SU973911A1

SU973911A1 - Hydropneumatic heat engine

Info

Publication number: SU973911A1
Application number: SU802961674A
Authority: SU
Inventors: Иван Алексеевич Будилкин; Владимир Васильевич Исаков
Original assignee: Войсковая Часть 73790
Priority date: 1980-07-18
Filing date: 1980-07-18
Publication date: 1982-11-15

Description

1one

Изобретение относитс к энергетике , а именно к тихоходным тепловым двигател м, в которых дл получени механической энергии используетс перемещение емкостей переменного объ ема в жидкой среде под действием сил плавучести Архимеда.The invention relates to power engineering, in particular to low-speed thermal motors, in which the displacement of variable volume containers in a liquid medium under the action of Archimedes buoyancy forces is used to obtain mechanical energy.

Наиболее бли-зким к изобретению вл етс гидропневматический тепловой двигатель, содержащий снабженные кла-,0 панами емкости переменного объема, установленные на бесконечной трансмиссии их перемещени , погруженной в жидкость и наход щейс в зацеплении с верхним и нижним валами, соединен- is ными с приемником механической энергии , а также источник гор чего рабочего тела и холодильник 1 .The closest to the invention is a hydropneumatic heat engine containing variable volume tanks equipped with a clapboard, 0 installed on an infinite transmission of their motion, immersed in a liquid and in engagement with the upper and lower shafts connected to the receiver. mechanical energy, as well as a source of hot working fluid and a refrigerator 1.

Недостатками известного двигател вл ютс узка область его примене- 20 ни , обусловленна использованием дл получени и нагрева рабочего тела взрывчатых веществ, а также большое гидравлическое сопротивление приThe disadvantages of the known engine are the narrow scope of its use, 20 due to the use of explosives for the preparation and heating of the working fluid, as well as the large hydraulic resistance at

перемещении в жидкости раздельно выполненных емкостей и невозможность создани пониженного давлени над поверхностью жидкости, следствием чего вл ютс большие габариты и низкий КПД устройства.the displacement in the fluid of separately made containers and the impossibility of creating a reduced pressure above the surface of the fluid, resulting in large dimensions and low efficiency of the device.

Цель изобретени - расширение области применени двигател , повышение КПД путем уменьшени гидравлического сопротивлени при перемещении емкостей в жидкости и уменьшение габаритов .The purpose of the invention is to expand the field of application of the engine, increase efficiency by reducing the hydraulic resistance when moving tanks in a liquid and reducing size.

Указанна цель достигаетс тем, что верхний и нижний валы выполнены полыми, соединены своими полост ми соответственно с холодильником и источником гор чего рабочего тела и снабжены патрубками, взаимодействующими с клапанами емкостей в период верхнего и нижнего их положени дл заполнени последних рабочим телом и опорожнени This goal is achieved by the fact that the upper and lower shafts are hollow, connected by their cavities, respectively, to a cooler and a source of hot working fluid, and provided with nozzles that interact with the valves of containers during their upper and lower positions to fill the latter with working fluid and empty

