RU2768138C1 - Method of converting thermal energy into mechanical energy of rotational movement and device for its implementation - Google Patents

Method of converting thermal energy into mechanical energy of rotational movement and device for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2768138C1
RU2768138C1 RU2021112911A RU2021112911A RU2768138C1 RU 2768138 C1 RU2768138 C1 RU 2768138C1 RU 2021112911 A RU2021112911 A RU 2021112911A RU 2021112911 A RU2021112911 A RU 2021112911A RU 2768138 C1 RU2768138 C1 RU 2768138C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rotor
liquid
chambers
working fluid
annular space
Prior art date
Application number
RU2021112911A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Николаевич Кулев
Андрей Федорович Тулайкин
Юлия Владимировна Тулайкина
Original Assignee
Владимир Николаевич Кулев
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 Владимир Николаевич Кулев filed Critical Владимир Николаевич Кулев
Priority to RU2021112911A priority Critical patent/RU2768138C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2768138C1 publication Critical patent/RU2768138C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03GSPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/06Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

FIELD: heat power engineering; machine building.
SUBSTANCE: group of inventions relates to heat power engineering and machine building, namely to methods and devices for conversion of thermal energy into mechanical energy. Method consists in the fact that chambers 2 are alternately heated and cooled, which are filled with heat-sensitive working medium 4, walls 5 of which are heat-conducting and have, completely or partially, the shape of a heat exchange surface, redistributing the mass of liquid in rotor 1, creating a weight unbalance of rotor 1, which causes alternate movement of chambers 2 into zones of their heating and cooling. Chambers 2 are alternately heated and cooled, which are located along the circumference of wheel-shaped rotor 1 and are interconnected through inlet/outlet valves 5 or other shutoff inlet/outlet devices with formation in aggregate of an inner annular space inside rotor 1.
EFFECT: group of inventions is aimed at increasing efficiency of thermal energy conversion.
10 cl, 1 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретение.The field of technology to which the invention belongs.

Изобретение относится:The invention relates to:

- к теплоэнергетике, а именно к преобразованию тепловой энергии, в иной вид энергии, преобразуемой в полезную работу;- to thermal power engineering, namely, to the conversion of thermal energy into another type of energy that is converted into useful work;

- к машиностроению, а именно к производству устройств и установок для преобразования тепловой энергии в механическую энергию, способных работать на любых источниках тепловой энергии, в т.ч. на разных видах топлива.- to mechanical engineering, namely to the production of devices and installations for converting thermal energy into mechanical energy, capable of operating on any source of thermal energy, incl. on different types of fuel.

Уровень техникиState of the art

Из технической термодинамики и практики создания и применения тепловых двигателей хорошо известно, что непрерывный процесс превращения теплоты в работу возможно осуществить только путем подвода теплоты к рабочему телу, которое, вследствие нагрева расширяется и, за счет использования части подведенной тепловой энергии, находясь в газообразном состоянии, производит работу. Далее, если процесс идет по замкнутому циклу, рабочее тело охлаждается до первоначальной температуры (пример - паровая машина по циклу Карно), или, если процесс не замкнутый, рабочее тело сбрасывается в окружающую среду (пример - газотурбинные двигатели открытого цикла).From technical thermodynamics and the practice of creating and using heat engines, it is well known that a continuous process of converting heat into work can only be carried out by supplying heat to the working fluid, which, due to heating, expands and, due to the use of part of the supplied thermal energy, being in a gaseous state, does the job. Further, if the process follows a closed cycle, the working fluid is cooled to its original temperature (for example, a steam engine according to the Carnot cycle), or, if the process is not closed, the working fluid is discharged into the environment (for example, open cycle gas turbine engines).

Расширение рабочего тела вследствие его нагрева происходит линейно и разнонаправлено. Однако, для практического использования работы расширения рабочего тела необходимо превратить процесс линейного расширения рабочего тела во вращательное механическое движение рабочего органа тепловой машины.The expansion of the working fluid due to its heating occurs linearly and in different directions. However, for the practical use of the work of expanding the working fluid, it is necessary to turn the process of linear expansion of the working fluid into a rotational mechanical movement of the working body of a heat engine.

Известен способ превращения тепловой энергии в механическую энергию вращательного движения и устройства по его реализации в виде совокупности технических устройств, включая паровую турбину (Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика. Москва «Энергоатомиздат» 1983).There is a known method of converting thermal energy into mechanical energy of rotational motion and a device for its implementation in the form of a set of technical devices, including a steam turbine (Kirillin V.A., Sychev V.V., Sheindlin A.E. Technical thermodynamics. Moscow "Energoatomizdat" 1983 ).

В данном способе тепловая энергия, получаемая от сжигания органического топлива, подводится к рабочему телу (воде) в специальном устройстве - парогенераторе, далее, испарившееся рабочее тело в виде пара подается в паровую турбину, где потенциальная энергия пара преобразуется в кинетическую энергию высокоскоростного движения пара, которая, в свою очередь, преобразуется во вращательное движение ротора турбины. Вращательное движение рабочего органа турбины (ротора) достигается организацией высокоскоростного криволинейного движения расширяющегося рабочего тела через систему лопаток турбины. После турбины пар, содержащий неиспользованную в турбине тепловую энергию, направляется в охладитель-конденсатор, где конденсируется до исходного состояния воды, которая насосом, вновь подается в парогенератор.In this method, the thermal energy obtained from the combustion of organic fuel is supplied to the working fluid (water) in a special device - a steam generator, then the evaporated working fluid in the form of steam is fed into a steam turbine, where the potential energy of the steam is converted into the kinetic energy of the high-speed movement of the steam, which, in turn, is converted into rotational motion of the turbine rotor. The rotational movement of the working body of the turbine (rotor) is achieved by organizing a high-speed curvilinear movement of the expanding working body through the system of turbine blades. After the turbine, the steam containing the thermal energy unused in the turbine is sent to the cooler-condenser, where it is condensed to the initial state of water, which is again supplied to the steam generator by a pump.

Данный способ и устройства его осуществлению (парогенератор, турбина, конденсатор, насос) широко применяются в теплоэнергетике.This method and devices for its implementation (steam generator, turbine, condenser, pump) are widely used in thermal power engineering.

Однако этот способ и основное устройство по его осуществлению -турбина имеют проблему применения при умеренных и низких температурах: при работе на влажном паре с присутствием капельной жидкости резко ухудшается режим работы проточной части турбины, вследствие чего снижается внутренний КПД турбины, а это, в свою очередь, приводит к снижению эффективного КПД всей установки (Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика. Москва «Энергоатомиздат» 1983, стр. 314).However, this method and the main device for its implementation, the turbine, have the problem of using it at moderate and low temperatures: when operating on wet steam with the presence of a dropping liquid, the operating mode of the turbine flow path deteriorates sharply, as a result of which the internal efficiency of the turbine decreases, and this, in turn, , leads to a decrease in the effective efficiency of the entire installation (Kirillin V.A., Sychev V.V., Sheindlin A.E. Technical thermodynamics. Moscow "Energoatomizdat" 1983, p. 314).

Значительным недостатком данного способа устройств по его осуществлению является их сложность.A significant disadvantage of this method of devices for its implementation is their complexity.

Существенным признаком данного аналога, который совпадает с существенными признаками заявляемого изобретения, является:An essential feature of this analogue, which coincides with the essential features of the claimed invention, is:

- рабочее тело подается в зону нагрева в жидком состоянии, в зоне нагрева испаряется, в зоне охлаждения конденсируется, и далее, вновь, подается в зону нагрева в жидком состоянии.- the working fluid is supplied to the heating zone in a liquid state, evaporates in the heating zone, condenses in the cooling zone, and then, again, is fed into the heating zone in a liquid state.

Также известен способ превращения тепловой энергии в механическую энергию вращательного движения и устройство по его реализации в виде поршневого теплового двигателя внешнего сгорания - двигателя Стерлинга, в т.ч. с двухфазным рабочим телом (Уокер Г. Машины, работающие по циклу Стирлинга. Пер. с англ.: -М.: Энергия, 1978. - 152 с, ил.).Also known is a method for converting thermal energy into mechanical energy of rotational motion and a device for its implementation in the form of a reciprocating external combustion engine - a Sterling engine, incl. with a two-phase working fluid (Walker G. Machines operating on the Stirling cycle. Lane from English: -M .: Energy, 1978. - 152 s, ill.).

Данный способ преобразования тепловой энергии в механическую энергию вращательного движения рабочего органа реализуется в едином устройстве - поршневом тепловом двигателе Стирлинга, и осуществляется с подводом теплоты к рабочему телу от внешнего источника через стенку технического устройства.This method of converting thermal energy into mechanical energy of the rotational movement of the working body is implemented in a single device - a Stirling piston heat engine, and is carried out with the supply of heat to the working fluid from an external source through the wall of the technical device.

При всем существующем многообразии конструкций (однопоршневых и многопоршневых) двигателей Стирлинга, основными элементами конструкции устройства являются: цилиндр (цилиндры) с зоной подвода теплоты, зоной отвода теплоты, регенератор теплоты, поршень (поршни) совершающий возвратно-поступательное движение в цилиндре, кривошипно-шатунный или иной механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение рабочего органа.With all the existing variety of designs (single-piston and multi-piston) Stirling engines, the main structural elements of the device are: a cylinder (cylinders) with a heat supply zone, a heat removal zone, a heat regenerator, a piston (pistons) reciprocating in the cylinder, a crank or another mechanism for converting the reciprocating movement of the piston into the rotational movement of the working body.

В рабочем цилиндре с поршнем тепловая энергия превращается в механическую энергию прямолинейного движения поршня, которая посредством кривошипно-шатунного или иного подобного механизма превращается в механическую энергию вращения рабочего органа тепловой машины.In the working cylinder with a piston, thermal energy is converted into mechanical energy of the rectilinear movement of the piston, which, by means of a crank or other similar mechanism, is converted into mechanical energy of rotation of the working body of a heat engine.

Высокая эффективность передачи энергии от расширяющегося рабочего тела к поршню достигается при высоких давлениях в цилиндрах устройства, что требует применения сложной системы уплотнения зоны скользящего контакта поршня с цилиндром.High efficiency of energy transfer from the expanding working fluid to the piston is achieved at high pressures in the cylinders of the device, which requires the use of a complex system for sealing the zone of sliding contact between the piston and the cylinder.

Сложная система уплотнения, требуется (в целях недопущения потерь рабочего тела вследствие утечек изнутри двигателя наружу) и в местах выхода рабочего вала, а также вспомогательных систем и коммуникаций изнутри двигателя наружу.A complex sealing system is required (in order to prevent losses of the working fluid due to leakage from the inside of the engine to the outside) and at the exit points of the working shaft, as well as auxiliary systems and communications from the inside of the engine to the outside.

Основным недостатком данного способа преобразования тепловой энергии в механическую энергию вращательного движения рабочего органа и устройства по его осуществлению - поршневого двигателя Стирлинга является сложность и высокая стоимость (Уокер Г. Машины, работающие по циклу Стирлинга. Пер. с англ.: - М.: Энергия, 1978., стр. 102).The main disadvantage of this method of converting thermal energy into mechanical energy of the rotational movement of the working body and the device for its implementation - the Stirling piston engine is the complexity and high cost (Walker G. Machines operating on the Stirling cycle. Lane from English: - M .: Energy , 1978., p. 102).

Важными проблемами (недостатками) для двигателей Стирлинга являются уплотнения, и усталостные разрушения, как следствие знакопеременных напряжений, возникающих по причине наличия возвратно - поступательного движения рабочего поршня (Уокер Г. Машины, работающие по циклу Стирлинга. Пер. с англ.: -М.: Энергия, 1978., стр. 104).Important problems (disadvantages) for Stirling engines are seals and fatigue failures, as a result of alternating stresses arising from the presence of a reciprocating movement of the working piston (Walker G. Machines operating on the Stirling cycle. Lane from English: -M. : Energy, 1978., p. 104).

Существенными признаками данного аналога, которые совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения, являются:The essential features of this analogue, which coincide with the essential features of the claimed invention, are:

- попеременный нагрев и охлаждения цилиндров (камер), заполненных термочувствительным рабочим телом,- alternate heating and cooling of cylinders (chambers) filled with a heat-sensitive working fluid,

- стенки цилиндров (камер) выполнены теплопроводными, и имеют, полностью или частично, форму теплообменной поверхности.- the walls of the cylinders (chambers) are made heat-conducting, and have, in whole or in part, the shape of a heat exchange surface.

Также известен способ превращения тепловой энергии в механическую энергию вращательного движения и устройства по его реализации в виде ротора, заполненного жидкостью, по периферии которого расположены камеры, заполненные термочувствительным рабочим телом, отделенные от жидкости гибкой перегородкой (Авторское свидетельство СССР 1100422, кл. F03G 7/06, опубликовано 30.06.84.; патент США №4121420, кл. 60-531, опубликован 1978 г; Авторское свидетельство СССР 1302013, кл. F03G 7/06, опубликовано 07.04.87).Also known is a method for converting thermal energy into mechanical energy of rotational motion and a device for its implementation in the form of a rotor filled with liquid, along the periphery of which there are chambers filled with a temperature-sensitive working fluid, separated from the liquid by a flexible partition (USSR Author's certificate 1100422, class F03G 7/ 06, published 06/30/84 .; US patent No. 4121420, class 60-531, published 1978; USSR Author's certificate 1302013, class F03G 7/06, published 04/07/87).

Преобразование тепловой энергии в механическую энергию вращательного движения здесь осуществляется путем попеременного нагрева и охлаждения заполненных термочувствительным рабочим телом камер, расположенных на периферии полого ротора, заполненного жидкостью (зона нагрева с одной стороны ротора, зона охлаждения с другой стороны), что вызывает перераспределение массы жидкости в роторе при изменении объема камер (объем камер в зоне нагрева увеличивается вследствие расширения рабочего тела при его нагреве, и примыкающая к этим камерам жидкость, выдавливается в центральную полость ротора; объем камер в зоне охлаждения уменьшается вследствие сжатия рабочего тела при его охлаждении, и примыкающий к охлаждаемым камерам периферийное пространство ротора заполняется жидкостью, поступающей из центральной полости ротора), создает весовой дебаланс ротора, и, в итоге, вызывает вращение ротора.The conversion of thermal energy into mechanical energy of rotational motion is carried out here by alternating heating and cooling of chambers filled with a temperature-sensitive working fluid located on the periphery of a hollow rotor filled with liquid (heating zone on one side of the rotor, cooling zone on the other side), which causes a redistribution of the liquid mass in rotor when the volume of the chambers changes (the volume of the chambers in the heating zone increases due to the expansion of the working fluid when it is heated, and the liquid adjacent to these chambers is squeezed out into the central cavity of the rotor; the volume of the chambers in the cooling zone decreases due to the compression of the working fluid when it is cooled, and adjacent to cooled chambers, the peripheral space of the rotor is filled with liquid coming from the central cavity of the rotor), creates a weight imbalance of the rotor, and, as a result, causes the rotation of the rotor.

Изменение объема камер при нагреве и охлаждении обусловлено применением гибкой перегородки (стенки камеры), отделяющей термочувствительное рабочее тело от жидкости в роторе; объем камер изменяется вследствие деформации гибкой перегородки под воздействием расширения/сжатия рабочего тела в камерах.The change in the volume of the chambers during heating and cooling is due to the use of a flexible partition (chamber wall) that separates the heat-sensitive working fluid from the liquid in the rotor; the volume of the chambers changes due to the deformation of the flexible partition under the influence of expansion/compression of the working fluid in the chambers.

При этом само воздействие рабочего тела на передавливаемую жидкость осуществляется через гибкую герметичную перегородку, отделяющую рабочее тело в камерах от жидкости; а перемещение жидкости из периферийных участков ротора, примыкающих к камерам зоны нагрева, в периферийные участки ротора, примыкающие к камерам зоны охлаждения, происходит не непосредственно от камеры к камере, а через расположенную по центру ротора полость (полости), заполненную жидкостью.At the same time, the very impact of the working fluid on the transferred liquid is carried out through a flexible hermetic partition that separates the working fluid in the chambers from the liquid; and the movement of liquid from the peripheral sections of the rotor, adjacent to the chambers of the heating zone, to the peripheral sections of the rotor, adjacent to the chambers of the cooling zone, does not occur directly from the chamber to the chamber, but through the cavity (cavities) located in the center of the rotor, filled with liquid.

Техническое устройство для осуществления способа представляет собой ротор, заполненный жидкостью, по периферии которого расположены камеры, заполненные термочувствительным рабочим телом, отделенным от жидкости в роторе гибкой нетеплопроводной перегородкой. Камеры выполнены в виде теплообменников, их стенки, обращенные к зонам нагрева и охлаждения, выполнены из материала с большой теплопроводностьюThe technical device for implementing the method is a rotor filled with liquid, along the periphery of which there are chambers filled with a temperature-sensitive working fluid, separated from the liquid in the rotor by a flexible non-heat-conducting partition. The chambers are made in the form of heat exchangers, their walls facing the heating and cooling zones are made of a material with high thermal conductivity.

С целью расширения области применения (по Авторскому свидетельству СССР 1100422, кл. F03G 7/06, опубликовано 30.06.84) ротор устройства снабжен всасывающей и нагнетательной полостями, разделенными герметичной перегородкой, снабжен радиальными перегородками, разделяющими его полость на смежные с камерами герметичные отсеки, снабженные клапанами, соединяющими отсек с всасывающей и нагнетательной полостями.In order to expand the scope (according to the USSR Author's certificate 1100422, class F03G 7/06, published on 06/30/84), the rotor of the device is equipped with suction and discharge cavities separated by a sealed partition, equipped with radial partitions dividing its cavity into sealed compartments adjacent to the chambers, equipped with valves connecting the compartment with the suction and discharge cavities.

С целью повышения эффективности работы (по Авторскому свидетельству СССР 1302013, кл. F03G 7/06, опубликовано 07.04.87) ротор устройства снабжен цилиндрическим полым коллектором, разделенным диаметральной теплоизоляционной перегородкой на две герметичные полости, одна из которых нагнетательная, - гидравлически связанная с отсеками, смежными с камерами, находящимися в зоне нагрева, а другая - всасывающая - с отсеками, смежными с камерами, находящимися в зоне охлаждения.In order to increase the efficiency of work (according to the USSR Author's certificate 1302013, cl. F03G 7/06, published on 04/07/87), the rotor of the device is equipped with a cylindrical hollow collector, divided by a diametrical heat-insulating partition into two sealed cavities, one of which is an injection cavity, hydraulically connected to the compartments adjacent to the chambers located in the heating zone, and the other - suction - with compartments adjacent to the chambers located in the cooling zone.

Данный способ и устройства по его осуществлению просты, но имеют существенные недостатки.This method and devices for its implementation are simple, but have significant drawbacks.

