RU2785025C1 - Closed loop combined air motor system with external heat source - Google Patents
Closed loop combined air motor system with external heat source Download PDFInfo
- Publication number
- RU2785025C1 RU2785025C1 RU2022112364A RU2022112364A RU2785025C1 RU 2785025 C1 RU2785025 C1 RU 2785025C1 RU 2022112364 A RU2022112364 A RU 2022112364A RU 2022112364 A RU2022112364 A RU 2022112364A RU 2785025 C1 RU2785025 C1 RU 2785025C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- air motor
- pipeline
- heat source
- circuit
- external heat
- Prior art date
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 7
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 5
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000712 assembly Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000003032 molecular docking Methods 0.000 description 2
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к пневмодвигателям, работающим от сжатого воздуха/газа, которые могут быть использованы в качестве замены электродвигателей для привода различных машин и механизмов, а также в качестве замены двигателей внутреннего сгорания для привода транспортных средств, пароходов, и пр.The invention relates to the field of mechanical engineering, in particular to pneumatic motors powered by compressed air/gas, which can be used as a replacement for electric motors to drive various machines and mechanisms, as well as a replacement for internal combustion engines to drive vehicles, ships, etc. .
Из уровня техники известны различные конструкции пневматических двигателей, включающие статор с эксцентрично установленным в нем ротором, в радиальных пазах которого расположены лопасти с возможностью их передвижения в плоскостях, проходящих через ось ротора, контактирующие своими концами с внутренней цилиндрической поверхностью статора, см., например, SU 1698459 А1, 15.12.1991 или SU 1165804 А, 07.07.1985, или SU 1188336 А, 30.10.1985, или DE 29811693 U1, 08.10.1998.Various designs of pneumatic motors are known from the prior art, including a stator with a rotor eccentrically mounted in it, in the radial grooves of which the blades are located with the possibility of their movement in planes passing through the axis of the rotor, contacting their ends with the inner cylindrical surface of the stator, see, for example, SU 1698459 A1, 12/15/1991 or SU 1165804 A, 07/07/1985, or
Однако, эти пневмодвигатели малоэффективны, поскольку требуют источника сжатого воздуха с большим давлением, что приводит к повышенному его расходу, а также чтобы получить больший крутящий момент на выходе, требуются большие габаритные размеры двигателя, поскольку в передаче крутящего момента фактически участвует только одна лопасть, и, следовательно, чем больше рабочая площадь лопасти, тем больший крутящий момент передает двигатель. Кроме того, очень сложна технология изготовления этих двигателей, поскольку требуется высокая точность изготовления ротора с пазами, в которых с минимальными допусками должны двигаться лопасти. КПД этих двигателей также снижается из-за большого трения стенок лопаток в пазах ротора, а также из-за трения их концевых кромок о внутреннюю поверхность статора.However, these air motors are inefficient, since they require a source of compressed air with a high pressure, which leads to an increased consumption of it, and also, in order to obtain more torque at the output, large overall dimensions of the motor are required, since only one blade is actually involved in the transmission of torque, and , therefore, the larger the working area of the blade, the greater the torque transmitted by the engine. In addition, the manufacturing technology of these engines is very complex, since high precision is required in the manufacture of a rotor with grooves in which the blades must move with minimal tolerances. The efficiency of these engines is also reduced due to the high friction of the blade walls in the rotor slots, as well as due to the friction of their end edges against the inner surface of the stator.
