Гвинтовий двигун

1 Гвинтовий двигун, що містить гвинтовий компресор, регенератор, гвинтовий детандер, який відрізняється тим, що компресор і детандер виконані кожний у формі диференціальної гвинтової машини, що містить дві з'єднані елементарні гвинтові машини з осьовою подачею робочого тіла, які оснащені сукупністю відособлених секцій каналів, при цьому елементарні гвинтові машини з'єднані так, що кожна нагнітаюча западина в роторі першої елементарної гвинтової машини з'єднана зі сполученою всмоктувальною западиною в роторі другої елементарної гвинтової машини щонайменше через одну відособлену секцію каналів, а кожна відособлена секція каналів оснащена засобом для теплового впливу на робоче тіло в цих каналах 2 Гвинтовий двигун за п 1 , який відрізняється тим, що відособлені секції каналів виконані у формі секцій рекуперативного теплообмінника, сполучені западини однойменних роторів першої і другої елементарних гвинтових машин приєднані до відособлених секцій теплообмінника через двобічний торцевий роздільник потоку, що має на кожному боці опозитно розташовані ПОДІЛЯЮЧІ перегородки, установлений примикаючим до суміжних зубцюватих торців роторів першої і другої елементарних машин із ущільнювальними зазорами, а частина корпусу, що охоплює торцевий роздільник потоку, виконана у вигляді секцюнованого радіального виступу, що має відособлені порожнини, з'єднані з ВІДПОВІДНИМИ каналами в двобічному роздільнику потоку, при цьому кожна секція рекуперативного теплообмінника виконана у вигляді ПОСЛІДОВНОСТІ трьох груп рівнобіжних теплообмінних трубок, так що початкові ділянки першої і кінцеві ділянки третьої групи трубок герметично закріплені в отворах радіального виступу, що входять у відособлені порожнини секцюнованого радіального виступу корпусу, а друга група рівнобіжних теплообмінних трубок з'єднана з першою і третьою групами через відособлені порожнини секцюнованих колекторів, розташовані напроти ВІДПОВІДНИХ відособлених порожнин секцюнованого радіального виступу корпусу по обидва боки від виступу 3 Гвинтовий двигун за п 2, який відрізняється тим, що корпус, що охоплює ротори диференціального компресора, виконаний із ЗОВНІШНІМИ поперечними ребрами і оснащений загальною камерою для подачі холодного теплоносія до секцій рекуперативного теплообмінника-охолоджувача компресора і до корпусу з ребрами, корпус, що охоплює ротори диференціального детандера, виконаний із ЗОВНІШНІМИ поперечними ребрами, має канали для подачі гарячого теплоносія в порожнини між ребрами, оснащений охолоджуваним бандажем, що спирається на ребра корпусу, і оснащений окремою теплоізольованою від бандажа камерою для подачі гарячого теплоносія до секцій рекуперативного теплообмінника-нагрівача детандера 4 Гвинтовий двигун за п 2, який відрізняється тим, що оснащений попереднім ізобарним нагрівачем рекуперативного типу, установленим після регенератора перед детандером, і попереднім ізобарним охолоджувачем рекуперативного типу, установленим після регенератора перед компресором 5 Гвинтовий двигун за п 2, який відрізняється тим, що гвинтові ділянки кожного з однойменних роторів диференціального компресора і диференціального детандера виконані на загальному валу з однаковим напрямком закручення гвинтових ЛІНІЙ, ВХІД у компресор і вихід з детандера розташовані на протилежних кінцях роторів, а висота зубів і ЗОВНІШНІЙ діаметр роторів на кожній наступній гвинтовій ДІЛЯНЦІ більші, ніж на попередній 6 Гвинтовий двигун за п 3 і п 4, який відрізняється тим, що він оснащений двома камерами згоряння, повітропідігрівником, газовим трактом і повітряним трактом, причому в кожній із двох ЛІНІЙ газового тракту, що сходяться перед повітропідігрівником, які починаються від камер згоряння, послідовно розміщені трубний пучок попереднього ізобарного нагрівача, частина відособлених секцій нагрівача детандера з одного боку детандера і теплообмінні поверхні повітропідігрівника, а повітряний тракт з'єднує холодні порожнини повітропідігрівника з камерами згоряння 00 о 1^ о> ю 59708 Винахід належить до галузі силових установок і теплових двигунів об'ємного витиснення, що працюють на гарячих газах чи продуктах згоряння і може бути використаний у виробництві теплових двигунів для транспортних засобів і енергетичних установок Є відомою гвинтова машина [1], що містить щонайменше дві гвинтових ділянки, кожна з яких включає корпус, ведучий (центральний) гвинтовий ротор і, щонайменше, один, що знаходиться з ним у зачепленні, ведений (периферійний) гвинтовий ротор Профілі гвинтових зубів зчеплених роторів сполучаються по безупинній лінії контакту Співвідношення чисел зубів ведучого (центрального), веденого (периферійного) роторів і числа ведених (периферійних) роторів задовольняє умові замикання ланцюжка порожнин у западинах роторів самого на себе, що відома також як умова К Монтеліуса Гвинтова частина роторів на різних гвинтових ділянках має різний крок гвинтових елементів, області сполучення двох сусідніх ділянок виконані у формі ущільнених стиків У самому стику безпосередньо сполучаються