Недостатками данного способа и технического устройства являются:The disadvantages of this method and technical device are:

- ограниченная степень расширения рабочего тела в камерах, обусловленная наличием гибкой перегородки, отделяющей рабочее тело от перемещаемой жидкости, создающей дебаланс массы;- limited degree of expansion of the working fluid in the chambers, due to the presence of a flexible partition that separates the working fluid from the moving fluid, which creates a mass imbalance;

- пониженная эффективность передачи энергии расширяющегося/сжимающегося рабочего тела перемещаемой жидкости, по причине того, что передача осуществляется через гибкую перегородку, которая «забирает» часть энергии на изгиб;- reduced energy transfer efficiency of the expanding/contracting working fluid of the transported fluid, due to the fact that the transfer is carried out through a flexible partition, which "takes" part of the energy for bending;

- пониженная эффективность передачи энергии - расширяющегося/сжимающегося рабочего тела перемещаемой жидкости, по причине того, что работа расширения/сжатия производится в группе параллельно работающих камер (по отношению к перемещаемой жидкости) зоны нагрева, и в группе камер зоны охлаждения, где (в каждой группе камер) неизбежно возникает неравномерность нагрева/охлаждения, и соответственно, неравномерность развиваемого давления рабочего тела в камерах одной группы, которая вызывает непроизводительное перемещение некоторого количества рабочей жидкости в полости ротора в пределах зоны нагрева, а также в пределах зоны охлаждения.- reduced efficiency of energy transfer - expanding / contracting the working fluid of the transported fluid, due to the fact that the work of expansion / contraction is performed in a group of parallel operating chambers (with respect to the transported fluid) of the heating zone, and in a group of chambers of the cooling zone, where (in each group of chambers), uneven heating/cooling inevitably arises, and, accordingly, uneven pressure developed by the working fluid in the chambers of one group, which causes unproductive movement of a certain amount of working fluid in the rotor cavity within the heating zone, as well as within the cooling zone.

- пониженная эффективность способа вследствие наличия балластной массы жидкости в центральной части полого ротора, которая не участвует в преобразовании тепловой энергии в механическую энергию вращательного движения ротора (не участвует в создании весового дебаланса ротора), но требует затрат энергии на вращение;- reduced efficiency of the method due to the presence of a ballast mass of liquid in the central part of the hollow rotor, which does not participate in the conversion of thermal energy into mechanical energy of the rotational movement of the rotor (does not participate in the creation of a weight unbalance of the rotor), but requires energy for rotation;

- повышенная масса устройства вследствие наличия по сути балластной жидкости в центральной части полого ротора, которая не участвует в преобразовании тепловой энергии в механическую (не участвует в создании весового дебаланса ротора);- increased mass of the device due to the presence of essentially ballast liquid in the central part of the hollow rotor, which does not participate in the conversion of thermal energy into mechanical energy (does not participate in the creation of the weight unbalance of the rotor);

- низкая надежность устройства по причине наличия гибкой перегородки, через которую передается механическая энергия от рабочего тела, и которая подвергается знакопеременным нагрузкам со значительными деформациями, несущими угрозу усталостного разрушения; вследствие чего требуются повышенные затраты на диагностику, ремонт и замену гибкой перегородки.- low reliability of the device due to the presence of a flexible partition through which mechanical energy is transmitted from the working fluid, and which is subjected to alternating loads with significant deformations that threaten fatigue failure; as a result, increased costs are required for diagnostics, repair and replacement of the flexible partition.

Существенными признаками данного аналога, которые совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения, являются:The essential features of this analogue, which coincide with the essential features of the claimed invention, are:

- попеременный нагрев и охлаждения камер, заполненных термочувствительным рабочим телом;- alternating heating and cooling of chambers filled with a heat-sensitive working fluid;

- перераспределения массы жидкости в устройстве для осуществления способа, с созданием весового дебаланса;- redistribution of the mass of liquid in the device for implementing the method, with the creation of a weight imbalance;

- устройство для осуществления способа, содержащее ротор с камерами;- a device for implementing the method, containing a rotor with chambers;

- стенки камер выполнены теплопроводными (из материала с большой теплопроводностью), и имеют форму теплообменной поверхности.- the walls of the chambers are made of heat-conducting (made of a material with high thermal conductivity), and have the shape of a heat-exchange surface.

Эта совокупность признаков, присущая последнему из вышеописанных аналогов (Авторское свидетельство СССР 1100422, кл. F03G 7/06, опубликовано 30.06.84.; патент США №4121420, кл. 60-531, опубликован 1978 г; Авторское свидетельство СССР 1302013, кл. F03G 7/06, опубликовано 07.04.87), наиболее близка к совокупности существенных признаков изобретения, на основании чего, данный аналог выбирается в качестве прототипа.This set of features, inherent in the last of the above analogues (USSR Author's certificate 1100422, class F03G 7/06, published 06/30/84 .; US patent No. 4121420, class 60-531, published in 1978; USSR Author's certificate 1302013, class F03G 7/06, published 04/07/87), is closest to the set of essential features of the invention, on the basis of which this analogue is selected as a prototype.

Целью изобретения является: повышение эффективности способа преобразования тепловой энергии в механическую энергию вращательного движения, повышение эффективности технического устройства для его осуществленияThe aim of the invention is: improving the efficiency of the method of converting thermal energy into mechanical energy of rotational motion, increasing the efficiency of the technical device for its implementation

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention

В способе преобразования тепловой энергии в механическую энергию вращательного движения, включающем попеременный нагрев и охлаждения камер, заполненных термочувствительным рабочим телом, перераспределение массы жидкости в роторе устройства для осуществления способа, с созданием весового дебаланса с попеременным перемещением камер в зоны их нагрева и охлаждения, предусмотрены следующие отличия:In the method for converting thermal energy into mechanical energy of rotational motion, including alternate heating and cooling of chambers filled with a temperature-sensitive working fluid, redistribution of the mass of liquid in the rotor of the device to implement the method, with the creation of a weight imbalance with alternate movement of the chambers into their heating and cooling zones, the following are provided: differences:

попеременно нагревают и охлаждают камеры, которые расположены по окружности колесообразного ротора, сообщены между собой через впускные/выпускные клапаны или иные запорные впускные/выпускные устройства с образованием, в совокупности, внутреннего кольцевого пространства внутри ротора.chambers are alternately heated and cooled, which are located around the circumference of the wheel-shaped rotor, communicated with each other through inlet/outlet valves or other shut-off inlet/outlet devices to form, in the aggregate, an internal annular space inside the rotor.

Кроме того, предложенный способ имеет следующие отличия:In addition, the proposed method has the following differences:

- термочувствительное рабочее тело помещают в образуемое камерами, кольцевое пространство в виде жидкости в количестве меньше вместимости кольцевого пространства, чем обеспечивается формирование в нижней части кольцевого пространства U-образного гидравлического затвора, а в верхней части, - над гидрозатвором - парогазовой среды; подвод тепловой энергии (т.е. нагрев камер) и отвод тепловой энергии (т.е. охлаждение камер), осуществляют в зоне расположения камер, примыкающих к противоположным сторонам гидравлического затвора: зона нагрева с одной стороны гидравлического затвора, зона охлаждения с другой стороны гидравлического затвора и сверху колесообразного ротора до зоны нагрева.- a heat-sensitive working fluid is placed in the annular space formed by the chambers in the form of a liquid in an amount less than the capacity of the annular space, which ensures the formation of a U-shaped hydraulic seal in the lower part of the annular space, and a vapor-gas medium in the upper part, above the hydraulic seal; the supply of thermal energy (i.e. heating of the chambers) and the removal of thermal energy (i.e. cooling of the chambers) are carried out in the area of location of the chambers adjacent to opposite sides of the hydraulic seal: the heating zone on one side of the hydraulic seal, the cooling zone on the other side hydraulic shutter and from above the wheel-shaped rotor to the heating zone.

- перераспределяемой жидкостью, создающей весовой дебаланс, является рабочее тело в жидкой фазе, перераспределение массы жидкости с созданием весового дебаланса происходит без изменения объема камер и осуществляется в виде перетекания жидкости по кольцевому пространству под действием разности давлений парогазовой среды по разные стороны U-образного гидравлического затвора,- the redistributed liquid that creates the weight imbalance is the working fluid in the liquid phase, the redistribution of the mass of the liquid with the creation of the weight imbalance occurs without changing the volume of the chambers and is carried out in the form of liquid overflowing through the annular space under the influence of the pressure difference of the vapor-gas medium on opposite sides of the U-shaped hydraulic seal ,

- рабочее тело в жидкой фазе, перемещается внутри кольцевого пространства ротора путем последовательно перетекания из камеры в камеру; рабочее тело подается в зону нагрева в жидком состоянии, в зоне нагрева испаряется, в зоне охлаждения конденсируется, и далее, вновь, подается в зону нагрева в жидком состоянии;- the working fluid in the liquid phase, moves inside the annular space of the rotor by successively flowing from chamber to chamber; the working fluid is fed into the heating zone in a liquid state, evaporates in the heating zone, condenses in the cooling zone, and then, again, is fed into the heating zone in a liquid state;

-нагрев/охлаждение осуществляют при, не менее чем одном закрытом клапане между камерами над жидкостным гидрозатвором в зоне нагрева, при открытых клапанах, расположенных в жидкости, и, не менее чем одном открытом клапане между камерами над гидрозатвором в зоне охлаждения, и с соблюдением следующей последовательности открытия/закрытия клапанов при прохождении ими зон нагрева и охлаждения в процессе вращения ротора:- heating / cooling is carried out with at least one closed valve between the chambers above the liquid seal in the heating zone, with open valves located in the liquid, and at least one open valve between the chambers above the hydraulic seal in the cooling zone, and in compliance with the following valve opening/closing sequences when they pass through the heating and cooling zones during the rotation of the rotor:

клапан в зоне нагрева, вышедший процессе вращения ротора из гидрозатворной жидкости навстречу ее течению в открытом состоянии, закрывается тогда, когда на некотором удалении от уровня жидкости в гидрозатворе давление парогазовой среды под клапаном (т.е. со стороны гидрозатвора) стало превышать давление среды над клапаном; перемещаясь далее при вращении ротора из зоны нагрева в зону охлаждения, клапан остается закрытым, и открывается тогда, когда давление парогазовой среды сзади клапана (т.е. в камере сзади клапана) стало ниже давления парогазовой среды перед клапаном (т.е. в камере перед ним); клапан входит в текущую навстречу гидрозатворную жидкость в открытом состоянии и остается открытым до достижения пространственного положения точки закрытия, - после выхода из гидрозатворной жидкости в зоне нагрева.the valve in the heating zone, which, during the rotation of the rotor, left the hydraulic sealing liquid towards its flow in the open state, closes when, at some distance from the liquid level in the hydraulic seal, the pressure of the vapor-gas medium under the valve (i.e., from the side of the hydraulic seal) began to exceed the pressure of the medium above valve; moving further with the rotation of the rotor from the heating zone to the cooling zone, the valve remains closed and opens when the pressure of the vapor-gas medium behind the valve (i.e. in the chamber behind the valve) is lower than the pressure of the vapor-gas medium in front of the valve (i.e. in the chamber in front of him); the valve enters the oppositely flowing hydraulic sealing liquid in the open state and remains open until the spatial position of the closing point is reached - after leaving the hydraulic sealing liquid in the heating zone.

- количество рабочего тела помещаемого в кольцевое пространство в виде жидкости, выбирают из условия: более того, что, будучи сосредоточенным в нижней части кольцевого пространства полностью перекрывает сечение кольцевого пространства, но не более половины вместимости кольцевого пространства;- the amount of the working fluid placed in the annular space in the form of a liquid, is selected from the condition: moreover, being concentrated in the lower part of the annular space completely overlaps the cross section of the annular space, but not more than half the capacity of the annular space;

- в качестве термочувствительного рабочего тела используется жидкость в виде воды, ртути или любое вещество, находящееся в рабочих условиях в жидком состоянии и имеющее в этих условиях давление насыщенных паров достаточное для создания разности высот уровней жидкости в U-образном гидравлическом затворе не менее чем величина диаметра колесообразного ротора.- as a temperature-sensitive working fluid, a liquid is used in the form of water, mercury, or any substance that is in a liquid state under operating conditions and has, under these conditions, a saturated vapor pressure sufficient to create a difference in the heights of the liquid levels in a U-shaped hydraulic seal of at least the value of the diameter wheel-shaped rotor.

- после помещения рабочего тела в виде жидкости в кольцевое пространство, из объема этого пространства, не заполненного жидкостью, удаляют (например, вакуумированием, либо продувкой паром) находящийся там воздух или азот, или другой, инертный по отношению к рабочему телу, газ, до того остаточного количества, которое в рабочих условиях, будучи сосредоточенным в объеме камеры, примыкающей к гидрозатвору в зоне охлаждения, будет, в совокупности с давлением насыщенного пара рабочего тела, создавать в этой камере такое давление, которое задано проектом.- after placing the working fluid in the form of a liquid in the annular space, from the volume of this space not filled with liquid, the air or nitrogen located there, or another gas inert with respect to the working fluid, is removed (for example, by vacuum or steam blowing), to the residual amount that, under operating conditions, being concentrated in the volume of the chamber adjacent to the hydraulic seal in the cooling zone, will, in combination with the pressure of the saturated steam of the working fluid, create in this chamber the pressure specified by the project.

В устройстве преобразования тепловой энергии в механическую энергию вращательного движения, содержащем ротор с камерами, заполненными термочувствительным рабочим телом, стенки которых выполнены теплопроводными и имеют, полностью или частично, форму теплообменной поверхности, предусмотрены следующие отличия:In the device for converting thermal energy into mechanical energy of rotational motion, containing a rotor with chambers filled with a heat-sensitive working fluid, the walls of which are made heat-conductive and have, in whole or in part, the shape of a heat exchange surface, the following differences are provided:

ротор имеет колесообразную форму, камеры расположены по окружности ротора, сообщены между собой через впускные/выпускные клапаны или иные запорные впускные/выпускные устройства с образованием, в совокупности, внутреннего кольцевого пространства колесообразного ротора.the rotor has a wheel-shaped form, the chambers are located around the circumference of the rotor, communicated with each other through the inlet/outlet valves or other locking inlet/outlet devices to form, in the aggregate, the inner annular space of the wheel-shaped rotor.

Кроме того, предложенное устройство имеет следующее отличие:In addition, the proposed device has the following difference:

- количество камер, расположенных по окружности ротора, - не менее четырех.- the number of chambers located around the circumference of the rotor - at least four.

Между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемым техническим результатом в виде повышения эффективности способа преобразования тепловой энергии в механическую энергию вращательного движения и повышения эффективности технического устройства для его осуществления, существует следующая причинно-следственная связь.Between the set of essential features of the claimed object and the achieved technical result in the form of increasing the efficiency of the method of converting thermal energy into mechanical energy of rotational motion and increasing the efficiency of the technical device for its implementation, there is the following causal relationship.

А именно, в части способа.Namely, in terms of the method.

Указанная в заявляемом объекте совокупность признаков, свидетельствует о том, что в предложенном способе преобразование тепловой энергии в механическую энергию вращательного движения осуществляется путем нагрева и охлаждения камер, расположенных не по периферии полого ротора, заполненного жидкостью, но по окружности колесообразного ротора, не имеющего заполненной жидкостью полости. Отсутствие балластной массы жидкости в полости ротора, исключает присутствующие в прототипе затраты энергии на вращение балластной массы, соответственно, эффективность преобразования энергии в предложенном способе, по этому признаку, выше эффективности прототипа.The set of features indicated in the claimed object indicates that in the proposed method, the conversion of thermal energy into mechanical energy of rotational motion is carried out by heating and cooling chambers located not along the periphery of a hollow rotor filled with liquid, but along the circumference of a wheel-shaped rotor that does not have liquid filled cavities. The absence of the ballast mass of liquid in the rotor cavity eliminates the energy costs present in the prototype for the rotation of the ballast mass, respectively, the efficiency of energy conversion in the proposed method, on this basis, is higher than the efficiency of the prototype.

Указанная в заявляемом объекте совокупность признаков, свидетельствует о том, что в предложенном способе потенциальная энергия давления рабочего тела в парогазовой фазе передается жидкости (в предложенном способе - рабочему телу в жидкой фазе) непосредственно, а не через гибкую перегородку, как в прототипе. Отсутствие гибкой перегородки, исключает присутствующие в прототипе затраты энергии на изгиб гибкой перегородки, соответственно, эффективность преобразования энергии в предложенном способе, по этому признаку, выше эффективности прототипа.The set of features indicated in the claimed object indicates that in the proposed method, the potential energy of pressure of the working fluid in the gas-vapor phase is transferred to the liquid (in the proposed method - to the working fluid in the liquid phase) directly, and not through a flexible partition, as in the prototype. The absence of a flexible partition eliminates the energy costs present in the prototype for bending the flexible partition, respectively, the efficiency of energy conversion in the proposed method, on this basis, is higher than the efficiency of the prototype.

Указанная в заявляемом объекте совокупность признаков, свидетельствует о том, что в предложенном способе работа расширения/сжатия рабочего тела совершается не в виде ограниченного (технической возможностью гибких перегородок) изменения объема камер при их нагреве/охлаждении, но реализуется в виде полного вытеснения жидкости из одной камеры в другую. Не ограниченное гибкими перегородками расширение/сжатие рабочего тела в предложенном способе позволяет преобразовать большее количество тепловой энергии в работу расширения, соответственно, эффективность преобразования энергии в предложенном способе, по этому признаку, выше эффективности прототипа.The set of features indicated in the claimed object indicates that in the proposed method, the work of expanding / compressing the working fluid is not performed in the form of a limited (technical possibility of flexible partitions) changes in the volume of the chambers during their heating / cooling, but is realized in the form of a complete displacement of liquid from one cameras to another. The expansion/compression of the working fluid not limited by flexible partitions in the proposed method allows converting a larger amount of thermal energy into expansion work, respectively, the energy conversion efficiency in the proposed method, on this basis, is higher than the efficiency of the prototype.

Указанная в заявляемом объекте совокупность признаков, свидетельствует о том, что в предложенном способе работа расширения/сжатия рабочего тела совершается не в группе параллельно работающих (по отношению к перемещаемой жидкости) камер зоны нагрева, и в группе камер зоны охлаждения, где (в каждой группе камер) неизбежно возникает неравномерность нагрева/охлаждения, вызывающая непроизводительное перемещение рабочей жидкости в полости ротора в пределах зоны нагрева, а также в пределах зоны охлаждения, но совершается в последовательно расположенных камерах, что исключает непроизводительное перемещение жидкости, но обеспечивает целенаправленное ее перемещение по кольцевому пространству строго от камер зоны нагрева в камеры зоны охлаждения. Соответственно, эффективность преобразования энергии в предложенном способе, по этому признаку, выше эффективности прототипа.The set of features indicated in the claimed object indicates that in the proposed method, the work of expansion / contraction of the working fluid is performed not in a group of parallel operating (with respect to the moving fluid) chambers of the heating zone, but in a group of chambers of the cooling zone, where (in each group chambers), uneven heating / cooling inevitably occurs, causing unproductive movement of the working fluid in the rotor cavity within the heating zone, as well as within the cooling zone, but takes place in sequentially located chambers, which eliminates unproductive movement of the liquid, but ensures its purposeful movement along the annular space strictly from the chambers of the heating zone to the chambers of the cooling zone. Accordingly, the efficiency of energy conversion in the proposed method, on this basis, is higher than the efficiency of the prototype.