В качестве наиболее близкого аналога (прототипа) для заявленной системы комбинированного пневматического двигателя можно принять пневматический двигатель по патенту RU 2520768 С2, 27.06.2014, включающий статор с внутренней цилиндрической поверхностью, с фланцами, расположенными по его торцам с, по меньшей мере, одним впускным отверстием, сообщенным с источником сжатого воздуха и с, по меньшей мере, одним выпускным отверстием, эксцентрично установленный внутри статора ротор, выполненный в виде цилиндра с, по меньшей мере, двумя осевыми отверстиями, ориентированными вдоль его оси и проходящими по периферии упомянутого цилиндра, при этом каждое из этих осевых отверстий сообщается с наружной цилиндрической поверхностью ротора посредством продольного паза или, по меньшей мере, одного стыковочного отверстия, предназначенных для последовательной стыковки с упомянутыми впускным и выпускным отверстиями статора, причем упомянутые осевые отверстия выполнены глухими с двух сторон.As the closest analogue (prototype) for the claimed system of a combined pneumatic motor, you can take a pneumatic motor according to patent RU 2520768 C2, 06/27/2014, including a stator with an internal cylindrical surface, with flanges located at its ends with at least one inlet a hole communicated with a source of compressed air and with at least one outlet, a rotor eccentrically mounted inside the stator, made in the form of a cylinder with at least two axial holes oriented along its axis and passing along the periphery of the mentioned cylinder, with in this case, each of these axial holes communicates with the outer cylindrical surface of the rotor by means of a longitudinal groove or at least one docking hole designed for sequential docking with the said inlet and outlet holes of the stator, and the said axial holes are made blind on both sides.
Данное устройство также имеет существенные недостатки в виде необходимости использования источника сжатого воздуха с большим давлением, а также, чтобы получить больший крутящий момент на выходе, требуются также большие габаритные размеры двигателя. Кроме того, система имеет низкий КПД.This device also has significant disadvantages in the form of the need to use a source of compressed air with high pressure, and also, in order to obtain a greater output torque, large overall dimensions of the engine are also required. In addition, the system has a low efficiency.
Целью заявленного изобретения является устранение недостатков известных систем пневмодвигателей.The purpose of the claimed invention is to eliminate the shortcomings of known air motor systems.
В основу предложенного изобретения поставлена задача модернизации конструкции системы работы пневмодвигателя, устраняющую известные недостатки аналогов.The proposed invention is based on the task of modernizing the design of the air motor operation system, eliminating the known disadvantages of analogues.
Техническим результатом является повышение эффективности работы пневмодвигателя, повышение его КПД и крутящего момента.The technical result is to increase the efficiency of the air motor, increase its efficiency and torque.
Данный результат достигается тем, что система комбинированного пневмодвигателя замкнутого контура с внешним источником тепла включает комбинированный с компрессором пневмодвигатель, включающий цилиндро-поршневую группу (ЦПГ), а также головку блока цилиндра (ГБЦ) с системой впускного и выпускного коллекторов с клапанным механизмом, а также поршневой блок воздушного компрессора, приводимый в движение узлами пневмодвигателя, включающий узел впуска и узел выпуска рабочей среды, при этом,This result is achieved by the fact that the system of a combined air motor of a closed circuit with an external heat source includes an air motor combined with a compressor, including a cylinder-piston group (CPG), as well as a cylinder head (cylinder head) with an intake and exhaust manifold system with a valve mechanism, as well as piston block of the air compressor, driven by the air motor units, including the inlet unit and the outlet unit of the working medium, while,
узел выпуска по первому контуру трубопровода соединен с камерой сгорания внешнего источника тепла, включающего бак с вторичным теплоносителем, внешний источник энергии, а выходной патрубок камеры сгорания внешнего источника тепла по трубопроводу связан с впускным коллектором пневмодвигателя для передачи разогретой до рабочей температуры рабочей среды,the exhaust unit is connected via the first circuit of the pipeline to the combustion chamber of an external heat source, including a tank with a secondary coolant, an external energy source, and the outlet pipe of the combustion chamber of the external heat source is connected via a pipeline to the inlet manifold of the air motor to transfer the working medium heated to the operating temperature,
выпускной коллектор по второму контуру трубопровода связан с узлом впуска компрессора, при этом трубопровод на своем пути дополнительно проходит через воздушный теплообменник, где осуществляется охлаждение рабочей среды.the exhaust manifold is connected to the compressor inlet unit along the second circuit of the pipeline, while the pipeline on its way additionally passes through an air heat exchanger, where the working medium is cooled.
