RU2454549C1

RU2454549C1 - Coaxial stepped multiple-heat-pipe engine

Info

Publication number: RU2454549C1
Application number: RU2010147245/06A
Authority: RU
Inventors: Владимир Сергеевич Ежов (RU); Владимир Сергеевич Ежов
Priority date: 2010-11-18
Filing date: 2010-11-18
Publication date: 2012-06-27
Also published as: RU2010147245A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: proposed engine comprises stages arranged coaxially one after the other and interconnected to make evaporation, working and condensation chambers. First stage evaporation chamber consists of vertical evaporation shells coated by grid of wick strips connected with separation section cover coated by similar grid. Separation section accommodates distribution manifold with injectors and entrainment trap. Separation section bottom is coated by wick layer. Separation chamber communicates with working chamber via annular seal. Working chamber communicates with working member. Said working chamber houses power turbines arranged coaxially one after another. Working chamber communicates via annular seal with condensation chamber consisting of distribution section with its bottom coated by wick whereto connected are condensation shells coated by wick strips connected with wick body. Cylindrical tank is arranged at body center to incorporates feed pump with rotor coupled with power turbine shaft. Pressure pipeline is connected with distribution manifold. Evaporation chamber of each stage is formed by encased tube space of condensation chamber of previous chamber.

EFFECT: higher efficiency.

11 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для утилизации вторичных тепловых энергоресурсов и тепловой энергии природных источников, а именно для трансформации тепловой энергии в механическую.The present invention relates to a power system and can be used to recycle secondary thermal energy and thermal energy from natural sources, namely, to transform thermal energy into mechanical energy.

Известен коаксиальный теплотрубный двигатель, который содержит последовательно расположенные испарительную камеру, снабженную каплеотбойником, покрытой фитилем и решеткой из фитиля, рабочую камеру, выполненную в форме цилиндрической трубы с винтом на наружной поверхности, внутри которой закреплены силовые турбины, конденсационную камеру, соединенную с рабочей камерой через кольцевое уплотнение, состоящую из обоймы, закрывающей винтовую поверхность рабочей камеры, образуя питательный насос, и конденсационной зоны, покрытой фитилем и решеткой из фитиля, причем конденсационная камера соединена с испарительной через питательный насос напорным трубопроводом с форсункой [патент РФ №2320878, МПК F01K 17/00, 2008].Known coaxial heat pipe engine, which contains a sequentially located evaporation chamber equipped with a droplet eliminator, covered with a wick and a wick grid, a working chamber made in the form of a cylindrical pipe with a screw on the outer surface, inside which power turbines are fixed, a condensation chamber connected to the working chamber through O-ring, consisting of a cage covering the screw surface of the working chamber, forming a feed pump, and a condensation zone covered with a wick lattice of the wick, wherein the condensing chamber is connected to the evaporator through a feed pump discharge conduit with the nozzle [RF patent №2320878, IPC F01K 17/00, 2008].

Основными недостатками известного коаксиального теплотрубного двигателя является размещение ротора насоса на наружной поверхности корпуса, что затрудняет увязку его параметров (напора, производительности и т.д.) с мощностью устройства и незначительная площадь контакта с горячей и холодной средами, обусловленная этим малая мощность (меньше 1 кВт), что ограничивает область его применения при утилизации тепла вторичных и природных источников в промышленных масштабах и снижает его эффективность.The main disadvantages of the known coaxial heat pipe engine is the placement of the pump rotor on the outer surface of the housing, which makes it difficult to link its parameters (pressure, capacity, etc.) with the power of the device and the insignificant contact area with hot and cold media, which results in low power (less than 1 kW), which limits its scope for the utilization of heat from secondary and natural sources on an industrial scale and reduces its effectiveness.

