RU2095591C1 - Rotary engine - Google Patents
Rotary engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2095591C1 RU2095591C1 RU9595115663A RU95115663A RU2095591C1 RU 2095591 C1 RU2095591 C1 RU 2095591C1 RU 9595115663 A RU9595115663 A RU 9595115663A RU 95115663 A RU95115663 A RU 95115663A RU 2095591 C1 RU2095591 C1 RU 2095591C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- stator
- engine
- compressor
- rotation
- 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
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
Abstract
Description
Изобретение предназначено для тепловых электростанци1й (ТЭС), а также для других энергетических устройств взамен паровых и газовых турбин и двигателей внутреннего сгорания (ДВС), как имеющий лучшие технико-экономические характеристики. The invention is intended for thermal power plants (TPPs), as well as for other power devices instead of steam and gas turbines and internal combustion engines (ICE), as having the best technical and economic characteristics.
РДК-7 относится к моторостроительной и турбиностроительной технике двигателей для ТЭС, автомобилей, тепловозов, кораблей морского и речного транспорта, использующих газообразное и жидкое топливо. RDK-7 refers to the engine-building and turbine-building technology of engines for thermal power plants, automobiles, diesel locomotives, ships of sea and river transport using gaseous and liquid fuels.
Разработка РДК-7 имеет целью повысить КПД ДВС в 1,5-2 раза, увеличить удельную мощность ДВС паровых и газовых турбин с устройствами, обеспечивающими их работу при КПД в 30-40% в 10-20 раз, повысить окупаемость капитальных затрат на двигательные устройства ТЭС, судов и платформ наземного транспорта в 20-30 раз. The development of RDK-7 aims to increase the efficiency of internal combustion engines by 1.5–2 times, increase the specific power of internal combustion engines of steam and gas turbines with devices that ensure their operation at an efficiency of 30–40% by 10–20 times, and increase the return on capital costs for engine devices of thermal power plants, ships and land transport platforms by 20-30 times.
За прототип РДК-7 может быть принят роторный двигатель, имеющий относительно малую камеру сжатия компрессора и расширения двигателя, большие утечки воздуха при его сжатии в компрессоре и газов при их расширении в двигателе в зазорах между ротором и статором и между задвижкой и ротором и статором, а также большие потери на трение между статором, ротором и задвижкой и высокими требованиями к точности изготовления статора, ротора и его оси вращения. В результате вышеупомянутых недостатков прототипа он имеет малый КПД, малую удельную мощность и малый срок эксплуатации [1]
Для получения сравнительных данных по эффективности применения РДК-7 на ТЭС принята газотурбинная установка (ГТУ) газотурбинных ТЭС (БСЭ, второе изд. т. 10, стр. 44-48, рис. 5), как имеющая большую удельную мощность для ТЭС и малое время запуска.For the prototype RDK-7, a rotary engine can be adopted, having a relatively small compressor compression chamber and engine expansion, large air leaks when it is compressed in the compressor and gases when they expand in the engine in the gaps between the rotor and stator and between the valve and rotor and stator, as well as large friction losses between the stator, rotor and valve and high requirements for the accuracy of the manufacture of the stator, rotor and its axis of rotation. As a result of the aforementioned disadvantages of the prototype, it has low efficiency, low power density and short life [1]
To obtain comparative data on the effectiveness of using RDK-7 at a TPP, a gas turbine unit (GTU) of gas turbine TPPs (BSE, second edition, vol. 10, p. 44-48, Fig. 5) was adopted as having a large specific power for TPPs and low start time.
Г.т.у. имеет малый КПД (от 14 до 34%), сложное устройство малую удельную мощность, большую стоимость изготовления и эксплуатации. Предлагаемый РДК-7 имеет в 2 раза лучший КПД, в 10 раз большую удельную мощность, в несколько раз меньшую стоимость изготовления эксплуатации при равной мощности ГТУ5 и РДК-7. G.t.u. it has a low efficiency (from 14 to 34%), a complex device with a low specific power, a high cost of manufacture and operation. The proposed RDK-7 has 2 times better efficiency, 10 times greater specific power, several times lower cost of manufacturing operations with equal power of GTU5 and RDK-7.
Замена на электростанциях ГТУ на РДК-7 даст увеличение выработки электроэнергии в 2 раза при том же потреблении топлива (природного газа), снижение эксплуатационных затрат и многократное увеличение прибыли от работы электростанции, а также уменьшение в два раза выбросов, загрязняющих атмосферу города, на каждый кВт-ч выработанной электроэнергии. Replacing gas turbine power plants at power plants with RDK-7 will give a 2-fold increase in electricity production for the same fuel (natural gas) consumption, lower operating costs and a multiple increase in profit from the operation of the power plant, as well as a two-fold reduction in emissions that pollute the atmosphere of the city for each kWh of electricity generated.
Строительство электростанций с РДК-7 вместо ГТУ потребует меньшей затраты капитальных средств, меньших сроков строительства, меньшей территории при равной мощности электростанции и в несколько раз меньший срок окупаемости капитальных затрат. The construction of power plants with RDK-7 instead of gas turbines will require less capital expenditures, shorter construction periods, a smaller territory with equal power of the power plant, and a several times shorter payback period for capital costs.
