RU2133356C1 - Gas screw engine - Google Patents
Gas screw engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2133356C1 RU2133356C1 RU97120626A RU97120626A RU2133356C1 RU 2133356 C1 RU2133356 C1 RU 2133356C1 RU 97120626 A RU97120626 A RU 97120626A RU 97120626 A RU97120626 A RU 97120626A RU 2133356 C1 RU2133356 C1 RU 2133356C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- screw
- gas
- compressor
- rotor
- rotors
- 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
- Applications Or Details Of Rotary Compressors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к теплоэнергетике и может использоваться на тепловых электростанциях для получения больших агрегатных мощностей, в двигателестроении для транспортных средств, таких как автомобили и летательные аппараты. The invention relates to a power system and can be used in thermal power plants to produce large aggregate capacities, in engine building for vehicles, such as cars and aircraft.
Известен прототип по авт.свид. СССР N 1776843, кл. F 02 C 1/10, публикация 1992 - газотурбинная установка замкнутого типа, содержащая на одном валу компрессор и турбину винтового типа, имеющие роторы с одинаковыми размерами, профилями и углами наклона витков, работающая на двухфазном рабочем теле. Одинаковые геометрические размеры роторов, профиля, углы наклона витков соответственных роторов винтовых компрессора и турбины, установленных на общих валах в противофазе, обеспечивают одинаковые, но противоположное изменение объема их парных полостей. Использование твердых частиц в двухфазном рабочем теле позволяет осуществить изотермические сжатие и расширение газа. A known prototype for autosvid. USSR N 1776843, class F 02 C 1/10, publication 1992 - a closed-type gas turbine unit containing on one shaft a compressor and a screw type turbine having rotors with the same dimensions, profiles and angles of inclination of the turns, operating on a two-phase working fluid. The identical geometric dimensions of the rotors, profile, and the angles of inclination of the turns of the respective rotors of the screw compressor and turbine mounted on common shafts in antiphase provide the same but opposite change in the volume of their paired cavities. The use of solid particles in a two-phase working fluid allows for isothermal compression and expansion of the gas.
Недостатками прототипа - газотурбиной установки замкнутого типа являются
- одинаковость геометрических размеров роторов, профилей, углов наклона витков соответственных роторов винтовых компрессора и турбины, установленных на общих валах в противофазе, обеспечивающих одинаковое, но противоположное изменение объема их парных полостей, так как указанное приводит к неработоспособности и установки из-за нарушения одинаковости массового расхода газа через компрессор и турбину, поскольку температурный режим компрессора отличается от температурного режима турбины, что требует разной их объемной производительности;
- использование твердых частиц для уплотнения зазоров, поскольку эта проблема решается, например, увеличением числа оборотов роторов, что к тому же приводит к большим агрегатным мощностям, чем в прототипе;
- винтовые части роторов, состоящие обычно из 4 выпускных зубьев и 6 вогнутых зубьев /1/, имеют относительно небольшой объем впадин, что уменьшает производительность винтового устройства и ведет к ухудшению отношения описываемого объема к поверхности теплоотдачи, т.е. к большим тепловым потерям;
- сложность профиля резьбы исключает использование схемы винтовой машины с несколькими роторами с выпуклыми зубьями на один отсечной ротор с вогнутыми зубьями; это препятствует уменьшению габаритов винтовых машин;
- винтовой компрессор и турбина винтового типа имеют окна всасывания и нагнетания, что не позволяет иметь большие окружные скорости в винтовых машинах, так как это приводит к большим гидравлическим потерям на всасывании и нагнетании.The disadvantages of the prototype is a gas turbine installation of a closed type are
- the same geometric dimensions of the rotors, profiles, tilt angles of the respective rotors of the screw compressor and turbine mounted on common shafts in antiphase, providing the same but opposite change in the volume of their paired cavities, since this leads to inoperability and installation due to violation of the same mass gas flow through the compressor and turbine, since the temperature regime of the compressor differs from the temperature regime of the turbine, which requires different volumetric production STI
- the use of solid particles to seal the gaps, since this problem is solved, for example, by increasing the number of revolutions of the rotors, which also leads to greater aggregate capacities than in the prototype;
- the screw parts of the rotors, usually consisting of 4 final teeth and 6 concave teeth / 1 /, have a relatively small hollow volume, which reduces the performance of the screw device and leads to a deterioration in the ratio of the described volume to the heat transfer surface, i.e. to large heat losses;
- the complexity of the thread profile eliminates the use of a screw machine circuit with several rotors with convex teeth on one cut-off rotor with concave teeth; this prevents the reduction of the dimensions of screw machines;
- a screw compressor and a screw type turbine have suction and discharge windows, which does not allow for high peripheral speeds in screw machines, since this leads to large hydraulic losses on the suction and discharge.
