RU2307744C1

RU2307744C1 - Road vehicle engine

Info

Publication number: RU2307744C1
Application number: RU2006118819/11A
Authority: RU
Inventors: В чеслав Семенович Муравин (RU); Вячеслав Семенович Муравин
Original assignee: Бухаров Петр Леонидович; Вячеслав Семенович Муравин
Priority date: 2006-05-31
Filing date: 2006-05-31
Publication date: 2007-10-10

Abstract

FIELD: transport engineering; power engineering.

SUBSTANCE: invention relates to creating steam power engines for road vehicles. Proposed engine contains steam boiler whose steam output is connected with turbine input. Shaft of turbine is connected with shaft of road vehicle. Turbine contains at least two steam supply branch pipes whose axes do not coincide with radius of turbine rotor, and one steam outlet branch pipe. At least three cavities are made on surface of turbine rotor to receive steam for rotating turbine rotor whose axes are parallel to axes of steam supply branch pipes, and bottom is made spherical. Engine can be provided additionally with supply water tank connected by cock to steam boiler. Steam outlet branch pipe can be connected to steam condenser input. Steam condenser output can be connected to water tank input or to steam boiler.

EFFECT: increased economy of road vehicles.

4 cl, 1 ex

Description

Изобретение относится к области энергетики, а именно к области энергетических установок для наземных транспортных средств, содержащих паровые силовые установки, и может быть использовано в качестве двигателей наземных транспортных средств, как рельсовых, так и безрельсовых.The invention relates to the field of energy, and in particular to the field of power plants for land vehicles containing steam power plants, and can be used as engines of land vehicles, both rail and rail.

Известна (RU, патент 2029880) силовая установка транспортного средства, содержащая поршневой двигатель, снабженный, по меньшей мере, одним цилиндром с крышкой и рубашкой охлаждения, впускной магистралью и выпускной трубой, механизмом газораспределения, парогенератор, размещенный в выпускной трубе, турбину, связанную с парогенератором, турбокомпрессор, турбина которого подключена к выпускной трубе, и электрогенератор, кинематически связанный с валом поршневого двигателя. Кроме того, установка дополнительно содержит циклонный сепаратор, снабженный шибером и сеткой, трансформатор теплоты, конденсатор, редуктор, узел нагрева и очистки питательной воды, датчик температуры питательной воды, регулятор питательной воды, распределитель нагрузки, распылитель воды, регулятор время - сечение и теплообменники, причем циклонный сепаратор и трансформатор теплоты последовательно включены в выпускную магистраль перед турбиной по ходу движения газов, выход последней подключен к турбине турбокомпрессора через конденсатор, редуктор кинематически связан с турбокомпрессором и электрически с электрогенератором, а узел нагрева и очистки питательной воды через датчик температуры и регулятор питательной воды подключен к парогенератору.Known (RU, patent 2029880) is a power plant of a vehicle comprising a piston engine equipped with at least one cylinder with a cover and a cooling jacket, an intake manifold and an exhaust pipe, a gas distribution mechanism, a steam generator located in the exhaust pipe, a turbine associated with a steam generator, a turbocompressor, the turbine of which is connected to the exhaust pipe, and an electric generator kinematically connected to the piston engine shaft. In addition, the installation further comprises a cyclone separator equipped with a gate and a grid, a heat transformer, a condenser, a reducer, a feed water heating and purification unit, a feed water temperature sensor, a feed water regulator, a load balancer, a water atomizer, a time-section controller and heat exchangers, moreover, the cyclone separator and the heat transformer are sequentially connected to the exhaust line in front of the turbine in the direction of the gas flow, the output of the latter is connected to the turbine of the turbocompressor through a condens the ator, the reducer is kinematically connected with the turbocompressor and electrically with the electric generator, and the feed water heating and purification unit is connected to the steam generator through the temperature sensor and the feed water regulator.

Недостатком известного технического решения следует признать сложность конструкции.A disadvantage of the known technical solution should recognize the complexity of the design.

