RU2435281C1

RU2435281C1 - Generator plant

Info

Publication number: RU2435281C1
Application number: RU2010145289/07A
Authority: RU
Inventors: Владимир Степанович Григорчук (RU); Владимир Степанович Григорчук
Original assignee: Владимир Степанович Григорчук
Priority date: 2010-11-08
Filing date: 2010-11-08
Publication date: 2011-11-27

Abstract

FIELD: electricity. ^ SUBSTANCE: proposed generator plant comprises a frame, a power plant, a current generator, a thermal control panel. At the same time according to this invention the specified power plant is made as a rotor piston diesel engine, comprising a horizontal cylinder with a foundation frame, closed front and back covers, having coaxial inlet and outlet windows, joined by pipelines with outlet pipes and a rotary air blower. Inside the cylinder there is a Z - shaped rotor with sealing elements, made as a whole with the shaft, ends of which are pulled through cover holes. At the opposite ends of the rotor there are two ledges at each one in the form of triangles that face the side opposite to the rotor rotation with their tops, at the opposite sides of which there are two pistons installed with the possibility of rotation with the rotor and radial displacement with sealing elements. Pistons are made in the form of segments turned with spherical surfaces to the inner surface of the cylinder. Each piston has a ledge and an inclined guide entering into a slot and an inclined channel of a rotor. On the rear surface of the pistons there is a finger entering a profiled slot made on the inner surface of the rear cover. The rotor and the pistons are installed in the transverse plane relative to the shaft. The pistons with the rotor form two combustion chambers, having nozzles joined with the supply system. At the free ends of the shaft there are the following components fixed - a flywheel, a rotor of an air blower and master gears that are engaged with gears of a high pressure pump, a fuel pump, an oil pump and a water pump drives, a current generator. The starter gear interacts with a geared crown of a flywheel. ^ EFFECT: increased efficiency and simplified design of a power plant and saving of fuel, production of high amount of power and its cheapening. ^ 20 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано в качестве генераторной установки для получения электрического тока.The invention relates to the field of power engineering and can be used as a generator set to produce electric current.

Известен термогенератор ТГК-3, содержащий 20-линейную керосиновую лампу, теплопередатчик, два блока термобатарей, вытяжную трубу, ребра охлаждения. Напряжение анодной батареи 2 В, ток анодной батареи 2 А, напряжение накальной батареи 2 В, ток накальной батареи 0,5 А, расход керосина 60-70 г/час. (Справочник радиолюбителя, ред. А.А.Куликовский, изд.3, Государственное энергетическое издательство, М.-Л., 1961, с.318-319, рис.16-1).Known thermo-generator TGK-3, containing a 20-linear kerosene lamp, heat transfer, two blocks of thermal batteries, exhaust pipe, cooling fins. The voltage of the anode battery is 2 V, the current of the anode battery is 2 A, the voltage of the incandescent battery is 2 V, the current of the incandescent battery is 0.5 A, the consumption of kerosene is 60-70 g / hour. (Radio amateur manual, ed. A.A. Kulikovsky, ed. 3, State Energy Publishing House, M.-L., 1961, p. 318-319, Fig. 16-1).

Недостатками известного термогенератора ТГК-3 являются небольшой ток и напряжение на выходе, низкий КПД, большие тепловые потери, загрязнение окружающей среды продуктами горения.The disadvantages of the well-known thermal generator TGK-3 are a small current and voltage at the output, low efficiency, large heat losses, environmental pollution by combustion products.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией термогенератора.These disadvantages are due to the design of the thermogenerator.