Система комбинированного пневмодвигателя замкнутого контура дополнительно включает промежуточный теплообменник, через который проходят оба контура трубопровода, для одновременного подогрева рабочей среды первого контура и охлаждения рабочей среды второго контура.The closed circuit combined air motor system additionally includes an intermediate heat exchanger, through which both pipeline circuits pass, for simultaneous heating of the working medium of the primary circuit and cooling of the working medium of the second circuit.
Выходной вал комбинированного пневмодвигателя на выходе из корпуса содержит уплотнительный узел.The output shaft of the combined air motor at the outlet of the housing contains a sealing unit.
Комбинированный с компрессором пневмодвигатель в одном корпусе включает генератор и/или гидромотор.The air motor combined with the compressor in one housing includes a generator and / or a hydraulic motor.
Далее, принцип работы устройства будет описан с учетом прилагаемой схемы по фиг.1, где изображена предпочтительная система комбинированного пневмодвигателя замкнутого контура с внешним источником тепла, гдеNext, the operating principle of the device will be described with reference to the accompanying diagram of FIG. 1, which depicts a preferred closed loop combined air motor system with an external heat source, where
1- пневмодвигатель комбинированный замкнутого контура с компрессором;1 - combined air motor of a closed circuit with a compressor;
2- впускной коллектор;2- intake manifold;
3- выпускной коллектор;3- exhaust manifold;
4- узел впуска компрессора;4- compressor inlet unit;
5- узел выпуска компрессора;5- compressor outlet unit;
6- воздушный теплообменник;6- air heat exchanger;
7- первый контур трубопровода;7 - the first contour of the pipeline;
8- камера сгорания внешнего источника тепла;8- combustion chamber of an external heat source;
9- второй контур трубопровода;9 - the second contour of the pipeline;
10- бак с вторичным теплоносителем;10 - tank with secondary coolant;
11- внешний источник энергии;11- external energy source;
12- выходной патрубок камеры сгорания;12- outlet branch pipe of the combustion chamber;
13- промежуточный теплообменник;13- intermediate heat exchanger;
14- уплотнительный узел;14- sealing unit;
15 - генератор и/или гидромотор15 - generator and / or hydraulic motor
16 - герметичный корпус16 - sealed case
Система комбинированного пневмодвигателя замкнутого контура с внешним источником тепла включает комбинированный с компрессором пневмодвигатель 1, размещенный в герметичном корпусе 16, включающий цилиндро-поршневую группу (ЦПГ), а также головку блока цилиндра (ГБЦ) с системой впускного 2 и выпускного 3 коллекторов с клапанным механизмом. Система имеет полностью замкнутый контур с двумя контурами трубопроводов. Комбинированный пневмодвигатель дополнительно включает поршневой блок воздушного компрессора, приводимый в движение узлами пневмодвигателя, например, посредством элементов толкания поршней компрессора, размещенных на коленчатом валу пневмодвигателя или иной схеме, обеспечивающей приведение в движение поршней воздушного компрессора.The system of a combined closed-loop air motor with an external heat source includes an
Поршневой блок воздушного компрессора включает узел впуска 4 и узел выпуска 5 рабочей среды. В качестве рабочей среды могут использоваться различные воздушные и легкокипящие жидкие смеси и/или газы. Наиболее эффективная работа системы осуществляется при использовании в качестве рабочей среды - фреона. Фреон обеспечивает его быстрый нагрев и охлаждение, большое изменение давления при нагреве, что положительно сказывается при его использовании в системе и ее эффективности.The piston unit of the air compressor includes an inlet assembly 4 and an outlet assembly 5 of the working medium. Various air and low-boiling liquid mixtures and/or gases can be used as the working medium. The most efficient operation of the system is carried out when freon is used as a working medium. Freon provides its rapid heating and cooling, a large change in pressure during heating, which has a positive effect on its use in the system and its efficiency.