В простейшей ГТУ воздух, сжатый компрессором, поступает в камеру сгорания, где его температура повышается за счет сжигания топлива при постоянном давлении, а продукты сгорания подводятся к газовой турбине, в которой потенциальная энергия газа преобразуется в кинетическую энергию, а затем частично превращается в механическую энергию вращения ротора турбины, который через редуктор соединен с ротором электрогенератора. Такая ГТУ имеет КПД равный 14% КПД в 34% достигается в результате существенного усложнения Г.Т.У. введением сложных регенераторов (теплообменных аппаратов) для промежуточного нагрева газов, компрессоров высокого и низкого давления, холодильников, газовых турбин высокого и низкого давления. ГТУ на является ДВС. In the simplest gas turbine unit, the air compressed by the compressor enters the combustion chamber, where its temperature rises due to burning fuel at constant pressure, and the combustion products are fed to a gas turbine, in which the potential energy of the gas is converted into kinetic energy, and then partially converted into mechanical energy rotation of the turbine rotor, which is connected through the gearbox to the rotor of the electric generator. Such a gas turbine has an efficiency of 14%; an efficiency of 34% is achieved as a result of a significant complication of G.T.U. the introduction of complex regenerators (heat exchangers) for intermediate heating of gases, high and low pressure compressors, refrigerators, high and low pressure gas turbines. GTU is an internal combustion engine.
РДК-7 является ДВС, т.к. сжигание топлива производится в его расширяющейся камере сгорания с многократно возрастающим давлением газов, которое непосредственно преобразуется в механическую энергию вращения его ротора. Таким образом принцип действия РДК-7 имеет существенное отличие от принципа действия ГТУ. RDK-7 is an internal combustion engine, because fuel is burned in its expanding combustion chamber with a multiply increasing gas pressure, which is directly converted into the mechanical energy of rotation of its rotor. Thus, the operating principle of RDK-7 has a significant difference from the operating principle of gas turbines.
Топливная смесь сжатого воздуха и природного газа образуется в РДК-7 в момент ее воспламенения от электросвечи между слоями сжатого воздуха, расположенными между топливной смесью, стенками камеры сгорания и заслонкой с одной стороны и дверцей компрессора с другой стороны. В результате этого на стенки камеры сгорания, на заслонку и на дверцу компрессора воздействует существенно меньшая температура воспламененной топливной смеси. При этом в двух полуторократном избытке сжатого воздуха средняя температура образовавшейся затем смеси сжатого воздуха и газов, сгоревшего топлива, будет в 1,5-2 раза меньше чем температура газов в случае отсутствия избытка сжатого воздуха. Но, например, двухкратное уменьшение температуры компенсируется двухкратным увеличением объема рабочего тела смеси сжатого воздуха и продукта сгоревшего топлива, в результате чего не происходит уменьшение величины полезной работы двигателя. К тому же уменьшение температуры рабочего тела позволило обойтись без системы охлаждения и связанных с ним тепловых потерь с уменьшением КПД и удельной мощности двигателя. A fuel mixture of compressed air and natural gas is formed in RDK-7 at the moment of its ignition from the electric light between the layers of compressed air located between the fuel mixture, the walls of the combustion chamber and the shutter on the one hand and the compressor door on the other hand. As a result, the walls of the combustion chamber, the damper and the compressor door are affected by a significantly lower temperature of the ignited fuel mixture. In this case, in a two-and-a-half-fold excess of compressed air, the average temperature of the then formed mixture of compressed air and gases, burnt fuel will be 1.5-2 times lower than the temperature of the gases in the absence of excess compressed air. But, for example, a twofold decrease in temperature is compensated by a twofold increase in the volume of the working fluid of the mixture of compressed air and the product of burnt fuel, as a result of which the useful work of the engine does not decrease. In addition, a decrease in the temperature of the working fluid made it possible to dispense with the cooling system and the associated heat loss with a decrease in the efficiency and specific power of the engine.
РДК-7 может найти эффективное применение в замен ДВС, т.к. по сравнению с ДВС он имеет в 2 раза больший КПД, в 1-0-20 раз большую удельную мощность, в несколько раз меньший срок окупаемости капитальных затрат в результате меньшей стоимости изготовления и эксплуатации двигателей равной мощности. RDK-7 can find effective application in replacement of ICE, as in comparison with ICE, it has 2 times higher efficiency, 1-0-20 times more specific power, several times shorter payback period for capital costs as a result of lower manufacturing and operation costs of engines of equal power.
РДК-7 отвечает самым высоким требованиям программы экономии энергии и материалов на изготовляемую продукцию, а также требованиям экологии по уменьшению ущерба природе, наносимого изготовлением и эксплуатацией ДВС. газовых и паровых турбин (в паровыми котлами, градирнями и др. устройствами). RDK-7 meets the highest requirements of the energy and material saving program for manufactured products, as well as environmental requirements to reduce the damage to nature caused by the manufacture and operation of internal combustion engines. gas and steam turbines (in steam boilers, cooling towers, and other devices).
