RU2705687C1 - Теплосиловая установка на горячем воздухе и способ её работы - Google Patents
Теплосиловая установка на горячем воздухе и способ её работы Download PDFInfo
- Publication number
- RU2705687C1 RU2705687C1 RU2018116543A RU2018116543A RU2705687C1 RU 2705687 C1 RU2705687 C1 RU 2705687C1 RU 2018116543 A RU2018116543 A RU 2018116543A RU 2018116543 A RU2018116543 A RU 2018116543A RU 2705687 C1 RU2705687 C1 RU 2705687C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- engine
- chamber
- heat exchanger
- turbine
- compressor
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
- F02B37/12—Control of the pumps
- F02B37/20—Control of the pumps by increasing exhaust energy, e.g. using combustion chamber by after-burning
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B41/00—Engines characterised by special means for improving conversion of heat or pressure energy into mechanical power
- F02B41/02—Engines with prolonged expansion
- F02B41/10—Engines with prolonged expansion in exhaust turbines
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
- F02G1/02—Hot gas positive-displacement engine plants of open-cycle type
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Supercharger (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к альтернативным схемам тепловых двигателей с внешним подводом тепла. Теплосиловая установка на горячем воздухе включает турбокомпрессор, обратный клапан, ресивер, кран, двигатель, теплообменник, нагреватель, при этом элементы теплосиловой установки соединены последовательно: компрессор турбокомпрессора, обратный клапан, ресивер, кран, двигатель, камера для нагреваемой среды, турбина турбокомпрессора, нагреватель и/или камера для нагревающей среды теплообменника. Перед подачей рабочего тела в двигатель, для совершения в нем механической работы, его сжимают в компрессоре турбокомпрессора, отработанное в двигателе рабочее тело нагревают в камере для нагреваемой среды теплообменника и подают на турбину турбокомпрессора, где оно также совершает механическую работу, отработанное на турбине рабочее тело направляют в нагреватель и/или камеру для нагревающей среды теплообменника. Достигается обеспечение работы двигателя при невысоких температурах рабочего тела, осуществление быстрой остановки и быстрого пуска. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Заявленное решение относится к области теплоэнергетики, в частности к альтернативным схемам тепловых двигателей с внешним подводом тепла.
Известны различные решения теплосиловых установок на основе двигателя Стирлинга. Практически все они основаны на толкании поршня непосредственно разогретым, расширенным рабочим телом, в частности воздухом, и, как следствие, в некоторых из них наличие в системе элемента охлаждения двигателя, а в некоторых существенное увеличение массогабаритных показателей силовой установки за счет увеличенных радиаторов. Кроме того, известные решения, основанные на двигателе Стирлинга, требуют разогрева для пуска двигателя, после его остановки, что замедляет скорость пуска после остановки.
Ближайших аналогов заявленное решение не имеет.
Раскрытие изобретения
Задачами заявленного решения являются разработка конструкции и способа работы теплосиловой установки, которая позволяет осуществлять работу двигателя при невысоких температурах рабочего тела, и, как следствие, исключает элемент охлаждения двигателя и/или изменения габаритных размеров двигателя, а также позволяет снизить износ деталей двигателя. Кроме того, заявленное решение предусматривает возможность быстрой остановки и пуска.
Поставленные задачи достигаются за счет конструкции теплосиловой установки и способа ее работы.
Заявленная теплосиловая установка включает в себя следующие элементы нагреватель (топочная камера) (1), теплообменник (2), турбокомпрессор (3), обратный клапан (6), ресивер (4), кран (7), двигатель(5).
Элементы теплосиловой установки соединены при помощи труб (9) последовательно (фиг. 1): компрессор (3.2) турбокомпрессора (3), обратный клапан (6), ресивер (4), кран (7), двигатель (5), камера для нагреваемой среды теплообменника (2), турбина (3.1) турбокомпрессора (3), нагреватель (топочная камера) (1) и/или камера для нагревающей среды теплообменника (2).