Указанная в заявляемом объекте совокупность признаков, свидетельствует о том, что в предложенном способе работа расширения/сжатия рабочего тела превращается в механическую энергию вращательного движения ротора, не имеющего балластной массы жидкости в центральной части полого ротора, которая не участвует в преобразовании тепловой энергии в механическую энергию вращательного движения ротора (не участвует в создании весового дебаланса ротора), но требует затрат энергии на вращение. Соответственно, эффективность преобразования энергии в предложенном способе, по этому признаку, выше эффективности прототипа.The set of features indicated in the claimed object indicates that in the proposed method, the work of expansion / compression of the working fluid is converted into mechanical energy of the rotational motion of the rotor, which does not have a ballast mass of liquid in the central part of the hollow rotor, which does not participate in the conversion of thermal energy into mechanical energy rotational movement of the rotor (does not participate in the creation of the weight unbalance of the rotor), but requires energy for rotation. Accordingly, the efficiency of energy conversion in the proposed method, on this basis, is higher than the efficiency of the prototype.

А именно, в части устройства.Namely, in terms of the device.

Указанная в заявляемом объекте совокупность признаков, свидетельствует о том, что в предложенном техническом устройстве, в отличие от прототипа, ротор с расположенными по его периметру рабочими камерами не имеет в центральной части полости, заполняемой жидкостью, не участвующей в преобразовании энергии (не участвующей в создании весового дебаланса ротора), но увеличивающей массу технического устройства в рабочем состоянии. По этому обстоятельству рабочая масса заявляемого технического устройства меньше массы прототипа, соответственно, эффективность заявляемого устройства выше эффективности прототипа.The set of features indicated in the claimed object indicates that in the proposed technical device, unlike the prototype, the rotor with working chambers located along its perimeter does not have a cavity in the central part filled with a liquid that does not participate in energy conversion (not involved in creating weight unbalance of the rotor), but increasing the mass of the technical device in working condition. For this reason, the working mass of the proposed technical device is less than the mass of the prototype, respectively, the efficiency of the proposed device is higher than the efficiency of the prototype.

Указанная в заявляемом объекте совокупность признаков, свидетельствует о том, что в предложенном техническом устройстве, а именно в камерах, в отличие от прототипа, отсутствуют гибкие перегородки (через которые в прототипе передается механическая энергия от рабочего тела), которые в процессе работы подвергается знакопеременным нагрузкам со значительными деформациями, несущими угрозу усталостного разрушения, и требующими, в связи с этим, повышенных затрат на диагностику, ремонт, замену. По этому обстоятельству заявляемое техническое устройство несет меньшие, чем прототип, риски усталостного разрушения, не требует, как прототип, повышенных затрат на диагностику, ремонт, замену, в связи с чем, эффективность заявляемого устройства выше эффективности прототипа.The set of features indicated in the claimed object indicates that in the proposed technical device, namely in the chambers, unlike the prototype, there are no flexible partitions (through which mechanical energy is transmitted from the working fluid in the prototype), which are subjected to alternating loads during operation with significant deformations that pose a threat of fatigue failure, and therefore require increased costs for diagnostics, repair, and replacement. Due to this circumstance, the claimed technical device bears lower risks of fatigue failure than the prototype, does not require, like the prototype, increased costs for diagnostics, repair, replacement, and therefore, the efficiency of the proposed device is higher than the efficiency of the prototype.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Техническая сущность и принцип действия предложенного способа и устройства по его осуществлению поясняются следующим чертежом (поясняющей фигурой) на котором изображено устройство для осуществления способа, в работающем состоянии; в разрезе (разрез вдоль ротора, - перпендикулярно оси вращения).The technical essence and principle of operation of the proposed method and device for its implementation are illustrated by the following drawing (illustrating figure), which shows a device for implementing the method, in working condition; in section (section along the rotor, - perpendicular to the axis of rotation).

Цифрами на фигуре указаны следующие элементы технического устройства, а также зоны нагрева и охлаждения камер:The numbers on the figure indicate the following elements of the technical device, as well as the heating and cooling zones of the chambers:

1 - ротор;1 - rotor;

2 - камеры;2 - cameras;

3 - клапаны или иные запорные впускные/выпускные устройства между камерами;3 - valves or other shut-off inlet / outlet devices between the chambers;

4 - рабочее тело в жидкой фазе;4 - working fluid in the liquid phase;

5 - стенка камеры;5 - chamber wall;

6 - зона нагрева камер;6 - chamber heating zone;

7 - зона охлаждения камер.7 - chamber cooling zone.

Жирными стрелками на фигуре указаны: направление вращения ротора, и направление течения жидкости по внутреннему кольцевому пространству колесообразного ротора.Bold arrows in the figure indicate: the direction of rotation of the rotor, and the direction of fluid flow through the inner annular space of the wheel-shaped rotor.

Надпись «Открыт» показывает клапаны между камерами, находящиеся в открытом состоянии. Надпись «Закрыт» указывает клапан, находящийся закрытом состоянии.The inscription "Open" shows the valves between the chambers that are in the open state. The inscription "Closed" indicates the valve is closed.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

На поясняющей фигуре представлено устройство для осуществления способа в состоянии работы - при подводе тепла к рабочему телу в зоне нагрева и отводе тепла от рабочего тела в зоне охлаждения.The explanatory figure shows a device for implementing the method in the operating state - when heat is supplied to the working fluid in the heating zone and heat is removed from the working fluid in the cooling zone.

Устройство содержит ротор колесообразной формы 1, с камерами 2, расположенными по окружности ротора 1, которые сообщаются между собой через впускные/выпускные клапаны или иные запорные впускные/выпускные устройства 3, и которые образуют, в совокупности, внутреннее кольцевое пространство колесообразного ротора 1.The device contains a wheel-shaped rotor 1, with chambers 2 located around the circumference of the rotor 1, which communicate with each other through the inlet/outlet valves or other locking inlet/outlet devices 3, and which, in aggregate, form the inner annular space of the wheel-shaped rotor 1.

В образованное камерами кольцевое пространство помещено рабочее тело в жидкой фазе 4, например вода или ртуть или др. в таком количестве, чтобы жидкость, сосредоточенная в нижней части кольцевого пространства полностью перекрыла сечение кольцевого пространства, но не более половины вместимости кольцевого пространства.In the annular space formed by the chambers, a working fluid is placed in the liquid phase 4, for example, water or mercury, etc. in such an amount that the liquid concentrated in the lower part of the annular space completely covers the annular space section, but not more than half of the annular space capacity.

При таком заполнении внутреннего кольцевого пространства жидким рабочим телом в нижней части кольцевого пространства образуется U-образный гидравлический затвор, а в верхней части - над гидрозатвором (в камерах не заполненных жидкостью) формируется парогазовая среда, состоящая из паров жидкости (термочувствительного рабочего тела в парогазовой фазе) и остаточного содержания воздуха, или газа, содержавшегося внутри камер до их наполнения термочувствительным рабочим телом.With such filling of the inner annular space with a liquid working fluid, a U-shaped hydraulic seal is formed in the lower part of the annular space, and in the upper part - above the hydraulic seal (in chambers not filled with liquid), a vapor-gas medium is formed, consisting of liquid vapor (thermosensitive working fluid in the vapor-gas phase ) and the residual content of air or gas contained inside the chambers before they were filled with a heat-sensitive working fluid.

Стенки камер 5, выполнены теплопроводными, и имеют, полностью или частично, форму теплообменной поверхности.The walls of the chambers 5 are made heat-conducting and have, in whole or in part, the shape of a heat exchange surface.

Клапаны или иные запорные устройства, через которые камеры соединяются в единое кольцевое пространство, имеют исполнение, позволяющее пропускать внутреннюю среду в одном направлении, и перекрывать перемещение среды в обратном направлении (например, по типу обратного клапана).Valves or other locking devices through which the chambers are connected into a single annular space are designed to allow the passage of the internal medium in one direction and block the movement of the medium in the opposite direction (for example, as a check valve).

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

При, не менее чем одном закрытом клапане 3 между камерами 2 над гидрозатвором в зоне нагрева, при открытых клапанах 3, расположенных в жидкости и над жидкостью в камере зоны охлаждения подогревают рабочее тело внутри камеры 2 в зоне нагрева, и охлаждают рабочее тело в камерах 2 в зоне охлаждения.With at least one closed valve 3 between the chambers 2 above the water seal in the heating zone, with open valves 3 located in the liquid and above the liquid in the chamber of the cooling zone, the working fluid is heated inside the chamber 2 in the heating zone, and the working fluid is cooled in the chambers 2 in the cooling zone.

При нагревании, в камере 2, находящейся в зоне нагрева, рабочее тело испаряется из жидкости (переходит из жидкой фазы в газообразную фазу как непосредственно с поверхности уровня гидрозатвора, так и с поверхности смоченных жидкостью внутренних стен камеры), давление парогазовой фазы в объеме между уровнем жидкости в гидрозатворе и закрытым клапаном 3 над гидрозатвором увеличивается, и происходит выдавливание гидрозатворной жидкости вниз камеры. И далее по кольцевому пространству в камеру зоны охлаждения.When heated, in chamber 2, located in the heating zone, the working fluid evaporates from the liquid (passes from the liquid phase into the gaseous phase both directly from the surface of the hydraulic seal level and from the surface of the inner walls of the chamber wetted with liquid), the pressure of the vapor-gas phase in the volume between the level liquid in the hydraulic seal and the closed valve 3 above the hydraulic seal increases, and the hydraulic seal liquid is squeezed out down the chamber. And further along the annular space into the chamber of the cooling zone.

В зоне охлаждения в камерах 2 газообразное рабочее тело, вследствие охлаждения, конденсируется, в результате чего давление в камерах 2 уменьшается и гидрозатворная жидкость всасывается в камеру 2, зоны охлаждения.In the cooling zone in the chambers 2, the gaseous working fluid condenses due to cooling, as a result of which the pressure in the chambers 2 decreases and the hydraulic sealing liquid is sucked into the chamber 2, the cooling zone.

Перемещение массы жидкости (рабочего тела в жидкой фазе) 4 внутри ротора 1, - из камеры зоны нагрева в камеру зоны охлаждения, приводит к возникновению разности уровней жидкости в гидрозатворе, вследствие чего возникает весовой дебаланс ротора 1, и он, - ротор 1, вращается.The movement of the mass of fluid (the working fluid in the liquid phase) 4 inside the rotor 1, - from the chamber of the heating zone to the chamber of the cooling zone, leads to the appearance of a difference in the levels of the liquid in the hydraulic seal, as a result of which there is a weight imbalance of the rotor 1, and it, the rotor 1, rotates .

При вращении ротора 1, в зоны нагрева и охлаждения попадают новые камеры 2, и процесс повторяется.When the rotor 1 rotates, new chambers 2 enter the heating and cooling zones, and the process is repeated.

Непрерывность процесса вращения обеспечиваетсяThe continuity of the rotation process is ensured

открытием/закрытием соответствующих клапанов между камерами, с поддержанием указанного выше состояния: клапан 3 между камерами над гидрозатвором в зоне нагрева закрыт, клапаны, расположенные в жидкости и над жидкостью в камере зоны охлаждения - открыты.by opening/closing the corresponding valves between the chambers, while maintaining the above state: valve 3 between the chambers above the water seal in the heating zone is closed, the valves located in the liquid and above the liquid in the chamber of the cooling zone are open.

Открытие/закрытие соответствующих клапанов между камерами в процессе вращения ротора осуществляется от внешнего привода (электропривод, пневмопривод) по сигналу датчиков давления, если устройство оснащено такими клапанами известной конструкции и датчиками известной конструкции, либо под действием перепада давления среды, естественно возникающего в кольцевом пространстве ротора в процессе вращения ротора, если устройство оснащено обратными клапанами известной конструкции.Opening / closing of the corresponding valves between the chambers during the rotation of the rotor is carried out from an external drive (electric drive, pneumatic drive) at the signal of pressure sensors, if the device is equipped with such valves of a known design and sensors of a known design, or under the influence of a differential pressure of the medium naturally occurring in the annular space of the rotor during the rotation of the rotor, if the device is equipped with check valves of a known design.

Для обеспечения требуемой работоспособности технического устройства, его необходимо подготовить, в соответствии с отличительным положением предложенного способа преобразования тепловой энергии в механическую энергию вращательного движения:To ensure the required performance of a technical device, it must be prepared, in accordance with the distinctive position of the proposed method for converting thermal energy into mechanical energy of rotational motion:

- после помещения рабочего тела в виде жидкости в кольцевое пространство, из объема этого пространства, не заполненного жидкостью, удаляют (например, вакуумированием, либо продувкой паром) находящийся там воздух или азот, или другой, инертный по отношению к рабочему телу, газ, до того остаточного количества, которое в рабочих условиях, будучи сосредоточенным в объеме камеры, примыкающей к гидрозатвору в зоне охлаждения, будет, в совокупности с давлением насыщенного пара рабочего тела, создавать в этой камере такое давление, которое задано проектом.- after placing the working fluid in the form of a liquid in the annular space, from the volume of this space not filled with liquid, the air or nitrogen located there, or another gas inert with respect to the working fluid, is removed (for example, by vacuum or steam blowing), to the residual amount that, under operating conditions, being concentrated in the volume of the chamber adjacent to the hydraulic seal in the cooling zone, will, in combination with the pressure of the saturated steam of the working fluid, create in this chamber the pressure specified by the project.

Необходимость удаления из кольцевого пространства азота, или другого, инертного по отношению к рабочему телу, газа, возникает в том случае, когда воздух в техническом устройстве заранее был заменен на азот, или другой, инертный по отношению к рабочему телу, газ. Такая замена необходима в случае применения в техническом устройстве рабочего тела (например, ртути), не устойчивого к химическому воздействию кислорода воздуха.The need to remove nitrogen, or another gas inert with respect to the working fluid, from the annular space arises when the air in the technical device was previously replaced with nitrogen, or another gas inert with respect to the working fluid. Such a replacement is necessary if a working fluid (for example, mercury) is used in a technical device that is not resistant to the chemical action of oxygen in the air.

Замена окислительной среды на инертную, в целях устранения негативного химического воздействия кислорода воздуха на применяемые внутри технического устройства вещества, хорошо известна специалистам из уровня развития техники, не является новой процедурой.Replacing an oxidizing environment with an inert one, in order to eliminate the negative chemical effect of atmospheric oxygen on substances used inside a technical device, is well known to specialists from the state of the art, and is not a new procedure.

Сама подготовка в виде удаления воздуха или азота, или другого, инертного по отношению к рабочему телу, газа из кольцевого пространства ротора необходима в связи с тем, что, камеры, наполненные парогазовой средой в зоне нагрева, перемещаясь в процессе вращения ротора из зоны нагрева в зону охлаждения, несут в зону охлаждения и пары рабочего тела, которые конденсируясь, обеспечивают снижение давления в камерах зоны охлаждения, но и воздух/газ, изначально присутствующий в кольцевом пространстве ротора. Который, не конденсируется в зоне охлаждения, но, скапливаясь в камере, примыкающей к гидрозатвору в зоне охлаждения, создает повышенное давление в этой камере, препятствующее перемещению гидрозатворной жидкости и, соответственно, препятствующее созданию дебаланса ротора.The preparation itself in the form of removing air or nitrogen, or another gas inert with respect to the working fluid, from the annular space of the rotor is necessary due to the fact that the chambers filled with the vapor-gas medium in the heating zone, moving during the rotation of the rotor from the heating zone to the cooling zone is carried into the cooling zone and the vapors of the working fluid, which, when condensed, provide a reduction in pressure in the chambers of the cooling zone, but also the air / gas initially present in the annular space of the rotor. Which does not condense in the cooling zone, but, accumulating in the chamber adjacent to the hydraulic seal in the cooling zone, creates an increased pressure in this chamber, preventing the movement of the hydraulic barrier fluid and, accordingly, preventing the creation of rotor unbalance.

Другим условием обеспечения требуемой работоспособности технического устройства, которое указано в отличительных признаках изобретения, является:Another condition for ensuring the required performance of the technical device, which is indicated in the distinguishing features of the invention, is:

- количество камер, расположенных по окружности ротора, - не менее четырех.- the number of chambers located around the circumference of the rotor - at least four.

Данное конструктивное отличие, основано тем, что, в соответствии с заявленным способом, должна бать, по крайней мере, одна камера в зоне нагрева с высоким давлением среды, где рабочее тело расширяется и откуда гидрозатворная жидкость выдавливается; должна быть, по крайней мере, одна камера в зоне охлаждения с низким давлением среды, где рабочее тело сжимается и куда гидрозатворная жидкость втягивается; должна быть часть кольцевого пространства между ними в нижней части для размещения жидкости, создающей гидрозатвор. Но, должна быть еще, по крайней мере, одна камера в зоне охлаждения, - в верней части кольцевого пространства между камерой с высоким давлением, откуда гидрозатворная жидкость выдавливается, и камерой с низким давлением, куда гидрозатворная жидкость втягивается. Которая, выходя в процессе вращения ротора из зоны нагрева с высоким давлением парогазовой среды с закрытыми клапанами, в процессе движения через зону охлаждения обеспечивает снижение давления парогазовой среды внутри камеры до уровня, близкого к давлению в камере зоны охлаждения, втягивающей гидрозатворную жидкость. Что обеспечивает исключение скачков давления в камерах зоны охлаждения, при открытии клапана, приближающегося к гидрозатвору в зоне охлаждения. И обеспечивает тем самым, плавность перемещения гидрозатворной жидкости и, соответственно, плавность вращения ротора.This constructive difference is based on the fact that, in accordance with the claimed method, there should be at least one chamber in the heating zone with a high pressure of the medium, where the working fluid expands and from where the hydraulic barrier liquid is squeezed out; there must be at least one chamber in the cooling zone with a low pressure of the medium, where the working fluid is compressed and where the hydraulic barrier fluid is drawn; there should be a part of the annular space between them at the bottom to accommodate the fluid that creates the water seal. But, there must be at least one more chamber in the cooling zone, in the upper part of the annular space between the high pressure chamber, from where the sealing fluid is squeezed out, and the low pressure chamber, where the sealing fluid is drawn in. Which, leaving during the rotation of the rotor from the heating zone with a high pressure of the vapor-gas medium with closed valves, in the process of moving through the cooling zone, provides a decrease in the pressure of the vapor-gas medium inside the chamber to a level close to the pressure in the chamber of the cooling zone, which draws in the hydraulic barrier liquid. That ensures the exclusion of pressure surges in the chambers of the cooling zone, when the valve is opened, approaching the water seal in the cooling zone. And thus ensures the smooth movement of the hydraulic barrier fluid and, accordingly, the smooth rotation of the rotor.