Применение РДК-7 на ТЭС вместо паровых турбин с паровыми котлами, градирнями и др. устройствами, обеспечивающими работу паровых турбин, даст увеличение в 1,5-2 раза выработки злектроэнергии в режиме ее потребления (без ГАЭС, необходимых для компенсации базового режима ТЭС с паровыми турбинами), в несколько раз повысит рентабельность ТЭС, во много раз сократит потребление воды и уменьшит площадь, занимаемую ТЭС, в расчете на 1 кВт-ч вырабатываемой электроэнергии. В несколько раз уменьшается материало и энергоемкость строительства ТЭС с РДК-7, существенно сократятся трудовые и капитальные затраты, а также сроки строительства ТЭС и в несколько раз уменьшается срок окупаемости капитальных затрат. Более чем в 2 раза уменьшится суммарный экологический ущерб наносимый природе в результате строительства и эксплуатации ТЭС с паровыми турбинами, паровыми котлами и с ШАЭС, без которых не находит применения электроэнергия, вырабатываемая ТЭС в ночное время. The use of RDK-7 at TPPs instead of steam turbines with steam boilers, cooling towers, and other devices ensuring the operation of steam turbines will give a 1.5–2-fold increase in the generation of electric energy in the mode of its consumption (without PSPs necessary to compensate for the basic mode of TPPs with steam turbines), will increase the profitability of thermal power plants several times, reduce water consumption many times and reduce the area occupied by thermal power plants, per 1 kWh of generated electricity. The material and energy consumption of the construction of TPPs with RDK-7 are reduced several times, labor and capital costs, as well as the construction time of TPPs, and the payback period for capital costs are reduced several times. The total environmental damage caused to nature as a result of the construction and operation of TPPs with steam turbines, steam boilers and from ShNPP, without which the electricity generated by TPPs at night, will not be reduced by more than 2 times.
На фиг. 1 дано вертикальное сечение РДК-7; на фиг. 2 узел I на фиг.1; на фиг. 3 узел II на фиг. 1; на фиг. 4 узел III на фиг. 1; на фиг. 5 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 6 сечение Б-Б на фиг. 5; на фиг. 7 сечение В-В на фиг. 5; на фиг. 8 сечение Г-Г на фиг. 5. In FIG. 1 shows a vertical section of the RDK-7; in FIG. 2 node I in figure 1; in FIG. 3 node II in FIG. one; in FIG. 4 node III in FIG. one; in FIG. 5 is a section AA in FIG. one; in FIG. 6 section BB in FIG. 5; in FIG. 7, section BB in FIG. 5; in FIG. 8 section GG in FIG. 5.
РДК-7 может быть применен для ТЭС, для тепловозов, для кораблей морского и речного флотов и для промышленных, военных и сельско-хозяйственных транспортных и энергетических установок с использованием жидкого и газообразного топлива. В описании с целью конкретизации дано применение РДК-7 в ТЭС с использованием в качестве топлива природного газа. RDK-7 can be used for thermal power plants, for diesel locomotives, for ships of the sea and river fleets, and for industrial, military and agricultural transport and power plants using liquid and gaseous fuels. In the description, for the purpose of concretization, the use of RDK-7 in TPPs using natural gas as fuel is given.
РДК-7 имеет статоры 1 и 2 и роторы 3 и 4 соответственно двигателя и компрессора, воздуховод 5, заслонку 6, установленную в направляющих 7 статора 1 и 2, трубу 8, отходящую от магистрального газопровода, с патрубками 9, на концах которых закреплены форсунки 10, установленные в воздуховоде 5 и спаренные с электросвечами зажигания 11, подпружиненную дверцу 12, перекрывающую окно 13 из статора 2 компрессора в воздуховод 5, при этом пружина оси дверцы 12 установлена на внешней торцевой стороне корпуса 2 компрессора. RDK-7 has
Заслонка 6 жестко соединена боковыми выступами своей торцевой части с осями 14 механизма возвратно-поступательного ее движения, на которых вращаются втулки 15 штанг 16, противоположные концы которых имеют втулки 17, установленные на осях 18, жестко соединенных с боковыми сторонами двух шестерен 19. При этом ось вращения каждой шестерни 19 жестко соединена с торцевой стенкой статора 1 и шестерни 19 находятся в зацеплении друг с другом. Правая шестерня 19 находится также в зацеплении с сателлитной шестерней 20, которая в свою очередь находится в зацеплении с шестерней 21, установленной на валу 22 вращения ротора 3. Шестерни 19 и 21 имеют равные диаметры и в результате этого вращаются с равными угловыми скоростями. Вращение шестерне 19 вызывает перемещение заслонки 6 в такой мере, что ее нижний торец будет находится на расстоянии в 1-2 мм от цилиндрической поверхности ротора 3. The
Направляющие 7 имеют форму коробки, в которой перемещается заслонка 6. При этом в нижнем положении заслонки 6 статора 1 боковые выступы заслонки 6 с осями 14 не доходят на 1-2 мм до верхних торцев направляющих 7. В направляющих 7 установлены катки 23, воспринимающие на себя момент сил давления газов на нижнюю часть заслонки 6, находящуюся между статором 1 и ротором 3. The