зубцюваті торці роторів, що мають однакові профілі Гвинтові ротори кожної з ділянок мають сукупність відособлених усмоктувальних (що більшають) западин, і відділену від неї безупинною ЛІНІЄЮ контакту в зачепленні зубів сукупність відособлених нагнітаючих (що меншають) западин Дві западини різнойменних (тобто ведучого і веденого) роторів тієї самої гвинтової ділянки, з'єднані між собою в області зачеплення (в зачту), утворюють парну порожнину Аналогічна сполучена парна порожнина мається і в западинах різнойменних роторів на ІНШІЙ ГВИНТОВІЙ ДІЛЯНЦІ Дві сполучені западини однойменних роторів (тобто двох ведучих чи двох ведених роторів) різних гвинтових ділянок з'єднані між собою в області стику суміжних ділянок, тому що профілі їх у торцевому перетині збігаються ВІДПОВІДНО ДВІ западини парної порожнини однієї гвинтової ділянки з'єднані в області стику суміжних гвинтових ділянок із двома сполученими западинами парної порожнини другої гвинтової ділянки, утворюючи елементарну замкнуту робочу камеру в замкнутому ланцюжку порожнин, ущільненому по обидва боки уздовж осі роторів рухливим сполученням зубів у зачепленні Об'єм елементарної замкнутої робочої камери розміщений по обидва боки від стику і складається з об'ємів нагнітаючих западин більшого кроку (нагнітаюча парна порожнина) першої ділянки й об'ємів усмоктувальних западин меншого кроку (усмоктувальна парна порожнина) другої ділянки При обертанні роторів робоче тіло витісняється з відособленої нагнітаючої парної порожнини в з'єднану з нею відособлену сполучену усмоктувальну парну порожнину, тому що об'єм нагнітаючої порожнини зменшується, а об'єм усмоктувальної порожнини збільшується Унаслідок різного кроку гвинтових елементів (різного ходу гвинтових елементів), а значить і різної швидкості зміни об'ємів, при обертанні роторів відбувається зменшення сумарного об'єму елементарної замкнутої робочої камери і стиск робочого тіла, що знаходиться в ній Відома гвинтова машина є машиною з осьовою подачею робочого тіла При подачі стиснутого газоподібного робочого тіла в порожнину на стороні гвинтової ділянки меншого кроку відома гвинтова машина працює в режимі розширювальної машини, тобто є гвинтовим двигуном Недоліком відомої гвинтової машини є обмежена можливість теплового впливу на газоподібне робоче тіло в її робочих камерах Найбільш близьким аналогом є гвинтовий двигун замкнутого (закритого) циклу [2], що містить установлені на одному валу гвинтовий компресор і гвинтовий детандер, обоє з діагональною подачею робочого тіла (тобто гвинтові машини типу А Лісхольма), з'єднані з ними ВІДПОВІДНИМ ЧИНОМ ізохорний нагрівач, ізохорний холодильник і ізохорний регенератор Двигун постачений взаємозалежними шнековими пристроями для подачі твердих часток з виходу на вхід гвинтового компресора і гвинтового детандера, і транспортування твердих часток для компресора через ізохорний охолоджувач, а твердих часток для детандера через ізохорний нагрівач ВІДПОВІДНО ВИХІД ІЗ ГВИНТОВОГО комп ресора з'єднаний із входом у гвинтовий детандер через ЛІНІЮ ізохорного регенератора, що нагрівається, і ізохорний нагрівач, а вихід із гвинтового детандера з'єднаний із входом гвинтового компресора через охолоджувану ЛІНІЮ ізохорного регенератора й ізохорний холодильник Гвинтові компресор і детандер мають ротори з однаковими розмірами, профілями і кутами нахилу витків У цьому двигуні ізотермічність процесів стиску з відводом теплоти і розширення з підведенням теплоти повинна бути забезпечена за рахунок теплоти, перенесеної дискретним потоком твердих часток між ЗОВНІШНІМИ (стосовно замкнутих робочих камер) теплообмінниками і замкнутими робочими камерами гвинтових машин Ізотермалізацію процесів стиску з відводом теплоти і розширення з підведенням теплоти у відомому двигуні передбачається досягти важко здійсненним шляхом, тому що уведення твердого дрібнодисперсного теплоносія в проточну частину гвинтової машини, що має безліч дуже малих зазорів між обертовими роторами і нерухомими розточками корпусів, неминуче приведе до заклинювання і зносу, що ставить під сумнів працездатність таких машин В основу винаходу поставлена задача забезпечити в гвинтовому двигуні ізотермалізацію процесів стиску робочого тіла в гвинтовому компресорі і розширення робочого тіла в гвинтовому детандері шляхом одночасного механічного і теплового 59708 впливу на робоче тіло в камерах компресора чи детандера ВІДПОВІДНО Зазначений технічний результат досягається при використанні гвинтового двигуна, що містить гвинтовий компресор, регенератор, гвинтовий детандер Новим у пропонованому двигуні є те, що компресор і детандер виконані кожний у формі диференціальної гвинтової машини, яка містить дві з'єднані елементарні гвинтові машини з осьовою подачею робочого тіла, що постачені сукупністю відособлених секцій каналів При цьому елементарні гвинтові машини з'єднані так, що кожна нагнітаюча западина в роторі першої елементарної гвинтової машини з'єднана зі сполученою усмоктувальною западиною в роторі другої елементарної гвинтової машини щонайменше через