RU2205962C2

RU2205962C2 - Steam screw machine

Info

Publication number: RU2205962C2
Application number: RU2001115867A
Authority: RU
Inventors: Р.М. Ахметшин; П.Г. Петров
Original assignee: Ахметшин Равиль Миргасимович; Березин Сергей Романович; Петров Павел Георгиевич
Priority date: 2001-06-14
Filing date: 2001-06-14
Publication date: 2003-06-10

Abstract

FIELD: power engineering. SUBSTANCE: invention relates to steam screw machines designed for producing mechanical power. Proposed steam screw machine contains driving and driven screw rotors installed in housing on bearings and being in constant engagement, intake hole made in housing and coupled with system delivering steam into space between rotors. Disk with ports opening into each tooth space of rotor is installed on end face of rotor. Ports are arranged for alternate alignment with intake hole when rotor is turned for creating nonstationary flow of steam. Disk with ports can be installed both, on end face of driving rotor and on end face of driven rotor. Steam delivering system contains additionally a resonance branch pipe. EFFECT: increased geometric expansion degree of machine. 4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области энергомашиностроения, конкретно - к паровым винтовым машинам (ПВМ) для получения механической мощности. The invention relates to the field of power engineering, specifically to steam screw machines (FDA) for obtaining mechanical power.

Известна ПВМ, содержащая установленные в корпусе на подшипниках и находящиеся в зацеплении ведущий и ведомый винтовые роторы, в корпусе выполнено впускное отверстие, связанное с системой подачи пара в полость между роторами (см. патент РФ 2076246), 1994 г.). Known FDA, containing mounted in the housing on bearings and engaged in the driving and driven screw rotors, an inlet is made in the housing associated with the steam supply system into the cavity between the rotors (see RF patent 2076246), 1994).

Недостатком известной системы является невозможность получения высокой геометрической степени расширения пара ε внутри машины. Это обстоятельство препятствует получению высокого термодинамического КПД двигателя. A disadvantage of the known system is the impossibility of obtaining a high geometric degree of expansion of the vapor ε inside the machine. This circumstance prevents the obtaining of high thermodynamic efficiency of the engine.

Задачей изобретения является получение высокого термодинамического КПД двигателя. Технический результат изобретения - повышение геометрической степени расширения ПВМ до значений ε≥20. The objective of the invention is to obtain high thermodynamic efficiency of the engine. The technical result of the invention is to increase the geometric degree of expansion of the FDA to values ε≥20.

Технический результат достигается тем, что в ПВМ, содержащей установленные в корпусе на подшипниках и находящиеся в зацеплении ведущий и ведомый винтовые роторы, впускное отверстие, выполненное в корпусе и связанное с системой подачи пара в полость между роторами, на торце ротора установлен диск с окнами, выходящими в каждую впадину между зубьями этого ротора, причем окна расположены с возможностью поочередного совмещения с впускным отверстием при повороте ротора для создания нестационарного течения пара. The technical result is achieved by the fact that in the FDA containing the leading and driven screw rotors installed in the housing on bearings and meshed, an inlet made in the housing and connected to the steam supply system into the cavity between the rotors, a disk with windows is installed at the end of the rotor, extending into each cavity between the teeth of this rotor, the windows being arranged to be alternately aligned with the inlet when the rotor is rotated to create an unsteady flow of steam.

Кроме того, диск с окнами может быть установлен на торце ведущего ротора. In addition, a disk with windows can be installed at the end of the driving rotor.

Кроме того, диск с окнами может быть установлен на торце ведомого ротора. In addition, a disk with windows can be mounted on the end face of the driven rotor.

Кроме того, система подачи пара может дополнительно содержать резонансный патрубок. In addition, the steam supply system may further comprise a resonance pipe.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен продольный горизонтальный разрез машины, на фиг.2 - продольный вертикальный разрез машины, сечение А-А, на фиг.3 - вид на винтовые роторы со стороны впускного торца, на фиг.4 - схема движения волн сжатия и расширения, распространяющихся в паровой среде в резонансном патрубке. The invention is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows a longitudinal horizontal section of the machine, Fig.2 is a longitudinal vertical section of the machine, section AA, in Fig.3 is a view of the screw rotors from the inlet end, in Fig.4 is a diagram motion of compression and expansion waves propagating in a vapor medium in a resonant pipe.

ПВМ имеет корпус 1, в котором ведущий 2 и ведомый 3 винтовые роторы установлены на подшипниках. В корпусе 1 выполнена система подачи пара, включающая резонансный патрубок 4, выходящий во впускное отверстие 5 с торцов роторов 2 и 3, и выпускной патрубок 6. На торце, например, ведомого ротора 3 установлен диск 7 с окнами 8, выходящими в каждую впадину между зубьями (фиг.3). Диск с окнами может быть также установлен на торце ведущего ротора. FDA has a housing 1, in which the leading 2 and driven 3 screw rotors are mounted on bearings. In the housing 1, a steam supply system is made, including a resonant pipe 4 extending into the inlet 5 from the ends of the rotors 2 and 3, and the exhaust pipe 6. At the end of, for example, the driven rotor 3, a disk 7 is installed with windows 8 extending into each cavity between teeth (figure 3). A window disc can also be mounted on the end of the drive rotor.