Более близким к предлагаемому изобретению является коаксиальный мультитеплотрубный двигатель, который содержит последовательно расположенные испарительную камеру, находящуюся в контакте с горячей средой, состоящую из вертикальных испарительных гильз, внутренняя боковая поверхность которых покрыта тонкими полосами пористого материала, образующими между собой канавки, а торца - решеткой из таких же полос и соединенных открытым торцом с крышкой сепарационной секции, с внутренней поверхностью, покрытой полосами того же пористого материала, в которой расположен распределительный коллектор, снабженный форсунками, размещенными в центре входа в испарительные гильзы, отделенная снизу каплеотбойником, выполненным в виде вогнутого перфорированного щита, с поверхностью боковых стенок покрытой фитилем и соединенной через кольцевое уплотнение с рабочей камерой, выполненной в форме цилиндрической трубы, соединенной снаружи с рабочим органом, внутри которой устроены коаксиально друг за другом силовые турбины, жестко закрепленные периферийными кромками лопастей к внутренней поверхности стенки рабочей камеры по нормали к ней, которая соединена через кольцевое уплотнение с конденсационной камерой, состоящей из цилиндрической распределительной секции, днище которой покрыто массивом фитиля с отверстиями и выполнено с отверстиями, к которым присоединены открытыми торцами вертикальные конденсационные гильзы с внутренней боковой поверхностью покрытой полосами, а торца - решеткой из пористого материала, образующих между собой канавки и соединенными с массивом фитиля, в центре которого устроен цилиндрический резервуар с перфорированными стенками и питательный насос, ротор которого насажен на вал, жестко соединенный с осью силовой турбины, а напорный трубопровод - с распределительным коллектором в испарительной камере [патент РФ №2379526, МПК F01K 25/00, F0128D 15/02, 2010].Closer to the proposed invention is a coaxial multi-tube engine, which contains a sequentially located evaporation chamber in contact with a hot medium, consisting of vertical evaporation sleeves, the inner side surface of which is covered with thin strips of porous material that form grooves between each other, and the end face is a grate of of the same strips and connected by an open end to the lid of the separation section, with an inner surface covered with strips of the same porous material the housing in which the distribution manifold is located, equipped with nozzles located in the center of the entrance to the evaporation shells, separated from below by a drop eliminator made in the form of a concave perforated shield, with the surface of the side walls covered with a wick and connected through an annular seal to the working chamber made in the form of a cylindrical pipe connected externally to the working body, inside of which power turbines are arranged coaxially one after another, rigidly fixed by the peripheral edges of the blades to the inside the surface of the wall of the working chamber is normal to it, which is connected through an annular seal to a condensation chamber consisting of a cylindrical distribution section, the bottom of which is covered with an array of wicks with openings and made with openings to which vertical condensation sleeves are connected with open ends with an inner side surface covered with stripes and the end face - with a lattice of porous material, forming grooves between themselves and connected to the wick array, in the center of which a cylindrical a tank with perforated walls and a feed pump, the rotor of which is mounted on a shaft, rigidly connected to the axis of the power turbine, and the pressure pipe with a distribution manifold in the evaporation chamber [RF patent No. 2379526, IPC F01K 25/00, F0128D 15/02, 2010] .

Основным недостатком известного коаксиального мультитеплотрубного двигателя является неполное использование потенциальной тепловой энергии при наличии значительной разности температур горячей и холодной сред, что снижает его эффективность при утилизации высокопотенциального тепла вторичных и природных источников.The main disadvantage of the known coaxial multi-tube engine is the incomplete use of potential thermal energy in the presence of a significant temperature difference between hot and cold environments, which reduces its efficiency in the utilization of high-potential heat from secondary and natural sources.

Техническим результатом, на решение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности коаксиального ступенчатого мультитеплотрубного двигателя.The technical result, the solution of which the present invention is directed, is to increase the efficiency of a coaxial stepwise multi-tube engine.