Указанное выше ограничение по заполнению кольцевого пространства «не более половины вместимости кольцевого пространства» продиктовано тем, что при не соблюдении данного ограничения, в кольцевом пространстве ротора со стороны зоны нагрева в любых режимах, даже при максимальном уровне жидкости в гидрозатворе со стороны зоны охлаждения, будет присутствовать излишнее количество, по сути балластной жидкости, которая будет противодействовать вращению ротора.The above restriction on filling the annular space "no more than half the capacity of the annular space" is dictated by the fact that if this restriction is not observed, in the annular space of the rotor from the side of the heating zone in any modes, even at the maximum liquid level in the hydraulic seal from the side of the cooling zone, there will be there is an excessive amount of, in fact, ballast liquid, which will oppose the rotation of the rotor.

Использование изобретения позволяет осуществить преобразование тепловой энергии в механическую энергию вращательного движения ротора.The use of the invention allows the conversion of thermal energy into mechanical energy of the rotary motion of the rotor.

Возможность осуществления заявляемого изобретения показано следующими примерами 1,2,3. А также результатами испытаний макета теплосилового гравитационного колеса (пример 4).The possibility of carrying out the claimed invention is shown by the following examples 1,2,3. As well as the test results of a model of a heat-and-power gravitational wheel (example 4).

Пример 1.Example 1

Техническое устройство. Конструкция, проектные параметры.Technical device. Construction, design parameters.

Ротор колесообразной формы, внешним диаметром 5 м, с 6-тью камерами внутренним диаметром 0,3 м, сообщающимися между собой через запорные впускные/выпускные устройства (клапаны).The wheel-shaped rotor, with an outer diameter of 5 m, with 6 chambers with an inner diameter of 0.3 m, communicating with each other through shut-off inlet / outlet devices (valves).

Запорные впускные/выпускные устройства (клапаны) - известной конструкции, приводятся в соответствующее положение электроприводом от внешнего источника, по сигналу датчиков давления перед и после клапана.Shut-off inlet/outlet devices (valves) are of a well-known design; they are brought into the appropriate position by an electric drive from an external source, according to a signal from pressure sensors before and after the valve.

Внутренний объем одной камеры 0,17 м3. Общий объем (вместимость) образованного камерами внутреннего кольцевого пространства 1,02 м3. Внутреннее кольцевое пространство заполнено жидким рабочим телом - водой на 45% от общей вместимости. Остаточный объем свободного от жидкости кольцевого пространства (55% от вместимости) 0,56 м3. Объем воды (рабочего тела в жидкой фазе), образующей гидрозатвор в нижней части кольцевого пространства 0,46 м3, масса (учитывая плотность воды 1000 кг/м3) - 460 кг. В том числе: объем жидкости, требуемый для полного перекрытия сечения кольцевого пространства в низу кольцевого пространства 0,15 м3, масса - 150 кг; объем жидкости в гидрозатворе выше уровня, при котором жидкость полностью перекрыла сечение кольцевого пространства 0,46-0,15=0,31 м3, масса - 310 кг.The internal volume of one chamber is 0.17 m3. The total volume (capacity) of the inner annulus formed by the chambers is 1.02 m3. The inner annular space is filled with a liquid working fluid - water by 45% of the total capacity. Residual volume of liquid-free annulus (55% of capacity) 0.56 m3. The volume of water (the working fluid in the liquid phase) forming a water seal in the lower part of the annulus is 0.46 m3, and the mass (taking into account the water density of 1000 kg/m3) is 460 kg. Including: the volume of liquid required to completely cover the section of the annular space at the bottom of the annular space 0.15 m3, weight - 150 kg; the volume of liquid in the hydraulic seal is above the level at which the liquid completely blocked the cross section of the annular space 0.46-0.15=0.31 m3, weight - 310 kg.

Максимальный дебаланс ротора, достижимый при условии полного сосредоточения этого количества жидкости (0,31 м3, масса - 310 кг) с одной стороны гидрозатвора, выше уровня полного перекрытия жидкостью сечения кольцевого пространства внизу, - 310 кг.The maximum unbalance of the rotor, achievable under the condition of complete concentration of this amount of liquid (0.31 m3, weight - 310 kg) on one side of the hydraulic seal, above the level of complete overlapping of the section of the annular space below by the liquid, is 310 kg.

Максимальный перепад высот уровней жидкости в гидрозатворе, при сосредоточении этого количества жидкости (0,31 м3, масса - 310 кг) с одной стороны гидрозатвора (в соответствии с геометрией кольцевого пространства) -4 м.The maximum height difference of liquid levels in the hydraulic seal, when this amount of liquid (0.31 m3, weight - 310 kg) is concentrated on one side of the hydraulic seal (in accordance with the geometry of the annular space) is -4 m.

Соответственно, проектный перепад давлений между камерами зоны нагрева и охлаждения, требуемый для обеспечения указанного перепада высот уровней жидкости в гидрозатворе -4 м водяного столба, или, в системе СИ, 39,24 кПа.Accordingly, the design pressure drop between the chambers of the heating and cooling zone required to provide the specified height difference of liquid levels in the hydraulic seal is -4 m of water column, or, in the SI system, 39.24 kPa.

Внутри кольцевого пространства до помещения в него воды, находился воздух. После помещения в кольцевое пространство воды и образования в нижней части кольцевого пространства гидрозатвора, над гидрозатвором самообразована паровоздушная среда.Inside the annular space before the water was placed in it, there was air. After water is placed in the annular space and a hydraulic seal is formed in the lower part of the annular space, a vapor-air medium is self-formed above the hydraulic seal.

Проектное рабочее давление паровоздушной среды в камере зоны охлаждения - 101,3 кПа (принято равным атмосферному).The design working pressure of the steam-air medium in the chamber of the cooling zone is 101.3 kPa (taken equal to atmospheric pressure).

Проектное давление насыщенного водяного пара в камере зоны нагрева (выше проектного давления в камере зоны охлаждения на величину проектного перепада давлений между камерами) 101,3+39,24=140,54 кПа.Design pressure of saturated water vapor in the chamber of the heating zone (higher than the design pressure in the chamber of the cooling zone by the value of the design pressure difference between the chambers) 101.3+39.24=140.54 kPa.

Проектная температура рабочего тела в камере зоны нагрева, обеспечивающая это (140,24 кПа) давление насыщенного пара в камере зоны нагрева, согласно известным данным (Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов/Под ред. Чл. -корр. АН СССР П.Г. Романкова, Л.:, Химия, - 1987, стр. 548) 109 С, или, в градусах Кельвина, -382 К.The design temperature of the working fluid in the heating zone chamber, providing this (140.24 kPa) saturated steam pressure in the heating zone chamber, according to known data (Pavlov K.F., Romankov P.G., Noskov A.A. Examples and tasks for Course of Processes and Apparatuses of Chemical Technology Textbook for High Schools/Edited by Corresponding Member of the Academy of Sciences of the USSR PG Romankov, L.: Chemistry, - 1987, p. -382 K.

Проектная температура рабочего тела в камере зоны охлаждения, примыкающей к гидрозатвору (принята с учетом характеристик охладителя), +40 С, или, в градусах Кельвина, 313 К.The design temperature of the working fluid in the chamber of the cooling zone adjacent to the hydraulic seal (accepted taking into account the characteristics of the cooler), +40 C, or, in degrees Kelvin, 313 K.

Давление насыщенного водяного пара при этой температуре, согласно известным данным (Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов/Под ред. Чл. -корр. АН СССР П.Г. Романкова, Л.:, Химия, -1987, стр. 549) 7,4 кПа.The pressure of saturated water vapor at this temperature, according to known data (Pavlov K.F., Romankov P.G., Noskov A.A. Examples and tasks in the course of processes and apparatuses of chemical technology. Textbook for universities / Ed. Chl. Correspondent of the Academy of Sciences of the USSR P.G. Romankova, L.:, Chemistry, -1987, p. 549) 7.4 kPa.

При проектном давлении в камере зоны охлаждения 101,3 кПа, и давлении рабочего тела - насыщенных водяных паров в ней 7,4 кПа, проектное парциальное давление воздуха в камере зоны охлаждения: 101, 3 кПа - 7,4 кПа=93,9кПа.With a design pressure in the cooling zone chamber of 101.3 kPa, and a pressure of the working fluid - saturated water vapor in it of 7.4 kPa, the design partial air pressure in the cooling zone chamber: 101.3 kPa - 7.4 kPa = 93.9 kPa.

Проектная объемная доля воздуха в камере, примыкающей к гидрозатвору в зоне охлаждения (численно равна отношению парциального давления воздуха к общему давлению в камере): 93,9кПа /101,3 кПа=0,927.The design volume fraction of air in the chamber adjacent to the hydraulic seal in the cooling zone (numerically equal to the ratio of the partial air pressure to the total pressure in the chamber): 93.9 kPa / 101.3 kPa = 0.927.

Проектное количество (масса) воздуха в камере, примыкающей к гидрозатвору в зоне охлаждения (вычисляется через плотность воздуха в рабочих условиях в камере, - 1,13 кг/м3, объем камеры, - 0,17 м3, и объемную долю воздуха в камере, - 0,927) 0,178 кг.The design amount (mass) of air in the chamber adjacent to the hydraulic seal in the cooling zone (calculated through the density of air under operating conditions in the chamber, - 1.13 kg / m3, the volume of the chamber, - 0.17 m3, and the volume fraction of air in the chamber, - 0.927) 0.178 kg.

Эта величина одновременно является тем проектным количеством воздуха, которое требуется оставить в кольцевом пространстве ротора. И которое, в рабочих условиях, будучи сосредоточенным в камере, примыкающей к гидрозатвору в зоне охлаждения, будет, в совокупности с давлением насыщенного пара рабочего тела, создавать в этой камере проектное рабочее давление 101,3 кПа.This value is also the design amount of air that needs to be left in the annular space of the rotor. And which, under operating conditions, being concentrated in the chamber adjacent to the hydraulic seal in the cooling zone, will, in combination with the pressure of the saturated steam of the working fluid, create a design working pressure of 101.3 kPa in this chamber.

Подготовка технического устройства к работе.Preparation of a technical device for work.

Перед началом работы (после помещения рабочего тела в виде воды в кольцевое пространство), из объема свободного от жидкости кольцевого пространства (0,56 м3), находящегося изначально под давлением, равным атмосферному - 101, 3 кПа, удаляется, путем подсоединения к внешней вакуумной линии (вакуумированием) находящийся там воздух. Откачка воздуха вакуумом осуществляется до величины остаточного давления в свободном от жидкости кольцевом пространстве 24,8 кПа.Before starting work (after placing the working fluid in the form of water into the annular space), from the volume of the annular space free from liquid (0.56 m3), which is initially under pressure equal to atmospheric pressure - 101.3 kPa, is removed by connecting to an external vacuum lines (by vacuum) the air there. Air is evacuated by vacuum until the residual pressure in the liquid-free annulus is 24.8 kPa.

Именно при таком остаточном давлении остаточное количество воздуха в кольцевом пространстве будет исчисляться величиной 0,178 кг (вычисляется через плотность воздуха в условиях вакууммированного пространства - 0,317 кг/м3 и объем пространства - 0,56 м3), которая соответствует требуемому проектному остаточному количеству воздуха в кольцевом пространстве.It is at such a residual pressure that the residual amount of air in the annulus will be calculated as 0.178 kg (calculated through the density of air in a vacuum space - 0.317 kg / m3 and the volume of space - 0.56 m3), which corresponds to the required design residual amount of air in the annulus .

Работа технического устройства. Технические показателиOperation of a technical device. Technical indicators

Клапаны между камерами кольцевого пространства приводятся в рабочее положение: клапан 3 между камерами над гидрозатвором в зоне нагрева закрыт, клапаны 3, расположенные в жидкости и над жидкостью в камере зоны охлаждения - открыты.The valves between the chambers of the annular space are brought into working position: the valve 3 between the chambers above the hydraulic seal in the heating zone is closed, the valves 3 located in the liquid and above the liquid in the chamber of the cooling zone are open.

Включаются в работу нагреватели в зоне нагрева и охладители в зоне охлаждения.The heaters in the heating zone and coolers in the cooling zone are switched on.

При нагревании, в камере 2, расположенной в зоне нагрева, рабочее тело испаряется из жидкости, давление парогазовой фазы в объеме между уровнем жидкости в гидрозатворе и закрытым клапаном 3 над гидрозатвором, увеличивается (от начального, установленногоWhen heated, in chamber 2 located in the heating zone, the working fluid evaporates from the liquid, the pressure of the vapor-gas phase in the volume between the liquid level in the hydraulic seal and the closed valve 3 above the hydraulic seal increases (from the initial, set

вакууммированием), вследствие чего происходит выдавливание гидрозатворной жидкости вниз камеры, и далее в камеру зоны охлаждения.evacuation), as a result of which the hydraulic sealing liquid is squeezed down the chamber, and further into the chamber of the cooling zone.

Давление в камере зоны охлаждения, изначально низкое, установленное вакууммированием, возрастает за счет сжатия паровоздушной среды гидрозатворной жидкостью (жидкой фазой), выдавливаемой из камеры зоны нагрева.The pressure in the cooling zone chamber, initially low, set by vacuuming, increases due to the compression of the vapor-air medium by the hydraulic barrier liquid (liquid phase) squeezed out of the heating zone chamber.

Перемещение массы жидкости 4 внутри ротора приводит к возникновению весового дебаланса ротора 1, и он, - ротор 1, начинает вращаться.The movement of the mass of liquid 4 inside the rotor leads to the emergence of a weight imbalance of the rotor 1, and it, the rotor 1, starts to rotate.

Непрерывность процесса вращения обеспечиваетсяThe continuity of the rotation process is ensured

открытием/закрытием соответствующих клапанов между камерами, с поддержанием указанного выше состояния: клапан 3 между камерами над гидрозатвором в зоне нагрева закрыт, клапаны 3, расположенные в жидкости и над жидкостью в камере зоны охлаждения - открыты.by opening/closing the corresponding valves between the chambers, while maintaining the above state: valve 3 between the chambers above the water seal in the heating zone is closed, valves 3 located in the liquid and above the liquid in the chamber of the cooling zone are open.

Вначале процесса вращения, когда давление среды в кольцевом пространстве, и, в т.ч. в камере зоны охлаждения, за счет предварительного вакууммирования изначально низкое, и противодавление со стороны камеры зоны охлаждения невелико, требуемый для создания дебаланса ротора проектный перепад давлений между камерами зоны нагрева и охлаждения (4 м водяного столба, или, в системе СИ, 39,24 кПа.) создается при относительно низком общем давлении в кольцевом пространстве ротора. Далее, в процессе вращения ротора, когда в зону охлаждения поступают камеры, перемещенные из зоны нагрева с повышенным давлением, и с содержанием неконденсируемого воздуха, противодавление в камере зоны охлаждения возрастает. Возросшее противодавление со стороны камеры зоны охлаждения преодолевается соответствующим увеличением давления в камере зоны нагрева, обеспечиваемым подводом тепла к рабочему телу в зоне нагрева.At the beginning of the rotation process, when the pressure of the medium in the annular space, and, incl. in the cooling zone chamber, due to pre-evacuation, is initially low, and the counterpressure from the side of the cooling zone chamber is small, the design pressure drop required to create an unbalance of the rotor between the chambers of the heating and cooling zone (4 m of water column, or, in the SI system, 39.24 kPa.) is created at a relatively low total pressure in the annular space of the rotor. Further, during the rotation of the rotor, when chambers moved from the heating zone with increased pressure and with the content of non-condensable air enter the cooling zone, the counterpressure in the chamber of the cooling zone increases. The increased back pressure from the side of the chamber of the cooling zone is overcome by a corresponding increase in pressure in the chamber of the heating zone, provided by the supply of heat to the working fluid in the heating zone.

При полном перемещении всего остаточного воздуха в камеру зоны охлаждения процесс стабилизируется на проектных параметрах: давление в камере зоны охлаждения 101,3 кПа, давление в камере зоны нагрева при максимальной нагрузке (при максимальном перепаде высот уровней жидкости в гидрозатворе =4 м), проектное, - 140,54 кПа; температура рабочего тела в зоне охлаждения 40 С, в зоне нагрева 109 С.With the complete transfer of all residual air into the chamber of the cooling zone, the process stabilizes at the design parameters: pressure in the chamber of the cooling zone is 101.3 kPa, pressure in the chamber of the heating zone at maximum load (with a maximum height difference of liquid levels in the hydraulic seal = 4 m), design, - 140.54 kPa; the temperature of the working fluid in the cooling zone is 40 C, in the heating zone 109 C.

Максимальный дебаланс ротора, при этом - 310 кг.The maximum unbalance of the rotor, while - 310 kg.

В соответствии с геометрией колесообразного ротора, центр тяжести жидкости, создающей дебаланс ротора, при указанных параметрах располагается на расстоянии 2 м по горизонтали от центра ротора.In accordance with the geometry of the wheel-shaped rotor, the center of gravity of the fluid that creates the unbalance of the rotor, with the specified parameters, is located at a distance of 2 m horizontally from the center of the rotor.

Крутящий момент на оси ротора, определяемый через произведение силы на плечо (расстояние от оси вращения до вертикали действия силы тяжести): 310 кг* 2 м = 620 кг*м.Torque on the rotor axis, determined through the product of the force on the shoulder (distance from the axis of rotation to the vertical of gravity): 310 kg * 2 m = 620 kg * m.

Развиваемую мощность можно определить через произведение силы, на скорость ее перемещения.The developed power can be determined through the product of the force and the speed of its movement.

Скорость вращения ротора предопределяется скоростью перемещения жидкости по кольцевому пространству внутри него, под действием разности давлений по разные стороны гидрозатвора.The speed of rotation of the rotor is predetermined by the speed of movement of the liquid through the annular space inside it, under the influence of the pressure difference on different sides of the hydraulic seal.

Скорость напорного перемещения жидкости можно принять на основе значений скоростей, принимаемых при расчетах промышленных напорных трубопроводов (Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов/Под ред. Чл.-корр. АН СССР П.Г. Романкова, Л.:, Химия, - 1987, стр. 17), в пределах 0,5-2,5 м/с.The rate of pressure movement of the liquid can be taken on the basis of the values of the velocities taken in the calculation of industrial pressure pipelines (Pavlov K.F., Romankov P.G., Noskov A.A. Examples and tasks in the course of processes and apparatuses of chemical technology. Textbook for universities / Under the editorship of Corresponding Member of the Academy of Sciences of the USSR P. G. Romankov, L.:, Chemistry, - 1987, p. 17), within 0.5-2.5 m / s.