Известна также дизель-генераторная установка ДГА-100-2, содержащая раму, на которой установлены дизельный двигатель с топливным баком, генератор электрического тока, который посредством соединительной муфты связан с дизельным двигателем, пульт управления. Число оборотов дизеля 1500, мощность дизель-генератора 100 кВт, род тока - переменный 230 и 400 В. (Государственный Комитет Совета Министров СССР по автоматизации и машиностроению, 1 серия, Машиностроение и автоматика, Дизелестроение, ЦБТИ, М., 1961, с.71-76, рис.10).The DGA-100-2 diesel generator set is also known, containing a frame on which a diesel engine with a fuel tank, an electric current generator, which is connected to a diesel engine by means of a coupling, are installed, and a control panel. The number of revolutions of a diesel engine is 1500, the power of a diesel generator is 100 kW, the type of current is alternating 230 and 400 V. (State Committee of the Council of Ministers of the USSR for Automation and Engineering, 1 series, Mechanical Engineering and Automation, Diesel Engineering, TsBTI, M., 1961, p. 71-76, Fig. 10).

Известная дизель-генераторная установка ДГА-100-2, как наиболее близкая по технической сущности и достигаемому полезному результату, принята за прототип.The well-known diesel generator set DGA-100-2, as the closest in technical essence and achieved useful result, is taken as a prototype.

Недостатками известной дизель-генераторной установки, принятой за прототип, являются большие тепловые потери, потери на трение в дизельном двигателе, большой вес и сильная вибрация дизельного двигателя, сильный шум и загрязнение окружающей среды продуктами сгорания.The disadvantages of the known diesel generator set adopted as a prototype are large heat losses, friction losses in a diesel engine, high weight and strong vibration of a diesel engine, strong noise and environmental pollution by combustion products.

Указанные недостатки обусловлены высокотемпературными процессами, протекающими в дизельном двигателе, наличием кривошипно-шатунного механизма, большими движущимися массами.These shortcomings are caused by high-temperature processes occurring in a diesel engine, the presence of a crank mechanism, large moving masses.

Целью настоящего изобретения является повышение технических характеристик генераторной установки.The aim of the present invention is to improve the technical characteristics of the generator set.