Технический результат достигается в коаксиальном ступенчатом мультитеплотрубном двигателе, включающем размещенные коаксиально друг за другом и соединенные между собой ступени, каждая из которых содержит расположенные по ходу движения пара испарительную, рабочую и конденсационную камеры, при этом в первой ступени испарительная камера состоит из вертикальных испарительных гильз, внутренняя боковая поверхность и торцы которых покрыты решеткой из полос фитиля, образующих между собой ячейки и соединенных открытым торцом с крышкой сепарационной секции, внутренняя поверхность которой и боковые стенки также покрыты решеткой из полос фитиля, в которой расположен распределительный коллектор, снабженный форсунками, размещенными в центре входа в испарительные гильзы и установленный снизу каплеотбойник, выполненный в виде вогнутого перфорированного щита, поверхность днища которой покрыта слоем фитиля и соединена через кольцевое уплотнение с рабочей камерой, выполненной в форме цилиндрической трубы, соединенной снаружи с рабочим органом, внутри которой устроены коаксиально друг за другом силовые турбины, жестко закрепленные периферийными кромками лопастей к внутренней поверхности стенки рабочей камеры по нормали к ней и соединена через кольцевое уплотнение с конденсационной камерой, которая состоит из распределительной секции, днище которой покрыто массивом фитиля с отверстиями и выполнено с отверстиями, к которым присоединены открытыми торцами вертикальные конденсационные гильзы, с внутренней боковой поверхностью и торцами, покрытыми решеткой из полос фитиля, образующих между собой ячейки, соединенных с массивом фитиля, в центре которого устроен цилиндрический резервуар с перфорированными стенками, в котором помещен питательный насос, ротор которого насажен на вал, жестко соединенный с осью силовой турбины, напорный трубопровод соединен с распределительным коллектором, при этом испарительная камера каждой из последующих ступеней образована межтрубным пространством конденсационной камеры предыдущей ступени, покрытым кожухом, соединенным своей верхней кромкой с наружной кромкой днища распределительной секции конденсационной камеры предыдущей ступени, а нижней кромкой с днищем сепарационной секции испарительной камеры последующей ступени, в которой внутренняя поверхность кожуха, наружные поверхности днища распределительной секции, вертикальных конденсационных гильз и их торцов предыдущей ступени покрыты решеткой из полос фитиля, образующих между собой ячейки, причем сепарационные секции испарительных камер, рабочие и конденсационные камеры последующих ступеней устроены аналогично сепарационной секции испарительной камеры, рабочей и конденсационной камерам первой ступени.The technical result is achieved in a coaxial stepped multiteplot tube engine, including stages placed coaxially next to each other and interconnected, each of which contains evaporating, working and condensing chambers located along the direction of steam, while in the first stage the evaporation chamber consists of vertical evaporative sleeves, the inner side surface and the ends of which are covered with a lattice of wick strips forming cells between themselves and connected by an open end to the separ cover section, the inner surface of which and the side walls are also covered with a grid of wick strips, in which a distribution manifold is located, equipped with nozzles located in the center of the entrance to the evaporation sleeves and a bottom-mounted drop eliminator made in the form of a concave perforated shield, the bottom surface of which is covered with a wick layer and connected through an annular seal to a working chamber made in the form of a cylindrical pipe connected externally to a working body, inside of which a coaxial but one after another the power turbines are rigidly fixed by the peripheral edges of the blades to the inner surface of the wall of the working chamber normal to it and connected through an annular seal to a condensation chamber, which consists of a distribution section, the bottom of which is covered with an array of wick with holes and made with holes, to which vertical condensation sleeves are connected with open ends, with an inner lateral surface and ends covered with a lattice of wick strips forming cells between themselves, connected connected to the wick array, in the center of which there is a cylindrical tank with perforated walls, in which a feed pump is placed, the rotor of which is mounted on a shaft rigidly connected to the axis of the power turbine, the pressure pipe is connected to the distribution manifold, while the evaporation chamber of each of the following stages is formed the annulus of the condensation chamber of the previous stage, covered by a casing connected by its upper edge to the outer edge of the bottom of the distribution section of the condensation chambers of the previous stage, and the bottom edge with the bottom of the separation section of the evaporation chamber of the next stage, in which the inner surface of the casing, the outer surfaces of the bottom of the distribution section, vertical condensation sleeves and their ends of the previous stage are covered with a grid of wick strips forming cells between them, and the separation sections evaporation chambers, working and condensation chambers of the next stages are arranged similarly to the separation section of the evaporation chamber, working and condensing amers of the first stage.

На фиг.1 представлен общий вид, на фиг.2-7 - разрезы, на фиг.8-11 - узлы предлагаемого коаксиального ступенчатого мультитеплотрубного двигателя (КСМТТД) с двумя ступенями.In Fig.1 presents a General view, in Fig.2-7 - sections, Fig.8-11 - nodes of the proposed coaxial speed multi-tube engine (KSMTTD) with two stages.