При скорости течения жидкости по кольцевому пространству внутри ротора равной 0,5 м/с, линейная скорость вращения ротора, соответственно, будет 0,5 м/с.When the speed of the fluid flow through the annular space inside the rotor is equal to 0.5 m/s, the linear speed of rotation of the rotor, respectively, will be 0.5 m/s.

При такой скорости вращения ротора, развиваемая мощность (вычисляемая через произведение силы тяжести дебаланса на скорость его перемещения) оценивается величиной: 310 кг* 0,5 м/с =155 кг *м/с. Или, в системе СИ: 1,519 кВтAt such a speed of rotation of the rotor, the developed power (calculated through the product of the gravity force of the unbalance and the speed of its movement) is estimated by the value: 310 kg * 0.5 m / s = 155 kg * m / s. Or, in SI: 1.519 kW

Термический коэффициент полезного действия цикла преобразования тепловой энергии, вычисляемый по известной формуле (Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика. Москва «Энергоатомиздат» 1983, стр. 54), через соотношение температур рабочего тела (разность температур горячего и холодного рабочего тела, в градусах Кельвина, деленная на температуру горячего рабочего тела, в градусах Кельвина):The thermal efficiency of the thermal energy conversion cycle, calculated by the well-known formula (Kirillin V.A., Sychev V.V., Sheindlin A.E. Technical thermodynamics. Moscow "Energoatomizdat" 1983, p. 54), through the ratio of temperatures of the working fluid (temperature difference between hot and cold working fluid, in degrees Kelvin, divided by the temperature of the hot working fluid, in degrees Kelvin):

КПД=(382-313)/382=0,18 или 18%Efficiency=(382-313)/382=0.18 or 18%

Передачу механической энергии вращения ротора рабочему органу потребителя энергии можно осуществить размещением ротора на валу, по центру вращения ротора, с подсоединением этого вала к валу потребителя энергии.Transfer of the mechanical energy of the rotation of the rotor to the working body of the energy consumer can be carried out by placing the rotor on the shaft, in the center of rotation of the rotor, with the connection of this shaft to the shaft of the energy consumer.

Пример 2.Example 2

Техническое устройство. Конструкция, проектные параметры.Technical device. Construction, design parameters.

Ротор колесообразной формы, внешним диаметром 10 м, с 6-тью камерами, внутренним диаметром 0,5 м, сообщающимися между собой через запорные впускные/выпускные устройства (клапаны).Wheel-shaped rotor, outer diameter 10 m, with 6 chambers, inner diameter 0.5 m, communicating with each other through shut-off inlet/outlet devices (valves).

Запорные впускные/выпускные устройства - обратные клапаны известной конструкции (нормально-закрытые), приводятся в соответствующее положение перепадом давления на клапане, естественно возникающем в процессе нагрева/охлаждения рабочего тела; перепад, требуемый для привода клапанов пренебрежимо мал по сравнению с рабочим перепадом давления между камерами в зоне нагрева и охлаждения в данном примере; в связи с чем, в виде потерь в создании рабочего перепада уровней в гидрозатворе, не учитывается.Shutoff inlet / outlet devices - check valves of known design (normally closed), are brought into the appropriate position by the pressure drop across the valve, which naturally occurs in the process of heating / cooling the working fluid; the differential required to drive the valves is negligible compared to the operating pressure differential between the chambers in the heating and cooling zone in this example; in this connection, in the form of losses in the creation of a working level difference in the hydraulic seal, it is not taken into account.

Внутренний объем одной камеры 0,973 м3. Общий объем (вместимость) образованного камерами внутреннего кольцевого пространства 5,84 м3. Внутреннее кольцевое пространство заполнено жидким рабочим телом -ртутью на 45% от общей вместимости. Остаточный объем свободного от жидкости кольцевого пространства (55% от вместимости) 3,212 м3. Объем ртути (рабочего тела в жидкой фазе), образующей гидрозатвор в нижней части кольцевого пространства 2,628 м3, масса (учитывая плотность ртути 13600 кг/м3) - 35740 кг. В том числе: объем жидкости, требуемый для полного перекрытия сечения кольцевого пространства в низу кольцевого пространства 0,88 м3, масса - 11970 кг; объем жидкости в гидрозатворе выше уровня, при котором жидкость полностью перекрыла сечение кольцевого пространства 1,748 м3, масса - 23770 кг.The internal volume of one chamber is 0.973 m3. The total volume (capacity) of the inner annulus formed by the chambers is 5.84 m3. The inner annular space is filled with a liquid working fluid - mercury - 45% of the total capacity. Residual liquid-free annular space (55% of capacity) 3.212 m3. The volume of mercury (working fluid in the liquid phase), which forms a water seal in the lower part of the annular space, is 2.628 m3, and the mass (taking into account the density of mercury is 13600 kg/m3) is 35740 kg. Including: the volume of liquid required to completely cover the section of the annular space at the bottom of the annular space 0.88 m3, weight - 11970 kg; the volume of liquid in the hydraulic seal is above the level at which the liquid completely blocked the cross section of the annular space 1.748 m3, weight - 23770 kg.

Максимальный дебаланс ротора, достижимый при условии полного сосредоточения этого количества жидкости с одной стороны гидрозатвора, выше уровня полного перекрытия жидкостью сечения кольцевого пространства внизу, - 23770 кг.The maximum unbalance of the rotor, achievable under the condition of full concentration of this amount of liquid on one side of the hydraulic seal, above the level of complete overlapping of the section of the annular space below by the liquid, is 23770 kg.

Максимальный перепад высот уровней жидкости в гидрозатворе, при этом (в соответствии с геометрией кольцевого пространства в рассматриваемом примере) - 8,1 м.The maximum height difference of the liquid levels in the hydraulic seal, in this case (in accordance with the geometry of the annular space in the example under consideration) is 8.1 m.

Соответственно, проектный перепад давлений между камерами зоны нагрева и охлаждения, требуемый для обеспечения указанного перепада высот уровней жидкости в гидрозатворе - 8,1 м ртутного столба или в системе СИ, 1079 кПа.Accordingly, the design pressure drop between the chambers of the heating and cooling zone required to provide the specified height difference of liquid levels in the hydraulic seal is 8.1 m of mercury or in the SI system, 1079 kPa.

Внутри кольцевого пространства до помещения в него ртути, находился азот.После помещения в кольцевое пространство ртути и образования внизу гидрозатвора, над гидрозатвором самообразована парогазовая среда (азот+пары ртути).Nitrogen was present inside the annular space before mercury was placed in it. After mercury was placed in the annular space and a water seal was formed at the bottom, a vapor-gas medium (nitrogen + mercury vapor) was self-formed above the water seal.

Проектное рабочее давление парогазовой среды в камере зоны охлаждения - 101,3 кПа (принято равным атмосферному).The design working pressure of the vapor-gas medium in the chamber of the cooling zone is 101.3 kPa (taken equal to atmospheric pressure).

Проектное давление насыщенных паров ртути в камере зоны нагрева (выше проектного давления в камере зоны охлаждения на величину проектного перепада давлений между камерами) 101,3 кПа+1079 кПа = 1180,3 кПа.Design pressure of saturated mercury vapor in the chamber of the heating zone (higher than the design pressure in the chamber of the cooling zone by the value of the design pressure difference between the chambers) 101.3 kPa + 1079 kPa = 1180.3 kPa.

Проектная температура рабочего тела (ртути) в камере зоны нагрева, обеспечивающая это (1180,3 кПа) давление насыщенного пара в камере зоны нагрева, согласно известным данным (Волков. А.И., Жарский. И.М. Большой химический справочник. - М: Советская школа, 2005, стр. 424) 532 С, или, в градусах Кельвина, - 805 К.The design temperature of the working fluid (mercury) in the heating zone chamber, providing this (1180.3 kPa) saturated steam pressure in the heating zone chamber, according to known data (Volkov. A.I., Zharsky. I.M. Big chemical reference book. - M: Soviet school, 2005, p. 424) 532 C, or, in degrees Kelvin, - 805 K.

Проектная температура рабочего тела в камере зоны охлаждения, примыкающей к гидрозатвору (принята с учетом свойств ртутных паров и характеристик охладителя), +100 С, или, в градусах кельвина, 373 К.The design temperature of the working fluid in the chamber of the cooling zone adjacent to the hydraulic seal (accepted taking into account the properties of mercury vapor and the characteristics of the cooler), +100 C, or, in degrees Kelvin, 373 K.

Давление насыщенного ртутного пара при этой температуре, согласно известным данным (Волков. А.И., Жарский. И.М. Большой химический справочник. - М: Советская школа, 2005, стр. 424) 0,037 кПа.The pressure of saturated mercury vapor at this temperature, according to known data (Volkov. A.I., Zharsky. I.M. Big chemical reference book. - M: Soviet school, 2005, p. 424) 0.037 kPa.

При проектном давлении в камере зоны охлаждения 101,3 кПа, и давлении рабочего тела - насыщенных ртутных паров в ней 0,037 кПа, проектное парциальное давление азота в камере зоны охлаждения, примыкающей к гидрозатвору: 101, 3 кПа - 0,037 кПа =. 101,26 кПаWith a design pressure in the cooling zone chamber of 101.3 kPa, and a pressure of the working fluid - saturated mercury vapor in it 0.037 kPa, the design partial pressure of nitrogen in the cooling zone chamber adjacent to the hydraulic seal: 101.3 kPa - 0.037 kPa =. 101.26 kPa

Проектная объемная доля азота в камере, примыкающей к гидрозатвору в зоне охлаждения (численно равна отношению парциального давления азота к общему давлению в камере): 101,26 кПа / 101,3 кПа = 0,9996.The design volume fraction of nitrogen in the chamber adjacent to the hydraulic seal in the cooling zone (numerically equal to the ratio of the partial pressure of nitrogen to the total pressure in the chamber): 101.26 kPa / 101.3 kPa = 0.9996.

Проектное количество (масса) азота в камере, примыкающей к гидрозатвору в зоне охлаждения (вычисляется через плотность азота в рабочих условиях в камере, - 0,915 кг/м3, объем камеры, - 0,973 м3, и объемную долю азота в камере, - 0,9996), 0,89 кг.The design amount (mass) of nitrogen in the chamber adjacent to the hydraulic seal in the cooling zone (calculated through the density of nitrogen under operating conditions in the chamber, - 0.915 kg / m3, the volume of the chamber, - 0.973 m3, and the volume fraction of nitrogen in the chamber, - 0.9996 ), 0.89 kg.

Эта величина одновременно является тем проектным количеством азота, которое требуется оставить в кольцевом пространстве ротора. И которое, в рабочих условиях, будучи сосредоточенным в камере, примыкающей к гидрозатвору в зоне охлаждения, будет, в совокупности с давлением насыщенного пара рабочего тела, создавать в этой камере проектное рабочее давление 101,3 кПа.This value is also the design amount of nitrogen that must be left in the annular space of the rotor. And which, under operating conditions, being concentrated in the chamber adjacent to the hydraulic seal in the cooling zone, will, in combination with the pressure of the saturated steam of the working fluid, create a design working pressure of 101.3 kPa in this chamber.

Подготовка технического устройства к работе.Preparation of a technical device for work.

Перед началом работы (после помещения рабочего тела в виде ртути в кольцевое пространство), из объема свободного от жидкости кольцевого пространства (3,212 м3), находящегося изначально под давлением, равным атмосферному, удаляется, путем подсоединения к внешней вакуумной линии (вакууммированием) находящийся там азот. Откачка азота вакуумом осуществляется до величины остаточного давления в свободном от жидкости кольцевом пространстве 22,7 кПа.Before starting work (after placing the working fluid in the form of mercury into the annular space), the volume of the annular space free from liquid (3.212 m3), which is initially under pressure equal to atmospheric pressure, is removed by connecting to an external vacuum line (by vacuuming) the nitrogen located there . Nitrogen is pumped out with vacuum until the residual pressure in the liquid-free annulus is 22.7 kPa.

Именно при таком остаточном давлении, остаточное количество азота в кольцевом пространстве будет исчисляться величиной (вычисляется через плотность азота в условиях вакууммированного пространства, - 0,28 кг/м3, и объем пространства - 3,212 м3) 0,89 кг, которая соответствует требуемому проектному остаточному количеству азота в кольцевом пространстве.It is at such a residual pressure that the residual amount of nitrogen in the annular space will be calculated by the value (calculated through the density of nitrogen in a vacuum space, - 0.28 kg / m3, and the volume of space - 3.212 m3) 0.89 kg, which corresponds to the required design residual the amount of nitrogen in the annulus.

Работа технического устройства.Operation of a technical device.

Технические показателиTechnical indicators

В связи с тем, что техническое устройство оснащено запорными впускными/выпускными устройствами в виде обратных клапанов известной конструкции, которые в нормальном положении закрыты и приводятся в открытое положение перепадом давления на клапанах естественно возникающем в процессе нагрева/охлаждения рабочего тела, специальной подготовки - привода клапанов в рабочее положение, не требуется.Due to the fact that the technical device is equipped with shut-off inlet / outlet devices in the form of check valves of a known design, which are closed in the normal position and brought to the open position by a pressure drop across the valves naturally occurring during the process of heating / cooling the working fluid, special preparation - valve actuation in working position is not required.

Включаются в работу нагреватели в зоне нагрева и охладители в зоне охлаждения.The heaters in the heating zone and coolers in the cooling zone are switched on.

При нагревании, в камере 2, расположенной в зоне нагрева, при закрытом обратном клапане 3 над гидрозатвором, рабочее тело испаряется из жидкости, давление парогазовой среды в объеме между уровнем жидкости в гидрозатворе и закрытым клапаном над гидрозатвором увеличивается (от начального, установленного вакууммированием). При возрастании давления до уровня открытия обратных клапанов, клапаны 3 в жидкости открываются и происходит выдавливание гидрозатворной жидкости вниз камеры, и далее в камеру зоны охлаждения.When heated, in chamber 2 located in the heating zone, with the check valve 3 closed above the hydraulic seal, the working fluid evaporates from the liquid, the pressure of the gas-vapor medium in the volume between the liquid level in the hydraulic seal and the closed valve above the hydraulic seal increases (from the initial one set by vacuuming). When the pressure rises to the level of opening of the check valves, the valves 3 in the liquid open and the hydraulic sealing liquid is squeezed out down the chamber, and further into the chamber of the cooling zone.

Давление в камере зоны охлаждения, изначально низкое, установленное вакууммированием, возрастает за счет сжатия парогазовой среды гидрозатворной жидкостью (жидкой фазой), выдавливаемой из камеры зоны нагрева. Возросшим давлением открывается клапан над жидкостью в камере зоны охлаждения.The pressure in the cooling zone chamber, initially low, set by vacuuming, increases due to the compression of the gas-vapor medium by the hydraulic sealing liquid (liquid phase) squeezed out of the heating zone chamber. The increased pressure opens the valve above the liquid in the chamber of the cooling zone.

Перемещение массы жидкости внутри ротора приводит к возникновению весового дебаланса ротора, и он, - ротор, начинает вращаться.The movement of the fluid mass inside the rotor leads to the appearance of a weight imbalance of the rotor, and it, the rotor, begins to rotate.

Непрерывность процесса вращения обеспечивается открытием/закрытием соответствующих клапанов между камерами, с поддержанием указанного выше состояния: клапан 3 между камерами над гидрозатвором в зоне нагрева закрыт, клапаны 3, расположенные в жидкости и над жидкостью в камере зоны охлаждения - открыты.The continuity of the rotation process is ensured by opening / closing the corresponding valves between the chambers, maintaining the above state: valve 3 between the chambers above the hydraulic seal in the heating zone is closed, valves 3 located in the liquid and above the liquid in the chamber of the cooling zone are open.

Вначале процесса вращения, когда давление среды в кольцевом пространстве, и, в т.ч. в камерах зоны охлаждения, за счет предварительного вакууммирования изначально низкое, и противодавление со стороны камеры зоны охлаждения невелико, требуемый для создания дебаланса ротора проектный перепад давлений между камерами зоны нагрева и охлаждения (8,1 м ртутного столба, или, в системе СИ 1079 кПа) создается при относительно низком общем давлении в кольцевом пространстве ротора. Далее, в процессе вращения ротора, когда в зону охлаждения поступают камеры, перемещенные из зоны нагрева с повышенным давлением, и с содержанием неконденсируемого азота, противодавление в камере зоны охлаждения возрастает.Возросшее противодавление со стороны камеры зоны охлаждения преодолевается соответствующим увеличением давления в камере зоны нагрева, обеспечиваемым подводом тепла к рабочему телу в зоне нагрева.At the beginning of the rotation process, when the pressure of the medium in the annular space, and, incl. in the chambers of the cooling zone, due to pre-evacuation, initially low, and the back pressure from the side of the chamber of the cooling zone is small, the design pressure drop required to create an unbalance of the rotor between the chambers of the heating and cooling zone (8.1 mHg, or, in the SI system 1079 kPa ) is created at a relatively low total pressure in the annulus of the rotor. Further, during the rotation of the rotor, when chambers moved from the heating zone with increased pressure and with the content of non-condensable nitrogen enter the cooling zone, the back pressure in the cooling zone chamber increases. The increased back pressure from the side of the cooling zone chamber is overcome by a corresponding increase in pressure in the heating zone chamber provided by the supply of heat to the working fluid in the heating zone.

При полном перемещении всего остаточного азота в камеру зоны охлаждения, примыкающую к гидрозатвору, процесс стабилизируется на проектных параметрах: давление в камере зоны охлаждения, примыкающей к гидрозатвору 101,3 кПа, давление в камере зоны нагрева при максимальной нагрузке (при максимальном перепаде высот уровней жидкости в гидрозатворе = 8,1 м ртутного столба) проектное, - 1180,3 кПа; температура рабочего тела в зоне охлаждения 100 С, в зоне нагрева 532 С.With the complete transfer of all residual nitrogen to the cooling zone chamber adjacent to the hydraulic seal, the process stabilizes at the design parameters: the pressure in the cooling zone chamber adjacent to the hydraulic seal is 101.3 kPa, the pressure in the heating zone chamber at maximum load (at the maximum height difference of liquid levels in the hydraulic seal = 8.1 m Hg) design, - 1180.3 kPa; the temperature of the working fluid in the cooling zone is 100 C, in the heating zone 532 C.

Максимальный дебаланс ротора, при этом - 23770 кг.The maximum unbalance of the rotor, while - 23770 kg.

