RU2661418C1 - Turbocharger thermal machine operating on a closed thermodynamic cycle with internal heat recovery - Google Patents

Turbocharger thermal machine operating on a closed thermodynamic cycle with internal heat recovery Download PDF

Info

Publication number
RU2661418C1
RU2661418C1 RU2017102299A RU2017102299A RU2661418C1 RU 2661418 C1 RU2661418 C1 RU 2661418C1 RU 2017102299 A RU2017102299 A RU 2017102299A RU 2017102299 A RU2017102299 A RU 2017102299A RU 2661418 C1 RU2661418 C1 RU 2661418C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
turbine
heat recovery
impellers
hollow spaces
thermodynamic cycle
Prior art date
Application number
RU2017102299A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Вячеславович Поспелов
Original Assignee
Сергей Вячеславович Поспелов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сергей Вячеславович Поспелов filed Critical Сергей Вячеславович Поспелов
Priority to RU2017102299A priority Critical patent/RU2661418C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2661418C1 publication Critical patent/RU2661418C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/04Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor
    • F02C3/045Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor having compressor and turbine passages in a single rotor-module
    • F02C3/05Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor having compressor and turbine passages in a single rotor-module the compressor and the turbine being of the radial flow type

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: turbocharger thermal machine operating on a closed thermodynamic cycle with internal heat recovery, consists of a radial compressor and a turbine, there are mobile moving wheels, hollow spaces inside each one. Shaft has channels between the cavities of the shaft and the impellers, hollow spaces. Compressor shaft channels are connected to the cooling heat exchanger. Output of the hollow spaces between the turbine impellers and the turbine inlet is connected to the heat exchanger. Heat machine with internal heat recovery can be used in large, average power engineering, individual household appliances, transport equipment and other spheres that require conversion of thermal energy to mechanical energy and vice versa.
EFFECT: technical result: higher efficiency of the thermal machine due to heat recovery within a closed continuous thermodynamic cycle.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в тепловых электростанциях, автомобилях, холодильных машинах, тепловых насосах и других процессах для преобразования тепловой энергии в механическую и обратно как «тепловой насос».The invention relates to engine building and can be used in thermal power plants, automobiles, refrigerators, heat pumps and other processes for converting thermal energy into mechanical energy and vice versa as a “heat pump”.

Известна схема газотурбинной установки замкнутого цикла, Моисеев Г.И., Мееров Л.З. Конструкция стационарных газотурбинных установок. - М.: Госэнергоиздат, 1962.The known scheme of a closed cycle gas turbine installation, Moiseev G.I., Meerov L.Z. The design of stationary gas turbine units. - M.: Gosenergoizdat, 1962.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической сущности и достигаемому техническому результату является Газотурбинная установка замкнутого цикла фирмы Эшер Висc (стр. 94). Описанное устройство принято за прототип изобретения.The closest to the claimed technical solution in terms of technical nature and the technical result achieved is the Escher Visc Closed Circuit Gas Turbine Unit (p. 94). The described device is taken as a prototype of the invention.

Недостатки прототипа:The disadvantages of the prototype:

Передача тепла отработавшего газа осуществляется после расширения в турбине и после сжатия в компрессоре в рекуперационном теплообменнике. В связи с чем уменьшается конечная температура подогрева газами после турбины и увеличивается начальная температура подогрева газов после компрессора из за расширения и сжатия газа в рабочих колесах. В связи с чем уменьшается возможность использования тепла при его рекуперации.The heat of the exhaust gas is transferred after expansion in the turbine and after compression in the compressor in the recovery heat exchanger. In this connection, the final temperature of gas heating after the turbine decreases and the initial temperature of gas heating after the compressor increases due to expansion and compression of gas in the impellers. In this connection, the possibility of using heat during its recovery decreases.

Технической задачей изобретения является:An object of the invention is:

1. Расширение температурного диапазона при рекуперации тепла в течении всего рабочего термодинамического цикла.1. The expansion of the temperature range during heat recovery during the entire working thermodynamic cycle.

2. Повышение КПД тепловой машины.2. Improving the efficiency of the heat engine.