одну відособлену секцію каналів, а кожна відособлена секція каналів постачена засобом для теплового впливу на робоче тіло в цих каналах Одна з конкретних форм виконання двигуна, а саме гвинтовий двигун із замкнутим (закритим) циклом, характеризується тим, що в кожній диференціальній гвинтовій машині відособлені секції каналів виконані у формі секцій рекуперативного теплообмінника, а сполучені западини однойменних роторів першої і другої елементарних гвинтових машин приєднані до відособлених секцій теплообмінника через двобічний торцевий роздільник потоку, що має на кожній стороні опозитно розташовані ПОДІЛЯЮЧІ перегородки Роздільник установлений примикаючим до суміжних зубцюватих торців роторів першої і другої елементарних машин із ущільнювальними зазорами Тобто торцеві перетини сполучених западин, що примикають до двобічного торцевого роздільника потоку, також розташовані опозитно, друг проти друга Частина корпуса, що охоплює торцевий роздільник потоку, виконана у виді секцюнованого радіального виступу, що має відособлені порожнини, з'єднані з ВІДПОВІДНИМИ каналами в двобічному роздільнику потоків Кожна секція рекуперативного теплообмінника виконана у виді ПОСЛІДОВНОСТІ трьох груп рівнобіжних теплообмінних трубок, так що початкові ділянки першої і кінцеві ділянки третьої групи трубок герметично закріплені в отворах радіального виступу, що входять у відособлені порожнини секцюнованого радіального виступу корпуса, а друга група рівнобіжних теплообмінних трубок з'єднана з першою і третьою групами через відособлені порожнини секцюнованих колекторів Ці порожнини розташовані напроти ВІДПОВІДНИХ відособлених порожнин у секцюнованому радіальному виступі корпуса по обидва боки від виступу Корпус, що охоплює ротори диференціального компресора, виконаний із ЗОВНІШНІМИ поперечними ребрами і постачений загальною камерою для подачі холодного теплоносія до секцій рекуперативного теплообмінника-охолоджувача компресора і до корпуса з ребрами Корпус, що охоплює ротори диференціального детандера, має ЗОВНІШНІ поперечні ребра, має канали для подачі гарячого теплоносія в порожнині між ребрами і постачений охолоджуваним бандажем, що спирається на ребра корпуса Крім того, корпус детандера постачений окремою теплоізольованою від бандажа камерою для подачі гарячого теплоносія до секцій ре куперативного теплообмінника-нагрівача детандера Двигун постачений попереднім ізобарним нагрівачем рекуперативного типу, установленим після регенератора перед детандером, і попереднім ізобарним охолоджувачем рекуперативного типу, установленим після регенератора перед компресором Гвинтові ДІЛЯНКИ КОЖНОГО З однойменних роторів диференціального компресора і диференціального детандера виконані на загальному валу з однаковим напрямком закручення гвинтових ЛІНІЙ ВХІД у компресор і вихід з детандера розташовані на протилежних кінцях роторів, а висота зубів і ЗОВНІШНІЙ діаметр роторів на кожній наступній гвинтовій ДІЛЯНЦІ більші, ніж на попередній Двигун постачений двома камерами згоряння, повітропідігрівником, газовим трактом і повітряним трактом, причому в кожній із двох ЛІНІЙ газового тракту, що сходяться перед повітропідігрівником, які починаються від камер згоряння, послідовно розміщені трубний пучок попереднього ізобарного нагрівача, частина відособлених секцій нагрівача детандера з одного боку детандера і теплообмінні поверхні повітропідігрівника, а повітряний тракт з'єднує холодні порожнини повітропідігрівника з камерами згоряння Ознаки "диференціальний гвинтовий компресор" і "диференціальний гвинтовий детандер" вказують на те, що результуюча зміна об'єму елементарної робочої камери диференціальної гвинтової машини виходить як алгебраїчна сума змін об'ємів сполучених нагнітаючої й усмоктувальної парних порожнин двох різних елементарних гвинтових машин з осьовою подачею робочого тіла, з яких складається диференціальна гвинтова машина Ознака "гвинтова машина з осьовою подачею робочого тіла" має на увазі гвинтову машину, що включає центральний гвинтовий ротор і, щонайменше, один зчеплений з ним периферійний гвинтовий ротор, причому гвинтові ротори задовольняють умові замикання ланцюжка порожнин у западинах роторів самого на себе Наявність додаткового робочого простору відособлених секцій каналів, з'єднаного зі сполученими нагнітаючими й усмоктувальними западинами, а значить і з ВІДПОВІДНИМИ сполученими нагнітаючими й усмоктувальними парними порожнинами елементарних гвинтових машин, збільшує об'єм елементарної робочої камери на величину об'єму ВІДПОВІДНИХ відособлених секцій каналів, а отже створює потенційну можливість екстенсивного посилення теплового впливу на робоче тіло усередині елементарної робочої камери Запровадження додаткових засобів для теплового впливу на робоче тіло в цих каналах дозволяє ці можливості реалізувати Завдяки об'єднанню порожнин у западинах гвинтових роторів з порожнинами відособлених секцій каналів тепловий вплив на робоче тіло відбувається в елементарній робочій камері одночасно з механічним впливом зміни об'єму Зокрема, у