КСМТТД состоит из двух размещенных коаксиально друг за другом и соединенных между собой ступеней С1 и С2. Первая ступень С1 содержит расположенные по ходу движения пара испарительную, рабочую и конденсационную камеры 1, 2, 3 соответственно. Испарительная камера 1 состоит из вертикальных испарительных гильз 4, внутренняя боковая поверхность и торцы которых покрыты решеткой из полос фитиля (пористого материала) 5, образующих между собой ячейки 6 и соединенных открытым торцом с крышкой сепарационной секции 7, внутренняя поверхность которой и боковые стенки также покрыты решеткой из полос фитиля 5, в которой расположен распределительный коллектор 8, снабженный форсунками 9, размещенными в центре входа в испарительные гильзы 4, и установленный снизу каплеотбойник 10, выполненный в виде вогнутого перфорированного щита, поверхность днища которой покрыта слоем фитиля 11 и соединена через кольцевое уплотнение 12 с рабочей камерой 2. Камера 2 выполнена в форме цилиндрической трубы, соединенной снаружи с рабочим органом (на фиг.1-8 не показан), внутри которой устроены коаксиально друг за другом силовые турбины 13, 14, жестко закрепленные периферийными кромками лопастей к внутренней поверхности стенки рабочей камеры 2 по нормали к ней и соединена с конденсационной камерой 3 через кольцевое уплотнение 15. Конденсационная камера 3 состоит из распределительной секции 16, днище которой покрыто массивом фитиля 17 с отверстиями и выполнено с отверстиями, к которым присоединены открытыми торцами вертикальные конденсационные гильзы 18, с внутренней боковой поверхностью и торцами покрытыми решеткой из полос фитиля 5, образующих между собой ячейки 6, соединенных с массивом фитиля 17. В центре фитиля 17 устроен цилиндрический резервуар с перфорированными стенками 19, в котором помещен питательный насос 20, ротор которого насажен на вал 21, жестко соединенный с осью силовой турбины 14, а напорный трубопровод 22 с распределительным коллектором 8 (на фиг.1-11 их соединение не показано). Вторая ступень С2 содержит также расположенные по ходу движения пара испарительную, рабочую и конденсационную камеры 1a, 2a, 3a соответственно. Испарительная камера 1а образована межтрубным пространством конденсационной камеры 1 ступени С1, покрытым кожухом 4а, соединенным своей верхней кромкой с наружной кромкой днища распределительной секции 16 конденсационной камеры 3 первой ступени С1, нижней кромкой с днищем сепарационной секции 7а испарительной камеры 1а, внутренняя поверхность кожуха 4а, наружные поверхности днища распределительной секции 16, вертикальных конденсационных гильз 18 и их торцов конденсационной камеры 3 первой ступени С1 покрыты решеткой из полос фитиля 5а, образующих между собой ячейки 6а, в сепарационной секции 7а расположены распределительный коллектор 8а, снабженный форсунками 9а, устроенными в центрах межтрубного пространства между конденсационными гильзами 18, установленный ниже каплеотбойник 10а, выполненный в виде вогнутого перфорированного щита, внутренняя поверхность боковых стенок сепарационной секции 7а покрыта решеткой из полос фитиля 3а, поверхность днища - слоем фитиля 11а и соединена через кольцевое уплотнение 12а с рабочей камерой 2а. Камера 2а выполнена в форме цилиндрической трубы, соединенной снаружи с рабочим органом (на фиг.1-11 не показан), внутри которой устроены коаксиально друг за другом силовые турбины 13а, 14а, жестко закрепленные периферийными кромками лопастей к внутренней поверхности стенки рабочей камеры 2а по нормали к ней и соединена с конденсационной камерой 3а через кольцевое уплотнение 15а. Конденсационная камера 3а состоит из распределительной секции 16а, днище которой покрыто массивом фитиля 17а с отверстиями и выполнено с отверстиями, к которым присоединены открытыми торцами вертикальные конденсационные гильзы 18а, с внутренней боковой поверхностью и торцами, покрытыми решеткой из полос фитиля 5а, образующих между собой ячейки 6а, соединенных с массивом фитиля 17а. В центре фитиля 17а устроен цилиндрический резервуар с перфорированными стенками 19а, в котором помещен питательный насос 20а, ротор которого насажен на вал 21а, жестко соединенный с осью силовой турбины 14а, а напорный трубопровод 22а с распределительным коллектором 8а.KSMTTD consists of two stages C1 and C2 placed coaxially one after another and interconnected. The first stage C1 contains located along the direction of steam vaporization, working and condensation chambers 1, 2, 3, respectively. The evaporation chamber 1 consists of vertical evaporation sleeves 4, the inner side surface and the ends of which are covered with a grid of strips of wick (porous material) 5, which form cells 6 and are connected by an open end to the lid of the separation section 7, the inner surface of which and the side walls are also covered a grid of strips of the wick 5, in which the distribution manifold 8 is located, equipped with nozzles 9 located in the center of the entrance to the evaporation sleeves 4, and a drop eliminator 10 installed at the bottom, made in a concave perforated shield, the bottom surface of which is covered with a layer of wick 11 and connected through an annular seal 12 to the working chamber 2. The chamber 2 is made in the form of a cylindrical pipe connected externally to the working body (not shown in Figs. 1-8), inside of which power turbines 13, 14 coaxial with each other, rigidly fixed by the peripheral edges of the blades to the inner surface of the wall of the working chamber 2 normal to it and connected to the condensation chamber 3 through an annular seal 15. The condensation chamber 3 with stands from the distribution section 16, the bottom of which is covered with an array of wick 17 with holes and made with holes to which the vertical condensation sleeves 18 are attached with open ends, with an inner side surface and ends covered with a grid of wick strips 5, forming cells 6 connected to each other the wick array 17. In the center of the wick 17 there is a cylindrical tank with perforated walls 19, in which a feed pump 20 is placed, the rotor of which is mounted on the shaft 21, rigidly connected to the axis of the power turbine 14, and the pressure pipe 22 with a distribution manifold 8 (in Fig.1-11 their connection is not shown). The second stage C2 also contains evaporative, working and condensation chambers 1a, 2a, 3a located along the direction of steam, respectively. The evaporation chamber 1a is formed by the annular space of the condensation chamber 1 of stage C1, covered by a casing 4a, connected with its upper edge to the outer edge of the bottom of the distribution section 16 of the condensation chamber 3 of the first stage C1, the lower edge with the bottom of the separation section 7a of the evaporation chamber 1a, the inner surface of the casing 4a, the outer surfaces of the bottom of the distribution section 16, the vertical condensation sleeves 18 and their ends of the condensation chamber 3 of the first stage C1 are covered with a lattice of wick strips 5a, image interconnecting cells 6a, in the separation section 7a there is a distribution manifold 8a provided with nozzles 9a arranged in the centers of the annular space between the condensation sleeves 18, a drop eliminator 10a installed below, made in the form of a concave perforated shield, the inner surface of the side walls of the separation section 7a is covered with a grill from the strips of the wick 3a, the bottom surface is covered by a layer of the wick 11a and is connected through an annular seal 12a to the working chamber 2a. The chamber 2a is made in the form of a cylindrical pipe connected externally to the working body (not shown in Figs. 1-11), inside of which power turbines 13a, 14a are arranged coaxially one after another, rigidly fixed by the peripheral edges of the blades to the inner surface of the wall of the working chamber 2a along normal to it and connected to the condensation chamber 3a through an annular seal 15a. The condensation chamber 3a consists of a distribution section 16a, the bottom of which is covered with an array of wick 17a with openings and made with openings to which the vertical condensation sleeves 18a are connected with open ends, with an inner side surface and ends covered with a grid of strips of wick 5a that form cells between themselves 6a connected to the wick array 17a. In the center of the wick 17a, a cylindrical tank with perforated walls 19a is arranged, in which a feed pump 20a is placed, the rotor of which is mounted on the shaft 21a, rigidly connected to the axis of the power turbine 14a, and the pressure pipe 22a with the distribution manifold 8a.