Указанные недостатки не позволяют использовать существующие в настоящее время винтовые машины в качестве расширителя газа с высоким КПД. These shortcomings do not allow the use of existing screw machines as a gas expander with high efficiency.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков путем создания газовинтового двигателя. Указанная задача достигается тем, что газовинтовой двигатель, содержащий компрессор, газовый теплообменник, камеры сгорания и расширитель газов, при этом компрессор и расширитель газов выполнены в виде винтовых машин, отличающийся тем, что газовый объем двигателя незамкнут, винтовые машины изготовлены на основе однозаходной резьбы переменного шага с несколькими роторами на один отсечной ротор, а винтовой расширитель газов снабжен винтовым поджимающим устройством. The objective of the invention is to remedy these disadvantages by creating a gas-driven engine. This problem is achieved in that the gas-screw engine containing the compressor, gas heat exchanger, combustion chambers and gas expander, while the compressor and gas expander are made in the form of screw machines, characterized in that the gas volume of the engine is not closed, screw machines are made on the basis of a single-thread alternating thread steps with several rotors on one shut-off rotor, and the screw gas expander is equipped with a screw pressing device.
Конструкция винтового компрессора, винтового расширителя газов и двигателя в целом приведены соответственно на фиг. 1, 2, 3. The design of the screw compressor, screw gas expander and the engine as a whole are shown respectively in FIG. 1, 2, 3.
Компрессор состоит из одного отсечного ротора 1 и нескольких роторов 2, находящихся в зацеплении с ним своими винтовыми частями 3. Для простоты рисунка выбрана схема компрессора из одного ротора 1 и одного ротора 2. Их винтовые части расположены в расточках корпуса 4. Зазор между винтами обеспечивается синхронизирующими шестернями /не показаны/. Резьба винтовых частей выполнена на основе однозаходной резьбы. Шаг резьбы - переменный, уменьшающийся в сторону камеры нагнетания. Благодаря зацеплению винтовых частей 3 роторов 1 и 2 имеются замкнутые полости между каждыми двумя витками ротора 2, ограниченные помимо них цилиндрической поверхностью расточки корпуса 4 и цилиндрической поверхностью ротора 1 в пределах этих двух витков. Эти полости обозначены A, B, C, D и имеют разные объемы из-за переменного шага. Геометрическая степень сжатия равна отношению замкнутых полостей A и D, т.е. объему замкнутой полости на всасывании к объему полости на нагнетании. The compressor consists of one shut-off
Работа винтового компрессора осуществляется следующим образом. При вращении роторов после образования полости A она переходит в полость B, полость B - в полость C, полость C - в полость D, а полость D соединяется с камерой нагнетания, и сжатый воздух выталкивается в нее последующим витком. Благодаря уходу полости A на стороне всасывания образуется разрежение, из-за которого воздух поступает в винтовые части роторов. При выходе зуба витка ротора 2 из винтовой впадины 5 ротора 1 воздух также поступает в нее и оказывается изолированным после вхождения зуба ротора 2 во впадину снова в ней между зубьями витков ротора 2 до попадания в камеру нагнетания. При перемещении воздуха по впадине 5 он сжимается в ней из-за уменьшения шага резьбы. Однако степень сжатия во впадине 5 ротора 1 меньше, чем в замкнутых полостях между витками ротора 2, т.е. процесс сжатия газа во впадине 5 происходит с недожатием. При соединении впадины 5 с камерой нагнетания после выхода зуба винта ротора 2 из зацепления давления газа в ней выравнивается с давлением в полости камеры нагнетания, а затем воздух из впадины 5 выталкивается замыкающим зубом. Энергетические потери от недожатия зависят от относительного количества воздуха, поступающего во впадину 5. Эти потери уменьшаются при большем числе роторов 2, находящихся в зацеплении с ротором 1. The operation of the screw compressor is as follows. When the rotors rotate after the formation of cavity A, it passes into cavity B, cavity B into cavity C, cavity C into cavity D, and cavity D is connected to the discharge chamber, and compressed air is pushed into it by a subsequent turn. Due to the care of cavity A, a suction is formed on the suction side, due to which air enters the screw parts of the rotors. When the tooth of the turn of the