Катки 23 равномерно установлены по всей ширине направляющих 7 с возможностью из замены в процессе эксплуатации РДК-7. Ниже катков имеется отверстия 24, через которые из трубочек 25 подается насосом масло для смазки поверхностей направляющих 7 и заслонки 6 во время ее движения. При этом через отверстие 24, расположенные рядом с катками 23, подается масло под давлением, которое в значительной мере противостоит моменту сил давления газов на заслонку 6 и тем самым уменьшает нагрузку на катки 23. Направляющие 7 имеют пластинчатые пружины 26, которые скользят по поверхности заслонки 6, снимают с нее масло при ее входе в камеры между статором и ротором, и препятствуют выходу газов и сжатого воздуха из этих камер. Масло, снятое пружинами 26, через отверстия 27 в направляющих 7 поступает в трубку 28, а из нее в масляный бак (на фиг. не показан). The
Статор 1 имеет на торцевой поверхности такую же как и на направляющих пластинчатую пружину 26, препятствующую утечке газов в зазор между торцевыми поверхностями статора и ротора и торцевыми поверхностями статора и заслонки 6. Эта пластинчатая пружина 26 установлена на статоре по радиусу от вала 22 до выхода заслонки 6 из направляющих 7. The
На фиг. 4 большими стрелками показано направление вращения ротора 36, а малыми стрелками в зазорах между статором 1 и ротором 3, статором 1 и заслонкой 6 направление силы давления газов на пружину 26,перекрывающую зазор. Заслонка 6 имеет на нижней торцевой поверхности пружину 29, препятствующую утечке в зазор между ней и цилиндрической поверхностью ротора 3. На цилиндрической поверхности ротора по прямой минимального зазора между цилиндрическими поверхностями ротора 3 и статора 1 установлена пластинчатая пружина 30, препятствующая прохождению сжатого воздуха и газов между этими поверхностями. In FIG. 4, the large arrows show the direction of rotation of the rotor 36, and the small arrows in the gaps between the
Статор 1 имеет входное окно 31, соединяющее камеру сгорания 32 с воздуховодом 5 и выходное окно 33, соединяющее камеру расширения 34 с трубой выхлопных газов 35. Статор 2 имеет входное окно 36, соединяющее его камеру сжатия 37 с воздуховодом 38. Статор 1 имеет наружную теплоизоляцию 39, изображенную крестообразной штриховкой, такую же теплоизоляцию 39 внутренней поверхности имеет ротор 3. Статор 2 имеет радиаторные ребра 40, предназначенные для охлаждения воздуха в камере сжатия 37. Внутренние поверхности ротора 4 охлаждаются продувкой через его камеры 41 наружного воздуха с помощью вентилятора. Внутренние камеры 42 ротора 3 герметичны и воздух в них во время работы двигателя имеет среднюю температуру и среднее давление газов, окружающих ротор 3. Давление в камерах 42 сжатого воздуха позволяет уменьшить требования к прочности стенок ротора 3, а средняя температура воздуха в камерах 42 уменьшает до минимума тепловые потери камер 34 за счет теплопроводности стенок ротора 3. The
Статор 1, ротор 3, заслонка 6 и стенки воздуховода 5 имеют термоизолирующее покрытие 43, выдерживающее высокую температуру воспламенения топливной смеси. Это покрытие 43 нанесено только на той части поверхности статора 1, ротора 3 и заслонки 6, которая подвергается воздействию высоких температур продуктов сгорания топлива. The
На наружной торцевой поверхности статора 1 установлен электродатчик 44, а на шестерне 21 электроконтакт 45, при замыкании которого электродатчиком 44 в компьютер подается электроимпульс включения форсунок 10 в воздуховоде 5 того же статора 1. Электродатчики 44 установлены на всех статорах 1 в одном и том же месте, удобном для проверки исправности датчика 44, а электроконтакты 45 установлены на шестерне 21 в заданном удалении от прохождения пластинчатой пружины 30 ротора 3 окна 31 статора 1. An
Роторы 3 жестко соединены втулкой 46 с валом 22 в положении, соответствующим ориентировке данной на фиг. 3, обозначенным а, б, в, г. The
Двигатель в компрессор РДК-7 имеет одну и туже принципиальную схему устройства. При этом устройство компрессора отличается от устройства двигателя тем, что во входное окно 36 статора 2 компрессора подается воздух от вентилятора через воздуховод 38, а из выходного окна 33 статора 1 двигателя выходят в выхлопную трубу 35 отработанные выхлопные газы, статор 1 и ротор 3 двигателя имеют теплоизоляцию 39 и термоизолирующее покрытие 43 поверхностей, контактирующих с продуктами сгоревшего топлива, а статор 2 компрессора имеет радиаторные ребра 40, внутренние камеры 42ротора двигателя герметичны, а внутренние камеры 41 ротора 4 компрессора продуваются наружным воздухом с помощью вентилирующего устройства ротора 4, направляющие 7 заслонок 6 установлены на статоре 2 компрессора с поворотом на 180o относительно направляющих 7, установленных на статоре 1 двигателя. Деталям двигателя и компрессора, имеющим аналогичное назначение и форму на чертежах присвоены одинаковые номера за исключением статора 2 и ротора 4 компрессора.The engine in the RDK-7 compressor has the same circuit diagram of the device. In this case, the compressor device differs from the engine device in that air is supplied from the fan through the duct 38 to the inlet window 36 of the compressor, and the exhaust exhaust gases exit the
Работа РДК-7
Запуск РДК-7 применительно к его эксплуатации на ТЭС, производят с помощью электродвигателя-стартера, приводящего в движение компрессор, который включается компьютером пои нажиме на его клавиши "пуск". В момент поступления сжатого воздуха в камеру сгорания 32 через воздуховод 5 в результате открытия дверцы 12 компьютер включает форсунки 10, а в момент выключения форсунок 10 включает электросвечи 11, воспламеняющие природный газ, который успел смешиваться во сжатым воздухом в топливную смесь. При этом воспламененная топливная смесь будет находится между объемами сжатого воздуха в пространстве, отделяющим ее от дверцы 12 и заслонки 6, уменьшая воздействие на них температуры воспламененной топливной смеси. Воздух, сжимаемый воспламененной топливной смесью, амортизирует ударную нагрузку повышения давления в момент воспламенения природного газа на конец заслонки 6 и на корпус ротора 3. Этому содействует также вращение ротора 3, увеличивающего объем камеры сгорания 32 в момент воспламенения топливной смеси, и направленное вращение ротора 3 в сторону расширения давления воспламененной топливной смеси.Work RDK-7