Известна (RU, патент 2054563) конструкция парогазового двигателя, содержащая прямоточный парогенератор, камеру смешения продуктов сгорания с водяным паром, на выходе которой установлен направляющий сопловой аппарат, одновенечную активную турбину с утилизатором теплоты выхлопа, соединенные с валом турбины через редукторы потребитель, например гребной винт, и водяной насос, выход которого соединен с парогенератором, средства для подачи топлива и окислителя. Парогенератор выполнен в виде жаровой трубы, сужающейся по ходу движения продуктов сгорания, с плотно прилегающей к ее наружной поверхности трубкой, навитой в виде спирали, выход которой соединен с активным соплом камеры смешения, при этом направляющий аппарат расположен на выходе дополнительно установленного сопла Лаваля, вход которого соосно с активным соплом совмещен в камере смешения, лопатки турбины центростремительного типа жестко соединены с теплопроводным диском, при этом средство для подачи окислителя выполнено в виде центробежного компрессора, лопатки которого закреплены на обратной стороне диска.Known (RU Patent 2054563) is a steam-gas engine design comprising a direct-flow steam generator, a chamber for mixing combustion products with water vapor, at the output of which a directing nozzle apparatus is installed, a single-shaft active turbine with an exhaust heat utilizer connected to the turbine shaft through consumer gearboxes, for example a propeller and a water pump, the output of which is connected to the steam generator, means for supplying fuel and an oxidizing agent. The steam generator is made in the form of a flame tube, tapering in the direction of the combustion products, with a tube tightly adjacent to its outer surface, wound in the form of a spiral, the outlet of which is connected to the active nozzle of the mixing chamber, while the guide apparatus is located at the outlet of an additionally installed Laval nozzle, input which is aligned with the active nozzle in the mixing chamber, the centripetal turbine blades are rigidly connected to the heat-conducting disk, while the means for supplying the oxidizer is made in the form of a centro ezhnogo compressor blades which are fixed on the reverse side of the disc.

Наиболее близким аналогом предлагаемого технического решения можно признать (US, патент 4624110) двигатель транспортного средства, содержащий емкость для питательной воды с температурой до 100°С и паровой котел, причем выход по пару парового котла соединен с паровой турбиной, которая через редуктор непосредственно соединена с валом транспортного средства или с электрогенератором, расположенным на транспортном средстве, вырабатываемая которым электроэнергия может питать электродвигатели транспортного средства.The closest analogue of the proposed technical solution can be recognized (US Patent 4624110) as a vehicle engine containing a feed water tank with a temperature of up to 100 ° C and a steam boiler, the steam output of a steam boiler being connected to a steam turbine that is directly connected to the shaft of the vehicle or with an electric generator located on the vehicle, the electricity generated by which can power the electric motors of the vehicle.

Недостатком известного технического решения можно признать его низкую эффективность.A disadvantage of the known technical solution can be recognized as its low efficiency.

Техническая задача, решаемая посредством предлагаемого технического решения, состоит в разработке двигателя новой конструкции.The technical problem solved by the proposed technical solution is to develop a new engine design.

Технический результат, получаемый при реализации предложенной конструкции, состоит в повышении экономичности использования транспортных средств.The technical result obtained by the implementation of the proposed design is to increase the efficiency of using vehicles.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать двигатель наземного транспортного средства, содержащий паровой котел, выход по пару которого соединен с входом турбины, вал которой соединен с двигательной частью автомобиля, причем турбина содержит, по меньшей мере, два патрубка подвода пара, оси которых не совпадают с радиусом ротора турбины, и один патрубок отвода пара, при этом, по меньшей мере, расстояние между одной из пар патрубков отлично от расстояний между другими парами патрубков, а на поверхности ротора турбины в плоскости подвода патрубков выполнено, по меньшей мере, три углубления, оси которых параллельны осям патрубков подвода пара, а дно имеет сферическую форму, при этом, по меньшей мере, расстояние между одной из пар соседних углублений отлично от расстояний между другими парами соседних углублений. Двигатель может дополнительно содержать питающую емкость для воды, подключенную посредством крана или клапана к паровому котлу. Для сохранения объема воды в двигателе предпочтительно, чтобы патрубок отвода пара был подключен к входу конденсатора пара и, в этом случае, выход конденсатора пара желательно подключать к входу емкости для воды или паровому котлу. На выходе парового котла может быть установлен распределитель потока пара, обеспечивающий раздельную подачу пара в патрубки подвода пара к турбине.To achieve the technical result, it is proposed to use the engine of a land vehicle containing a steam boiler, the steam output of which is connected to the turbine inlet, the shaft of which is connected to the engine part of the vehicle, the turbine containing at least two steam supply nozzles whose axes do not coincide with the radius of the turbine rotor, and one branch pipe for removing steam, while at least the distance between one of the pairs of pipes is different from the distances between the other pairs of pipes, and on the surface of the rotor at least three recesses are made in the turbine supply plane of the nozzle supply plane, the axes of which are parallel to the axes of the steam supply nozzles, and the bottom has a spherical shape, at least the distance between one of the pairs of adjacent recesses is different from the distances between other pairs of neighboring recesses . The engine may further comprise a supply tank for water, connected via a tap or valve to the steam boiler. To maintain the volume of water in the engine, it is preferable that the steam outlet pipe be connected to the input of the steam condenser and, in this case, it is desirable to connect the output of the steam condenser to the input of the water tank or steam boiler. At the exit of the steam boiler, a steam flow distributor can be installed, providing separate steam supply to the steam supply pipes to the turbine.