Благодаря образованию замкнутых полостей в винтовых частях роторов на всасывании и на нагнетании для работы компрессора не требуются ни окна всасывания, ни окна нагнетания. При наличии на каждом роторе компрессора двух отдельных винтовых частей с противоположным направлением резьбы устраняется осевая нагрузка от газовых сил на опоры ротора. Due to the formation of closed cavities in the screw parts of the rotors at the suction and at the discharge, neither a suction window nor a discharge window are required for compressor operation. If each compressor rotor has two separate screw parts with the opposite thread direction, the axial load from gas forces on the rotor bearings is eliminated.
Уплотнение валов роторов компрессора для исключения подсоса воздуха и масла из подшипниковой камеры в камеру всасывания не предусматривается из-за хороших условий всасывания. Однако такое уплотнение валов роторов компрессора не исключается. Sealing the compressor rotor shafts to prevent air and oil from leaking from the bearing chamber into the suction chamber is not provided due to good suction conditions. However, such a compressor shaft seal is not excluded.
Конструкция расширителя газов приведена на фиг. 2. Он состоит из одного отсечного ротора 1 и нескольких роторов 2. Для упрощения рисунка взята конструкция расширителя газов из одного отсечного ротора 1 и одного ротора 2. Роторы имеют две отдельные друг от друга винтовые части на каждом роторе, отделенные разделительной частью 6 ротора. Они расположены в расточках корпуса 4. Винтовая часть 8 роторов расширителя представляет собой однозаходную резьбу переменного шага. Величина шага увеличивается в сторону разделительной части 6 роторов. В зацепленном состоянии винтовые части роторов имеют замкнутые полости. Отношение объема замкнутой полости на стороне пониженного давления к объему замкнутой полости на стороне повышенного давления определяет геометрическую степень расширения газа. Из-за консольности расположения винтовой части 8 число витков ее ограничено. The design of the gas expander is shown in FIG. 2. It consists of one shut-off
Винтовая часть роторов, обозначенная 9, имеет мелкую резьбу переменного шага. Величина шага резьбы уменьшается в сторону разделительной части 6. Резьба однозаходная. На корпусе 4 вокруг разделительной части 6 роторов расположен коллектор 7. The screw part of the rotors, designated 9, has a fine thread of variable pitch. The size of the thread pitch decreases towards the
Работа расширителя газов осуществляется следующим образом. Сжатый и нагретый газ из камеры сгорания поступает в винтовую часть 8 роторов, где при их вращении образованные замкнутые полости, перемещаясь по винтовой части от стороны повышенного давления и увеличиваясь в объеме, переходят на сторону пониженного давления. Благодаря разнице давлений между соседними полостями на их смежных витках возникает крутящий момент ротора. The work of the gas expander is as follows. Compressed and heated gas from the combustion chamber enters the
Газ также поступает во впадину 5 при выходе из нее зуба витка винтовой части ротора 2 и отсекается в ней при следующем вхождении его во впадину. Поступивший газ, находящийся во впадине 5 между зубьями двух витков винтовой части ротора 2, расширяется в ней из-за изменения длины впадины между зубьями вследствие увеличения шага резьбы. Степень расширения газа во впадине 5 меньше, чем в витках ротора 2, т.е. процесс идет с недорасширением. Энергетические потери, связанные с протеканием газа во впадине 5, уменьшаются при увеличении числа роторов 2, а также при уменьшении ширины этой впадины. Gas also enters the