диференціальному компресорі ВІДВІД теплоти від робочого тіла у відособленій секції каналів відбувається одночасно з механічним впливом зменшення об'єму елементарної робочої камери, а в диференціальному детандері ПІДВІД теплоти до робочого тіла у відособленій секції каналів відбувається одночасно з механічним впли 59708 вом збільшення об'єму елементарної робочої камери Тому в пропонованому двигуні забезпечується істотне наближення процесів стиску и розширення робочого тіла до ізотермічного процесу Уведення двобічного торцевого роздільника потоку з опозитно розташованими поділяючими перегородками забезпечує можливість газообміну між обертовими порожнинами в западинах гвинтових роторів і нерухомими порожнинами рекуперативних теплообмінників У такий спосіб забезпечується можливість створення дуже великих площ теплообмінних поверхонь шляхом збільшення КІЛЬКОСТІ теплообмінних трубок у секціях теплообмінників, що сприяє екстенсивному росту ступеня теплового впливу на робоче тіло усередині елементарних робочих камер Наявність оребрення корпусів компресора і детандера інтенсифікує теплопередачу між робочим тілом усередині гвинтових западин і теплоносієм, що подається до корпуса Завдяки наявності відособлених секцій каналів і оребренню корпусів тепловий вплив на робоче тіло забезпечується у всьому об'ємі елементарних робочих камер Охолоджуваний бандаж забезпечує можливість нагрівати корпус детандера при високому тиску робочого тіла Попередні ізобарний нагрівач і ізобарний охолоджувач компенсують неповноту регенерації тепла, що виникає внаслідок наявності температурного напору між робочим тілом у лінії регенератора, що нагрівається, й охолоджуваній лінії регенератора, що підсилює ізотермалізацію процесів стиску і розширення і забезпечує термодинамічному циклу двигуна конфігурацію регенеративного циклу Карно Виконання гвинтових частин роторів на загальному валу з однаковим напрямком закручення гвинтових елементів і з розташуванням входу в компресор і виходу з детандера на протилежних кінцях роторів забезпечують компактність двигуна і природне розвантаження опор роторів від радіальних та осьових сил тиску робочого тіла Дві камери згоряння, з'єднані газовим трактом кожна з частиною відособлених секцій нагрівача детандера на одному боці детандера, дають можливість розподілити тепло, що генерується, нерівномірно між різними сторонами нагрівача детандера, що обумовлено різним середнім тиском у секціях на різних сторонах нагрівача детандера Повітропідігрівник забезпечує зниження втрат тепла з продуктами згоряння, що відходять Пропоноване технічне рішення ілюструється кресленнями На фіг 1 зображений подовжній вертикальний розріз гвинтового двигуна зовнішнього згоряння з замкнутим (закритим) циклом На фіг 2 показаний східчастий поперечний розріз двигуна по А-А і Б-Б на фіг 1 На фіг 3 - східчастий поперечний розріз двигуна по В-В і Г-Г на фіг 1 На фіг 4 зображений горизонтальний східчастий розріз по Д-Д на фіг 3, повернений На фіг 5 зображений східчастий поперечний розріз по Е-Е і Ж-Ж на фіг 1 На фіг 6 зображений вид ліворуч з місцевими розрізами по тракту охолодної води в компресорі, газовому и повітряному трактах двигуна Гвинтовий двигун включає корпус високого тиску, що складається з декількох частин, а саме з 8 корпуса роторів 1, секцюнованого корпуса диференціального гвинтового компресора 2, секцюнованого корпуса диференціального гвинтового детандера 3, знімного корпуса опор 4, що пристикований до корпуса роторів, і корпуса регенератора 5 Корпус роторів закритий круглою кришкою 6, знімний корпус опор закритий круглою кришкою 7 У корпусі високого тиску розміщений центральний гвинтовий ротор 8, що має опуклі гвинтові зуби, периферійний гвинтовий ротор 9 з увігнутими гвинтовими зубами і трубний пучок 10 регенератора Гвинтові ротори постачені зубчастими колісьми 11,12, що утворюють синхронізуючу передачу, і установлені на підшипниках кочення 13, 14 і 15 Осьова фіксація ПІДЛОТНИКІВ у корпусі виконана за допомогою нарізевих фіксаторів 16, 17 і дистанційних шайб 18, а осьова фіксація ПІДШИПНИКІВ на роторах виконана за допомогою гайок 19, 20 Кінець центрального ротора виходить назовні з корпуса високого тиску через розміщене в кришці знімного корпуса опор кінцеве ущільнення 21 і постачений шліцами 22 Ротори мають кожний по чотири окремих гвинтових ділянок, що виконані на загальному валу, з яких ділянки 23 і 24 належать ВІДПОВІДНО першій і другій елементарним гвинтовим машинам диференціального гвинтового компресора, а ділянки 25 і 26 - першій і другій елементарним гвинтовим машинам диференціального гвинтового детандера Усі гвинтові ділянки кожного ротора виконані з однаковим напрямком закручування, але з різним кроком гвинтових ЛІНІЙ (ГВИНТОВИХ елементів) Висота зубів і ЗОВНІШНІЙ діаметр ротора на кожній наступній ДІЛЯНЦІ у напрямку від компресора до детандера більші, ніж на попередній Така різноманітність геометричних параметрів гвинтових ділянок забезпечує кожній елементарній гвинтовій машині різну осьову подачу робочого тіла Довжина гвинтової