Углубления в поверхности ротора турбины выполняют функцию лопаток, обеспечивающих вращение ротора турбины при попадании на него пара.The recesses in the surface of the turbine rotor serve as blades, providing rotation of the turbine rotor when steam enters it.

Использование углублений указанной формы обусловлено невозможностью обеспечения попадания всего количества пара на лопатку турбины из-за отсутствия возможности герметичного размещения лопаток в кожухе турбины. Определенная часть пара будет проходить мимо лопаток не совершая полезной работы. В случае использования углублений порция пара, вышедшая из патрубка подачи, практически полностью совершает работу по перемещению ротора турбины на оси. Поскольку ось ротора турбины жестко соединена с валом наземного транспортного средства, то вращение ротора передается на вал транспортного средства. В случае использования распределителя потоков пара возможно рассчитать подачу пара в турбину таким образом, что порция пара будет выходить из патрубка подачи только в тот момент, когда против него будет расположено очередное углубление в поверхности ротора.The use of recesses of this shape is due to the inability to ensure that the entire amount of steam gets onto the turbine blade due to the lack of the possibility of hermetically placing the blades in the turbine housing. A certain part of the steam will pass by the shoulder blades without doing any useful work. In the case of using recesses, a portion of the steam leaving the supply pipe almost completely performs the work of moving the turbine rotor on the axis. Since the axis of the turbine rotor is rigidly connected to the shaft of the ground vehicle, the rotation of the rotor is transmitted to the shaft of the vehicle. In the case of using a steam flow distributor, it is possible to calculate the steam supply to the turbine so that a portion of the steam leaves the supply pipe only at the moment when another depression in the rotor surface is located against it.

Количество патрубков ввода пара в паровую турбину зависит от диаметра турбины. Необходимым условием размещения патрубков является непопадание пара из одного патрубка одновременно в два углубления на поверхности ротора турбины. Аналогично количество углублений на поверхности ротора определяется его размерами, а также выше указанным условием.The number of nozzles for introducing steam into a steam turbine depends on the diameter of the turbine. A necessary condition for the placement of the nozzles is the absence of steam from one nozzle simultaneously into two recesses on the surface of the turbine rotor. Similarly, the number of recesses on the surface of the rotor is determined by its size, as well as the above condition.

Паровой котел может работать на любом виде топлива, способным устойчиво нагревать воду до температуры кипения. Также двигатель может дополнительно содержать средства, увеличивающие температуру пара.The steam boiler can operate on any type of fuel, capable of stably heating water to a boiling point. Also, the engine may further comprise means that increase the temperature of the steam.

В дальнейшем особенности и преимущества предлагаемого двигателя будут рассмотрены на примере использования его в легковом автомобиле.In the future, the features and advantages of the proposed engine will be considered on the example of its use in a passenger car.