Цикл последовательного прохождения рабочего тела в виде воздуха можно представить следующим образом (фиг.1): сжатый компрессором (3.2) воздух, проходит через обратный клапан (6), ресивер (4), кран (7) и под давлением подается в двигатель (5), отдает мощность и под остаточным давлением через вход (2.1) поступает в камеру для нагреваемой среды теплообменника (2), где нагревается, расширяется и через выход (2.2) поступает в турбину (3.1) турбокомпрессора (3), вращает ее, и подается через вход (1.1) в нагреватель(1) и/или подается в камеру для нагревающей среды теплообменника (2) и нагреваются нагревателем (1). Газы, нагревающие рабочее тело в камере для нагреваемой среды теплообменника (2), удаляются через выхлопную трубу (8).
Таким образом, за один цикл воздух, сжатый в компрессоре (3.2), подается на двигатель (5), совершает работу, затем поступает в теплообменник (2), где нагревается, расширяется и подается в турбину (3.1) турбокомпрессора (3), компрессор (3.2) «забирает» «новую порцию» воздуха, и цикл повторяется.
Способ работы заявленной теплосиловой установки позволяет достичь заявленный результат. Нагретый и расширенный воздух не напрямую оказывает влияние на работу двигателя, а используется для работы турбокомпрессора (3), компрессор (3.2) которого забирает и сжимает воздух. Затем воздух через обратный клапан (6), ресивер (4), кран (7) подается в двигатель (5), где совершает работу. После чего отработанный воздух с остаточным давлением нагревается, расширяется в теплообменнике (2) и подается в турбину (3.1) турбокомпрессора (3).
Теплосиловая установка имеет возможность остановки и нового пуска, без предварительного нагрева рабочего тела (воздуха). Это возможно за счет ресивера (4). При помощи закрытия/открытия крана (7), установленного между ресивером (4) и двигателем (5), может быть осуществлена остановка/пуск двигателя. При этом работа нагревателя (1) не останавливается. В любой момент пуска установка готова к работе.
В качестве нагревателя (1) фиг. 1, 2 в заявленном решении может выступать любое известное решение, используемое для нагрева, например, горелки разного типа, электронагреватель и т.д., но предпочтительно использовать горелку (жидкотопливную) ГБЖ (1) фиг. 2. Следует заметить, что рабочее тело после нагрева в теплообменнике (2) поступает в турбину (3.1) турбокомпрессора (3) нагретое в среднем до температуры 700°С.
В качестве теплообменника (2) может быть использован любой двухкамерный теплообменник, имеющий камеру для нагреваемой среды и камеру для нагревающей среды. Предпочтительно использовать трубный теплообменник (2) фиг. 2, где в качестве камеры для нагреваемой среды используется, как минимум одна трубка, а в качестве камеры для нагревающей среды вокруг трубное (если одна трубка) и/или межтрубное пространство (в случае если трубок больше одной).
Ресивер (4) фиг. 1, 2 направлен на сглаживание пульсаций давления забранного воздуха после турбокомпрессора и создания резерва сжатого воздуха, освобождения от капель масла и влаги. Предпочтительно использовать ресивер (4) выдерживающий давление 3 атм.
В качестве двигателя (5) фиг. 1, 2 может быть использован любой поршневой двигатель, например, ЯМ3-238 (5) фиг. 2.
В качестве элемента отбора мощности может быть использован генератор (5.1) фиг. 2.
В результате заявленная теплосиловая установка на горячем воздухе имеет простую конструкцию, позволяет осуществлять работу двигателя при невысоких температурах рабочего тела, позволяет осуществлять быструю остановку и быстрый пуск после остановки без совершения прогрева рабочего тела, за счет ресивера и крана. Не требует изменения габаритных размеров двигателя, увеличения его радиаторов, не требует дополнительных специальных элементов охлаждения двигателя, за счет работы при невысоких температурах рабочего тела снижается износ деталей двигателя.