ділянки роторів кожної елементарної гвинтової машини дорівнює відстані між крайніми точками повного витка гвинтової западини периферійного ротора уздовж осі ротора Поряд із двома елементарними гвинтовими машинами 23, 24 диференціальний гвинтовий компресор містить двобічний торцевий роздільник потоку 27, який складається з двох частин, що зістиковані по вертикальному розніманню, з'єднаний своїми порожнинами (каналами) з ВІДПОВІДНИМИ порожнинами 28, 29 секцюнованого корпуса 2, і рекуперативний теплообмінникохолоджувач ЗО компресора Відособлена секція каналів охолоджувача компресора складається з пучків рівнобіжних теплообмінних трубок 31, 32, 33, відособлених порожнин 34, 35 секцюнованих колекторів 36, 37 Секцюновані колектори 36, 37 розташовані напроти ВІДПОВІДНИХ відособлених порожнин секцюнованого корпуса 2 по обидва боки від радіального виступу Об'єм елементарної робочої камери компресора складається з об'ємів сполучених парної нагнітаючої порожнини першої елементарної гвинтової машини і парної усмоктувальної порожнини другої елементарної гвинтової машини, відособленої секції каналів охолоджувача разом з ВІДПОВІДНИМИ відособленими сполучними каналами в секцюнованому корпусі, радіальному виступі і торцевому роздільнику потоку Аналогічно диференціальний гвинтовий детандер поряд із 59708 двома елементарними гвинтовими машинами 25,26 містить двобічний торцевий роздільник потоку 38, що складається з двох частин, зістикованих по вертикальному розніманню, з'єднаний своїми порожнинами (каналами) з ВІДПОВІДНИМИ порожнинами 39, 40 секцюнованого корпуса 3, і рекуперативний теплообмінник-нагрівач 41 детандера Відособлена секція каналів нагрівача детандера складається з пучків рівнобіжних теплообмінних трубок 42, 43, 44, відособлених порожнин 45, 46 секцюнованих колекторів 47, 48 Секцюновані колектори 47,48 розташовані напроти ВІДПОВІДНИХ відособлених порожнин секцюнованого корпуса З по обидва боки від радіального виступу Об'єм елементарної робочої камери детандера складається з об'ємів сполучених парної нагнітаючої порожнини першої елементарної гвинтової машини і парної усмоктувальної порожнини другої елементарної гвинтової машини, відособленої секції каналів нагрівача разом з ВІДПОВІДНИМИ відособленими сполучними каналами в секцюнованому корпусі, радіальному виступі і торцевому роздільнику потоку Компресор і детандер відділені друг від друга поперечною стінкою 49, що складається з двох частин, зістикованих по вертикальному розніманню Порожнини опор роторів відділені від вхідної порожнини компресора 50 і від вихідної порожнини детандера 51 ущільненнями 52 і 53 ВІДПОВІДНО Поперечна стінка обмежує об'єми вихідної порожнини 54 компресора і вхідної порожнини 55 детандера У знімному корпусі 4 мається порожнина 56 для охолодної рідини Знімний корпус, його кришка і кришка корпуса роторів установлені з ущільненнями 57, 58, 59 і закріплені шпильками 60 і гайками 61 Порожнини 62 і 63 під круглими кришками з'єднані зрівняльним трубопроводом (на кресленні не показаний) Трубний пучок регенератора з одного боку закріплений у корпус регенератора, а з іншого в компенсаторі теплових розширень, що складається з циліндричної втулки з підставами 64 і прикріплених до неї сильфонів 65, 66, що у свою чергу в двох місцях прикріплені до внутрішнього кільцевого виступу в корпусі регенератора Порожнина 67 циліндричної втулки з'єднана каналом 68 з вихідною порожниною 54 компресора Порожнина 69 регенератора з'єднана з порожниною70 виходу робочого тіла з охолоджуваної лінії регенератора каналом 71 Порожнина 72 входу робочого тіла в охолоджувану ЛІНІЮ регенератора з'єднана з вихідною порожниною детандера 51 Порожнини 72 і 70 охолоджуваної лінії з'єднані між трубним простором регенератора Порожнини 67 і 73 лінії регенератора, що нагрівається, з'єднаю через теплообмінні трубки трубного пучка 10 Порожнина 73 за допомогою отворів 74 у корпусі регенератора з'єднана через порожнини 75 з двома трубними пучками 76 попереднього ізобарного нагрівача (фіг 4) Частини корпуса роторів, що охоплюють гвинтові ділянки роторів, виконані з поперечними ребрами (фіг 1) ЗОВНІШНІЙ контур ребер має форму окружності На частину корпуса з ребрами, що охоплює гвинтові частини детандера, насаджені з попереднім натягом циліндричні оболонки 77, 78 з теплоізолювального сплаву, на які у свою чергу насаджені з попереднім натягом кільцеві бандажі 79, 80, що мають внутрішні кана 10 ли для охолодної рідини Поряд з корпусом високого тиску двигун має ВІДСІКИ НИЗЬКОГО тиску порожнина ЗО охолоджувача компресора в надягнутому на корпус тонкостінному кожусі 81, постачена штуцером для підведення охолодної рідини 82, порожнина 41 нагрівача детандера в надягнутому на секцюнований корпус детандера тонкостінному кожусі 83 з нанесеною на його поверхню теплоізолювальною оболонкою 84, пластинчато-ребристий повітропідігрівник 85, що має газовий тракт 86 із приєднувальним фланцем 87 на виході і повітряний тракт 88 із приєднувальним фланцем 89 на вході Газовий тракт повітропідігрівника з'єднаний своїм входом