Емкости расположены с плотным примыканием друг к другу и образова39 нием единого горообразного полого тела, разделенного эластичными пере городками. . Двигатель снабжен охватывающ1 м е замкнутым кожухом с патрубком в верхней стенке, подключенным кдопо нительно установленному вакуумному насосу. При таком выполнении двигател область его применени расшир етс за счет возможности использовани разнообразных рабочих тел и различн источников тепловой энергии, уменьшение гидравлическогй сопротивлени обеспечиваетс вследствие более обтекаемой формы емкостей, габариты уменьшаютс за счет более компактно го их расположени и КПД увеличивае с за счет увеличени разница темnef )aTyp гор чего источника и холодильника при использовании в качест рабочего тела паров, конденсирующих с в вакууме при пониженной температуре . На чертеже изображен тепловой двигатель( разрез. Двигатель содержит емкости 1 переменного объема, снабженные нормал но закрытыми клапанами 2, установленные на бесконечной трансмиссии 3 их перемещени , погруженной s жид кость и выполненной, например, в ви цепи. Трансмисси 3 находитс в зацеплении с верхним 4 и нижним 5 полыми валами, соединенными с лриемником механической энергии (не пока зан), например, с электрическим ге нератором или с насосом Полость ве него вала соединена с холодильником , -1 полость нижнего вала 5- с и точником гор чего рабочего тела, например с камерой сгорани газообразного , жидкого или твердого топли ва или с парогенератором. Валы 4 и снабжены патрубками 6 с нормально закрытыми клапанами 7 на концах, вз имодействующими с клапанами 2 емкостей 1 в период верхнего и нижнего их положени дл заполнени последних .рабочим телом и опорожнени . Рассто ние между клапанами 2 емкостей 1 и между патрубками б подобр ны таким образом, что при возможном движении трансмиссии 3 патрубки 6 своими клапанами 7 герметично соедин ютс с клапанами 2 емкостей 1 . Соседние емкости .1 расположены с плотным примыканием друг к другу и образованием единого торообразного полого тела, разделенного эластичными перегородками 8, Емкости 1 и перегородки 8 выполнены из эластич-. ных тканевых или гофрированных материалов . Дл уменьшени тепловых потерь стенки емкостей 1 могут быть выполнены многослойными, например со слоем поролона внутри слоев резины, или из материала с высокой температурой плавлени и низкой теплопроводностью , например .в виде гофрированной асбестовой оболочки. Двигатель снабжен замкнутым кожухом 9 с.патрубком 10 в верхней стенке, подключенным к вакуумному насосу (не показан). ,1л обеспечени равномерной работы двигател и предупреждени разрыва емкостей переменного объема по причине переполнени их рабочим телом (например, при замедлении движени цепи или повышении давлени нагретого рабочего тела), а также дл исключени снижени КПД двигател из-за несвоевременного заполнени емкостей переменного объема рабочим телом (например, до прохода емкостью нижней мертвой точки) в патрубки 6 нижнего вала дополнительно вctpoeны регулирующие клапаны 11, управл емые счетчиками 12 масс или объема рабочего тела, подаваемого в каждую емкость переменного объема в очередной раз„ Дл синхронизации открыти регулирующих клапанов 11 с движением ем- костей 1 и счетчики 12 снабжены кнопками 13 сброса их показаний, выведенными на поверхность нижнего вала 5, и взаимодействующими с трансмиссией 3 на участке ее зацеплени с валом 5о При этом кажда кнопка 13 смещена по ходу возможного вращени вала 5 относительно соответствующего ей патрубка 6 на некоторый угол (например, на 90°), обеспечивающий оптимальное положение патрубка 6, а следовательно, и очередной емкости 1 переменного объема относительно нижней мертвой точки в момент начала заполнени емкости рабочим телом. Дл обеспечени возможности управлени мощностью двигател счетчики 12 рабочего тела могут быть соединены (например, электрически) с задающим устройством, позвл ющин измен ть показани счетчиков, при которых регулирующие клапаны перекрывают 5 сечение патрубков 6 нижнего полого вала. Двигатель работает следующим образом . В исходном состо нии кожух 9 заполнен жидкостью до полного погруже ни всех емкостей 1, в воздушном пр странстве над поверхностью жидкости поддерживаетс пониженное давление за счет всасывани воздуха через па трубок 10 вакуумным насосом. Одна из емкостей 1 смещена на некоторый угол по ходу движени вправо от ниж ней мертвой точки и находитс в гер м тичном соединении через клапаны 2 и 7 с одним из патрубков 6 нижнего полого вала 5з В исходном положе нии трансмисси 3 и поверхность вала 5 .