Расширившийся газ не имеет возможности попасть в подшипниковую камеру, расположенную за винтовой частью 9. Этому препятствует винтовая часть 9, которая подсасывает воздух из подшипниковой камеры или непосредственно из атмосферы через отверстия в корпусе 4 /не показаны/, сжимает его до давления расширившегося газа и нагнетает его в коллектор 7. Количество подсасываемого газа незначительно. Expanded gas is not able to get into the bearing chamber located behind the
Газовинтовой двигатель, изображенный на фиг. 3, состоит из винтового компрессора 11 и винтового расширителя газов 12, выходные валы которых соединены муфтой 13. Другой конец вала компрессора служит выходным валом 14 двигателя. Компрессор 11 имеет один ротор 1 и четыре ротора 2. Роторы имеют по две винтовые части. Их резьба выполнена на основе однозаходной резьбы переменного шага и противоположна по направлению. Коллектор 15 для сбора сжатого воздуха расположен в средней части компрессора. Для всасывания имеются два коллектора 24. Роторы имеют опоры 16 и синхронизирующие шестерни 17. The gas screw engine shown in FIG. 3, consists of a
Расширитель газов 12 имеет один отсечной ротор 1 и четыре ротора 2, находящиеся с ним в зацеплении. Роторы имеют опоры 18 и синхронизирующие шестерни 19. Винтовые части роторов расширителя выполнены на основе однозаходной резьбы переменного шага. Камера сгорания 21 установлена на крышке 20, которая крепится к корпусу расширителя через теплоизолирующую прокладку 10. Поверхность крышки изнутри имеет теплоизоляцию 22. Расширитель имеет коллектор 7 над разделяющей частью роторов для сбора и отвода расширившихся газов. The
В схеме двигателя предусматривается газовый теплообменник для прогрева сжатого воздуха за счет отработавших газов. The engine design provides for a gas heat exchanger for heating compressed air through exhaust gases.
Работа газовинтового двигателя осуществляется следующим образом. Воздух через всасывающие коллекторы 24 подводится к винтовым частям роторов компрессора 11, сжимается в них и поступает в коллектор 15. Из него сжатый воздух идет в газовый теплообменник /не показан/, где нагревается от выхлопных газов, проходящих через этот теплообменник. Подогретый воздух поступает в камеру сгорания 21, где осуществляется сжигание топлива. Горячий сжатый газ из камеры сгорания поступает в полость крышки 20 и далее в винтовые части роторов расширителя. После расширения в них газ попадает в коллектор 7. Попаданию газа в подшипниковую камеру препятствует винтовая часть 9, которая подсасывает воздух из нее или из атмосферы и направляет поджатый в ней воздух в этот же коллектор. Из коллектора 7 газ поступает в газовый теплообменник перед его выбросом в атмосферу. The operation of the gas-screw engine is as follows. Air through the
Получаемая мощность при расширении газа в расширителе 12 используется для привода компрессора 11 через муфту 13. Избыток мощности передается потребителю через вал компрессора, который играет роль выходного вала 14 двигателя для привода, например, автомобиля. The resulting power during gas expansion in the
Комбинация из расширителя газов и компрессора, питающего воздухом камеру сгорания расширителя, может служить как двигателем при мощности расширителя, большей мощности, потребляемой компрессором, так и компрессором для подачи воздуха внешнему потребителю при равенстве указанных мощностей. The combination of a gas expander and a compressor supplying air to the expander’s combustion chamber can serve as an engine with the expander’s power greater than the power consumed by the compressor, and a compressor to supply air to an external consumer if the indicated powers are equal.