The launch of the RDK-7 in relation to its operation at thermal power plants is carried out using a starter motor that drives the compressor, which is turned on by the computer and by pressing its start button. At the time of receipt of compressed air into the combustion chamber 32 through the duct 5 as a result of opening the
В результате амортизации взрывной волны скачка давления воспламененного топлива избытком сжатого воздуха и вращением ротора 3 многократно уменьшается ударное воздействие этого скачка давления в момент воспламенения топлива на стенки камеры сгорания и на заслонку 6, а также многократно уменьшается сила звука, который, например, возникает в поршневых ДВС при воспламенении топливной смеси. As a result of the shock wave shock absorption, a jump in the pressure of the ignited fuel with excess compressed air and rotation of the
Через 5-10 сек. после начала пуска компьютер выключает стартер и подключает электрогенератор, а еще через 5-10 сек. РДК-7 выходит на эксплуатационную скорость вращения ротора 3 и электрогенератор включают в электросеть. After 5-10 seconds. after the start of the start, the computer turns off the starter and connects the generator, and after another 5-10 seconds. RDK-7 reaches the operational speed of rotation of the
Вращение ротора 3 через втулку 46, вал 22 и шестерни 21 и 20 приводят во вращение шестерни 19 с осями 18 в результате чего штоки 16 с правой и левой стороны заслонки 6 (на фиг. 3) сообщают ей возвратно-поступательное движение, при котором ее нижний край пластинчатой пружиной 29 будет скользить по цилиндрической поверхности ротора 3. The rotation of the
Пружина 29 будет перекрывать зазор в 1-2 мм между нижним краем заслонки 6 и поверхностью ротора 3, исключая утечку газов в этот зазор из камеры расширения к выхлопной трубе 35. При этом давление газов на пружину 29 будет увеличивать силу ее прижима к поверхности ротора 3. The spring 29 will cover a gap of 1-2 mm between the lower edge of the
На фиг. 2 и на фиг. 3 буквами а, б, в, г обозначены положение осей 18 на шестернях 19 и соответствующее этому положению осей 18 положение заслонок 6 и роторов 3 (на фиг. 2) в четырех корпусах 1 двигателя, в котором положение "б" отличается от положения "а" установкой на шестернях 19 и осей 18 на диаметрально противоположных направлениях. Соответственно положение "в" заслонки 6 на фиг. 2 будет отвечать положение "в" оси 17 на фиг. 3, а положение "г" заслонки 6 на фиг. 2 отвечать положение "г" оси 17 на фиг. 3. In FIG. 2 and in FIG. 3, letters a, b, c, d indicate the position of the
Вращение ротора 4 компрессора сжимает воздух, поступивший из воздуховода 38, до заданного давления, при котором момент силы давления сжимаемого воздуха превысит момент силы пружины дверцы 12, в результате чего дверца 12 откроется и сжатый воздух поступит в воздуховод 5 и далее в камеру сгорания 32 двигателя. При дальнейшем вращении роторов 4 и 3 соответственно компрессора и двигателя давление сжатого воздуха на дверцу 12 уменьшится и дверца 12 закроется. В этот момент контакт 45 установленный на правой шестерне 21 замкнет электродатчик, а компьютер, получив от датчика 45 электроимпульс, включит форсунки 10 подачи топлива в воздуховод 5, являющийся одновременно частью камеры сгорания 32. В момент окончания подачи топлива компьютер включит электросвечи 11 воспламенения топливной смеси. При этом многократно повысившееся давление газов сгоревшего топлива произведет рабочий ход ротора 3, в процессе которого газы расширятся, их температура и давление понизится и отработанные выхлопные газы будут вытеснены во время следующего рабочего хода ротора 3, в процессе которого через окно 33 в выхлопную трубу 35. The rotation of the compressor rotor 4 compresses the air coming from the duct 38 to a predetermined pressure at which the moment of pressure of the compressed air exceeds the moment of spring force of the
Таким образом, во время рабочего хода ротора 3 одновременно происходит удаление выхлопных газов, заполнивших камеру расширения 34 в предшествовавший рабочий ход ротора 3. РДК-7 при вращении его ротора 3 не имеет отдельных тактов всасывания, сжатия и выхлопа, свойственных четырехтактному ДВС. Каждый его такт является рабочим, занимающим более 300o каждого оборота ротора 3, а у поршневого ДВС рабочий ход занимает менее 180o за два оборота коленчатого вала. При этом отношение объема камеры расширения РДК-7 к его массе более чем в 5 раз превышает аналогичное отношение в поршневом ДВС. Произведение большего числа рабочих ходов за два оборота рабочего хода вала двигателя на большее отношение объема камеры расширения к массе двигателя в данном примере даст увеличение удельной мощности РДК-7 по сравнению с поршневыми ДВС более чем в 3,3•5= 16 раз.Thus, during the working stroke of the
Ориентировочный расчет РДК-7 и эффективность его применения. Estimated calculation of RDK-7 and its effectiveness.