Работа ПВМ осуществляется следующим образом. Пар высокого давления подается через систему полдачи пара в резонансный патрубок 4 и далее через впускное отверстие 5 поступает к диску 7, установленному, например, на ведомом роторе 3. При повороте ведомого ротора 3 окна 8 в диске 7 поочередно совмещаются с впускным отверстием 5, и пар поступает в полость между роторами 2, 3. В процессе расширения в полости между винтовыми роторами 2, 3 пар приводит последние во вращение. Отработанный пар выходит из машины через выпускной патрубок 6. Геометрическая степень расширения ПВМ ε определяется через величину объема полости между роторами 2, 3 в момент отсечения ее от системы впуска и может достигать значений ε≥20. Момент отсечения определяется размерами, расположением и формой окон 8. Форма окон 8 может быть круглой или фигурной. The work of the FDA is as follows. High pressure steam is supplied through the steam delivery system to the resonant pipe 4 and then through the inlet 5 to the disk 7 mounted, for example, on the driven rotor 3. When the driven rotor 3 is rotated, the windows 8 in the disk 7 are alternately aligned with the inlet 5, and steam enters the cavity between the rotors 2, 3. During the expansion process in the cavity between the screw rotors 2, 3, the pairs rotate. The exhaust steam leaves the machine through the exhaust pipe 6. The geometric expansion ratio of the FDA ε is determined through the volume of the cavity between the rotors 2, 3 at the time of its cutting off from the intake system and can reach ε≥20. The clipping time is determined by the size, location and shape of the windows 8. The shape of the windows 8 can be round or curly.

При поочередном совмещении окон 8 с отверстием 5 в резонансном патрубке 4 создается нестационарное течение пара. При совмещении окна 8 и отверстия 5, т.е. при открытии отверстия 5, пар устремляется в полость между роторами 2, 3, и в патрубке 4 образуется волна разряжения 9. которая начинает двигаться против потока пара к открытому концу патрубка 4 (фиг.4). При достижении открытого конца патрубка 4 волна разряжения 9 отражается волной сжатия 10, которая начинает двигаться обратно к отверстию 5. При своевременном приходе волны сжатия 10 перед закрытием отверстия 5 эта волна производит дозарядку пара в полость между роторами 2, 3 и, тем самым, увеличивает расход пара через ПВМ и соответственно ее мощность. Своевременный приход волны сжатия 10 обеспечивается подбором длины резонансного патрубка 4 и зависит от скорости движения волн в паре, равной скорости звука, а также частоты вращения ротора. When alternately combining the windows 8 with the hole 5 in the resonant pipe 4 creates an unsteady flow of steam. When combining window 8 and hole 5, i.e. when opening the hole 5, the steam rushes into the cavity between the rotors 2, 3, and a discharge wave 9 is formed in the pipe 4, which starts to move against the steam flow towards the open end of the pipe 4 (Fig. 4). Upon reaching the open end of the nozzle 4, the rarefaction wave 9 is reflected by the compression wave 10, which begins to move back to the hole 5. With the timely arrival of the compression wave 10 before closing the hole 5, this wave recharges the vapor into the cavity between the rotors 2, 3 and, thereby, increases steam consumption through FDA and, accordingly, its power. Timely arrival of the compression wave 10 is provided by the selection of the length of the resonant pipe 4 and depends on the speed of the waves in the pair, equal to the speed of sound, as well as the rotational speed of the rotor.

Описанный волновой процесс широко используется для повышения мощности поршневых двигателей и называется резонансный или динамический наддув. Механизм движения и отражения волн сжатия и разряжения подробно описан, например, в монографии Рудого Б.П. "Прикладная нестационарная газодинамика", 1985 г. The described wave process is widely used to increase the power of piston engines and is called resonant or dynamic boost. The mechanism of motion and reflection of compression and rarefaction waves is described in detail, for example, in the monograph of Rudogo B.P. "Applied non-stationary gas dynamics", 1985

Таким образом, предложенная конструкция обеспечивает работу ПВМ с высокой степенью расширения, что способствует повышению термодинамического КПД двигателя. Кроме того, применение резонансного патрубка на впуске обеспечивает возникновение динамического наддува, что способствует повышению мощности ПВМ. Thus, the proposed design ensures the operation of FDA with a high degree of expansion, which helps to increase the thermodynamic efficiency of the engine. In addition, the use of a resonant pipe at the inlet provides the appearance of dynamic boost, which contributes to an increase in the power of the FDA.

Claims

1. A steam screw machine comprising a leading and driven screw rotors installed in a housing on bearings and meshed, an inlet made in the housing and connected to a steam supply system into the cavity between the rotors, characterized in that a disk with windows is installed on the rotor end extending into each cavity between the teeth of this rotor, the windows being arranged to be alternately aligned with the inlet when the rotor is rotated to create an unsteady flow of steam.

2. The machine according to claim 1, characterized in that the disk with windows can be mounted on the end of the driving rotor.

3. The machine according to claim 1, characterized in that the disk with windows can be installed on the end face of the driven rotor.

4. Machine according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the steam supply system further comprises a resonant pipe.