воздействуют на приводы затворов этих клапанов 2 и 7, поддержива их в открытом состо нии Кнопка 13 сброса показаний счетчика 12 рабочего тела упом нутой емкости утоп лена, показание этого счетчика сбро шено на ноль, и регулирующий клапан 11, управл емый этим счетчиком, открыт . При подаче в полость нижнего вала 5 нагретого рабочего тела под да лением, превышающим давление жидкости в области нижней мертвой точки, происходит заполнение- емкости 1, сообщающейс с этой полостью, рабочим телом до того момента, пока не произойдетсовпадение показани сче чика 12 рабочего тела, заполнившего ,эту емкость, с показанием, установленным на задающем устройстве. При совпадении этих показаний регулирующий клапан 11 патрубка 6 закрываетс о Прекращение заполнени емкости рабочим телом может происходить и по другой- причине, а именно вслед ствие прекращени воздействи в результате движени трансмиссии 3 поверхности нижнего вала на привод затвора нормально закрытого клапана 2 данной емкости или прекращени воздействи внутренней повер ности трансмиссии 3 на привод затвора нормально закрытого клапана 7 патрубка 6, Емкость переменного объема, заполненна рабочим телом, значительно увеличивает свой объем при незначительном увеличении веса (так, например, 1 .кг вод ного пара при давлении 2 атм, и температуре 200°С занимает объем 1,1 м ) и под дей16 ствием гидростатической подъемной силы всплывает, привод в движение трансмиссию 3, валы и .5 и другие емкости переменного объема, кажда из которых при прохождении нижней мертвой точки также заполн етс рабочим телом, увеличива суммарное значение гидростатической подъемной силы. При прекращении воздействи трансмиссии 3 и поверхности вала 5 на приводы клапанов 7 и 2, через которые происходит заполнение емкости , указанные клапаны закрываютс , В процессе подъема емкостей переменного объема происходит адиабатическое расширение заключенного-в них рабочего тела, вызываемое уменьшением давлени окружающей среды, а следовательно, увеличиваетс и гидростатическа подъемна сила, так как плотность жидкой среды с уменьшением давлени практически не измен етс При достижении в процессе подъема каждой емкостью 1 верхнего полого вала клапан 2 этой емкости герметично соедин етс с клапаном 7 одного из патрубков 6 верхнего вала А. Трансмисси 3 воздействует На привод затвора этого клапана 7, а поверхность вала i воздействует на привод затвора клапана 2, соединенного с этим клапаном 7, поддержива указанные клапаны в открытом состо нии, в результате чего обеспечиваетс соединение полости емкости 1 с полостью верхнего вала Ц, В этом положении рабочее тело удал етс из емкости 1, так как в полости верхнего вала 4, сообщающейс с холодильником (например, с конденсатором или с атмосферой , поддерживаетс давление , меньшее, чем давлениежидкости на глубине верхней мертвой точки . Опорожненные емкости 1 уменьшадтс в объеме и, пройд верхнюю мертвую точку, погружаютс , увлекаемые трансмиссией 3 до нижней мертвой точки . Затем описанный рабочий цикл повтор етс . Предлагаемое изобретение обеспечивает использование энергии широкого класса тепловых источников, В качестве рабочего тела могут использоватьс продукты сгорани самых различных топлиз. При этом допускаетс наличие в .рабочем теле примесей твердых частиц и влаги, что позвол ет 7 решить проблему попутного получени механической энергии при подземной газификации угл . Кроме расширени области применени гидропневматических тепловых двигателей данное техническое решение обеспечивает повышение КПД за счет уменьшени гидравлического сопротивлени и увеличени используе мой разности температур, а также компактность конструкции. формула изобретени 1 о Гидропневматический тепловой двигатель, содержащий снабженные клапанами емкости переменного объема , установленные на бесконечной трансмиссии их перемещение, погруже ной в жидкость и наход щейс в заце плении с верхним и нижним валами, соединенными с приемником механической энергии, а также источник гор чего рабочего тела и холодильотличающийс тем, что, с целью расширени области при менени , верхний и нижний валы выпо нены полыми, соединены своими полост ми , соответственно, с холодильником и источником гор чего рабочего тела и снабжены патрубками, взаимодействующими с клапанами емкостей в период верхнего и нижнего их положени дл заполнени последних рабочим телом и опорожнени с 2.Двигатель по п„ 1, отличающийс тем, что с целью повышени КПД путем уменьшени гидравлического сопротивлени при перемещении емкостей в жидкости, последние расположены с плотным примыканием друг к другу и образованием единого торообразного полого тела, разделенного эластичными перегородками . 3.Двигатель по п, 1, отличающийс тем, что, с целью уменьшени габаритов и повышени КПД, он снабжен охватыващим его замкнутым кожухом с патрубком в верхней стенке, подключенным к дополнительно установленному вакуумному насосу. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе К Патент СССР № 7085, кл. F 03 G 7/06, опублик. 