Поставленная задача решена следующим образом:The problem is solved as follows:

Рекуперационный теплообменник тепловой машины реализован внутри компрессора и турбины. Конструктивно выполнен в виде поочередно установленных рабочих колес и полых пространств, через которые встречно текут греющий и подогреваемый газы. Вал, на который установлены колеса, имеет каналы, через которые подводятся и отводятся газы.The heat recovery heat exchanger of the heat engine is implemented inside the compressor and turbine. Structurally made in the form of alternately mounted impellers and hollow spaces through which heating and heated gases flow in opposite directions. The shaft on which the wheels are mounted has channels through which gases are supplied and discharged.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

На фиг. 1 изображена турбокомпрессорная тепловая машина, работающая по замкнутому термодинамическому циклу с внутренней регенерацией тепла в продольном разрезе и состоит из радиальных компрессора 1 и турбины 2. Внутри компрессора 1 и турбины 2 поочередно располагаются подвижные рабочие колеса 6 и полые пространства 3 для встречного течения газообразного рабочего тела по отношению к потоку в рабочих колесах. Валы блоков имеют каналы 4 и отверстия 5 для прохода газа между полостями вала и рабочим колесам 6, полыми пространствами 3. Каналы 4 вала компрессора подсоединены к охлаждающему теплообменнику 8. Выход полых пространств 3 между рабочими колесами турбины и вход турбины подсоединены к нагревающему теплообменнику 9. Регенерация тепла происходит через стенки рабочих колес по принципу рекуперативного теплообменника. Тепло перетекает между потоком газа полого пространства 3 и потоком газа, протекающего через рабочие колеса 6, при этом рост температурных градиентов в компрессоре и турбине направлен от центра к наружной окружности рабочих колес по радиусу. При нагревании газа, проходящего через компрессор, и охлаждении газа в турбине процесс идет приближенно изохорно, соответственно работа на его сжатие и расширение почти не расходуется.In FIG. 1 shows a turbocompressor heat engine operating in a closed thermodynamic cycle with internal heat recovery in longitudinal section and consists of radial compressor 1 and turbine 2. Inside the compressor 1 and turbine 2, movable impellers 6 and hollow spaces 3 are alternately located for the oncoming flow of the gaseous working fluid in relation to the flow in the impellers. The shafts of the blocks have channels 4 and openings 5 for gas passage between the shaft cavities and the impellers 6, hollow spaces 3. The compressor shaft channels 4 are connected to the cooling heat exchanger 8. The output of the hollow spaces 3 between the turbine impellers and the turbine inlet are connected to the heating heat exchanger 9. Heat recovery occurs through the walls of the impellers according to the principle of a regenerative heat exchanger. Heat flows between the gas stream of the hollow space 3 and the gas stream flowing through the impellers 6, while the increase in temperature gradients in the compressor and turbine is directed from the center to the outer circumference of the impellers in radius. When heating the gas passing through the compressor and cooling the gas in the turbine, the process is approximately isochoric; accordingly, work on its compression and expansion is almost not spent.

Из-за замкнутости цикла кинетическая энергия потока, выходящего из турбины, не теряется и возвращается обратно в цикл.Due to the closure of the cycle, the kinetic energy of the stream exiting the turbine is not lost and returns back to the cycle.

При вращении рабочих колес и прохождении газа через полые пространства между рабочими колесами и внутри рабочих колес увеличиваются коэффициенты теплопередачи между потоками и стенками колес.When the impellers rotate and gas passes through the hollow spaces between the impellers and inside the impellers, the heat transfer coefficients between the flows and the walls of the wheels increase.

На фиг. 2 изображена диаграмма термодинамического цикла, проходящего в турбокомпрессорной тепловой машине, работающей по замкнутому термодинамическому циклу с внутренней регенерацией тепла. Подвод тепла Q1 в цикл осуществляется в нагревающем теплообменнике в конце изобары 2-3 при давлении газа Р2. Рекуперация тепла Qr1 в турбине осуществляется между изохорой 3-4 и изобарой 2-3. Рекуперация тепла Qr2 в компрессоре осуществляется между изохорой 1-2 и изобарой 4-1. Отвод тепла Q2 от цикла осуществляется в охлаждающем теплообменнике в конце изобары 4-1 при давлении Р1.In FIG. 2 is a diagram of a thermodynamic cycle taking place in a turbocompressor heat engine operating in a closed thermodynamic cycle with internal heat recovery. The supply of heat Q1 to the cycle is carried out in a heating heat exchanger at the end of the isobar 2-3 at a gas pressure of P2. Heat recovery Qr1 in the turbine is carried out between isochore 3-4 and isobar 2-3. Heat recovery Qr2 in the compressor is carried out between isochore 1-2 and isobar 4-1. Heat removal Q2 from the cycle is carried out in a cooling heat exchanger at the end of isobar 4-1 at a pressure P1.