Газовинтовой двигатель устраняет все указанные недостатки прототипа:
- благодаря разным наклонам витков резьбы подбираются объемы замкнутых полостей на входе в винтовую часть роторов в компрессоре и в расширителе газов, обеспечивающие один и тот же массовый расход газов через них;
- из-за отсутствия окон всасывания и нагнетания в компрессоре, впускных и выпускных окон в расширителе газов возможно увеличение числа оборотов роторов и уменьшение относительной доли перетечек;
- благодаря однозаходности резьбы улучшается соотношение между описываемым объемом и поверхностью теплоотдачи;
- из-за упрощения резьбы винтовые машины имеют на один отсечной ротор несколько роторов, зацепляемых с ним, что вместе с возможностью увеличения числа оборотов роторов позволяет сделать винтовые машины компактными и пригодными для транспортных средств.The gas-screw engine eliminates all of the above disadvantages of the prototype:
- due to the different tilts of the threads, the volumes of closed cavities are selected at the inlet to the screw part of the rotors in the compressor and in the gas expander, ensuring the same mass gas flow through them;
- due to the lack of suction and discharge windows in the compressor, inlet and outlet windows in the gas expander, it is possible to increase the number of revolutions of the rotors and reduce the relative proportion of overflows;
- due to the single-threading, the ratio between the described volume and the heat transfer surface is improved;
- because of the simplification of threading, screw machines have several rotors engaged with it on one shut-off rotor, which, together with the possibility of increasing the number of rotor revolutions, makes screw machines compact and suitable for vehicles.
Источники информации
1. П.Е. Амосов и др. Винтовые компрессорные машины. Справочник. Л.: Машиностроение, Ленингр. отделение, 1977, стр. 67 - 68.Sources of information
1. P.E. Amosov et al. Screw compressor machines. Directory. L .: Engineering, Leningrad. Department, 1977, pp. 67 - 68.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97120626A RU2133356C1 (en) | 1997-11-14 | 1997-11-14 | Gas screw engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97120626A RU2133356C1 (en) | 1997-11-14 | 1997-11-14 | Gas screw engine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2133356C1 true RU2133356C1 (en) | 1999-07-20 |
RU97120626A RU97120626A (en) | 1999-08-10 |
Family
ID=20199953
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU97120626A RU2133356C1 (en) | 1997-11-14 | 1997-11-14 | Gas screw engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2133356C1 (en) |
-
1997
- 1997-11-14 RU RU97120626A patent/RU2133356C1/en active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US2799253A (en) | Elastic fluid actuated power systems | |
US4009573A (en) | Rotary hot gas regenerative engine | |
US2804260A (en) | Engines of screw rotor type | |
US6807802B2 (en) | Single rotor turbine | |
US4932211A (en) | Internal combustion engine charging unit | |
JP2001227616A (en) | Driving device | |
WO1992015774A1 (en) | Thermodynamic systems including gear type machines for compression or expansion of gases and vapors | |
US6105359A (en) | Efficiency enhanced turbine engine | |
US20090148323A1 (en) | Rotary Machine and Combustion Engine | |
EP1778950B1 (en) | A heat engine | |
US5154583A (en) | Rotor of a pressure wave machine | |
JPH05507536A (en) | rotary piston internal combustion engine | |
RU2133356C1 (en) | Gas screw engine | |
Lysholm | A new rotary compressor | |
US2755990A (en) | Housing construction for displacement engines of screw rotor type | |
US2724340A (en) | Rotary pump | |
JP6503514B2 (en) | Rotary Stirling cycle apparatus and method | |
US3741694A (en) | Positive displacement rotary engine | |
US3537269A (en) | Rotary stirling cycle refrigerating system | |
US3853434A (en) | Positive displacement rotary machine | |
US7311077B2 (en) | Rotary positive displacement machine with orbiting piston | |
KR100495637B1 (en) | Rotary Fluid Movers | |
US3516245A (en) | Closed cycle-tangential flow turbine | |
CN208803999U (en) | Dry type double-screw compressor and fuel cell module | |
KR200296399Y1 (en) | Rotary Fluid Movers |