з порожниною нагрівача детандера Повітряний тракт має колекторну порожнину 90 Поперечні розрізи двигуна дають уявлення про з'єднання відособлених секцій теплообмінників з відособленими нагнітаючими й усмоктувальними порожнинами елементарних гвинтових машин Секцюнований корпус 2 надягнутий на поперечний радіальний циліндричний виступ компресорної частини корпуса роторів і прикріплений до нього герметично (фіг 2) Секції корпуса утворені перегородками 91, аналогічні перегородки 92 маються в радіальному виступі корпуса роторів У роздільнику потоку 27 ПОДІЛЯЮЧІ перегородки 93 розташовані опозитно по обидва боки і примикають із зазорами, що ущільнюють, до зубцюватих торців роторів на боці нагнітаючих западин роторів першої елементарної гвинтової машини 23 і на боці сполучених з ними усмоктувальних западин роторів другої елементарної гвинтової машини 24 Кожна усмоктувальна западина 94 роторів другої елементарної гвинтової машини компресора з'єднана через ВІДПОВІДНІ канали двобічного торцевого роздільника потоку, канали в радіальному виступі компресорної частини корпуса роторів і через відособлену секцію каналів зі сполученою нагнітаючою западиною однойменного ротора першої елементарної гвинтової машини компресора Секційна структура колектора 37 ілюструється місцевим розрізом на фіг 2, на якому показані перегородки 95, що відокремлюють порожнину 35 секцюнованого колектора 37 На поперечному розрізі Б-Б показане розміщення зчеплених гвинтових роторів у розточках компресорної частини корпуса роторів 1, профілі опуклих гвинтових зубів 96 центрального ротора, профілі увігнутих гвинтових зубів 97 периферійного ротора, поперечне ребро 98 компресорної частини корпуса роторів, що має ЗОВНІШНІЙ контур у формі окружності, кожух 81 охолоджувача компресора, постачений штуцерами 99 для відводу охолодної рідини з порожнини охолоджувача, і порожнина 100 для підведення охолодної рідини Там же показаний поперечний переріз пластинчато-ребристого повітропідігрівника 85, де зображено гофровані ребра повітряного тракту 101, гофровані ребра газового тракту 102 і ПОДІЛЯЮЧІ їх пластини 103 Секцюнований корпус 3 виконаний заодно з поперечним радіальним виступом детандерної частини корпуса роторів (фіг 3) Секції корпуса утворені перегородками 104 У роздільнику потоків 38 ПОДІЛЯЮЧІ перегородки 105 розташовані опозитно по обидва боки і примикають із зазорами, що ущільнюють, до зубцюватих торців роторів на боці 11 59708 12 нагнітаючих западин роторів першої елементарної ний охолоджувач складається з двох гілок, розтагвинтової машини 25 і на боці сполучених з ними шованих по обидва боки корпуса роторів, і містить усмоктувальних западин роторів другої елементадва трубних пучки 126, один кінець яких герметичрної гвинтової машини 26 Кожна усмоктувальна но закріплений у кронштейні 125 корпуса регенезападина 106 роторів другої елементарної гвинторатора, а інший герметично закріплений у кронвої машини детандера з'єднана через ВІДПОВІДНІ штейнах 127 компресорної частини корпуса ротоканали двобічного торцевого роздільника потоку, рів, і кожухів низького тиску 128, постачених штуканали в радіальному виступі детандерної частини церами 129 для проходу охолодної рідини через корпуса роторів і через відособлену секцію каналів між трубний простір попереднього ізобарного охозі сполученою нагнітаючою западиною однойменлоджувача Внутрішній простір труб пучків з'єднаного ротора першої елементарної гвинтової мано з порожнинами 130 у кронштейнах компресоршини детандера Секційна структура колектора 48 ної частини корпуса роторів і через них із вхідною ілюструється місцевим розрізом на фіг 3, на якому порожниною 50 компресора показані перегородки 107, що відокремлюють поТеплогенератором у конкретній формі викорожнину 46 секцюнованого колектора 48 На попенання двигуна є дві, розміщені по обидва боки речному розрізі Г-Г показане розміщення зчеплезнімного корпуса 4, камери згоряння 131 (фіг 5), них гвинтових роторів у розточках детандерної що містять основну оболонку 132, до якої прикріпчастини корпуса роторів 1, профілі опуклих гвинлені розміщені усередині її форсунка 133, завихтових зубів 108 центрального ротора, профілі увірювач повітря 134, жарова труба 135 і внутрішня гнутих гвинтових зубів 109 периферійного ротора, жароміцна оболонка 136, установлена з зазором поперечні ребра 110, що мають ЗОВНІШНІЙ контур у 137 біля основної оболонки Основна оболонка формі окружності, і подовжні ребра 111 Між попепокрита теплоізолювальним шаром 138 Зазор 137 речними ребрами детандера на ЗОВНІШНІЙ стороні між оболонками камери згоряння з'єднаний з повідетандерної частини корпуса роторів виконані катряним трактом 88 повітропідігрівника, а порожнинали 112 для гарячого теплоносія Початкова і ни камери згоряння 131 з'єднані з газовим трактом кінцева частина цих каналів з'єднані за допомогою 86 повітропідігрівника Кожна із двох ЛІНІЙ газового перехідних утулок 113 і 114, виконаних з теплоізотракту двигуна, що сходяться на вході в повітропіляційного матеріалу, з окремою теплоізольованою