Указанная цель согласно изобретению обеспечивается тем, что кривошипно-шатунный дизельный двигатель заменен роторно-поршневым дизельным двигателем, содержащим цилиндр, размещенный горизонтально и выполненный заодно с фундаментальной рамой, закрытый передней и задней крышками, имеющими соответственно выпускные и впускные продувочные окна, расположенные соосно друг с другом, первые из которых соединены с выпускными трубами, а вторые с ротационной воздуходувкой и воздушным фильтром, причем внутрь цилиндра вставлен Z-образный ротор с элементами уплотнения, выполненный заодно с валом, концы которого пропущены в отверстия передней и задней крышек, причем на противоположных концах ротора выполнено по два выступа в форме треугольников, обращенных своими вершинами в сторону, противоположную вращению ротора, кроме того, на противоположных сторонах ротора установлено по одному поршню с элементами уплотнения, каждый из которых выполнен в форме сегмента, обращенного своей сферической поверхностью к внутренней поверхности цилиндра, причем оба поршня установлены с возможностью вращения вместе с ротором и радиального перемещения, причем ротор и поршни размещены в поперечной плоскости относительно вала, кроме того, каждый поршень имеет выступ и наклонную направляющую, входящие соответственно в паз и наклонный канал ротора, а на задней поверхности каждого поршня закреплен палец, входящий в профилированный паз, выполненный на внутренней поверхности задней крышки, причем сферические и боковые поверхности поршней, зубчатые поверхности ротора и внутренняя поверхность цилиндра образуют две камеры сгорания, имеющие форсунки, соединенные с системой питания, кроме того, на свободных концах вала установлены маховик и ротор ротационной воздуходувки, закреплены ведущие шестерни, входящие в зацепление с ведомыми шестернями привода насоса высокого давления, топливного, масляного и водяного насосов, а на передней крышке закреплен стартер, шестерня которого взаимодействует с зубчатым венцом маховика.The specified purpose according to the invention is ensured by the fact that the crank diesel engine is replaced by a rotary piston diesel engine comprising a cylinder arranged horizontally and integral with the fundamental frame, closed by front and rear covers, respectively having exhaust and inlet purge windows arranged coaxially with each other another, the first of which are connected to the exhaust pipes, and the second with a rotary blower and an air filter, with a Z-shaped rotor with an electric sealing elements, made integral with the shaft, the ends of which are passed into the holes of the front and rear covers, and at the opposite ends of the rotor there are two protrusions in the form of triangles facing their vertices in the direction opposite to the rotation of the rotor, in addition, on opposite sides of the rotor installed on one piston with sealing elements, each of which is made in the form of a segment facing its spherical surface to the inner surface of the cylinder, both pistons being installed with the possibility rotation along with the rotor and radial movement, the rotor and pistons being placed in the transverse plane relative to the shaft, in addition, each piston has a protrusion and an inclined guide included in the groove and inclined channel of the rotor, respectively, and a finger is attached to the rear surface of each piston in a profiled groove made on the inner surface of the back cover, and the spherical and lateral surfaces of the pistons, gear surfaces of the rotor and the inner surface of the cylinder form two combustion chambers having e nozzles connected to the power system, in addition, a flywheel and a rotor of a rotary blower are installed on the free ends of the shaft, pinion gears are engaged that engage with driven gears of the drive of the high-pressure pump, fuel, oil and water pumps, and a starter is fixed on the front cover whose gear interacts with the ring gear of the flywheel.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид генераторной установки, на фиг.2 - общий вид силовой установки, на фиг.3 - вид на силовую установку слева, на фиг.4 - вид на силовую установку справа, на фиг.5 - кинематическая схема силовой установки, на фиг.6 - схема системы питания роторно-поршневого дизельного двигателя, на фиг.7 - поперечный разрез роторно-поршневого дизельного двигателя, на фиг.8 - общий вид ротора двигателя, на фиг.9 - вид на ротор слева, на фиг.10 - вид на ротор сверху, на фиг.11 - общий вид поршня роторно-поршневого дизельного двигателя, на фиг.12 - вид на поршень слева, на фиг.13 - вид на поршень сверху, на фиг.14 - вид на Г-образные элементы уплотнения спереди, на фиг.15 - вид на Г-образные элементы уплотнения сзади, на фиг.16 - вид на Г-образные элементы уплотнения сверху в разрезе, на фиг.17, 18, 19, 20 - схемы принципа действия роторно-поршневого дизельного двигателя.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a General view of the generator set, figure 2 - General view of the power plant, figure 3 - view of the power plant on the left, figure 4 - view of the power plant on the right, figure 2 .5 - kinematic diagram of the power plant, Fig.6 is a diagram of the power system of a rotary piston diesel engine, Fig.7 is a cross section of a rotary piston diesel engine, Fig.8 is a General view of the rotor of the engine, Fig.9 - view of the rotor on the left, figure 10 is a view of the rotor from above, figure 11 is a General view of the piston of the rotor-piston of a diesel engine, in Fig. 12 is a view of the piston on the left, in Fig. 13 is a view of the piston from above, in Fig. 14 is a view of the L-shaped seal elements in front, in Fig. 15 is a view of the L-shaped seal elements rear, in Fig.16 is a view of the L-shaped seal elements from above in section, in Fig.17, 18, 19, 20 are diagrams of the principle of operation of a rotary piston diesel engine.