Система комбинированного пневмодвигателя замкнутого контура с внешним источником тепла включает два замкнутых контура 7,9 трубопроводов. Система абсолютно герметична и потери в ней рабочей среды исключены.The combined air motor system of a closed circuit with an external heat source includes two closed circuits 7.9 pipelines. The system is absolutely hermetic and the loss of the working medium in it is excluded.
По первому контуру 7 трубопровода узел выпуска 5 соединен с камерой сгорания внешнего источника тепла 8 замкнутой (герметичной) связью. Из узла выпуска 5 воздушного компрессора осуществляется нагнетание рабочей среды непосредственно в камеру сгорания 8. Камера сгорания 8 внешнего источника тепла включает бак нагрева с вторичным теплоносителем 10 и внешний источник энергии 11. Таким образом, по данному контуру 7 трубопровода осуществляется передача охлажденной рабочей среды, ее нагрев в баке 10 с вторичным теплоносителем камеры сгорания 8, нагретым внешним источником энергии 11 и подача разогретой до заданной температуры рабочей среды во впускной коллектор 2 пневмодвигателя 1 для осуществления его работы. Температура теплоносителя в баке 10 не превышает 150°С, регулируется в зависимости от вида теплоносителя и заданной температуры.Through the
В качестве камеры сгорания 8 могут применяться различные устройства, например, устройства на базе газового или твердотопливного котлов, дизельный, пеллетный котлы и прочие устройства с камерами сгорания какого-либо топлива.Various devices can be used as a
Внешний источник энергии 11, в зависимости от конструкции выполнен в виде газовой/дизельной горелки, камеры сгорания твердого топлива и пр.The
Выходной патрубок 12 камеры сгорания 8 внешнего источника тепла по трубопроводу первого контура 7 связан с впускным коллектором 2 пневмодвигателя 1 для передачи разогретой до рабочей температуры рабочей среды и осуществления работы пневмодвигателя 1. Попадая во впускной коллектор 2, разогретая до рабочей температуры рабочая среда приводит к работе ЦПГ и осуществления передачи вращения на соответствующее устройство для передачи вращения 15 - генератор и/или гидромотор, каждый из которых может быть использован отдельно или оба вместе, в зависимости от необходимости. При этом генератор и/или гидромотор 15 могут быть размещены в одном герметичном корпусе 16 устройства или снаружи его.The
По второму контуру 9 трубопровода, осуществлена замкнутая (герметичная) связь от выпускного коллектора 3 до узла впуска 4 компрессора. По данному контуру 9 осуществляется передача рабочей среды, которая все еще имеет высокую температуру, ее охлаждение в воздушном теплообменнике 6 и вход охлажденной до заданной рабочей температуры рабочей среды в узел впуска 4 компрессора.On the
При этом второй контур 9 трубопровода на своем пути дополнительно проходит через воздушный теплообменник 6, где осуществляется охлаждение рабочей среды до необходимой температуры. Воздушный теплообменник 6 имеет, как правило, радиаторный блок и вентилятор для снятия тепловой энергии и охлаждения рабочей среды. Для повышения эффективности охлаждения дополнительно могут применяться более эффективные методы охлаждения, например гликолевый блок.In this case, the
Система комбинированного пневмодвигателя замкнутого контура дополнительно может включать промежуточный теплообменник 13, через который проходят оба контура 7,9 трубопровода, для одновременного подогрева рабочей среды первого контура 7 и охлаждения рабочей среды второго контура 9, что дополнительно повышает эффективность работы системы и ее КПД.The combined closed-loop air motor system can additionally include an
При этом выходной вал комбинированного пневмодвигателя на выходе из корпуса 16 содержит уплотнительный узел 14, для исключения утечек рабочей среды. Уплотнительный узел 14 может иметь различную конструкцию, при этом его особенности конструкции не являются частью испрашиваемого объема охраны данной заявки.At the same time, the output shaft of the combined air motor at the outlet from the
Таким образом, созданная модернизированная конструкция системы комбинированного пневмодвигателя замкнутого контура с внешним источником тепла обеспечивает повышение эффективности работы пневмодвигателя, повышение его КПД и крутящего момента.Thus, the created modernized design of the system of the combined closed-loop air motor with an external heat source provides an increase in the efficiency of the air motor, its efficiency and torque.