В комплект двигателя, используемого в легковом автомобиле типа «ВА3-21099», входит паровой котел емкостью 4 дм³, нагреваемый горелкой, работающей на отработанном смазочном масле, на выходе по пару парового котла установлен многоходовой кран-распределитель потоков пара, к выходам которого подсоединены 3 трубопровода, выполненных из латуни, заканчивающихся патрубками ввода пара в кожух паровой турбины. Паровая турбина содержит ротор диаметром 0,15 м, на поверхности которого расположено 4 углубления, имеющих каплевидную форму. Патрубки ввода наклонены относительно направления радиуса ротора турбины под углом 65°. Под этим же углом направлены продольные оси углублений в поверхности ротора турбины. Патрубок отвода пара ориентирован практически по радиусу ротора паровой турбины. Выход патрубка отвода отработанного пара посредством латунного трубопровода подключен к конденсатору пара. Выход конденсатора посредством дюритового шланга подключен к паровому котлу. Дополнительно вход по воде парового котла подключен дюритовым шлангом к бачку омывателя стекол. Емкость с отработанным маслом размещена под капотом автомобиля и соединена с горелкой парового котла посредством дюритового шланга. Между выходом парового котла по пару и краном-распределителем может быть установлено любое средство повышения температуры пара.The engine kit used in a passenger car of type “BA3-21099” includes a steam boiler with a capacity of 4 dm ³ heated by a burner operating on waste lubricating oil; a multi-way steam flow distributor valve is installed at the steam outlet of a steam boiler, to the outputs of which are connected 3 pipelines made of brass, ending with pipes for introducing steam into the casing of the steam turbine. The steam turbine contains a rotor with a diameter of 0.15 m, on the surface of which there are 4 recesses having a drop-shaped shape. The inlet nozzles are inclined relative to the direction of the radius of the turbine rotor at an angle of 65 °. The longitudinal axis of the recesses in the surface of the turbine rotor are directed at the same angle. The steam outlet pipe is oriented practically along the radius of the rotor of the steam turbine. The outlet of the exhaust steam outlet via a brass pipe is connected to a steam condenser. The condenser output is connected to a steam boiler through a durite hose. Additionally, the water inlet of the steam boiler is connected by a dyurite hose to the glass washer reservoir. The waste oil tank is located under the hood of the car and is connected to the burner of the steam boiler through a dyurite hose. Between the steam boiler output and the distribution valve, any means of increasing the temperature of the steam can be installed.

При приведении автомобиля в движение многоходовой кран посредством электрического привода приводят в движение, последовательно подавая пар в патрубки подвода пара, а затем на каплевидные углубления в поверхности ротора. Под действием пара ротор начинает вращаться с частотой до 3000 об/мин, передавая движение ротора на вал, расположенный в коробке передач. Автомобиль приходит в движение.When the vehicle is set in motion, the multi-way valve is driven by an electric drive, sequentially supplying steam to the steam supply nozzles, and then to the drop-shaped recesses in the rotor surface. Under the action of steam, the rotor begins to rotate at a frequency of up to 3000 rpm, transmitting the movement of the rotor to a shaft located in the gearbox. The car starts to move.

Использование двигателя предложенной конструкции позволяет повысить экономичность использования транспортных средств за счет сокращения расходов на топливо, а также техническое обслуживание двигателя.Using the engine of the proposed design can improve the efficiency of using vehicles by reducing fuel costs, as well as engine maintenance.

Claims

1. The engine of a land vehicle, comprising a steam boiler, the steam output of which is connected to the turbine inlet, the shaft of which is connected to the shaft of the land vehicle, characterized in that the turbine contains at least two steam supply nozzles whose axes do not coincide with the radius of the rotor a turbine, and one steam outlet pipe, and at least three recesses are made on the surface of the turbine rotor for supplying steam therein for rotation of the turbine rotor, the axes of which are parallel to the axes of the steam supply pipes, and the bottom has a spherical kuyu form.

2. The engine according to claim 1, characterized in that it further comprises a supply tank for water, connected via a crane to a steam boiler.

3. The engine according to claim 1, characterized in that the steam outlet pipe is connected to the input of the steam condenser.

4. The engine according to claim 1 or 2, characterized in that the output of the steam condenser is connected to the inlet of the water tank or steam boiler.