Для расчета примем, что двигатель имеет диаметр статора, равный 2 м, и все другие размеры в соответствии с фиг. 1 и 2 и с принятым диаметром внутренней поверхности цилиндра статора в 2 м. Кроме того примем скорость вращения ротора равной 2 оборота в сек. давление воздуха, поступающего в двигатель от компрессора, 30 кг/см2 с полуторным избытком по отношению к необходимому для полного сгорания природного газа, подаваемого из магистрального газопровода в форсунку 10 под давлением 60-70 кг/см2.For calculation, we assume that the motor has a stator diameter of 2 m and all other dimensions in accordance with FIG. 1 and 2 and with the adopted diameter of the inner surface of the stator cylinder of 2 m. In addition, we take the rotor speed of 2 turns per second. the pressure of the air entering the engine from the compressor is 30 kg / cm 2 with one and a half excess relative to that necessary for the complete combustion of natural gas supplied from the main gas pipeline to the
Объем камеры сгорания в момент воспламенения топливной смеси при положении заслонки 6, отображенном на фиг. 1, равен
3 см•05см•3 см(2 м: 8 см)3=0,070 м3
Масса воздуха, заполнившего камеру сгорания, равна
0,070 м3•1,4 кг/м3•30=2,94 кг
Для полного сгорания 1 кг природного газа необходимо 15 кг воздуха, тогда при полуторократном избытке воздуха в камеру сгорания войдет 2,94 кг 22,5 0,130 кг природного газа за 0,5 сек.The volume of the combustion chamber at the time of ignition of the fuel mixture at the position of the
3 cm • 0 5 cm • 3 cm (2 m: 8 cm) 3 = 0.070 m 3
The mass of air filling the combustion chamber is
0.070 m 3 • 1.4 kg / m 3 • 30 = 2.94 kg
For complete combustion of 1 kg of natural gas, 15 kg of air is needed, then with a one and a half-fold excess of air 2.94 kg of 22.5 0.130 kg of natural gas will enter the combustion chamber in 0.5 sec.
Объем камеры сжатия компрессора равен
16 см•1,4 см•3 см•(2 м 8 см)3=1,05 м3
Для получения 2,94 кг воздуха в компрессор поступает воздух уже сжатый в (2,94 кг 1,4 кг/м3):1,05 2 раза с помощью вентиляторов, производящих поддув воздуха в воздуховод 38.The volume of the compressor compression chamber is
16 cm • 1.4 cm • 3 cm • (2
To obtain 2.94 kg of air, compressed air already enters the compressor (2.94 kg 1.4 kg / m 3 ): 1.05 2 times using fans that blow air into the duct 38.
В момент воспламенения топливной смеси в камере сгорания выделяется тепловая энергия равная
0,13 кг•12000 ккал/кг 1560 ккал.At the moment of ignition of the fuel mixture, thermal energy equal to
0.13 kg • 12000 kcal / kg 1560 kcal.
Эта тепловая энергия нагреет 2,94 кг сжатого воздуха до температуры
1560 ккал (2,94 кг•0,24 ккал/кг•град)=2220oC
Давление воздуха, сжатого до 30 кг/см2, возрастет от его нагрева при воспламенении топливной смеси природного газа и сжатого воздуха до 30 кг/см2•(2220o:273o+1)=275 кг/см2.This thermal energy will heat 2.94 kg of compressed air to a temperature
1560 kcal (2.94 kg • 0.24 kcal / kg • deg) = 2220 o C
The pressure of air compressed to 30 kg / cm 2 will increase from its heating upon ignition of the fuel mixture of natural gas and compressed air to 30 kg / cm 2 • (2220 o : 273 o +1) = 275 kg / cm 2 .