Генераторная установка содержит раму 1, на которой закреплены силовая установка 2, генератор электрического тока 3, который через разобщительную муфту 4 соединен с силовой установкой, тепловой щит управления 5 с клеммовой коробкой 6 для соединения с потребителями. На раме установлены аккумуляторные батареи 7 для запуска силовой установки. Силовая установка выполнена в форме роторно-поршневого дизельного двигателя. Роторно-поршневой дизельный двигатель содержит цилиндр 8 с рубашкой охлаждения 9, размещенный горизонтально, выполненный заодно с фундаментальной рамой 10 и закрытый передней 11 и задней 12 крышками. Передняя крышка имеет выпускные продувочные окна 13, соединенные с выпускными трубами 14. Задняя крышка имеет впускные продувочные окна 15 пневматически соединенные с выпускными трубами 16 ротационной воздуходувки 17, впускная труба 18 которой соединена с воздушным фильтром 19. Впускные и выпускные продувочные окна соосны друг другу. Внутрь цилиндра вставлен Z-образный ротор 20 с Г-образными уплотняющими элементами 21 и пружинами 22, вставленными в пазы 23. Ротор выполнен заодно с валом 24, концы которого пропущены в отверстия передней и задней крышек. На противоположных сторонах ротора установлены поршни 25 с Г-образными уплотнительными элементами, выполненные в форме сегментов, обращенных своими сферическими поверхностями к внутренней поверхности цилиндра. Каждый поршень установлен с возможностью вращения вместе с ротором и радиального перемещения, имеет для лучшего уплотнения выступ 26 и наклонную направляющую 27, установленную под углом α, равным 68 градусам, входящие в паз 28 и наклонный канал 29 ротора. На задней поверхности поршня закреплен палец 30, входящий в профилированный паз 31, выполненный на внутренней поверхности задней крышки. В цилиндре имеются впускные-выпускные полости 32, образовавшие поршнями и ротором. Чтобы при давлении поршней между ними и ротором не возникало разрежения и сжатия воздуха на задней крышке выполнены пазы 33, соединенные с атмосферой. Внутренняя поверхность цилиндра, сферические и боковые поверхности поршней и зубчатые поверхности ротора образуют камеры сгорания 34, имеющие форсунки 35, связанные с системой питания двигателя. Система питания включает в себя топливный бак 36, топливный насос 37, топливный фильтр 38, насос высокого давления 39 с ручкой управления подачей топлива 40. Все узлы топливной системы связаны между собой трубопроводами. На свободных концах вала двигателя закреплены маховик 41 с зубчатым венцом, ротор воздуходувки 42, ведущие шестерни 43, входящие в зацепление с ведомыми шестернями 44 привода насоса высокого давления, топливного, масляного 45, водяного 46 насосов, и генератора электрического тока для зарядки аккумуляторных батарей. На передней крышке установлен стартер 47, шестерня 48 которого взаимодействует с зубчатым венцом маховика. Генератор тока 49.The generating set contains a frame 1, on which the power unit 2 is fixed, an electric current generator 3, which is connected through a disconnect clutch 4 to the power unit, a heat control panel 5 with a terminal box 6 for connection with consumers. The frame is installed batteries 7 to start the power plant. The power plant is made in the form of a rotary piston diesel engine. The rotary piston diesel engine contains a cylinder 8 with a cooling jacket 9, placed horizontally, made integral with the fundamental frame 10 and closed by the front 11 and rear 12 covers. The front cover has exhaust purge windows 13 connected to the exhaust pipes 14. The rear cover has inlet purge windows 15 pneumatically connected to the exhaust pipes 16 of the rotational blower 17, the inlet pipe 18 of which is connected to the air filter 19. The inlet and outlet purge windows are aligned with each other. A Z-shaped rotor 20 is inserted inside the cylinder with L-shaped sealing elements 21 and springs 22 inserted into the grooves 23. The rotor is integral with the shaft 24, the ends of which are passed into the openings of the front and rear covers. On opposite sides of the rotor there are installed pistons 25 with L-shaped sealing elements made in the form of segments facing their spherical surfaces to the inner surface of the cylinder. Each piston is mounted with the possibility of rotation together with the rotor and radial movement, has for better sealing the protrusion 26 and the inclined guide 27, installed at an angle α equal to 68 degrees, included in the groove 28 and the inclined channel 29 of the rotor. A finger 30 is attached to the rear surface of the piston, which is included in the profiled groove 31, made on the inner surface of the back cover. In the cylinder there are inlet-outlet cavities 32 formed by pistons and a rotor. So that when the pressure of the pistons between them and the rotor does not occur, rarefaction and compression of air on the back cover are made grooves 33 connected to the atmosphere. The inner surface of the cylinder, the spherical and lateral surfaces of the pistons and the toothed surfaces of the rotor form combustion chambers 34 having nozzles 35 connected to the engine power system. The power supply system includes a fuel tank 36, a fuel pump 37, a fuel filter 38, a high pressure pump 39 with a fuel control handle 40. All nodes of the fuel system are connected by pipelines. A flywheel 41 with a gear rim, a rotor of the blower 42, pinion gears 43, engaged with driven gears 44 of the drive of the high-pressure pump, fuel, oil 45, water 46 pumps, and an electric current generator for charging batteries are fixed at the free ends of the engine shaft. A starter 47 is installed on the front cover, the gear 48 of which interacts with the flywheel ring gear. Current Generator 49.