дігрівник, включає порожнину камери згоряння 131 від охолоджуваних бандажів 80 камерою для по(фіг 6), порожнину 139 попереднього ізобарного дачі гарячого теплоносія до секцій рекуперативнонагрівача, порожнину 140 камери нагрівача детанго теплообмінника в кожусі 83 Бандажі постачені дера і порожнини 86 повітропідігрівника В газовоштуцерами 115 для подачі охолодної рідини в каму тракті розміщені трубні пучки 76 попереднього нали 116 бандажів ізобарного нагрівача, трубні пучки 42, 43, 44 відособлених секцій нагрівана детандера і теплообУ корпусі 5 регенератора (фіг 4) виконана сисмінні поверхні повітряного тракту 88 повітропідігрітема порожнин і каналів, що забезпечує розгалувника Водяний тракт компресора включає живиження лінії, що нагрівається, у порожнині 73 і розльну порожнину 100 і порожнини 141 камери охогалуження охолоджуваної лінії в порожнині 70 лоджувача компресора, у яких розміщені трубні Охолоджувана ЛІНІЯ регенератора включає кільцепучки 31, 32,33 відособлених секцій охолоджувача вий канал 72, що охоплює гарячу частину трубного компресора пучка 10 регенератора, між трубний простір регенератора і порожнину розгалуження 70 ЛІНІЯ регеДана конкретна форма двигуна виконана з занератора, що нагрівається, включає кільцевий мкнутим (закритим) циклом, постачена дуттьовим канал 68, порожнину 67, внутрішні порожнини труб вентилятором і системою регулювання, у яку вхопучка 10 і порожнину розгалуження 73, що з'єднадять додатковий резервуар для стиснутого робона через отвори 74 та порожнини 75 із двома тручого тіла і додатковий компресор (на кресленнях бними пучками 76 попереднього ізобарного нагріне показані) вача, розташованими по обидва боки регенератоДвигун працює в такий спосіб Ідеальним терра Один кінець трубного пучка попереднього ізомодинамічним циклом зміни стану робочого тіла в барного нагрівача герметично і жорстко закріпледвигуні є регенеративний цикл Карно, що складаний у кронштейнах 117, виготовлених заодно з ється з процесів ізотермічного стиску з відводом корпусом регенератора У цих кронштейнах матепла в диференціальному гвинтовому компресоються порожнини 118, з'єднані з вхідною порожнирі, ізобарного підведення тепла в лінії регенератоною 55 детандера Інший, протилежний кінець ра, що нагрівається, і в попередньому ізобарному трубного пучка герметично закріплений у рухливій нагрівачі, ізотермічного розширення з підведенням щодо корпуса регенератора циліндричній утулці тепла в диференціальному гвинтовому детандері, 119 компенсатора теплових розширень, герметичізобарного відводу тепла в охолоджуваній лінії но приєднаної до кронштейнів 120 корпуса регерегенератора й у попередньому ізобарному охонератора за допомогою сильфонів 121, 122, розлоджувачі ташованих по обидва боки від кронштейна ЦилінПроцес стиску в диференціальному гвинтоводрична втулка вставлена в сполучену циліндричну му компресорі відбувається в такий спосіб Газовнутрішню порожнину кронштейна і постачена подібне робоче тіло при підвищеному початковому ковзними ущільненнями 123 Розгалуження 70 тиску, охолоджене у регенераторі й у попередньоохолоджуваної лінії регенератора з'єднано з вхідму ізобарному охолоджувачі до нижньої темпераними порожнинами 124 попереднього ізобарного тури циклу, надходить у вхідну порожнину 50 комохолоджувача, розміщеними в кронштейнах 125 пресора, ВІДКІЛЯ перетікає в усмоктувальні запакорпуса регенератора (фіг 5) Попередній ізобардини гвинтових роторів першої елементарної гвин 14 13 59708 тової машини компресора 23 Після заповнення детандера і через оребрений корпус від гарячого парної порожнини остання запирається на стороні теплоносія, який тече через порожнину 140 і канавходу і відкривається на протилежній стороні у ли 112 в корпусі Потім частина робочої камери, відособлену секцію теплообмінникарозміщена в западинах роторів другої елементарної гвинтової машини, закривається біля торцевоохолоджувача При подальшому обертанні роторів го роздільника потоку 38 і відкривається на стороні робоче тіло витісняється з нагнітаючих западин виходу з детандера в загальну порожнину 51, пісроторів першої елементарної гвинтової машини у ля чого вміст відсіченої частини камери витіснявідособлені секції охолоджувача компресора й ється в загальну порожнину 51 Те ж саме, але зі одночасно витісняється із секцій охолоджувача в зрушенням по фазі, відбувається у всіх інших росполучені усмоктувальні западини однойменних бочих камерах, розміщених в інших западинах роторів другої елементарної гвинтової машини 24 роторів компресора Протягом цього періоду відбувається переміщення елементарної робочої камери узОхолоджене в процесі регенерації робоче тіло довж осі роторів зі зменшенням її об'єму Робоче надходить з порожнини розгалуження 70 у труби тіло в камері стискується з одночасним відводом пучків 126 попереднього ізобарного охолоджувача, тепла від нього через теплообмінні трубки відосоде додатково охолоджується при постійному тиску блених секцій теплообмінника-охолоджувача і чехолодним теплоносієм в кожухах 128 до нижньої рез оребрений корпус до холодного