В основе работы предлагаемого КСМТТД лежит основной цикл паросиловой установки - цикл Ренкина, согласно которому положительная работа расширения пара в турбине значительно превышает отрицательную работу насоса по сжатию конденсата [И.Н.Сушкин. Теплотехника. - М.: Металлургия, 1973, с.117], устройство и принцип действия винтового насоса [Т.М.Башта др. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы. - М: Машиностроение, 1982, с.347] и высокая эффективность передачи теплоты в тепловых трубах, частично заполненных рабочей жидкостью-переносчиком теплоты, в качестве которой используются вода, спирты, хладоны, жидкие металлы т.д. [В.В.Харитонов и др. Вторичные теплоэнергоресурсы и охрана окружающей среды. - Минск: Выш. школа, 1988, с.106].The work of the proposed KSMTTD is based on the main cycle of the steam power plant - the Rankine cycle, according to which the positive work of steam expansion in the turbine significantly exceeds the negative work of the pump for condensate compression [I.N.Sushkin. Heat engineering. - M.: Metallurgy, 1973, p. 117], device and principle of operation of a screw pump [T.M. Bashta et al. Hydraulics, hydraulic machines and hydraulic drives. - M: Mechanical Engineering, 1982, p.347] and the high efficiency of heat transfer in heat pipes partially filled with a working heat transfer fluid, which is used as water, alcohols, chladones, liquid metals etc. [V.V. Kharitonov et al. Secondary heat and energy resources and environmental protection. - Minsk: Ab. School, 1988, p. 106].