Температура 2220o возникает на 0,001 сек. в расширяющемся объеме со скоростью (1,05 м3•0,07 м3): 0,5 сек=30 раз/сек. Следовательно уже через 0,04 сек объем газа увеличится вдвое, а температура и давление уменьшится в 2 раза и при наличии термоизолирующего покрытия заслонки 6 и поверхностей статора и ротора, соприкасающихся с воспламенившейся топливной смесью, может быть использован металлокерамический сплав, выдерживающий нагрев до 1250oC. К тому же на стенки заслонки, ротора и статора воздействует средняя температура равная менее 500o и возникающая в результате смены температура за время в 0,5 сек. от максимальной в момент воспламенения топлива до минимальной момент выхода газов в выхлопную трубу. При таких условиях работы могут быть использованы для создания РДК-7 материалы, используемые в настоящее время для изготовления газовых турбин ТЭС.The temperature of 2220 o occurs for 0.001 seconds. in an expanding volume at a speed of (1.05 m 3 • 0.07 m 3 ): 0.5 s = 30 times / s. Therefore, after 0.04 seconds, the gas volume will double, and the temperature and pressure will decrease by 2 times and in the presence of a thermally insulating coating of the
Объем камеры расширения двигателя (почти равен объему камеры сгорания компрессора) примем равным 1 м3, т.е. больше камеры сгорания в 1,0 м3:0,07 м3=14,3 раза. Принимая температуру выхлопных газов равной 400oC получим, что давление выхлопных газов уменьшится в
14,3•[(2220o-400o):273o+1]110 раз
и давление выхлопных газов, выходящих в выхлопную трубу 35 будет равно 275 кг/см2:110=2,5 кг/см2
Среднее значение силы давления, приложенной к заслонке 6 во время рабочего хода ротора 3 равно
[(275 кг/см2+2,5 кг/см2):6]•(0,75•7,8 см2•252)=170000 кг.The volume of the engine expansion chamber (almost equal to the volume of the compressor combustion chamber) is assumed to be 1 m 3 , i.e. more combustion chamber 1.0 m 3 : 0.07 m 3 = 14.3 times. Taking the temperature of the exhaust gases equal to 400 o C we get that the pressure of the exhaust gases decreases in
14.3 • [(2220 o -400 o ): 273 o +1] 110 times
and the pressure of the exhaust gases leaving the
The average value of the pressure applied to the
[(275 kg / cm 2 + 2.5 kg / cm 2 ): 6] • (0.75 • 7.8 cm 2 • 25 2 ) = 170,000 kg.
В этом равенстве коэффициент 6 (вместо 2) введен для учета не линейного изменения силы давления на заслонку при расширении газов с 275 кг/см2 до 2,5 кг/см2. Коэффициент 0,75 введен для получения среднего значения площади конца заслонки при рабочем ходе цилиндра и коэффициент 25 за счет масштаба фиг. 1 и 3 по отношению в 2 м диаметра цилиндра статора двигателя.In this equality, a coefficient of 6 (instead of 2) was introduced to take into account a non-linear change in the pressure force on the valve during the expansion of gases from 275 kg / cm 2 to 2.5 kg / cm 2 . A coefficient of 0.75 is introduced to obtain the average value of the area of the end of the shutter during the stroke of the cylinder and a coefficient of 25 due to the scale of FIG. 1 and 3 in relation to 2 m of the diameter of the cylinder of the stator of the engine.
Такая же сила давления будет приложена к цилиндру ротора в направлении его вращения, т.е. в направлении перпендикулярном рабочей поверхности заслонки 6. The same pressure force will be applied to the rotor cylinder in the direction of its rotation, i.e. in the direction perpendicular to the working surface of the
Работа произведенная ротором 3, во время его рабочего хода, за время 0,5 сек. равна
170000 кг• 14 см•9,25 м/см= 590000 кгм
Работа, произведенная одним ротором за 1 сек, равна 1180000 кгм, а развиваемая им мощность равна
1180000 кгм 102 кгм/кВт•сек=11500 кВт
Мощность, развиваемая ротором 3 с учетом работы, полученной во время заполнения камеры сгорания воздухом, сжатым до 30 кг/см2, подаваемым компрессором, может быть принята равной 12000 кВт.The work performed by the
170,000 kg • 14 cm • 9.25 m / cm = 590,000 kgm
The work done by one rotor in 1 sec is equal to 1180000 kgm, and the power developed by it is equal to
1180000 kgm 102 kgm / kW • s = 11500 kW
The power developed by the
Полезная мощность двигателя, которая получается за вычетом мощности, затрачиваемой на компрессор, на вентиляторы, на масляный насос, на электрооборудование и на механические потери может быть принята равной 9000 кВт. Мощность 4-х цилиндров РДК-7 будет равна 36000 кВт. The net engine power, which is obtained minus the power spent on the compressor, on the fans, on the oil pump, on electrical equipment and on mechanical losses, can be taken equal to 9000 kW. The power of 4 cylinders RDK-7 will be equal to 36,000 kW.
КПД предлагаемого РДК-7 будет равна
36000 кВт (0,13 кг/сек•8•12000 ккал/кг• 4,18 кВт•сек/ккал) 36000 кВт: 52000 кВт 0,69
Полученный КПД РДК-7 в 2 раза больше чем у наиболее совершенных и весьма сложных газотурбинных установок и в 1,5 раза больше чем у паровых турбин с паровыми котлами. При этом удельная мощность РДК-7 будет, по крайней мере, в 10 раз большей чем у паровых и газовых турбин с устройствами, обеспечивающими их работу, и с КПД соответственно 0,42 и 0,34. К тому же ТЭС с паровыми турбинами работают в базовом режиме и для приведения его в соответствие с режимом потребления электроэнергии требуют работы ГАЭС, снижающей общий КПД до 0,39 и еще более уменьшающей удельную мощность комплекса ТЭС с ГАЭС по сравнению ТЭС и РДК-7.The efficiency of the proposed RDK-7 will be equal to
36000 kW (0.13 kg / s • 8 • 12000 kcal / kg • 4.18 kW • s / kcal) 36000 kW: 52000 kW 0.69
The obtained efficiency of RDK-7 is 2 times higher than that of the most advanced and very complex gas turbine units and 1.5 times higher than that of steam turbines with steam boilers. In this case, the specific power of RDK-7 will be at least 10 times greater than that of steam and gas turbines with devices to ensure their operation, and with an efficiency of 0.42 and 0.34, respectively. In addition, TPPs with steam turbines operate in the basic mode and to bring it into line with the power consumption mode, they require the operation of a PSPP, which reduces the overall efficiency to 0.39 and further reduces the specific power of the TPP complex with PSPP as compared to TPP and RDK-7.