В соответствии с геометрией колесообразного ротора, центр тяжести жидкости, создающей дебаланс ротора, при указанных параметрах располагается на расстоянии 4,02 м по горизонтали от центра ротора.In accordance with the geometry of the wheel-shaped rotor, the center of gravity of the fluid that creates the unbalance of the rotor, with the specified parameters, is located at a distance of 4.02 m horizontally from the center of the rotor.

Крутящий момент на оси ротора определяемый через произведение силы на плечо (расстояние от оси вращения до вертикали действия силы тяжести): 23770 кг*4,0 2 м = 95555 кг*м.Torque on the rotor axis, determined through the product of the force on the shoulder (distance from the axis of rotation to the vertical of gravity): 23770 kg * 4.0 2 m = 95555 kg * m.

Развиваемую мощность можно определить через произведение силы, на скорость перемещения.The developed power can be determined through the product of force times the speed of movement.

Скорость вращения ротора предопределяется скоростью перемещения жидкости по кольцевому пространству внутри него, под действием разности давлений по разные стороны гидрозатвора.The speed of rotation of the rotor is predetermined by the speed of movement of the liquid through the annular space inside it, under the influence of the pressure difference on different sides of the hydraulic seal.

Скорость напорного перемещения жидкости можно принять на основе значений скоростей, принимаемых при расчетах промышленных напорных трубопроводов (Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов/Под ред. Чл.-корр. АН СССР П.Г. Романкова, Л.:, Химия, - 1987, стр. 17), в пределах 0,5-2,5 м/с.The rate of pressure movement of the liquid can be taken on the basis of the values of the velocities taken in the calculation of industrial pressure pipelines (Pavlov K.F., Romankov P.G., Noskov A.A. Examples and tasks in the course of processes and apparatuses of chemical technology. Textbook for universities / Under the editorship of Corresponding Member of the Academy of Sciences of the USSR P. G. Romankov, L.:, Chemistry, - 1987, p. 17), within 0.5-2.5 m / s.

При скорости течения жидкости по кольцевому пространству внутри ротора равной 0,5 м/с, линейная скорость вращения ротора, соответственно, будет 0,5 м/с.When the speed of the fluid flow through the annular space inside the rotor is equal to 0.5 m/s, the linear speed of rotation of the rotor, respectively, will be 0.5 m/s.

При такой скорости вращения ротора, развиваемая мощность оценивается величиной: 23770 кг * 0,5 м/с = 11885 кг *м/с. Или, в системе СИ: 116,5 кВт,At such a rotor speed, the developed power is estimated by the value: 23770 kg * 0.5 m / s = 11885 kg * m / s. Or, in SI: 116.5 kW,

Термический коэффициент полезного действия цикла преобразования тепловой энергии, вычисляемый по известной формуле (Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика. Москва «Энергоатомиздат» 1983, стр. 54), через соотношение температур рабочего тела (разность температур горячего и холодного рабочего тела, в градусах Кельвина, деленная на температуру горячего рабочего тела, в градусах Кельвина):The thermal efficiency of the thermal energy conversion cycle, calculated by the well-known formula (Kirillin V.A., Sychev V.V., Sheindlin A.E. Technical thermodynamics. Moscow "Energoatomizdat" 1983, p. 54), through the ratio of temperatures of the working fluid (temperature difference between hot and cold working fluid, in degrees Kelvin, divided by the temperature of the hot working fluid, in degrees Kelvin):

КПД=(805- 373)/805=0, 53 или 53%Efficiency=(805- 373)/805=0, 53 or 53%

Передачу механической энергии вращения ротора рабочему органу потребителя энергии можно осуществить размещением ротора на опорно-приводных катках, с подсоединением приводного катка к валу потребителя энергии.Transfer of the mechanical energy of rotation of the rotor to the working body of the energy consumer can be carried out by placing the rotor on the support rollers, with the connection of the drive roller to the shaft of the energy consumer.

Пример 3.Example 3

Техническое устройство. Конструкция, проектные параметры.Technical device. Construction, design parameters.

Ротор колесообразной формы, внешним диаметром 1,5 м, с 6-тью камерами внутренним диаметром 0,05 м, сообщающимися между собой через запорные впускные/выпускные устройства (клапаны).The wheel-shaped rotor, with an outer diameter of 1.5 m, with 6 chambers with an inner diameter of 0.05 m, communicating with each other through shut-off inlet / outlet devices (valves).

Запорные впускные/выпускные устройства между камерами - обратные клапаны известной конструкции (нормально-закрытые), приводятся в соответствующее положение перепадом давления на клапане естественно возникающем в процессе нагрева/охлаждения рабочего тела; перепад, требуемый для привода (открытия) клапана, - 50 мм.в.ст.Shutoff inlet / outlet devices between the chambers - check valves of a known design (normally closed), are brought into the appropriate position by a pressure drop across the valve naturally occurring in the process of heating / cooling the working fluid; differential required to drive (open) the valve - 50 mm w.st.

Внутренний объем одной камеры 0,00148 м3 = 1,48 л. Общий объем (вместимость) образованного камерами внутреннего кольцевого пространства 0,0088 м3 = 8,8 л. Внутреннее кольцевое пространство заполнено жидким рабочим телом - водой на 40% от общей вместимости. Остаточный объем свободного от жидкости кольцевого пространства (60% от вместимости) 0,0053 м3 = 5,3 л. Объем воды (рабочего тела в жидкой фазе), образующей гидрозатвор в нижней части кольцевого пространства 0,0035 м3 = 3,5 л, масса (учитывая плотность воды 1000 кг/м3) - 3,5 кг. В том числе: объем жидкости, требуемый для полного перекрытия сечения кольцевого пространства в низу кольцевого пространства 1,1 л, масса - 1,1 кг; объем жидкости в гидрозатворе выше уровня, при котором жидкость полностью перекрыла сечение кольцевого пространства 2,4 л, масса - 2,4 кг.The internal volume of one chamber is 0.00148 m3 = 1.48 liters. The total volume (capacity) of the inner annular space formed by the chambers is 0.0088 m3 = 8.8 liters. The inner annular space is filled with a liquid working fluid - water by 40% of the total capacity. Residual volume of liquid-free annulus (60% of capacity) 0.0053 m3 = 5.3 liters. The volume of water (the working fluid in the liquid phase) forming a water seal in the lower part of the annulus is 0.0035 m3 = 3.5 l, the mass (taking into account the water density of 1000 kg/m3) is 3.5 kg. Including: the volume of liquid required to completely cover the section of the annular space at the bottom of the annular space 1.1 l, weight - 1.1 kg; the volume of liquid in the hydraulic seal is above the level at which the liquid completely blocked the cross section of the annular space 2.4 l, weight - 2.4 kg.

Максимальный дебаланс ротора, достижимый при условии полного сосредоточения этого количества жидкости (2,4 л, масса - 2,4 кг) с одной стороны гидрозатвора, выше уровня, при котором жидкость полного перекрытия жидкостью сечения кольцевого пространства внизу, - 2,4 кг.The maximum unbalance of the rotor, achievable under the condition of complete concentration of this amount of liquid (2.4 l, weight - 2.4 kg) on one side of the hydraulic seal, is above the level at which the liquid completely overlaps the section of the annular space below with the liquid - 2.4 kg.

Максимальный перепад высот уровней жидкости в гидрозатворе, при этом (в соответствии с геометрией кольцевого пространства) - 0,98 м (980 мм).The maximum height difference of liquid levels in the hydraulic seal, while (in accordance with the geometry of the annular space) - 0.98 m (980 mm).

Проектный перепад давлений между камерами зоны нагрева и охлаждения, требуемый для работы технического устройства, складывается из данного перепада уровней, обеспечивающего дебаланс ротора, и перепада, требуемого для привода (открытия) пяти клапанов (четырех в жидкости и одного над жидкостью в камере зоны охлаждения). С учетом требуемого перепада давления на каждом клапане 50 мм.в.ст, проектный перепад давлений между камерами зоны нагрева и охлаждения, исчисляется величиной: 980 мм+50 мм*5 = 1230 мм в.ст. Или в системе СИ 12,05 кПа.The design pressure drop between the chambers of the heating and cooling zone, required for the operation of the technical device, is the sum of this level difference, which ensures the unbalance of the rotor, and the differential required to drive (open) five valves (four in the liquid and one above the liquid in the cooling zone chamber) . Taking into account the required pressure drop across each valve of 50 mm w.st., the design pressure drop between the chambers of the heating and cooling zone is calculated as: 980 mm + 50 mm * 5 = 1230 mm w.st. Or in the SI system 12.05 kPa.

Внутри кольцевого пространства до помещения в него воды, находился воздух. После помещения в кольцевое пространство воды и образования внизу гидрозатвора, над гидрозатвором самообразована паровоздушная среда.Inside the annular space before the water was placed in it, there was air. After water is placed in the annular space and a hydraulic seal is formed at the bottom, a vapor-air medium is self-formed above the hydraulic seal.

Проектное рабочее давление паровоздушной среды в камере зоны охлаждения - 101,3 кПа (принято равным атмосферному).The design working pressure of the steam-air medium in the chamber of the cooling zone is 101.3 kPa (taken equal to atmospheric pressure).

Проектное давление насыщенного водяного пара в камере зоны нагрева (выше проектного давления в камере зоны охлаждения на величину проектного перепада давлений между камерами) 101,3+12,05 кПа=113,35 кПа.Design pressure of saturated water vapor in the chamber of the heating zone (higher than the design pressure in the chamber of the cooling zone by the value of the design pressure drop between the chambers) 101.3+12.05 kPa=113.35 kPa.

Проектная температура рабочего тела в камере зоны нагрева, обеспечивающая это (113,35 кПа) давление насыщенного пара в камере зоны нагрева, согласно известным данным (Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов/Под ред. Чл.-корр. АН СССР П.Г. Романкова, Л.:, Химия, - 1987, стр. 548) 104 С, или, в градусах Кельвина, -384 К..The design temperature of the working fluid in the heating zone chamber, providing this (113.35 kPa) saturated steam pressure in the heating zone chamber, according to known data (Pavlov K.F., Romankov P.G., Noskov A.A. Examples and tasks for Course of Processes and Apparatuses of Chemical Technology Textbook for High Schools/Edited by Corresponding Member of the Academy of Sciences of the USSR PG Romankov, L.: Chemistry, - 1987, p. 548) 104 C, or, in degrees Kelvin, -384 K..

Проектная температура рабочего тела в камере зоны охлаждения, примыкающей к гидрозатвору (принята с учетом характеристик охладителя),+50 С, или, в градусах кельвина, 323 К.The design temperature of the working fluid in the chamber of the cooling zone adjacent to the hydraulic seal (accepted taking into account the characteristics of the cooler), +50 C, or, in degrees Kelvin, 323 K.

Давление насыщенного водяного пара при этой температуре, согласно известным данным (Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов/Под ред. Чл.-корр. АН СССР П.Г. Романкова, Л.:, Химия, -1987, стр. 549), 12,3 кПа.The pressure of saturated water vapor at this temperature, according to known data (Pavlov K.F., Romankov P.G., Noskov A.A. Examples and tasks in the course of processes and apparatuses of chemical technology. Textbook for universities / Ed. Chl. Correspondent of the Academy of Sciences of the USSR P.G. Romankova, L.:, Chemistry, -1987, p. 549), 12.3 kPa.

При проектном давлении в камере зоны охлаждения 101,3 кПа, и давлении рабочего тела - насыщенных водяных паров в ней 12,3 кПа., проектное парциальное давление воздуха в камере зоны охлаждения: 101, 3 кПа - 12,3 кПа = 89кПа.With a design pressure in the cooling zone chamber of 101.3 kPa, and a pressure of the working fluid - saturated water vapor in it 12.3 kPa., Design partial air pressure in the cooling zone chamber: 101.3 kPa - 12.3 kPa = 89 kPa.

Проектная объемная доля воздуха в камере, примыкающей к гидрозатвору в зоне охлаждения (численно равна отношению парциального давления воздуха к общему давлению в камере): 89кПа /101,3 кПа = 0,878.The design volume fraction of air in the chamber adjacent to the hydraulic seal in the cooling zone (numerically equal to the ratio of the partial air pressure to the total pressure in the chamber): 89 kPa / 101.3 kPa = 0.878.

Проектное количество (масса) воздуха в камере, примыкающей к гидрозатвору в зоне охлаждения (вычисляется через плотность воздуха в рабочих условиях в камере, - 1,09 кг/м3, объем камеры, - 0,00148 м3, и объемную долю воздуха в камере, - 0,878) 0,0014 кг = 1,4 г.The design amount (mass) of air in the chamber adjacent to the hydraulic seal in the cooling zone (calculated through the density of air under operating conditions in the chamber, - 1.09 kg / m3, the volume of the chamber, - 0.00148 m3, and the volume fraction of air in the chamber, - 0.878) 0.0014 kg = 1.4 g.

Эта величина одновременно является тем проектным количеством воздуха, которое требуется оставить в кольцевом пространстве ротора. И которое, в рабочих условиях, будучи сосредоточенным в камере, примыкающей к гидрозатвору в зоне охлаждения, будет, в совокупности с давлением насыщенного пара рабочего тела, создавать в этой камере проектное рабочее давление 101,3 кПа.This value is also the design amount of air that needs to be left in the annular space of the rotor. And which, under operating conditions, being concentrated in the chamber adjacent to the hydraulic seal in the cooling zone, will, in combination with the pressure of the saturated steam of the working fluid, create a design working pressure of 101.3 kPa in this chamber.

Подготовка технического устройства к работе.Preparation of a technical device for work.

Перед началом работы (после помещения рабочего тела в виде воды в кольцевое пространство), из объема свободного от жидкости кольцевого пространства (0,0053 м3 = 5,3 л), находящегося изначально под давлением, равным атмосферному - 101, 3 кПа, удаляется, путем подсоединения к внешней вакуумной линии (вакууммированием) находящийся там воздух. Откачка воздуха вакуумом осуществляется до величины остаточного давления в свободном от жидкости кольцевом пространстве 20,6 кПа.Before starting work (after placing the working fluid in the form of water into the annular space), from the volume of the annular space free from liquid (0.0053 m3 = 5.3 l), which is initially under pressure equal to atmospheric pressure - 101.3 kPa, is removed, by connecting to an external vacuum line (vacuuming) the air present there. Air is evacuated by vacuum until the residual pressure in the liquid-free annulus is 20.6 kPa.

Именно при таком остаточном давлении остаточное количество воздуха в кольцевом пространстве будет исчисляться величиной 0,0014 кг = 1,4 г (вычисляется через плотность воздуха в условиях вакууммированного пространства - 0,264 кг/м3 и объем пространства - 0,0053 м3) которая соответствует требуемому проектному остаточному количеству воздуха в кольцевом пространстве.It is at such a residual pressure that the residual amount of air in the annular space will be calculated as 0.0014 kg = 1.4 g (calculated through the air density in a vacuum space - 0.264 kg / m3 and the volume of space - 0.0053 m3) which corresponds to the required design residual air in the annulus.

Работа технического устройства. Технические показателиOperation of a technical device. Technical indicators

В связи с тем, что техническое устройство оснащено запорными впускными/выпускными устройствами в виде обратных клапанов известной конструкции, которые в нормальном положении закрыты и приводятся в открытое положение перепадом давления на клапанах естественно возникающем в процессе нагрева/охлаждения рабочего тела, специальной подготовки - привода клапанов в рабочее положение, не требуется.Due to the fact that the technical device is equipped with shut-off inlet / outlet devices in the form of check valves of a known design, which are closed in the normal position and brought to the open position by a pressure drop across the valves naturally occurring during the process of heating / cooling the working fluid, special preparation - valve actuation in working position is not required.

Включаются в работу нагреватели в зоне нагрева и охладители в зоне охлаждения.The heaters in the heating zone and coolers in the cooling zone are switched on.

При нагревании, в камере 2, расположенной в зоне нагрева, при закрытом обратном клапане над гидрозатвором, рабочее тело испаряется из жидкости, давление парогазовой фазы в объеме между уровнем жидкости в гидрозатворе и закрытым клапаном 3 над гидрозатвором увеличивается (от начального, установленного вакууммированием). При возрастании давления до уровня открытия обратных клапанов, клапаны 3 в жидкости открываются и происходит выдавливание гидрозатворной жидкости вниз камеры, и далее в камеру зоны охлаждения.When heated, in chamber 2 located in the heating zone, with the check valve above the hydraulic seal closed, the working fluid evaporates from the liquid, the pressure of the vapor-gas phase in the volume between the liquid level in the hydraulic seal and the closed valve 3 above the hydraulic seal increases (from the initial one set by vacuuming). When the pressure rises to the level of opening of the check valves, the valves 3 in the liquid open and the hydraulic sealing liquid is squeezed out down the chamber, and further into the chamber of the cooling zone.

Давление в камере зоны охлаждения, изначально низкое, установленное вакууммированием, возрастает за счет сжатия паровоздушной среды гидрозатворной жидкостью (жидкой фазой), выдавливаемой из камеры зоны нагрева.The pressure in the cooling zone chamber, initially low, set by vacuuming, increases due to the compression of the vapor-air medium by the hydraulic sealing liquid (liquid phase) squeezed out of the heating zone chamber.

Перемещение массы жидкости 4 внутри ротора приводит к возникновению весового дебаланса ротора 1, и он, - ротор 1, начинает вращаться.The movement of the mass of liquid 4 inside the rotor leads to the appearance of a weight imbalance of the rotor 1, and it, the rotor 1, starts to rotate.

Непрерывность процесса вращения обеспечиваетсяThe continuity of the rotation process is ensured

открытием/закрытием соответствующих клапанов между камерами, с поддержанием указанного выше состояния: клапан 3 между камерами над гидрозатвором в зоне нагрева закрыт, клапаны 3, расположенные в жидкости и над жидкостью в камере зоны охлаждения - открыты.by opening/closing the corresponding valves between the chambers, while maintaining the above state: valve 3 between the chambers above the water seal in the heating zone is closed, valves 3 located in the liquid and above the liquid in the chamber of the cooling zone are open.

При полном перемещении всего остаточного воздуха в камеру зоны охлаждения процесс стабилизируется на проектных параметрах: давление в камере зоны охлаждения 101,3 кПа, давление в камере зоны нагрева при максимальной нагрузке (при максимальном перепаде высот уровней жидкости в гидрозатворе = 0,98 м = 980 мм, и суммы перепадов давлений на обратных клапанах 250 мм в. ст.), проектное, - 113,35 кПа; температура рабочего тела в зоне охлаждения 50 С, в зоне нагрева 104 С.With the complete transfer of all residual air into the chamber of the cooling zone, the process stabilizes at the design parameters: pressure in the chamber of the cooling zone 101.3 kPa, pressure in the chamber of the heating zone at maximum load (with a maximum height difference of liquid levels in the hydraulic seal = 0.98 m = 980 mm, and the sum of the pressure drops on the check valves is 250 mm w.st.), design, - 113.35 kPa; the temperature of the working fluid in the cooling zone is 50 C, in the heating zone 104 C.