Предлагаемый КСМТТД работает следующим образом. Предварительно на открытом участке наружной поверхности рабочих камер 2 и 2а, монтируют роторы (на фиг.(1-11) не показаны), жестко соединяя их с камерами 2 и 2а и неподвижные части рабочих органов (например, электрогенератора, насоса, компрессора и т.д.). Перед началом работы из камер 1 и 1a, 2 и 2а, 3 и 3а КСМТТД удаляют воздух и заполняют полосы решетки фитиля 5, слой фитиля 11, массив фитиля 17, цилиндрический резервуар 19, полость питательного насоса 20, напорный трубопровод 22 и коллектор 8 первой ступени С1 рабочей жидкостью Ж1, предназначенной для первой ступени, после чего заполняют полосы решетки фитиля 5а, слой фитиля 11а, массив фитиля 17а, цилиндрический резервуар 19а, полость питательного насоса 20а, напорный трубопровод 22а и коллектор 8а второй ступени С2 рабочей жидкостью Ж2, предназначенной для второй ступени (штуцера для удаления воздуха и подачи рабочей жидкости на фиг.(1-11) не показаны). При этом рабочие жидкости Ж1 и Ж2 выбирают в зависимости от температурного потенциала холодной и горячей сред и подбирают так, чтобы величина теплоты конденсации Ж1 была близка значению теплоты испарения Ж2, а температура конденсации Ж1 при рабочем давлении первой ступени КСМТТД была выше температуры кипения Ж2 при рабочем давлении второй ступени КСМТТД.The proposed KMTTD works as follows. Previously, in the open area of the outer surface of the working chambers 2 and 2a, rotors are mounted (not shown in Figs. (1-11)), rigidly connecting them to chambers 2 and 2a and fixed parts of the working bodies (for example, an electric generator, pump, compressor, etc. .d.). Before starting work, chambers 1 and 1a, 2 and 2a, 3 and 3a of KSMTTD remove air and fill the strips of the wick lattice 5, the wick layer 11, the wick array 17, the cylindrical tank 19, the cavity of the feed pump 20, the pressure pipe 22 and the collector 8 of the first of stage C1 with a working fluid Ж1, intended for the first stage, after which the strip bars of the wick 5a, the layer of the wick 11a, the array of the wick 17a, the cylindrical tank 19a, the cavity of the feed pump 20a, the pressure pipe 22a and the collector 8a of the second stage C2 with the working fluid Ж2, designed for in the second stage (the nozzle for removing air and supplying the working fluid in Fig. (1-11) are not shown). In this case, the working fluids Ж1 and Ж2 are selected depending on the temperature potential of cold and hot media and selected so that the value of the heat of condensation Ж1 is close to the value of the heat of vaporization Ж2, and the temperature of condensation Ж1 at the working pressure of the first stage of КСМТТД is higher than the boiling point Ж2 at working pressure of the second stage KSMTTD.

КСМТТД устанавливают таким образом, чтобы испарительная камера 1 первой ступени С1 контактировала с горячей средой, а конденсационная камера 3a второй ступени С2 с холодной и жестко фиксируют их. В результате нагрева испарительных гильз 4 испарительной камеры 1 первой ступени С1 происходит испарение рабочей жидкости Ж1 с внутренней поверхности испарительных гильз 4, причем решетка из полос фитиля 5 предотвращает образование паровой пленки на внутренней поверхности стенки и, таким образом, интенсифицирует процесс испарения [Тепловые трубы и теплообменники: от науки к практике. Сборник научн. тр. - М.: 1990, с.22], образуется пар с давлением, равным давлению, развиваемому питательным насосом 20, который, проходя через каплеотбойник (перфорированный сепарационный щит) 10, освобождается от уносимых капель рабочей жидкости Ж1, которые отбрасываются на фитиль 11 и полосы решетки фитиля 5, поглощающие эти капли и снова транспортирующие их в зону испарения. Очищенный пар поступает в рабочую камеру 2 на лопатки последовательно расположенных силовых турбин 13, 14, вращая их совместно с корпусом рабочей камеры 2 и, соответственно, сообщает вращательное движение ротору питательного насоса 20 и вращающий момент Ml ротору рабочего органа, в результате чего питательный насос 20 перемещает рабочую жидкость Ж1 и создает требуемое давление в ней, а рабочий орган первой ступени С1 производит полезную работу. В полости вращающейся рабочей камеры 2 происходит изоэнтропное теплопадение пара с одновременным снижением его температуры и давления, после чего отработавший мятый пар поступает в неподвижную конденсационную камеру 3, давление в которой значительно меньше, чем в испарительной камере 1. Пар конденсируется в конденсационных гильзах 18 за счет контакта их наружной поверхности с рабочей жидкостью Ж2, находящейся в решетке фитиля 5 а, после чего образовавшийся конденсат рабочей жидкости Ж1 всасывается полосами решетки фитиля 5, фитилем 17 и под воздействием капиллярных сил и разрежения поступает во всасывающее отверстие насоса 20. Далее, рабочая жидкость Ж1 через напорный трубопровод 22, коллектор 8 и форсунки 9 под давлением, создаваемым насосом 20, величина которого определяет рабочее давление пара в испарительной камере 1, разбрызгивается по внутренней поверхности испарительных гильз 4, где происходит вышеописанный процесс испарения, после чего образовавшийся пар освобождается от капель рабочей жидкости Ж1 на каплеотбойнике 10 и цикл повторяется.KSMTTD set so that the evaporation chamber 1 of the first stage C1 in contact with the hot medium, and the condensation chamber 3a of the second stage C2 with cold and rigidly fix them. As a result of heating the evaporation sleeves 4 of the evaporation chamber 1 of the first stage C1, the working fluid Ж1 evaporates from the inner surface of the evaporation sleeves 4, and the grating from the strips of the wick 5 prevents the formation of a vapor film on the inner surface of the wall and, thus, intensifies the evaporation process [Heat pipes and heat exchangers: from science to practice. Collection of scientific tr - M .: 1990, p.22], steam is formed with a pressure equal to the pressure developed by the feed pump 20, which, passing through the droplet eliminator (perforated separation shield) 10, is freed from entrained drops of working fluid Ж1, which are discarded on the wick 11 and strips of the wick lattice 5 absorbing these droplets and transporting them again to the evaporation zone. The cleaned steam enters the working chamber 2 on the blades of successively located power turbines 13, 14, rotating them together with the housing of the working chamber 2 and, accordingly, communicates the rotational movement to the rotor of the feed pump 20 and the torque Ml to the rotor of the working body, as a result of which the feed pump 20 moves the working fluid Zh1 and creates the required pressure in it, and the working body of the first stage C1 does useful work. In the cavity of the rotating working chamber 2, isentropic heat loss of steam occurs with a simultaneous decrease in its temperature and pressure, after which the spent crushed steam enters the stationary condensation chamber 3, the pressure in which is much lower than in the evaporation chamber 1. The steam condenses in the condensation sleeves 18 due to the contact of their outer surface with the working fluid Ж2 located in the grate of the wick 5 a, after which the condensation of the working fluid G1 is absorbed by the strips of the grating of the wick 5, wick 17 and under by the action of capillary forces and rarefaction, it enters the suction port of the pump 20. Further, the working fluid Ж1 through the pressure pipe 22, the manifold 8 and the nozzle 9 under the pressure created by the pump 20, the value of which determines the working pressure of the vapor in the evaporation chamber 1, is sprayed on the inner surface of the evaporative sleeves 4, where the above-described evaporation process takes place, after which the formed vapor is freed from drops of the working fluid Ж1 on the drop eliminator 10 and the cycle repeats.