Работа генераторной установки.Generator set operation.

Перед запуском силовой установки 2 поворотом ручки разобщительной муфты 4 она отсоединяется от генератора электрического тока 3. Посредством стартера 47, шестерня 48 которого входит в зацепление с зубчатым венцом маховика 41, раскручивается вал 24 и запускается силовая установка, представляющая собой роторно-поршневой дизельный двигатель. После того как достигнуты необходимые обороты путем подачи необходимого количества топлива насосом высокого давления 39, обеспечиваемого установкой ручки 40 в нужное положение, включается разобщительная муфта 4, генератор электрического тока 3 начинает вырабатывать электроэнергию для потребителей, которые подключены к клеммовой коробке 6. Роторно-поршневой дизельный двигатель при этом работает следующим образом. В исходном положении ротор 20 занимает вертикальное положение (фиг.19). Впускные 15 и выпускные 13 продувочные окна открыты. Воздух через воздушный фильтр 19 засасывается ротационной воздуходувкой 17 и подается через впускные окна 15 во впускные полости 32, где он вытесняет отработанные газы через выпускные окна 13 и выпускные трубы 14 в атмосферу и заполняет впускные полости 32 чистым воздухом. Поршни 25 сдвинуты до конца к ротору 20. Далее ротор поворачивается в направлении, показанном стрелкой на фиг.20. Чистый воздух постепенно перемещается из впускных полостей 32 в камеры сгорания 34, а впускные 15 и выпускные 13 продувочные окна закрываются. Поршни 25 за счет пальцев 30, движущихся по профилированному пазу 31, перемещаются в сторону от оси вращения и сжимают находящийся воздух до необходимой величины. Как только ротор 20 займет положение, показанное на фиг.17, воздух будет полностью перемещен в камеры сгорания 34, сжат и нагрет до нужной температуры. За 10-20 градусов до указанного положения через форсунки 35 в камеры сгорания 34 подается топливо (на фиг.17 показано стрелками) насосом высокого давления 39. Топливо от высокой температуры воспламеняется и сгорает, а возникшие газы производят давление на сферические поверхности и торцевые площадки поршней 25 и выступы ротора 20. При этом силы F и F₁ создают пару сил, которые приводят ротор во вращение. Силы F₂ и F₃ взаимно уравновешивают друг друга, так как равны по величине, направлены в противоположные стороны и действуют на равные площади. Силы F₄ и F₅, действующие на сферические поверхности поршней 25, не мешают вращению ротора, так как направлены навстречу друг другу и их векторы направлены через центр вращения (на фиг.17 показано пунктиром). Далее, достигнув положения, показанного на фиг.18, все начинается сначала. Частота вращения ротора 20 и вала 24 регулируется посредством ручки 40 насоса высокого давления 39 путем увеличения или уменьшения количества подаваемого топлива. За один оборот вала 24 совершаются четыре рабочих хода.Before starting the power plant 2 by turning the handle of the uncoupling clutch 4, it is disconnected from the electric current generator 3. By means of the starter 47, the gear 48 of which engages with the ring gear of the flywheel 41, the shaft 24 is untwisted and the power plant, which is a rotary piston diesel engine, is started. Once the required speed has been achieved by supplying the required amount of fuel with the high pressure pump 39, provided by setting the handle 40 to the desired position, the isolation clutch 4 is turned on, the electric current generator 3 starts to generate electricity for consumers who are connected to terminal box 6. Rotary piston diesel the engine thus works as follows. In the initial position, the rotor 20 occupies a vertical position (Fig.19). Inlet 15 and outlet 13 purge windows are open. The air through the air filter 19 is sucked in by the rotary blower 17 and is supplied through the inlet ports 15 to the inlet cavities 32, where it displaces the exhaust gases through the exhaust ports 13 and the exhaust pipes 14 into the atmosphere and fills the intake cavities 32 with clean air. The pistons 25 are fully shifted towards the rotor 20. Next, the rotor rotates in the direction shown by the arrow in FIG. Clean air gradually moves from the inlet cavities 32 to the combustion chambers 34, and the inlet 15 and outlet 13 purge windows are closed. Pistons 25 due to the fingers 30, moving along the profiled groove 31, are moved to the side of the axis of rotation and compress the air to the required size. As soon as the rotor 20 is in the position shown in FIG. 17, the air will be completely moved into the combustion chambers 34, compressed and heated to the desired temperature. For 10-20 degrees to the specified position, fuel is supplied through the nozzles 35 to the combustion chambers 34 (arrows are shown in FIG. 17) by a high pressure pump 39. The fuel ignites and burns from high temperature, and the resulting gases exert pressure on the spherical surfaces and end faces of the pistons 25 and the protrusions of the rotor 20. In this case, the forces F and F ₁ create a pair of forces that cause the rotor to rotate. The forces F ₂ and F ₃ mutually balance each other, as they are equal in magnitude, directed in opposite directions and act on equal areas. The forces F ₄ and F ₅ acting on the spherical surfaces of the pistons 25 do not interfere with the rotation of the rotor, since they are directed towards each other and their vectors are directed through the center of rotation (shown in dashed in Fig. 17). Further, having reached the position shown in Fig. 18, everything starts all over again. The rotational speed of the rotor 20 and the shaft 24 is controlled by the handle 40 of the high pressure pump 39 by increasing or decreasing the amount of fuel supplied. For one revolution of the shaft 24, four working strokes are made.