Максимальный дебаланс ротора, при этом - 2,4 кг.The maximum unbalance of the rotor, while - 2.4 kg.

В соответствии с геометрией колесообразного ротора, центр тяжести жидкости, создающей дебаланс ротора, при указанных параметрах располагается на расстоянии 0,6 м по горизонтали от центра ротора.In accordance with the geometry of the wheel-shaped rotor, the center of gravity of the liquid that creates the unbalance of the rotor, with the specified parameters, is located at a distance of 0.6 m horizontally from the center of the rotor.

Крутящий момент на оси ротора определяемый через произведение силы на плечо (расстояние от оси вращения до вертикали действия силы тяжести): 2,4 кг* 0,6 м = 1,44 кг*м.Torque on the rotor axis, determined through the product of the force on the shoulder (distance from the axis of rotation to the vertical of gravity): 2.4 kg * 0.6 m = 1.44 kg * m.

Развиваемую мощность можно определить через произведение силы, на скорость ее перемещения.The developed power can be determined through the product of the force and the speed of its movement.

Скорость вращения ротора предопределяется скоростью перемещения жидкости по кольцевому пространству внутри него, под действием разности давлений по разные стороны гидрозатвора.The speed of rotation of the rotor is predetermined by the speed of movement of the liquid through the annular space inside it, under the influence of the pressure difference on different sides of the hydraulic seal.

В свою очередь, разность давлений обеспечивается поддержанием указанных ранее температур рабочего тела: в зоне охлаждения 50 С, в зоне нагрева 104 С.In turn, the pressure difference is ensured by maintaining the previously mentioned temperatures of the working fluid: in the cooling zone 50 C, in the heating zone 104 C.

При этом, наибольшую сложность вызывает обеспечение требуемой температуры рабочего тела в холодной зоне, т.к. эта температура обеспечивается путем охлаждения ранее нагретого рабочего тела холодным теплоносителем, в качестве которого, для рассматриваемой в данном примере конструкции технического устройства, принято использовать атмосферный воздух.At the same time, the greatest difficulty is to ensure the required temperature of the working fluid in the cold zone, because this temperature is provided by cooling the previously heated working fluid with a cold coolant, which, for the design of the technical device considered in this example, is usually used as atmospheric air.

В нашем примере принято, что охлаждение рабочего тела осуществляется путем естественной конвекции атмосферного воздуха при его свободном движении вдоль поверхности теплообмена в зоне охлаждения.In our example, it is assumed that the cooling of the working fluid is carried out by natural convection of atmospheric air during its free movement along the heat exchange surface in the cooling zone.

При следующих заданных условиях:Under the following given conditions:

- температура атмосферного воздуха 15С;- atmospheric air temperature 15С;

- температура стенки камеры в зоне охлаждения 45 С (близка к температуре рабочего тела внутри камеры);- the temperature of the chamber wall in the cooling zone is 45 C (close to the temperature of the working fluid inside the chamber);

Поверхность теплообмена в зоне охлаждения (минимум 2-х камер) увеличена против геометрической поверхности этих 2-х камер, за счет применения небольшого оребрения, и составляет F=0, 534 м2.The heat exchange surface in the cooling zone (at least 2 chambers) is increased against the geometric surface of these 2 chambers, due to the use of small fins, and is F = 0.534 m2.

Коэффициент теплоотдачи для условий свободного движения воздуха можно принять на основании известных данных (Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов/Под ред. Чл.-корр. АН СССР П.Г. Романкова, Л.:, Химия, - 1987, стр. 171), в пределах 3-9 Вт/(м2*град).The heat transfer coefficient for the conditions of free air movement can be taken on the basis of known data (Pavlov K.F., Romankov P.G., Noskov A.A. Examples and tasks in the course of processes and apparatuses of chemical technology. Textbook for universities / Ed. Corresponding Member of the Academy of Sciences of the USSR P. G. Romankova, L.:, Chemistry, - 1987, p. 171), within 3-9 W / (m2 * deg).

При значении коэффициента теплоотдачи а=5 Вт/(м2*град), при разности температур между стенкой и охлаждающим воздухом dT=45 С -15 С=30 С, и при величине теплообменной поверхности F=0, 534 м2, количество отводимой в холодной зоне теплоты исчисляется величиной (произведение коэффициента теплоотдачи, разности температур и теплообменной поверхности): Qхз=a*dT*F=5 Вт/(м2*град) *30 С * 0, 534 м2 =80,1 Дж/сек = 80,1 Вт.With the value of the heat transfer coefficient a = 5 W / (m2 * deg), with the temperature difference between the wall and the cooling air dT = 45 C -15 C = 30 C, and with the value of the heat exchange surface F = 0.534 m2, the amount of heat removed in the cold the heat zone is calculated by the value (the product of the heat transfer coefficient, temperature difference and heat exchange surface): Qhz \u003d a * dT * F \u003d 5 W / (m2 * deg) * 30 C * 0.534 m2 \u003d 80.1 J / s \u003d 80, 1 W.

Отводимое тепло приводит к конденсации водяного пара в камерах зоны охлаждения.The heat removed leads to the condensation of water vapor in the chambers of the cooling zone.

Теплота конденсации/парообразования воды, при рабочей температуре 50С, согласно известным данным (Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов/Под ред. Чл.-корр. АН СССР П.Г. Романкова, Л.:, Химия, - 1987, стр. 548) исчисляется величиной 2380 кДж/кгThe heat of condensation / vaporization of water, at an operating temperature of 50C, according to known data (Pavlov K.F., Romankov P.G., Noskov A.A. Examples and tasks in the course of processes and apparatuses of chemical technology. Textbook for universities / Ed. Corresponding Member of the Academy of Sciences of the USSR P.G. Romankova, L.:, Chemistry, - 1987, p. 548) is calculated as 2380 kJ / kg

Делением значения отводимой теплоты, на значение теплоты конденсации/парообразования, находится скорость конденсации воды в зоне охлаждения:By dividing the value of the removed heat, by the value of the heat of condensation / vaporization, the rate of water condensation in the cooling zone is found:

80,1 Дж/сек: 2380 000 Дж/кг = 0,0336 * 10-3 кг/сек = 0,0336 г/с80.1 J/s: 2380,000 J/kg = 0.0336 * 10 -3 kg/s = 0.0336 g/s

В камере, выходящей из зоны нагрева в зону охлаждения, при температуре 104 С и давлении 113,35 кПа, содержится 0,97 г водяного пара (находится произведением плотности пара, при рабочих условиях в камере, -0,66 кг/м3 и объема камеры, - 0,00148 м3).The chamber leaving the heating zone into the cooling zone, at a temperature of 104 C and a pressure of 113.35 kPa, contains 0.97 g of water vapor (it is found by the product of the vapor density, under operating conditions in the chamber, -0.66 kg / m3 and the volume chambers, - 0.00148 m3).

Делением скорости конденсации рабочего тела (воды) в зоне охлаждения 0,0336 г/с на количество парообразного рабочего тела, образующегося в камере зоны нагрева 0,97 г вычисляется количество камер, выходящих в единицу времени из зоны нагрева в зону охлаждения: 0,0336 г/с.: 0,97 г/камера = 0,034 камер в секунду.By dividing the rate of condensation of the working fluid (water) in the cooling zone 0.0336 g / s by the amount of vaporous working fluid formed in the chamber of the heating zone 0.97 g, the number of chambers leaving the heating zone to the cooling zone per unit time is calculated: 0.0336 g/s: 0.97 g/camera = 0.034 cameras per second.

При количестве камер в техническом устройстве 6 один полный оборот ротора совершается за время 6: 0,034 = 176 сек.With the number of chambers in the technical device 6, one complete revolution of the rotor is completed in time 6: 0.034 = 176 sec.

При общей длине камер (длине периметра ротора) 4,55 м, линейная скорость вращения ротора исчисляется величиной: 4,55 м: 176 сек = 0,025 м/сWith a total length of the chambers (length of the perimeter of the rotor) of 4.55 m, the linear speed of rotation of the rotor is calculated by the value: 4.55 m: 176 sec = 0.025 m/s

При такой скорости вращения ротора, развиваемая мощность оценивается величиной (произведение силы дебаланса, на скорость перемещения): 2,4 кг * 0,025 м/с = 0,06 кг*м/с. Или, в системе СИ: 0,59 Вт.At such a rotor speed, the developed power is estimated by the value (the product of the unbalance force, by the speed of movement): 2.4 kg * 0.025 m / s = 0.06 kg * m / s. Or, in SI: 0.59 W.

Термический коэффициент полезного действия цикла преобразования тепловой энергии, вычисляемый по известной формуле (Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика. Москва «Энергоатомиздат» 1983, стр. 54), через соотношение температур рабочего тела (разность температур горячего и холодного рабочего тела, в градусах Кельвина, деленная на температуру горячего рабочего тела, в градусах Кельвина):The thermal efficiency of the thermal energy conversion cycle, calculated by the well-known formula (Kirillin V.A., Sychev V.V., Sheindlin A.E. Technical thermodynamics. Moscow "Energoatomizdat" 1983, p. 54), through the ratio of temperatures of the working fluid (temperature difference between hot and cold working fluid, in degrees Kelvin, divided by the temperature of the hot working fluid, in degrees Kelvin):

КПД=(377-323)/377=0,14 или 14%Efficiency \u003d (377-323) / 377 \u003d 0.14 or 14%

Передачу механической энергии вращения ротора рабочему органу потребителя энергии можно осуществить размещением ротора на валу, по центру вращения ротора, с подсоединением этого вала к валу потребителя энергии.The transfer of the mechanical energy of the rotor rotation to the working body of the energy consumer can be carried out by placing the rotor on the shaft, in the center of rotation of the rotor, with the connection of this shaft to the shaft of the energy consumer.

Испытания макета технического устройства (пример 4).Testing the layout of a technical device (example 4).

Техническое устройство макета. Конструкция, проектные параметры.Layout technical device. Construction, design parameters.

Макет собран на базе велосипедного колеса диаметром, 0,64 м. Для изготовления камер использованы гибкие металлические подводки для воды (сильфоны) Ду=32 мм. В качестве запорных впускных/выпускных устройствами между камерами применены пружинные обратные клапаны для воды.The layout is assembled on the basis of a bicycle wheel with a diameter of 0.64 m. For the manufacture of chambers, flexible metal water pipes (bellows) DN = 32 mm are used. Spring check valves for water are used as shut-off inlet/outlet devices between the chambers.

Конструкция макета: ротор колесообразной формы, внешним диаметром 0,7 м, с 6-тью камерами внутренним диаметром 0,032 м, сообщающимися между собой через запорные впускные/выпускные устройства (клапаны).Model design: a wheel-shaped rotor with an outer diameter of 0.7 m, with 6 chambers with an inner diameter of 0.032 m, communicating with each other through shut-off inlet/outlet devices (valves).

Запорные впускные/выпускные устройства между камерами -обратные клапаны известной конструкции (нормально-закрытые), приводятся в открытое положение перепадом давления на клапане естественно возникающем в процессе нагрева/охлаждения рабочего тела; перепад, требуемый для привода (открытия) клапана, - 50 мм.в.ст.Shut-off inlet/outlet devices between the chambers - check valves of a known design (normally closed), are brought into the open position by a pressure drop across the valve naturally occurring in the process of heating/cooling the working fluid; difference required to drive (open) the valve - 50 mm w.st.

Внутренний объем одной камеры 0,000245 м3 = 0,245 л. Общий объем (вместимость) образованного камерами внутреннего кольцевого пространства 0,00147 м3 = 1,47 л. Внутреннее кольцевое пространство заполнено жидким рабочим телом - водой на 30% от общей вместимости. Остаточный объем свободного от жидкости кольцевого пространства (70% от вместимости) 0,00102 м3 = 1,02 л. Объем воды (рабочего тела в жидкой фазе), образующей гидрозатвор в нижней части кольцевого пространства 0,00045 м3 = 0,45 л, масса (учитывая плотность воды 1000 кг/м3) - 0,45 кг.The internal volume of one chamber is 0.000245 m3 = 0.245 l. The total volume (capacity) of the inner annulus formed by the chambers is 0.00147 m3 = 1.47 l. The inner annular space is filled with a liquid working fluid - water by 30% of the total capacity. Residual volume of liquid-free annular space (70% of capacity) 0.00102 m3 = 1.02 l. The volume of water (the working fluid in the liquid phase) forming a water seal in the lower part of the annular space is 0.00045 m3 = 0.45 l, weight (taking into account the water density of 1000 kg/m3) - 0.45 kg.

Проектный максимальный дебаланс ротора 270 г. Design maximum rotor unbalance 270 g.

Проектный максимальный перепад высот уровней жидкости в гидрозатворе, при этом (в соответствии с геометрией кольцевого пространства) - 0,3 м = 300 мм.The design maximum height difference of liquid levels in the hydraulic seal, while (in accordance with the geometry of the annular space) - 0.3 m = 300 mm.

Проектный перепад давлений между камерами зоны нагрева и охлаждения, при таком перепаде высот, и, с учетом требуемого перепада давления на каждом клапане 50 мм.в.ст, исчисляется величиной: 500 мм. Или в системе СИ 4,9 кПа.The design pressure drop between the chambers of the heating and cooling zone, with such a height difference, and, taking into account the required pressure drop on each valve of 50 mm w.st, is calculated as: 500 mm. Or in the SI system 4.9 kPa.

Внутри кольцевого пространства до помещения в него воды, находился воздух. Проектное рабочее давление паровоздушной среды в камере зоны охлаждения - 101,3 кПа (принято равным атмосферному).Inside the annular space before the water was placed in it, there was air. The design working pressure of the steam-air medium in the chamber of the cooling zone is 101.3 kPa (taken equal to atmospheric pressure).

Проектное давление насыщенного водяного пара в камере зоны нагрева (выше проектного давления в камере зоны охлаждения на величину проектного перепада давлений между камерами) 101,3+4,9 кПа = 106,2 кПа.Design pressure of saturated water vapor in the chamber of the heating zone (higher than the design pressure in the chamber of the cooling zone by the value of the design pressure difference between the chambers) 101.3 + 4.9 kPa = 106.2 kPa.

Проектная температура рабочего тела в камере зоны нагрева, обеспечивающая это (106,2 кПа) давление насыщенного пара в камере зоны нагрева, согласно известным данным (Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов/Под ред. Чл.-корр. АН СССР П.Г. Романкова, Л.:, Химия, - 1987, стр. 548) 101 С, или, в градусах Кельвина, -374 К..The design temperature of the working fluid in the heating zone chamber, providing this (106.2 kPa) saturated steam pressure in the heating zone chamber, according to known data (Pavlov K.F., Romankov P.G., Noskov A.A. Examples and tasks for Course of Processes and Apparatuses of Chemical Technology Textbook for High Schools/Edited by Corresponding Member of the Academy of Sciences of the USSR PG Romankov, L.: Chemistry, - 1987, p. 548) 101 C, or, in degrees Kelvin -374 K..

Проектная температура рабочего тела в камере зоны охлаждения, примыкающей к гидрозатвору (принята с учетом характеристик охладителя - окружающего воздуха), +50 С, или, в градусах кельвина, 323 К.The design temperature of the working fluid in the chamber of the cooling zone adjacent to the hydraulic seal (accepted taking into account the characteristics of the cooler - ambient air), +50 C, or, in degrees Kelvin, 323 K.

Давление насыщенного водяного пара при этой температуре, согласно известным данным (Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов/Под ред. Чл.-корр. АН СССР П.Г. Романкова, Л.:, Химия, -1987, стр. 549), 12,3 кПа.The pressure of saturated water vapor at this temperature, according to known data (Pavlov K.F., Romankov P.G., Noskov A.A. Examples and tasks in the course of processes and apparatuses of chemical technology. Textbook for universities / Ed. Chl. Correspondent of the Academy of Sciences of the USSR P. G. Romankova, L .: Chemistry, -1987, p. 549), 12.3 kPa.

При проектном давлении в камере зоны охлаждения 101,3 кПа, и давлении рабочего тела - насыщенных водяных паров в ней 12,3 кПа, проектное парциальное давление воздуха в камере зоны охлаждения: 101,3 кПа - 12,3 кПа = 89кПа.With a design pressure in the cooling zone chamber of 101.3 kPa, and a pressure of the working fluid - saturated water vapor in it of 12.3 kPa, the design partial air pressure in the cooling zone chamber: 101.3 kPa - 12.3 kPa = 89 kPa.

Проектная объемная доля воздуха в камере, примыкающей к гидрозатвору в зоне охлаждения (численно равна отношению парциального давления воздуха к общему давлению в камере): 89кПа /101,3 кПа = 0,878.The design volume fraction of air in the chamber adjacent to the hydraulic seal in the cooling zone (numerically equal to the ratio of the partial air pressure to the total pressure in the chamber): 89 kPa / 101.3 kPa = 0.878.

Проектное количество (масса) воздуха в камере, примыкающей к гидрозатвору в зоне охлаждения (вычисляется через плотность воздуха в рабочих условиях в камере, - 1,09 кг/м3, объем камеры, - 0,000245 м3, и объемную долю воздуха в камере, - 0,878) 0,00023 кг = 0,23 г. The design amount (mass) of air in the chamber adjacent to the hydraulic seal in the cooling zone (calculated through the density of air under operating conditions in the chamber, - 1.09 kg / m3, the volume of the chamber, - 0.000245 m3, and the volume fraction of air in the chamber, - 0.878) 0.00023 kg = 0.23 g.

Эта величина одновременно является тем проектным количеством воздуха, которое требуется оставить в кольцевом пространстве ротора. И которое, в рабочих условиях, будучи сосредоточенным в камере, примыкающей к гидрозатвору в зоне охлаждения, будет, в совокупности с давлением насыщенного пара рабочего тела, создавать в этой камере проектное рабочее давление 101,3 кПа.This value is also the design amount of air that needs to be left in the annular space of the rotor. And which, under operating conditions, being concentrated in the chamber adjacent to the hydraulic seal in the cooling zone, will, in combination with the pressure of the saturated steam of the working fluid, create a design working pressure of 101.3 kPa in this chamber.