Одновременно, в результате конденсации паров рабочей жидкости Ж1 в конденсационных гильзах 18 конденсационной камеры 3 первой ступени С1, в испарительной камере 1а второй ступени С2 при передаче теплоты конденсации Ж1 через стенки конденсационных гильз 18 происходит испарение рабочей жидкости Ж2 с их наружной поверхности, образуется пар с давлением, равным давлению, развиваемому питательным насосом 20а, который, проходя через каплеотбойник (вогнутый перфорированный сепарационный щит) 10а, освобождается от уносимых капель рабочей жидкости Ж2, которые отбрасываются на фитиль 11а и полосы решетки фитиля 5a, поглощающие эти капли и снова транспортирующие их в зону испарения. Очищенный пар поступает в рабочую камеру 2а на лопатки, последовательно расположенных силовых турбин 13а, 14а, вращая их совместно с корпусом рабочей камеры 2а и, соответственно, сообщает вращательное движение ротору питательного насоса 20а и вращающий момент М2 ротору рабочего органа, в результате чего питательный насос 20а перемещает рабочую жидкость и создает требуемое давление в ней, а рабочий орган второй ступени С2 производит дополнительную полезную работу. В полости вращающейся рабочей камеры 2а происходит изоэнтропное теплопадение пара с одновременным снижением его температуры и давления, после чего отработавший мятый пар поступает в неподвижную конденсационную камеру 3а, давление в которой значительно меньше, чем в испарительной камере 1а. Пар конденсируется в конденсационных гильзах 18а за счет контакта их наружной поверхности с холодной средой, после чего образовавшийся конденсат рабочей жидкости Ж2 всасывается полосами решетки фитиля 5а, фитилем 17а и под воздействием капиллярных сил и разрежения поступает во всасывающее отверстие насоса 20а. Далее, рабочая жидкость Ж2 через напорный трубопровод 22а, коллектор 8а и форсунки 9а под давлением, создаваемым насосом 20а, величина которого определяет рабочее давление пара в испарительной камере 1а, разбрызгивается по наружной поверхности конденсационных гильз 18, где происходит вышеописанный процесс испарения, после чего образовавшийся пар освобождается от капель рабочей жидкости Ж2 на каплеотбойнике 10а и цикл повторяется.At the same time, as a result of the condensation of the vapor of the working fluid Ж1 in the condensation sleeves 18 of the condensation chamber 3 of the first stage С1, in the evaporation chamber 1a of the second stage С2, when the heat of condensation Ж1 is transferred through the walls of the condensation sleeves 18, the working fluid Ж2 evaporates from their outer surface, steam forms pressure equal to the pressure developed by the feed pump 20a, which, passing through the droplet eliminator (concave perforated separation shield) 10a, is freed from entrained drops of the working fluid Ж2, which matured discarded at the wick 11a and lattice strips wick 5a, absorbing these drops and again conveying them to the evaporation zone. The cleaned steam enters the working chamber 2a on the blades of successive power turbines 13a, 14a, rotating them together with the housing of the working chamber 2a and, accordingly, communicates the rotational movement to the rotor of the feed pump 20a and the torque M2 to the rotor of the working body, as a result of which the feed pump 20a moves the working fluid and creates the required pressure in it, and the working body of the second stage C2 performs additional useful work. In the cavity of the rotating working chamber 2a, isentropic heat loss of steam occurs with a simultaneous decrease in its temperature and pressure, after which the spent crushed steam enters the stationary condensation chamber 3a, the pressure in which is much lower than in the evaporation chamber 1a. The steam condenses in the condensation sleeves 18a due to the contact of their outer surface with a cold medium, after which the formed condensate of the working fluid Ж2 is absorbed by the strips of the wick 5a, the wick 17a and, under the influence of capillary forces and vacuum, enters the suction port of the pump 20a. Further, the working fluid Zh2 through the pressure pipe 22a, the manifold 8a and the nozzle 9a under pressure created by the pump 20a, the value of which determines the working pressure of the vapor in the evaporation chamber 1a, is sprayed on the outer surface of the condensation sleeves 18, where the above evaporation process occurs, after which the resulting the steam is freed from droplets of the working fluid G2 at the drop eliminator 10a and the cycle repeats.