1928,The tanks are located with a tight junction to each other and the formation of a single, mountain-like hollow body divided by elastic partitions. . The engine is equipped with an enclosed housing with a nozzle in the upper wall, connected to a vacuum pump installed on the side. With such an engine, its application area is expanded due to the possibility of using various working fluids and various sources of thermal energy, a decrease in hydraulic resistance is provided due to a more streamlined shape of tanks, dimensions are reduced due to their more compact arrangement and efficiency increase due to an increase in the difference ) aTyp of a hot source and cooler when used as a working medium of vapors condensing with in vacuum at a low temperature. The drawing shows a heat engine (section. The engine contains variable volume tanks 1, fitted with valves that are normally closed, mounted on an infinite transmission 3 of their movement, a fluid sank and made, for example, in a chain. The transmission 3 is in engagement with the upper 4 and 5 lower hollow shafts connected to the receiver of mechanical energy (not shown), for example, an electric generator or a pump. The shaft of the shaft is connected to the cooler, -1 the cavity of the lower shaft 5- with and the hot spot A working body, for example, with a combustion chamber of gaseous, liquid or solid fuel or with a steam generator. Shafts 4 are equipped with nozzles 6 with valves 7 normally closed at the ends and acting with valves 2 of the containers 1 during their upper and lower positions to fill the latter. The distance between the valves 2 of the tanks 1 and between the pipes is similar in such a way that with the possible movement of the transmission 3 the pipes 6 are sealed to the valves 2 of the vessels 1 by their valves 7. Neighboring containers .1 are closely spaced to each other and form a single toroidal hollow body, divided by elastic partitions 8, Capacity 1 and partitions 8 are made of elastic. fabric or corrugated materials. To reduce heat losses, the walls of containers 1 can be made multi-layered, for example, with a layer of foam rubber inside the rubber layers, or from a material with a high melting point and low thermal conductivity, for example in the form of a corrugated asbestos sheath. The engine is equipped with a closed casing 9 with a pipe 10 in the upper wall connected to a vacuum pump (not shown). 1l to ensure uniform operation of the engine and prevent breaking of variable volume containers due to overfilling with their working fluid (for example, slowing down the chain movement or increasing the pressure of the heated working fluid), as well as avoiding a decrease in engine efficiency due to untimely filling of variable volume tanks with working medium (for example, before the passage through the bottom dead center), the control valves 11, controlled by counters of 12 masses or the volume of the working fluid, are additionally inserted into the nozzles 6 of the lower shaft; Once again, to synchronize the opening of the control valves 11 with the movement of the tanks 1 and the counters 12 are equipped with reset buttons 13, which are displayed on the surface of the lower shaft 5 and interact with the transmission 3 in its engagement with the shaft 5o In this case, each button 13 is displaced along a possible rotation of the shaft 5 relative to its corresponding socket 6 at some angle (for example, by 90 °), ensuring the optimum position of the socket 6, and hence the next tank 1 of the volume of the volume relative to the bottom dead center at the time of the beginning of the filling of the container with the working fluid. To enable the engine power to be controlled, the meters 12 of the working medium can be connected (for example, electrically) with a driver, allowing the meter readings to change when the control valves overlap 5 the cross section of the nozzle 6 of the lower hollow shaft. The engine works as follows. In the initial state, the housing 9 is filled with liquid until all the containers 1 are completely immersed, in the air space above the surface of the liquid a reduced pressure is maintained due to the air being sucked through the tubes 10 by a vacuum pump. One of the containers 1 is displaced by a certain angle in the direction of movement to the right of the lower dead point and is in a dry connection through valves 2 and 7 with one of the pipes 6 of the lower hollow shaft 5h In the initial position of the transmission 3 and the surface of the shaft 5. on the actuators of the valves of these valves 2 and 7, keeping them in the open state, the button 13 for resetting the readings of the counter 12 of the working medium of the above capacity is recessed, the reading of this counter is reset to zero, and the control valve 11 controlled by this counter is open. When a heated working fluid is fed into the cavity of the lower shaft 5 under a pressure exceeding the fluid pressure in the lower dead point, the tank 1, which communicates with this cavity, is filled with the working fluid until the counter of the working fluid counter coincides filled, this capacity, with the indication set on the master device. If these readings coincide, the control valve 11 of the nozzle 6 closes. Termination of filling the container with the working fluid may occur for another reason, namely due to the cessation of the effect of movement of the transmission 3 of the bottom shaft on the actuator of the normally closed valve 2 of this capacity or the cessation of the internal surface of the transmission 3 to the actuator of the valve of the normally closed valve 7 of the nozzle 6, the capacity of a variable volume filled with the working fluid increases significantly with With a slight increase in weight (for example, 1. kg of