Claims (1)

Турбокомпрессорная тепловая машина, работающая по замкнутому термодинамическому циклу с внутренней регенерацией тепла, состоит из радиальных компрессора и турбины, внутри каждого поочередно располагаются подвижные рабочие колеса, полые пространства, вал имеет каналы между полостями вала и рабочими колесами, полыми пространствами, каналы вала компрессора подсоединены к охлаждающему теплообменнику, выход полых пространств между рабочими колесами турбины и вход турбины подсоединены к нагревающему теплообменнику.A turbocharger heat engine operating in a closed thermodynamic cycle with internal heat recovery consists of a radial compressor and a turbine, movable impellers are located inside each one, hollow spaces, the shaft has channels between the shaft cavities and the impellers, hollow spaces, the compressor shaft channels are connected to cooling heat exchanger, the exit of the hollow spaces between the impellers of the turbine and the turbine inlet are connected to a heating heat exchanger.
RU2017102299A 2017-01-24 2017-01-24 Turbocharger thermal machine operating on a closed thermodynamic cycle with internal heat recovery RU2661418C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017102299A RU2661418C1 (en) 2017-01-24 2017-01-24 Turbocharger thermal machine operating on a closed thermodynamic cycle with internal heat recovery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017102299A RU2661418C1 (en) 2017-01-24 2017-01-24 Turbocharger thermal machine operating on a closed thermodynamic cycle with internal heat recovery

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2661418C1 true RU2661418C1 (en) 2018-07-16

Family

ID=62917171

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017102299A RU2661418C1 (en) 2017-01-24 2017-01-24 Turbocharger thermal machine operating on a closed thermodynamic cycle with internal heat recovery

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2661418C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2184255C2 (en) * 2000-09-07 2002-06-27 Косарев Александр Владимирович Gas turbine plant
RU2009111881A (en) * 2006-09-01 2010-10-10 Е.И.Дюпон де Немур энд Компани (US) METHOD FOR CIRCULATING SELECTED LIQUID HEAT CARRIERS THROUGH A CLOSED CYCLE
US20160298496A1 (en) * 2015-04-10 2016-10-13 Luis Carlos Sepulveda Montilla Thermic machine with thermodynamic cycle and the operation thereof

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2184255C2 (en) * 2000-09-07 2002-06-27 Косарев Александр Владимирович Gas turbine plant
RU2009111881A (en) * 2006-09-01 2010-10-10 Е.И.Дюпон де Немур энд Компани (US) METHOD FOR CIRCULATING SELECTED LIQUID HEAT CARRIERS THROUGH A CLOSED CYCLE
US20160298496A1 (en) * 2015-04-10 2016-10-13 Luis Carlos Sepulveda Montilla Thermic machine with thermodynamic cycle and the operation thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10358975B2 (en) Compressed air energy storage and power generation device
US2799253A (en) Elastic fluid actuated power systems
EP1492940B1 (en) Scroll-type expander having heating structure and steam engine employing the expander
RU2406876C2 (en) Improved multi-stage compressor
CA2937831C (en) A drive unit with its drive transmission system and connected operating heat cycles and functional configurations
WO2011099891A1 (en) Turbocompressor power plant
US9797339B2 (en) Hot-air engine
CN106989066A (en) A kind of indirect-cooling multi stage axial flow compressor and its method of work
US20180258799A1 (en) A multistage evaporation organic rankine cycle
RU2661418C1 (en) Turbocharger thermal machine operating on a closed thermodynamic cycle with internal heat recovery
JP6607960B2 (en) Gas compressor
US10718346B2 (en) Apparatus for pressurizing a fluid within a turbomachine and method of operating the same
KR0147912B1 (en) Power saving refrigerating apparatus using gas motor
CN203822467U (en) Indirect cooling cycle gas turbine using waste heat of low-pressure compressor for power generation
US9574446B2 (en) Expander for recovery of thermal energy from a fluid
Shah et al. Energy and exergy analysis of Regenerative organic Rankine cycle with different organic working fluids
Aparna et al. A review on mechanical losses and non-uniform expansion of fluid in a Scroll expander
RU2582373C2 (en) Turbo machine with flow section heating
EP4198291A1 (en) A method of the flow of a working agent in a heat machine based on the stirling cycle, and a heat machine based on the stirling cycle
RU2688050C1 (en) Rotary engine
CN103953447A (en) Intercooled cycle gas turbine capable of generating electricity by utilizing waste heat of low-pressure gas compressor
RU117509U1 (en) HEAT ENGINE
Anderson et al. Analysis of a FAME/MLL Screw Multi-Stage Compressor for High Temperature, High Pressure Vapor Compression Refrigeration Cycle
CN102996192A (en) Efficient internal recycle engine
CN110953744A (en) Second-class thermally-driven compression heat pump

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190125