Из описания работы устройства: мощность КСМТТД увеличивается путем установки второй ступени, которая работает за счет тепла конденсации пара рабочей жидкости Ж1 первой ступени. При этом число ступеней КСМТТД может быть больше двух и ограничено конструктивными и технологическими соображениями. Соответственно, максимальная мощность КСМТТД по сравнению с одноступенчатым двигателем может быть увеличена в несколько раз.From the description of the operation of the device: the power of the KSMTTD is increased by installing a second stage, which works due to the heat of condensation of the steam of working fluid Zh1 of the first stage. At the same time, the number of stages of KSMTTD can be more than two and is limited by design and technological considerations. Accordingly, the maximum power of KSMTTD in comparison with a single-stage engine can be increased several times.

Таким образом, предлагаемый КСМТТД позволяет значительно увеличить количество механической и электрической энергии, получаемой за счет утилизации вторичных и природных тепловых энергоресурсов высокого потенциала, что обеспечивает его высокую эффективность.Thus, the proposed KSMTTD allows to significantly increase the amount of mechanical and electrical energy obtained through the utilization of secondary and natural thermal energy resources of high potential, which ensures its high efficiency.

Claims

Coaxial stepped multiteplotrub engine, including the evaporation, working and condensation chambers located along the direction of steam, while the evaporation chamber consists of vertical evaporation sleeves, the inner side surface and the ends of which are covered with a grid of wick strips forming cells between themselves and connected by an open end to the lid separation section, the inner surface of which and the side walls are also covered with a grid of wick strips, in which the distribution manifold is located equipped with nozzles located in the center of the entrance to the evaporation sleeves, and a drop collector mounted below, made in the form of a concave perforated shield, the bottom surface of which is covered with a wick layer and connected through an annular seal to a working chamber made in the form of a cylindrical pipe connected externally to the working body inside of which power turbines are arranged coaxially one after another, rigidly fixed by the peripheral edges of the blades to the inner surface of the working chamber wall normal to it, and It is connected through an o-ring with a condensation chamber, which consists of a distribution section, the bottom of which is covered with an array of wicks with openings and made with openings to which vertical condensation sleeves are connected with open ends with an inner side surface and ends covered with a grid of wick bands forming between themselves cells connected to the wick array, in the center of which a cylindrical tank with perforated walls is arranged, in which a feed pump is placed, the rotor of which o mounted on a shaft rigidly connected to the axis of the power turbine, the pressure pipe is connected to a distribution manifold, characterized in that the evaporation, working and condensation chambers are placed in steps placed coaxially next to each other and interconnected, and the evaporation chamber of each of the subsequent steps formed by the annulus of the condensation chamber of the previous stage, covered by a casing connected by its upper edge to the outer edge of the bottom of the distribution section of the condensation chambers of the previous stage, and the bottom edge with the bottom of the separation section of the evaporation chamber of the next stage, in which the inner surface of the casing, the outer surfaces of the bottom of the distribution section, vertical condensation sleeves and their ends of the previous stage are covered with a grid of wick strips forming cells between them, while the separation sections of the evaporation chambers, working and condensation chambers of the next stages are arranged similarly to the separation sections of the evaporation chamber, working and condensation first stage cameras.