С заменой на ТЭС паровых турбин на РДК-7 и исключение ГАЭС выработка электроэнергии увеличивается в
0,69: 0,39 1,77 раз
при равном потреблении природного газа, а прибыль ТЭС с РДК-7 увеличится в несколько раз ( при той же цене электроэнергии).With the replacement of steam turbines at TPPs at RDK-7 and the exclusion of the PSPP, electricity generation increases
0.69: 0.39 1.77 times
with equal consumption of natural gas, and the profit of TPPs with RDK-7 will increase several times (at the same price of electricity).
Капитальные затраты на строительство ТЭС с РДК-7 сократятся более чем в 10 раз по сравнению с капитальными затратами ТЭС с паровой турбиной и с ГАЭС, срок окупаемости капитальных затрат уменьшится в десятки раз. Capital costs for the construction of TPPs with RDK-7 will be reduced by more than 10 times compared with the capital costs of TPPs with a steam turbine and PSPP, the payback period for capital costs will be reduced tenfold.
ТЭС с РДК-7 будет иметь в 1,8 раза меньший выброс отравляющих веществ в атмосферу на каждый кВт-ч выработанной электроэнергии. TPP with RDK-7 will have a 1.8 times lower emission of toxic substances into the atmosphere for every kWh of electricity generated.
Большое значение имеет применение РДК-7 в малых ТЭС особенно для севера России, не имеющего централизованного энергоснабжения, где применяют в настоящее время дизельные электростанции с КПД 30-35% Для таких районов преимущество в применении РДК-7 будет не только в 2 раза большем КПД и в несколько раз меньшей стоимости двигателей но также в использовании природного газа в несколько раз более дешевого на севере России, чем привозное дизельное топливо. The use of RDK-7 in small TPPs is of great importance, especially for the north of Russia, which does not have a centralized power supply, where diesel power plants with an efficiency of 30-35% are currently used. For such areas, the advantage in using RDK-7 will not only be 2 times more efficient and several times less than the cost of engines but also in the use of natural gas several times cheaper in the north of Russia than imported diesel fuel.
Капитальные затраты на замену дизельных ДВС на РДК-7 окупятся за 2-3 месяца, менее чем за год окупятся капитальные затраты на строительство новой ТЭС с РДК-7. Capital costs for replacing diesel ICEs at RDK-7 will pay off in 2-3 months, less than a year capital costs for the construction of a new TPP with RDK-7 will pay off.
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU9595115663A RU2095591C1 (en) | 1995-09-05 | 1995-09-05 | Rotary engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU9595115663A RU2095591C1 (en) | 1995-09-05 | 1995-09-05 | Rotary engine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU95115663A RU95115663A (en) | 1997-08-20 |
RU2095591C1 true RU2095591C1 (en) | 1997-11-10 |
Family
ID=20171888
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU9595115663A RU2095591C1 (en) | 1995-09-05 | 1995-09-05 | Rotary engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2095591C1 (en) |
-
1995
- 1995-09-05 RU RU9595115663A patent/RU2095591C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
GB, патент, 1574549, кл. F 02 B 53/00, 1980. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101852121B (en) | Annular cylinder rotor engine | |
US8033264B2 (en) | Rotary engine | |
US6401686B1 (en) | Apparatus using oscillating rotating pistons | |
CN203892009U (en) | Rotor negative-pressure power equipment | |
WO2024037320A1 (en) | Independent gas distribution in-cylinder direct combustion circumferential stroke internal combustion engine and circumferential stroke steam turbine | |
RU2095591C1 (en) | Rotary engine | |
US20150260092A1 (en) | Rotary internal combustion engine with two opposite turbines | |
US8230836B2 (en) | Multi-cylinder reciprocating rotary engine | |
GB2145152A (en) | Rotary valve i.c. engine | |
US20040200217A1 (en) | Bladed heat transfer stator elements for a stirling rotary engine | |
CZ309445B6 (en) | Rotary internal combustion engine | |
US3879938A (en) | Rotary engine apparatus | |
CN101852123A (en) | Cycloid rotor engine | |
RU2107174C1 (en) | Rotary internal combustion engine | |
US2904019A (en) | Rotary internal combustion engine | |
RU2101519C1 (en) | Rotary engine | |
RU2444636C2 (en) | "fym-1" rotary piston engine | |
RU2095590C1 (en) | Rotary engine | |
CN104595022A (en) | Internal combustion rotor engine | |
RU2117784C1 (en) | Rotary machine | |
RU224774U1 (en) | ROTARY ICE WITH A PULSE ACTION COMBUSTION CHAMBER EQUIPPED WITH AN EVAPORATORY JACKET AND AERODYNAMIC INLET VALVE | |
RU2131523C1 (en) | Rotary engine | |
CN204082319U (en) | A kind of high-voltage energy storage thermal power machine | |
CN201202527Y (en) | Non-air valve three-working chamber four-stroke multi-cylinder combining co-rotary type fuel gas engine | |
RU2100630C1 (en) | Rotary engine |