water vapor at a pressure of 2 atm and a temperature of 200 ° C occupies a volume of 1.1 m), the volume rises and, under the influence of hydrostatic lifting force, emerges, driving the transmission 3, shafts and .5 and other containers of variable volume, each of which, when passing through the bottom dead center, are also filled with working fluid, increasing the total value of the hydrostatic lifting force. When the transmission of the transmission 3 and the surface of the shaft 5 to the valve actuators 7 and 2, through which the container is filled, cease, these valves are closed. During the lifting of the variable volume containers, the prisoner-in working fluid expands adiabatically, caused by a decrease in environmental pressure, and therefore , the hydrostatic lifting force also increases, since the density of the liquid medium practically does not change with decreasing pressure. During the lifting process, each tank 1 its hollow shaft valve 2 of this container is sealed to valve 7 of one of the ports 6 of the upper shaft A. Transmission 3 acts on the valve actuator of this valve 7, and the surface of shaft i acts on the valve actuator of valve 2 connected to this valve 7, supporting the indicated the valves are in the open state, as a result of which the cavity of the container 1 is connected to the cavity of the upper shaft C, In this position the working fluid is removed from the container 1, since in the cavity of the upper shaft 4 communicating with the cooler (for example, with a vaporizer or with an atmosphere, a pressure less than the pressure of the liquid at the depth of the top dead center is maintained. The emptied containers 1 decrease in volume and, after passing the top dead center, are immersed, carried along by the transmission 3 to the bottom dead center. Then, the described duty cycle is repeated. The present invention provides the use of energy of a wide class of heat sources. As a working medium, combustion products of various types can be used. In this case, the presence in the working body of impurities of solid particles and moisture is allowed, which allows 7 to solve the problem of the associated generation of mechanical energy during underground gasification of coal. In addition to expanding the field of application of hydropneumatic heat engines, this technical solution provides increased efficiency by reducing the hydraulic resistance and increasing the used temperature difference, as well as compact design. Claim 1 about a hydropneumatic heat engine containing variable volume tanks installed on an infinite transmission, moving them immersed in a liquid and trapped in the upper and lower shafts connected to the receiver of mechanical energy, as well as a source of hot working body and cooling distinguished by the fact that, in order to expand the area of application, the upper and lower shafts are hollowed out, connected by their cavities, respectively, to a refrigerator and a source of hot water. the working fluid and are equipped with nozzles that interact with the valves of the containers during their upper and lower positions to fill the latter with the working fluid and empty the 2. The motor according to claim 1, characterized in that in order to increase the efficiency by reducing the hydraulic resistance when the tanks move in liquids, the latter are located with a dense abutment to each other and the formation of a single toroidal hollow body, divided by elastic partitions. 3. The motor according to claim 1, characterized in that, in order to reduce overall dimensions and increase efficiency, it is equipped with a closed casing enclosing it with a branch pipe in the upper wall connected to an additionally installed vacuum pump. Sources of information taken into account in the examination of USSR Patent No. 7085, cl. F 03 G 7/06, published 1928,

Claims

Claim

1 “Hydropneumatic heat engine containing variable volume containers equipped with valves, mounted on an endless transmission, immersed in liquid and meshed with upper and lower shafts connected to a mechanical energy receiver, as well as a source of hot working fluid and refrigerators - ²⁵ nick, characterized in that, in order to expand the scope, the upper and lower shafts are hollow, connected by their cavities, respectively, with a refrigerator and a source of hot working bodies and are equipped with nozzles interacting with the valves of the containers during the period of their upper and lower positions to fill the latter with a working fluid and to empty

2. The engine according to claim 1, characterized in that in order to increase the efficiency by reducing the hydraulic resistance when moving the containers in the liquid, the latter are located with a tight fit to each other and the formation of a single toroidal hollow body separated by elastic partitions.

3. The engine pop, 1, characterized in that, in order to reduce dimensions and increase efficiency, it is equipped with a closed casing covering it with a pipe in the upper wall connected to an additionally installed vacuum pump.