Следует заметить, что для понимания сущности работы в описании заявленного решения и на фигурах приведен принцип работы на примере отдельно взятой входящей порции рабочего тела.
Следует заметить, что все изображения, приведенные на фигурах в приложении, схематичны и носят поясняющий характер, в реальном исполнении заявленная теплосиловая установка и ее элементы, как в размерном, так и внешнем исполнении, а так же их наличие и отсутствие, могут отличаться от приведенных на фигурах.
Краткое описание чертежей:
фиг. 1 - схема теплосиловой установки;
фиг. 2 - общий вид теплосиловой установки в аксонометрии;
Краткое описание конструктивных элементов:
1 - нагреватель (топочная камера):
1.1 - вход в нагреватель;
2 - теплообменник:
2.1 - вход в теплообменник;
2.2 - выход из теплообменника;
3 - турбокомпрессор;
3.1 - турбина;
3.2 - компрессор;
4 - ресивер;
5 - двигатель;
5.1 - генератор;
6 - обратный клапан;
7 - кран;
8 - дымовая труба;
9 - труба.
Принцип работы.
Заявленная теплосиловая установка на горячем воздухе включает соединенные последовательно (фиг. 1, 2) компрессор (3.2) обратный клапан (6), ресивер (4), кран (7), двигатель (5), с камерой для нагреваемой среды теплообменника (2), турбину (3.1) турбокомпрессора (3), топочную камеру (1) и/или камеру для нагревающей среды теплообменника (2).
Теплосиловая установка работает следующим образом.
Работа начинается с пуска нагревателя (1) фиг. 1, 2. Накопленный в ресивере (4) сжатый воздух через кран (7) поступает в двигатель (5). Двигатель (5) совершает механическую работу, которая передается на генератор (5.1) фиг. 2 для выработки электроэнергии. Затем через вход (2.1) отработанный в двигателе (5) воздух поступает в камеру для нагреваемой среды теплообменника (2). Там воздух нагревается и через выход (2.2) поступает в турбину (3.1). Компрессор (3.2) засасывает и сжимает воздух. Далее сжатый воздух через обратный клапан (6) подается в ресивер (4). Воздух, отработанный в турбине (3.1), поступает в нагреватель (топочную камеру) (1) через вход (1.1) и/или поступает в камеру для нагревающей среды теплообменника (2), где нагревается. Газы, нагревающие рабочее тело в камере для нагреваемой среды теплообменника (2), удаляются через выхлопную трубу (8). Далее цикл повторяется.
При необходимости остановка и повторный пуск двигателя (5) осуществляется закрытием или открытием крана (7) между ресивером (4) и двигателем (5). При этом работа нагревателя (1) не останавливается.
Для полной остановки теплосиловой остановки останавливают работу нагревателя (1).
Claims (2)
1. Теплосиловая установка на горячем воздухе, включающая турбокомпрессор, обратный клапан, ресивер, кран, двигатель, теплообменник, нагреватель, при этом элементы теплосиловой установки соединены последовательно: компрессор турбокомпрессора, обратный клапан, ресивер, кран, двигатель, камера для нагреваемой среды, турбина турбокомпрессора, нагреватель и/или камера для нагревающей среды теплообменника.