Положительный эффект: за счет более высокого КПД и мощности силовой установки можно получить большее количество электроэнергии, уменьшение вибрации из-за отсутствия кривошипно-шатунного механизма и упрощение конструкции силовой установки приведет к увеличению срока службы генераторной установки.Positive effect: due to higher efficiency and power of the power plant, you can get more electricity, vibration reduction due to the lack of a crank mechanism and simplification of the power plant design will increase the life of the generator set.

Claims

A generating set comprising a frame, a power unit, an electric current generator mechanically connected to the power unit, mounted on the frame, a heat control panel, characterized in that the power unit is made in the form of a rotary piston diesel engine containing a cylinder arranged horizontally and integral with one another with a fundamental frame, closed by front and rear covers, having, respectively, exhaust and inlet purge windows, located coaxially to each other, the first of which are connected with exhaust pipes, and the second with a rotational blower and an air filter, with a Z-shaped rotor with sealing elements inserted integral with the shaft, the ends of which are passed into the holes of the front and rear covers, with two protrusions made at the opposite ends of the rotor the shape of triangles facing their vertices in the direction opposite to the rotation of the rotor, in addition, on the opposite sides of the rotor one piston is installed with sealing elements, each of which is made in the form a segment facing with its spherical surface to the inner surface of the cylinder, both pistons mounted rotatably with the rotor and radial movement, with the rotor and pistons placed in the transverse plane relative to the shaft, in addition, each piston has a protrusion and an inclined guide, respectively , in the groove and the inclined channel of the rotor, and on the back surface of each piston is fixed a finger that enters the profiled groove made on the inner surface of the back cover, and spherically The side and side surfaces of the pistons, the toothed surfaces of the rotor and the inner surface of the cylinder form two combustion chambers having nozzles connected to the power system, in addition, a flywheel and rotor of the rotary blower are installed on the free ends of the shaft, pinion gears are engaged that engage with driven gears drive of a high-pressure pump, fuel, oil and water pumps, and a starter is mounted on the front cover, the gear of which interacts with the flywheel ring gear.