Claims (6)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2785025C1 true RU2785025C1 (en) | 2022-12-02 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2815640C1 (en) * | 2023-04-20 | 2024-03-19 | Владимир Викторович Михайлов | Icebreaker power plant |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2451159A1 (en) * | 1974-10-28 | 1976-05-06 | Geb Moser Heidemarie Tallafuss | Compressed air motor system - has several parallel storage vessels supplying a common thermal store driving main motor |
RU2011122351A (en) * | 2011-06-01 | 2012-12-10 | Михаил Александрович Лимонов | HEAT ENGINE |
RU2520768C2 (en) * | 2012-09-10 | 2014-06-27 | Владимир Семенович Миронов | Mironov's pneumatic motor (versions) and vehicle equipped therewith |
CN105201554B (en) * | 2015-09-23 | 2017-12-01 | 瑞安市源博洁净新能源再生研究所 | The air engine of the energy is used as using natural gas |
RU2757620C1 (en) * | 2021-03-18 | 2021-10-19 | Владимир Викторович Михайлов | Air engine system and method of its operation |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2451159A1 (en) * | 1974-10-28 | 1976-05-06 | Geb Moser Heidemarie Tallafuss | Compressed air motor system - has several parallel storage vessels supplying a common thermal store driving main motor |
RU2011122351A (en) * | 2011-06-01 | 2012-12-10 | Михаил Александрович Лимонов | HEAT ENGINE |
RU2520768C2 (en) * | 2012-09-10 | 2014-06-27 | Владимир Семенович Миронов | Mironov's pneumatic motor (versions) and vehicle equipped therewith |
CN105201554B (en) * | 2015-09-23 | 2017-12-01 | 瑞安市源博洁净新能源再生研究所 | The air engine of the energy is used as using natural gas |
RU2757620C1 (en) * | 2021-03-18 | 2021-10-19 | Владимир Викторович Михайлов | Air engine system and method of its operation |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2815640C1 (en) * | 2023-04-20 | 2024-03-19 | Владимир Викторович Михайлов | Icebreaker power plant |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6216462B1 (en) | High efficiency, air bottoming engine | |
KR102423941B1 (en) | Waste heat recovery system | |
WO2011058832A1 (en) | Engine waste heat recovery power-generating turbo system and reciprocating engine system provided therewith | |
US3995431A (en) | Compound brayton-cycle engine | |
US7314035B2 (en) | Rotary vane engine and thermodynamic cycle | |
US7044718B1 (en) | Radial-radial single rotor turbine | |
US3477226A (en) | Heat pump heat rejection system for a closed cycle hot gas engine | |
CN113756876B (en) | Novel pneumatic spin wave rotor structure | |
RU2785025C1 (en) | Closed loop combined air motor system with external heat source | |
RU2784137C2 (en) | Combined air motor system with external heat source | |
RU2745153C1 (en) | Steam rotor power generating plant | |
RU2790904C1 (en) | Closed loop combined air motor system with natural heat supply | |
RU2787615C1 (en) | Combined air motor system with forced air supply and external heat source | |
RU2757620C1 (en) | Air engine system and method of its operation | |
RU2799744C1 (en) | Closed loop combined air motor system with natural heat supply | |
RU200122U1 (en) | MULTI-VANE MOTOR | |
US3853434A (en) | Positive displacement rotary machine | |
GB2568908A (en) | Cylinder head apparatus | |
CN112012799B (en) | Sliding vane type engine | |
RU2801884C1 (en) | Integrated pneumatic engine system with forced air supply from heat exchanger boiler | |
US20020017099A1 (en) | Thermal engine | |
GB2442006A (en) | Waste heat driven Stirling engine | |
RU2792503C1 (en) | Combined power plant system | |
KR200249791Y1 (en) | engine using vane rotor | |
JP4344453B2 (en) | Rotary fluid machine |