2. Способ работы теплосиловой установки на горячем воздухе, характеризующийся тем, что перед подачей рабочего тела в двигатель, для совершения в нем механической работы, его сжимают в компрессоре турбокомпрессора, отработанное в двигателе рабочее тело нагревают в камере для нагреваемой среды теплообменника и подают на турбину турбокомпрессора, где оно также совершает механическую работу, отработанное на турбине рабочее тело направляют в нагреватель и/или камеру для нагревающей среды теплообменника.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018116543A RU2705687C1 (ru) | 2018-05-03 | 2018-05-03 | Теплосиловая установка на горячем воздухе и способ её работы |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018116543A RU2705687C1 (ru) | 2018-05-03 | 2018-05-03 | Теплосиловая установка на горячем воздухе и способ её работы |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2705687C1 true RU2705687C1 (ru) | 2019-11-11 |
Family
ID=68579490
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018116543A RU2705687C1 (ru) | 2018-05-03 | 2018-05-03 | Теплосиловая установка на горячем воздухе и способ её работы |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2705687C1 (ru) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU70690U1 (ru) * | 2007-05-21 | 2008-02-10 | Валерий Валентинович Руднев | Комбинированная силовая установка с разделенными потоками газов |
RU101093U1 (ru) * | 2010-04-05 | 2011-01-10 | Евгений Сергеевич Терещенко | Система управления работой турбокомпрессора с ресивером транспортного дизеля |
RU2467182C2 (ru) * | 2007-07-25 | 2012-11-20 | Кнорр-Бремзе Зюстеме Фюр Нутцфарцойге Гмбх | Система снабжения сжатым воздухом |
-
2018
- 2018-05-03 RU RU2018116543A patent/RU2705687C1/ru active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU70690U1 (ru) * | 2007-05-21 | 2008-02-10 | Валерий Валентинович Руднев | Комбинированная силовая установка с разделенными потоками газов |
RU2467182C2 (ru) * | 2007-07-25 | 2012-11-20 | Кнорр-Бремзе Зюстеме Фюр Нутцфарцойге Гмбх | Система снабжения сжатым воздухом |
RU101093U1 (ru) * | 2010-04-05 | 2011-01-10 | Евгений Сергеевич Терещенко | Система управления работой турбокомпрессора с ресивером транспортного дизеля |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9410451B2 (en) | Gas turbine engine with integrated bottoming cycle system | |
RU2688342C2 (ru) | Система, работающая по циклу Ренкина, и соответствующий способ | |
RU2551458C2 (ru) | Комбинированная тепловая система с замкнутым контуром для рекуперации отработанного тепла и способ ее эксплуатации | |
RU2498090C2 (ru) | Система для охлаждения компонента паровой трубы | |
US20160290214A1 (en) | Heat pipe cooled turbine casing system for clearance management | |
JP4997333B2 (ja) | オイルを予熱することなく冷媒システムを起動する方法および装置 | |
JP5476003B2 (ja) | 発電プラントの起動のための装置及び方法 | |
US20070017208A1 (en) | Turbine engine with interstage heat transfer | |
EP2573360A2 (en) | Fuel heating in combined cycle turbomachinery | |
KR20150050443A (ko) | 개선된 효율을 갖는 조합형 순환 발전소 | |
EP2617963A2 (en) | Liquid fuel heating system | |
RU2335641C2 (ru) | Способ повышения кпд и мощности двухконтурной атомной станции | |
RU2705687C1 (ru) | Теплосиловая установка на горячем воздухе и способ её работы | |
CN104594964A (zh) | 一种新型单轴天然气联合循环供热机组系统 | |
RU2648478C2 (ru) | Способ работы маневренной регенеративной парогазовой теплоэлектроцентрали и устройство для его осуществления | |
RU2650452C1 (ru) | Газотурбинная установка для переработки попутного нефтяного газа в электроэнергию | |
RU126373U1 (ru) | Парогазовая установка | |
WO2012162922A1 (zh) | 燃气和蒸汽轮机系统 | |
WO2015187064A2 (ru) | Всережимная парогазовая установка | |
RU2656769C1 (ru) | Способ работы газотурбодетандерной энергетической установки тепловой электрической станции | |
RU2782762C2 (ru) | Система турбокомпрессора внешнего сгорания и способ её работы | |
EP3318733A1 (en) | Feedwater bypass system for a desuperheater | |
RU68599U1 (ru) | Установка для утилизации тепловой энергии | |
US20170356311A1 (en) | Ultra-high-efficiency closed-cycle thermodynamic engine system | |
US11913402B2 (en) | Diesel-steam power plant |