Перед началом работы (после помещения рабочего тела в виде воды в кольцевое пространство), из свободного от жидкости объема кольцевого пространства 0,00102 м3 = 1,02 л. находящегося изначально под давлением, равным атмосферному - 101, 3 кПа, необходимо удалить находящийся там воздух. Откачка воздуха должна осуществляется до величины остаточного давления в свободном от жидкости кольцевом пространстве 17,5 кПаBefore starting work (after placing the working fluid in the form of water in the annular space), from the liquid-free volume of the annular space 0.00102 m3 = 1.02 l. initially under pressure equal to atmospheric pressure - 101.3 kPa, it is necessary to remove the air located there. Air must be pumped out to a residual pressure in the liquid-free annular space of 17.5 kPa

Именно при таком остаточном давлении, остаточное количество воздуха в кольцевом пространстве будет исчисляться величиной 0,00023 кг = 0,23 г. (вычисляется через плотность воздуха в условиях вакууммированного пространства - 0,225 кг/м3 и объем пространства - 0,00102 м3) которая соответствует требуемому проектному остаточному количеству воздуха в кольцевом пространстве.It is at such a residual pressure that the residual amount of air in the annular space will be calculated as 0.00023 kg \u003d 0.23 g (calculated through the density of air in a vacuum space - 0.225 kg / m3 and the volume of space - 0.00102 m3) which corresponds to required design residual air quantity in the annulus.

Подготовка технического устройства к работе.Preparation of a technical device for work.

Удаление воздуха из свободного от жидкости кольцевого пространства осуществлялась путем продувки кольцевого пространства паром. Который вырабатывался внутри кольцевого пространства, за счет огневого нагрева нижнего участка ротора заполненного водой, вблизи гидрозатворного уровня.The removal of air from the liquid-free annular space was carried out by purging the annular space with steam. Which was developed inside the annular space, due to the fire heating of the lower section of the rotor filled with water, near the water seal level.

Для нагрева использовалось пламя бытовой газовой конфорки. Нагрев осуществлялся со стороны зоны охлаждения при разгерметизации кольцевого пространства ротора (для выпуска воздуха) над гидрозатвором в зоне нагрева. Воздух, вытесняемый из кольцевого пространства (частично, с водяным паром) выходил через место разгерметизации в окружающее пространство. Огневой нагрев велся до полного прогрева всей верхней части ротора, и был прекращен по достижения температуры стенки камеры у места разгерметизации 80°С.For heating, the flame of a household gas burner was used. Heating was carried out from the side of the cooling zone in case of depressurization of the annular space of the rotor (for air release) above the hydraulic seal in the heating zone. The air displaced from the annular space (partially with water vapor) exited through the place of depressurization into the surrounding space. Fire heating was carried out until the entire upper part of the rotor was completely heated, and was stopped when the temperature of the chamber wall at the place of depressurization reached 80°C.

Остаточное давление в кольцевом пространстве и остаточное количество воздуха не измерялось.The residual pressure in the annular space and the residual amount of air were not measured.

Работа технического устройства. Технические показателиOperation of a technical device. Technical indicators

В связи с тем, что техническое устройство оснащено запорными впускными/выпускными устройствами в виде обратных клапанов известной конструкции, которые в нормальном положении закрыты и приводятся в открытое положение перепадом давления на клапанах естественно возникающем в процессе нагрева/охлаждения рабочего тела, специальной подготовки - привода клапанов в рабочее положение, не требуется.Due to the fact that the technical device is equipped with shut-off inlet / outlet devices in the form of check valves of a known design, which are closed in the normal position and brought to the open position by a pressure drop across the valves naturally occurring during the process of heating / cooling the working fluid, special preparation - valve actuation in working position is not required.

В качестве нагревателя при испытании макета использовалось пламя бытовой газовой конфорки.The flame of a household gas burner was used as a heater when testing the model.

В качестве охладителя использовался окружающий воздух. Охлаждение осуществлялось в двух вариантах:Ambient air was used as a coolant. Cooling was carried out in two versions:

- без искусственного обдува (за счет естественного движения воздуха);- without artificial blowing (due to natural air movement);

- при обдуве зоны охлаждения бытовым вентилятором.- when blowing the cooling zone with a domestic fan.

Испытания макета проводились в помещении при температуре внутри 25С.The layout tests were carried out indoors at an internal temperature of 25C.

В процессе испытаний макета температура рабочего тела в камерах зоны нагрева и в камерах зоны охлаждения не измерялась.During testing of the layout, the temperature of the working fluid in the chambers of the heating zone and in the chambers of the cooling zone was not measured.

Результаты испытаний:Test results:

Через 45 секунд после включения газовой конфорки (начала подвода тепла в зоне нагрева), ротор начал медленно вращаться.45 seconds after turning on the gas burner (beginning of heat supply in the heating zone), the rotor began to rotate slowly.

При работе в условиях без искусственного обдува зоны охлаждения (при охлаждении за счет естественной конвекции воздуха) ротор совершил 2 полных оборота за 32 минуты. Линейная скорость вращения ротора (длина периметра, деленная на время одного полного оборота) 0,0022 м/с.When operating in conditions without artificial blowing of the cooling zone (with cooling due to natural air convection), the rotor made 2 complete revolutions in 32 minutes. Linear speed of rotation of the rotor (perimeter length divided by the time of one complete revolution) 0.0022 m/s.

При работе в условиях обдува зоны охлаждения бытовым вентилятором ротор совершил 2 полных оборота за 23 минуты. Линейная скорость вращения ротора (длина периметра, деленная на время одного полного оборота) 0,003 м/с.When operating in conditions of blowing the cooling zone with a domestic fan, the rotor made 2 complete revolutions in 23 minutes. Linear speed of rotation of the rotor (perimeter length divided by the time of one complete revolution) 0.003 m/s.

Притом, что в проведенных испытаниях макета была зафиксированы очень малые значения скорости вращения ротора, испытания однозначно подтвердили возможность осуществления заявляемого изобретения. В том числе, подтвердили возможность применения в качестве запорных впускных/выпускных устройств между камерами обратных клапанов с приводом от перепада давления на клапанах естественно возникающем в процессе нагрева/охлаждения рабочего тела.Despite the fact that in the tests of the layout, very small values of the rotor speed were recorded, the tests unequivocally confirmed the possibility of implementing the claimed invention. In particular, they confirmed the possibility of using check valves as shut-off inlet / outlet devices between the chambers driven by the pressure drop across the valves naturally occurring in the process of heating / cooling the working fluid.

Claims (10)

1. Способ преобразования тепловой энергии в механическую энергию вращательного движения путем нагрева и последующего охлаждения рабочего тела, заключающийся в том, что попеременно нагревают и охлаждают камеры, которые заполнены термочувствительным рабочим телом, стенки которых выполнены теплопроводными и имеют, полностью или частично, форму теплообменной поверхности, перераспределяют массу жидкости в роторе, создают весовой дебаланс ротора, что вызывает попеременное перемещение камер в зоны их нагрева и охлаждения, отличающийся тем, что попеременно нагревают и охлаждают камеры, которые расположены по окружности колесообразного ротора и сообщены между собой через впускные/выпускные клапаны или иные запорные впускные/выпускные устройства с образованием в совокупности внутреннего кольцевого пространства внутри ротора.1. A method for converting thermal energy into mechanical energy of rotational motion by heating and subsequent cooling of the working fluid, which consists in the fact that alternately heat and cool chambers that are filled with a heat-sensitive working fluid, the walls of which are made heat-conductive and have, in whole or in part, the shape of a heat exchange surface , redistribute the mass of fluid in the rotor, create a weight imbalance of the rotor, which causes the alternate movement of the chambers into the zones of their heating and cooling, characterized in that they alternately heat and cool the chambers, which are located around the circumference of the wheel-shaped rotor and communicate with each other through the inlet / outlet valves or other locking inlet/outlet devices with the formation in the aggregate of the internal annular space inside the rotor. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что термочувствительное рабочее тело помещают в образуемое камерами кольцевое пространство в виде жидкости, в количестве меньше вместимости кольцевого пространства, чем обеспечивается формирование в нижней части кольцевого пространства U-образного гидравлического затвора, а в верхней части над гидрозатвором - парогазовой среды, подвод тепловой энергии и отвод тепловой энергии осуществляют в зоне расположения камер, примыкающих к противоположным сторонам гидравлического затвора, при этом зона нагрева с одной стороны гидравлического затвора, зона охлаждения с другой стороны гидравлического затвора и сверху колесообразного ротора до зоны нагрева.2. The method according to claim 1, characterized in that the heat-sensitive working fluid is placed in the annular space formed by the chambers in the form of a liquid, in an amount less than the capacity of the annular space, which ensures the formation of a U-shaped hydraulic seal in the lower part of the annular space, and in the upper part above the hydraulic seal - a vapor-gas medium, the supply of thermal energy and the removal of thermal energy are carried out in the area of the chambers adjacent to opposite sides of the hydraulic seal, while the heating zone is on one side of the hydraulic seal, the cooling zone is on the other side of the hydraulic seal and on top of the wheel-shaped rotor to the heating zone . 3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что перераспределяемой жидкостью, создающей весовой дебаланс, является рабочее тело в жидкой фазе, перераспределение массы жидкости с созданием весового дебаланса происходит без изменения объема камер и осуществляется в виде перетекания жидкости по кольцевому пространству под действием разности давлений парогазовой среды по разные стороны U-образного гидравлического затвора.3. The method according to p. 2, characterized in that the redistributed fluid that creates the weight imbalance is the working fluid in the liquid phase, the redistribution of the mass of the liquid with the creation of the weight imbalance occurs without changing the volume of the chambers and is carried out in the form of fluid flow over the annular space under the action of the difference pressure of the gas-vapor medium on opposite sides of the U-shaped hydraulic seal. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что рабочее тело в жидкой фазе перемещается внутри кольцевого пространства ротора путем последовательно перетекания из камеры в камеру, рабочее тело подается в зону нагрева в жидком состоянии, в зоне нагрева испаряется, в зоне охлаждения конденсируется и далее вновь подается в зону нагрева в жидком состоянии.4. The method according to claim 1, characterized in that the working fluid in the liquid phase moves inside the annular space of the rotor by sequentially flowing from chamber to chamber, the working fluid is supplied to the heating zone in a liquid state, evaporates in the heating zone, condenses in the cooling zone and then it is again fed into the heating zone in the liquid state. 5. Способ по п. 2, отличающийся тем, что нагрев/охлаждение осуществляют при не менее чем одном закрытом клапане между камерами над гидрозатвором в зоне нагрева, при открытых клапанах, расположенных в жидкости, и не менее чем одном открытом клапане между камерами над гидрозатвором в зоне охлаждения, и с соблюдением следующей последовательности открытия/закрытия клапанов при прохождении ими зон нагрева и охлаждения в процессе вращения ротора: клапан в зоне нагрева, вышедший в процессе вращения ротора из гидрозатворной жидкости навстречу ее течению в открытом состоянии, закрывается тогда, когда на некотором удалении от уровня жидкости в гидрозатворе давление парогазовой среды под клапаном стало превышать давление среды над клапаном, перемещаясь далее при вращении ротора из зоны нагрева в зону охлаждения, клапан остается закрытым и открывается тогда, когда давление парогазовой среды сзади клапана стало ниже давления парогазовой среды перед клапаном, клапан входит в текущую навстречу гидрозатворную жидкость в открытом состоянии и остается открытым до достижения пространственного положения точки закрытия после выхода из гидрозатворной жидкости в зоне нагрева.5. The method according to p. 2, characterized in that heating / cooling is carried out with at least one closed valve between the chambers above the hydraulic seal in the heating zone, with open valves located in the liquid, and at least one open valve between the chambers above the hydraulic seal in the cooling zone, and subject to the following sequence of opening/closing of the valves as they pass through the heating and cooling zones during the rotation of the rotor: the valve in the heating zone, which, during the rotation of the rotor, left the hydraulic sealing fluid against its flow in the open state, closes when some distance from the liquid level in the hydraulic seal, the pressure of the vapor-gas medium under the valve began to exceed the pressure of the medium above the valve, moving further with the rotation of the rotor from the heating zone to the cooling zone, the valve remains closed and opens when the pressure of the vapor-gas medium behind the valve becomes lower than the pressure of the vapor-gas medium in front valve, the valve enters the current towards the hydro barrier fluid in the open state and remains open until the spatial position of the closing point is reached after exiting the barrier fluid in the heating zone. 6. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что количество рабочего тела, помещаемого в кольцевое пространство, в виде жидкости выбирают из условия: более того, что, будучи сосредоточенным в нижней части кольцевого пространства, полностью перекрывает сечение кольцевого пространства, но не более половины вместимости кольцевого пространства.6. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the amount of the working fluid placed in the annular space in the form of a liquid is selected from the condition: moreover, that, being concentrated in the lower part of the annular space, it completely covers the cross section of the annular space, but not more than half the capacity of the annulus. 7. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в качестве термочувствительного рабочего тела используется жидкость в виде воды, ртути или любого вещества, находящегося в рабочих условиях в жидком состоянии и имеющего в этих условиях давление насыщенных паров, достаточное для создания разности высот уровней жидкости в U-образном гидравлическом затворе не менее, чем величина диаметра колесообразного ротора.7. The method according to claim 1 or 2, characterized in that a liquid is used as a heat-sensitive working fluid in the form of water, mercury, or any substance that is in a liquid state under operating conditions and has, under these conditions, a saturated vapor pressure sufficient to create a difference the heights of the liquid levels in the U-shaped hydraulic seal are not less than the diameter of the wheel-shaped rotor. 8. Способ по п. 2, отличающийся тем, что после помещения рабочего тела в виде жидкости в кольцевое пространство из объема этого пространства, не заполненного жидкостью, удаляют находящийся там воздух, или азот, или другой инертный по отношению к рабочему телу газ, до того остаточного количества, которое в рабочих условиях, будучи сосредоточенным в объеме камеры, примыкающей к гидрозатвору в зоне охлаждения, будет в совокупности с давлением насыщенного пара рабочего тела создавать в этой камере такое давление парогазовой среды, которое задано проектом.8. The method according to p. 2, characterized in that after placing the working fluid in the form of a liquid in the annular space, the air, or nitrogen, or another gas inert with respect to the working fluid, is removed from the volume of this space that is not filled with liquid, up to the residual amount that, under operating conditions, being concentrated in the volume of the chamber adjacent to the hydraulic seal in the cooling zone, will, together with the pressure of the saturated steam of the working fluid, create in this chamber such a pressure of the vapor-gas medium that is specified by the project. 9. Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее ротор с камерами, заполненными термочувствительным рабочим телом, стенки которых выполнены теплопроводными и имеют, полностью или частично, форму теплообменной поверхности, отличающееся тем, что ротор имеет колесообразную форму, камеры расположены по окружности ротора, сообщены между собой через впускные/выпускные клапаны или иные запорные впускные/выпускные устройства с образованием в совокупности внутреннего кольцевого пространства колесообразного ротора.9. A device for implementing the method according to claim 1, containing a rotor with chambers filled with a heat-sensitive working fluid, the walls of which are made heat-conductive and have, in whole or in part, the shape of a heat exchange surface, characterized in that the rotor has a wheel-shaped shape, the chambers are located around the circumference of the rotor , are communicated with each other through inlet/outlet valves or other inlet/outlet locking devices to form together the inner annular space of the wheel-shaped rotor. 10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что количество камер, расположенных по окружности ротора, - не менее четырех.10. The device according to claim 9, characterized in that the number of chambers located around the circumference of the rotor is at least four.
RU2021112911A 2021-05-04 2021-05-04 Method of converting thermal energy into mechanical energy of rotational movement and device for its implementation RU2768138C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021112911A RU2768138C1 (en) 2021-05-04 2021-05-04 Method of converting thermal energy into mechanical energy of rotational movement and device for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021112911A RU2768138C1 (en) 2021-05-04 2021-05-04 Method of converting thermal energy into mechanical energy of rotational movement and device for its implementation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2768138C1 true RU2768138C1 (en) 2022-03-23

Family

ID=80819275

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021112911A RU2768138C1 (en) 2021-05-04 2021-05-04 Method of converting thermal energy into mechanical energy of rotational movement and device for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2768138C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2798637C1 (en) * 2022-06-29 2023-06-23 Владимир Николаевич Кулев Method for converting potential energy of gas working body into mechanical energy of rotational movement and device for its implementation

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4121420A (en) * 1976-12-30 1978-10-24 Schur George O Gravity actuated thermal motor
SU877111A1 (en) * 1979-08-24 1981-10-30 за витель Э.П.Коваленко Heat engine
SU1302013A1 (en) * 1985-10-22 1987-04-07 Э.П.Коваленко Device for converting heat energy to mechanical energy
DE4330505C1 (en) * 1993-09-09 1995-02-16 Alfred Dipl Ing Dulawa Energy wheel for the direct conversion of thermal energy into mechanical energy
CN106870312A (en) * 2017-02-23 2017-06-20 周晓军 Temp difference engine

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4121420A (en) * 1976-12-30 1978-10-24 Schur George O Gravity actuated thermal motor
SU877111A1 (en) * 1979-08-24 1981-10-30 за витель Э.П.Коваленко Heat engine
SU1302013A1 (en) * 1985-10-22 1987-04-07 Э.П.Коваленко Device for converting heat energy to mechanical energy
DE4330505C1 (en) * 1993-09-09 1995-02-16 Alfred Dipl Ing Dulawa Energy wheel for the direct conversion of thermal energy into mechanical energy
CN106870312A (en) * 2017-02-23 2017-06-20 周晓军 Temp difference engine

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2798637C1 (en) * 2022-06-29 2023-06-23 Владимир Николаевич Кулев Method for converting potential energy of gas working body into mechanical energy of rotational movement and device for its implementation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1492940B1 (en) Scroll-type expander having heating structure and steam engine employing the expander
AU728819B2 (en) Thermal hydraulic engine
CN101573564B (en) A closed cycle heat transfer device and method
US4747271A (en) Hydraulic external heat source engine
JP6140710B2 (en) Generator
JP2015518935A (en) Pressure power unit
JP2016514229A (en) Closed circuit plant
CN103328799A (en) Improvements in and relating to heat machines
US20100186405A1 (en) Heat engine and method of operation
RU2768138C1 (en) Method of converting thermal energy into mechanical energy of rotational movement and device for its implementation
MX2010009708A (en) Liquid displacer engine.
EP2458165A2 (en) Heat-Driven Power Generation System
US20130036732A1 (en) Rotary type stirling engine for green growth
BR112018002719B1 (en) THERMODYNAMIC ENGINE
US4311015A (en) Carnot cycle heat operated motor
RU2636638C2 (en) Method and device for supply of working body to engine heater
US20150337729A1 (en) Multi-staged thermal powered hydride generator
WO2005108769A1 (en) Reciprocating engine with cyclical displacement of working medium
RU2129661C1 (en) Steam power engine
EP2159386A2 (en) High efficiency solar thermal power generation system using a highly efficient heat exchanger and power conversion unit
KR100849506B1 (en) Scroll-type stirling cycle engine
US11761355B2 (en) Vapor-powered liquid-driven turbine
US20240151215A1 (en) Devices and methods for converting thermal, mechanical and/or electrical energy quantities
RU2810845C1 (en) Two-phase gravity motor
EP0244435A1 (en) Multiple energy generator with integrated thermal cycle.