теплоносія, температури циклу, і потім надходить у загальну який тече через порожнину 141 Потім частина вхідну порожнину 50 компресора Далі цикл повторобочої камери, розміщена в западинах роторів рюється другої елементарної гвинтової машини 24, закриДо однієї й тієї ж нерухомої відособленої секції вається біля торцевого роздільника потоку 27 і рекуперативного теплообмінника при обертанні відкривається на стороні виходу з компресора в роторів поперемінно приєднуються різні пари спозагальну вихідну порожнину 54, після чого вміст лучених нагнітаючої й усмоктувальної западин, відсіченої частини камери витісняється в загальну але тиск у них у момент приєднання буде однакопорожнину 54 Те ж саме, але зі зрушенням по вим До будь-якої іншої секції, зв'язаної з тим же фазі, відбувається у всіх інших елементарних роротором, поперемінно приєднуються ті ж самі пари бочих камерах, розташованих в інших западинах сполучених нагнітаючої й усмоктувальної западин, роторів але тиск робочого тіла в ній буде іншим, тому що в міру повороту роторів тиск у робочих камерах зміЗ загальної порожнини 54 по каналу 68 стиснюється Тому тиск у кожній відособленій секції нуте холодне робоче тіло надходить у регенератеплообмінників буде по-перше різним, по-друге тор і проходить через трубки пучка 10 Одночасно перемінним, коливним у деякому інтервалі біля через між трубний простір регенератора протитесереднього значення Напрямок зміни середнього чією проходить гаряче робоче тіло з загальної визначення тиску в суміжних секціях співпадатиме з хідної порожнини 51 детандера в порожнину рознапрямком зміни тиску в рухомій частці елементагалуження 70 При цьому відбувається регенерарної робочої камери ВІДПОВІДНОГО ротора, а КІЛЬція тепла - теплопередача від гарячого до холодКІСТЬ інтервалів буде дорівнювати КІЛЬКОСТІ відосоного робочого тіла - при постійному тиску Підігріте блених секцій, зв'язаних з конкретним ротором в процесі регенерації робоче тіло надходить з регенератора в трубні пучки 76 попереднього ізобарПовітря в теплогенератор подається з атмосного нагрівача, де додатково нагрівається при пофери дуттьовим вентилятором (на кресленнях не стійному тиску до верхньої температури циклу показаний) через фланець 89, попередньо підігрігазом з камери згоряння 131, і потім надходить у вається в повітропідігрівнику 85, по каналу 88 позагальну вхідну порожнину 55 детандера дається в канал-зазор 137, де також підігрівається Потім через завихрювач 134 нагріте повітря надПроцес розширення в детандері відбувається ходить у жарову трубу 135, де змішується з палив такий спосіб Газоподібне робоче тіло, підігріте в вом, що надійшло туди через форсунку 133 Суміш регенераторі й у попередньому ізобарному нагрізгоряє, продукти згоряння з камер згоряння 131 вачі до верхньої температури циклу, надходить у надходять у порожнини 139 ізобарного нагрівача і вхідну порожнину 55 детандера, ВІДКІЛЯ перетікає спочатку віддають тепло робочому тілу в трубних в усмоктувальні западини роторів першої елеменпучках 76 попереднього ізобарного нагрівача, потарної гвинтової машини детандера 25 Після затім надходять у камеру 140 нагрівача детандера й повнення парної порожнини вона запирається на у канали 112 корпуса детандера, де віддають тепстороні входу і відкривається на протилежній столо робочому тілу в секціях нагрівача детандера і в роні у відособлену секцію нагрівача детандера западинах роторів Далі продукти згоряння прохоПри подальшому обертанні роторів робоче тіло з дять через газовий тракт 86 повітропідігрівника, де нагнітаючих западин першої елементарної гвинтовіддають тепло дутєєвому повітрю, після чого чевої машини витісняється у відособлені секції нагрірез фланець 87 скидаються в атмосферу вача детандера й одночасно витісняється із секцій нагрівача в сполучені усмоктувальні западини одРегулювання режиму двигуна здійснюється нойменних роторів другої елементарної гвинтової шляхом зміни тиску робочого тіла Для зміни ремашини 26 детандера Протягом цього періоду жиму роботи двигуна додатковий компресор подає відбувається переміщення замкнутої елементарробоче тіло із резервуара з запасом стиснутого ної робочої камери уздовж осі роторів зі збільшенробочого тіла в корпус високого тиску чи навпаки із ням и об'єму Робоче тіло в камері розширюється з корпуса високого тиску в резервуар Запускання одночасним підведенням тепла до нього через двигуна здійснюється шляхом пускового підігріву теплообмінні трубки відособлених секцій нагрівача робочого тіла в детандері і наступного розкручу 15 59708 16 вання роторів стартером з передачею потужності 1 Патент України №24509А, МПК6 через шліцьовий кінець 22 центрального ротора F04C18/107,1998 Корисна потужність двигуна при його роботі зніма2 Авторское свидетельство СССР №1776843 ється також через шліцьовий кінець 22 центральAl, MnK5F02C1/10,1992 ного ротора Джерела інформації ЇГ.1 17 18 59708 в-в Г-Г 5 Фіг.З І0 19 59708 20 6.3 tf? 5 Фіг.4 Комп'ютерна верстка Л Ціхановська Підписано до друку 06 10 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна