизъм 36 като по този начин четиризвенния механизъм 19 издърпва нагоре плочката 45 и с това раздалечава гайките 39 и 42, а с това и буталните помпи 32 от ексцентриковата шайба 35, намалявайки по този начин количеството на впръсквания кондензат.The four-stage mechanism 19 and the pressure regulator 34 serve to limit the speed and pressure in the piston engine. They act separately and together, depending on the mode of operation of the engine. For example, at low speeds and high loads, only the pressure regulator acts, and at high speeds both work together. Both are connected to the triangular plates 45, which have two sloping slots into which the guide nuts 39 and 42 enter. As the pressure in the steam generator 14 increases above the set point, it acts through the tube of the pressure regulator 34 and pushes the plate 45 up. thus separating the nuts 39 and 42 moving in the slot of the body of the regulator 43, they in turn push the screws 40 and 44 clamped to the supports 21. This reduces the stroke of the condensate piston pumps 32 and reduces the amount of water injected into the pas 14. As the speed increases above the permissible centrifugal force created by the weights 37 acts on the wedge supports 38, they in turn displace the four-link mechanism 36, thereby pulling the four-link mechanism 19 upwards by the plate 45 and thereby separating the nuts 39 and 42, and thus the piston pumps 32 of the eccentric washer 35, thereby reducing the amount of condensate injected.
Claims (4)
Priority Applications (13)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
BG103504A BG63668B1 (en) | 1999-06-18 | 1999-06-18 | System for piston engine compression and ejection |
IL14123700A IL141237A0 (en) | 1999-06-18 | 2000-05-25 | A system for compressing and ejecting of piston engines |
MXPA01001835A MXPA01001835A (en) | 1999-06-18 | 2000-05-25 | A system for compressing and ejecting of piston engines. |
PL00346056A PL346056A1 (en) | 1999-06-18 | 2000-05-25 | A system for compressing and ejecting of piston engines |
CA002340638A CA2340638A1 (en) | 1999-06-18 | 2000-05-25 | A system for compressing and ejecting of piston engines |
PCT/BG2000/000015 WO2000079104A1 (en) | 1999-06-18 | 2000-05-25 | A system for compressing and ejecting of piston engines |
CZ2001995A CZ2001995A3 (en) | 1999-06-18 | 2000-05-25 | System for compression and ejection of piston engines |
EP00930892A EP1108118A1 (en) | 1999-06-18 | 2000-05-25 | A system for compressing and ejecting of piston engines |
BR0006871-3A BR0006871A (en) | 1999-06-18 | 2000-05-25 | Compression and ejection system for piston engines |
CN00801104.4A CN1313928A (en) | 1999-06-18 | 2000-05-25 | System for compressing and ejecting of piston engines |
JP2001505434A JP2003502567A (en) | 1999-06-18 | 2000-05-25 | Compression and exhaust systems for piston engines |
AU49021/00A AU4902100A (en) | 1999-06-18 | 2000-05-25 | A system for compressing and ejecting of piston engines |
ZA200102199A ZA200102199B (en) | 1999-06-18 | 2001-03-16 | A system for compressing and ejection of piston engines. |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
BG103504A BG63668B1 (en) | 1999-06-18 | 1999-06-18 | System for piston engine compression and ejection |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
BG103504A BG103504A (en) | 2000-12-29 |
BG63668B1 true BG63668B1 (en) | 2002-08-30 |
Family
ID=3927801
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
BG103504A BG63668B1 (en) | 1999-06-18 | 1999-06-18 | System for piston engine compression and ejection |
Country Status (13)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP1108118A1 (en) |
JP (1) | JP2003502567A (en) |
CN (1) | CN1313928A (en) |
AU (1) | AU4902100A (en) |
BG (1) | BG63668B1 (en) |
BR (1) | BR0006871A (en) |
CA (1) | CA2340638A1 (en) |
CZ (1) | CZ2001995A3 (en) |
IL (1) | IL141237A0 (en) |
MX (1) | MXPA01001835A (en) |
PL (1) | PL346056A1 (en) |
WO (1) | WO2000079104A1 (en) |
ZA (1) | ZA200102199B (en) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10054022A1 (en) * | 2000-11-01 | 2002-05-08 | Bayerische Motoren Werke Ag | Method for operating a heat engine |
US20070102672A1 (en) * | 2004-12-06 | 2007-05-10 | Hamilton Judd D | Ceramic radiation shielding material and method of preparation |
FR2922608B1 (en) * | 2007-10-19 | 2009-12-11 | Saipem Sa | INSTALLATION AND METHOD FOR STORING AND RETURNING ELECTRIC ENERGY USING PISTON GAS COMPRESSION AND RELIEF UNIT |
CN101684737A (en) * | 2008-09-27 | 2010-03-31 | 冯显刚 | Heat energy recycled combined power machine |
EP2253807A1 (en) * | 2008-10-29 | 2010-11-24 | Vítkovice Power Engineering a.s. | Gas turbine cycle or combined steam-gas cycle for production of power from solid fuels and waste heat |
US8844291B2 (en) * | 2010-12-10 | 2014-09-30 | Vaporgenics Inc. | Universal heat engine |
CN103953470B (en) * | 2014-03-21 | 2016-06-29 | 哈尔滨工程大学 | A kind of supercharged diesel engine air intake duct humidifying device |
FI127654B (en) * | 2014-05-21 | 2018-11-30 | Finno Energy Oy | System and method for generating electric energy |
UA141780U (en) * | 2019-10-21 | 2020-04-27 | Іван Іванович Котурбач | DIESEL-STEAM POWER PLANT |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB272777A (en) * | 1926-12-08 | 1927-06-23 | Frank Robinson | Improvements in and connected with the supply of fluid to fluid expansion engines |
US3861151A (en) * | 1974-04-12 | 1975-01-21 | Toshio Hosokawa | Engine operating system |
FR2389767A1 (en) * | 1977-05-06 | 1978-12-01 | Alsthom Atlantique | Gas turbine powered by waste heat - has heated water injected into compressed air to reduce operating temp |
EP0043879A3 (en) * | 1980-07-16 | 1982-08-11 | Thermal Systems Limited. | Reciprocating external-combustion engine and method of operating the same |
US4492085A (en) * | 1982-08-09 | 1985-01-08 | General Electric Company | Gas turbine power plant |
RU2054563C1 (en) | 1991-07-08 | 1996-02-20 | Александр Андреевич Фомин | Steam-gas engine |
US5617719A (en) | 1992-10-27 | 1997-04-08 | Ginter; J. Lyell | Vapor-air steam engine |
JPH0826780B2 (en) | 1993-02-26 | 1996-03-21 | 石川島播磨重工業株式会社 | Partially regenerative two-fluid gas turbine |
GB2307277A (en) * | 1995-11-17 | 1997-05-21 | Branko Stankovic | Combined cycle powerplant with gas turbine cooling |
-
1999
- 1999-06-18 BG BG103504A patent/BG63668B1/en unknown
-
2000
- 2000-05-25 PL PL00346056A patent/PL346056A1/en not_active IP Right Cessation
- 2000-05-25 EP EP00930892A patent/EP1108118A1/en not_active Withdrawn
- 2000-05-25 MX MXPA01001835A patent/MXPA01001835A/en unknown
- 2000-05-25 WO PCT/BG2000/000015 patent/WO2000079104A1/en not_active Application Discontinuation
- 2000-05-25 IL IL14123700A patent/IL141237A0/en unknown
- 2000-05-25 BR BR0006871-3A patent/BR0006871A/en not_active Application Discontinuation
- 2000-05-25 CZ CZ2001995A patent/CZ2001995A3/en unknown
- 2000-05-25 AU AU49021/00A patent/AU4902100A/en not_active Abandoned
- 2000-05-25 JP JP2001505434A patent/JP2003502567A/en active Pending
- 2000-05-25 CN CN00801104.4A patent/CN1313928A/en active Pending
- 2000-05-25 CA CA002340638A patent/CA2340638A1/en not_active Abandoned
-
2001
- 2001-03-16 ZA ZA200102199A patent/ZA200102199B/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
BG103504A (en) | 2000-12-29 |
EP1108118A1 (en) | 2001-06-20 |
JP2003502567A (en) | 2003-01-21 |
AU4902100A (en) | 2001-01-09 |
CA2340638A1 (en) | 2000-12-28 |
WO2000079104A1 (en) | 2000-12-28 |
CZ2001995A3 (en) | 2001-09-12 |
ZA200102199B (en) | 2001-12-19 |
CN1313928A (en) | 2001-09-19 |
IL141237A0 (en) | 2002-03-10 |
MXPA01001835A (en) | 2002-04-08 |
PL346056A1 (en) | 2002-01-14 |
BR0006871A (en) | 2001-08-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4077214A (en) | Condensing vapor heat engine with constant volume superheating and evaporating | |
US5616007A (en) | Liquid spray compressor | |
CN101495728B (en) | System and method for split-cycle engine waste heat recovery | |
US6216462B1 (en) | High efficiency, air bottoming engine | |
RU2406876C2 (en) | Improved multi-stage compressor | |
US4224798A (en) | Split cycle engine and method | |
US6834503B2 (en) | Method for the operation of a steam thermal engine, in particular as a vehicle power unit | |
US4077221A (en) | External heat engine | |
US4051680A (en) | Modified rankine cycle engine apparatus | |
NO316807B1 (en) | Power plant and a method for operating it | |
KR20020097208A (en) | An engine | |
CN102878603A (en) | Gas-steam circulation combined double-stage coupling heat pump heat supply device | |
JPS5938405B2 (en) | Reciprocating heat engine and its method of operation | |
EP0236344A1 (en) | Shaft power generator | |
CA2263036C (en) | Gas turbine combined cycle | |
BG63668B1 (en) | System for piston engine compression and ejection | |
US20210131313A1 (en) | Gas-turbine power-plant with pneumatic motor with isobaric internal combustion | |
US6138457A (en) | Combustion powered cooling system | |
JPH0771242A (en) | Method and equipment for compressing gaseous medium | |
US4663939A (en) | Closed cycle external combustion engine | |
JPH08193504A (en) | Combined-cycle of power plant | |
JPH11107856A (en) | Single stage and multistage expansion stirling engine expander and stirling cooler | |
JP3580091B2 (en) | Capacitors in Rankine cycle | |
WO2021069802A2 (en) | An arrangement | |
US4183219A (en) | Self starting hot gas engine with means for changing the expansion ratio |