Комбінований роторний двигун

Комбінований роторний двигун, який має привідні і компресорні камери, генератор газу, пристрої подачі і відведення парогазового паливного заряду, який відрізняється тим, що між компресорними і привідними поршневими камерами розміщено ресивер і імпульсний генератор газу у вигляді камери зовнішнього згорання з економайзером, які об'єднані разом з глушником в теплообмінник з запасом води для теплопостачання і для подачі в економайзер; компресорні поршневі камери приєднані до пристроїв подачі свіжого повітря і до ресивера, привідні поршневі камери приєднані до економайзера і глушника, камера зовнішнього згорання обладнана апаратами імпульсної подачі повітря, палива, електрозапалювання і зворотними клапанами, а економайзер обладнано інжектором води. Винахід відноситься до теплових двигунів і може бути використаний у сільському господарстві. В сучасних двигунах вн утрішнього згорання корисно використовується ~ 1/3 енергії палива. На двигуні потужністю 10кВт у навколишнє повітря викидається 20кВт теплової енергії. Підвищити коефіцієнт корисної дії можливо використовуючи механічну і теплову енергії і удосконалюючи термодинамічний цикл. Двигуни повинні бути придатними до роботи на різних паливах: дизельному і біодизельному, на природних газах і на біогазі, на бензинах і на водні, бути "всеїдними". Викиди двигунів у повітря повинні не перевищувати норм, закріплених законами. Ці задачі відомі і вирішуються вони відомими засобами. Підвищення до 86% використання енергії палива австрійською компанією GE Energy Ienbacher Divisin досягнуто на звичайних чотиритактних двигунах. Випускаються агрегати на поту жності до 3,0МВт. Мо торесурс 180 тис. годин. Джерело енергії - газ. Вищі показники можуть бути досягнуті на комбінованих двигунах. Комбіновані двигуни розглядаються [1, стор. 29-31] як новий етап у розвитку поршневих двигунів. До них належать прямоточні газові турбіни, газові турбіни з парогазовим циклом ("Водолій", Миколаївський завод "Зоря", Україна), газові турбіни з вільно поршневими генераторами газу (ВПГГ). Роторні торцеві двигуни дозволяють розширити застосування комбінованих поршневих машин, забезпечити підвищення економічності, всеядності, когенерації і надійності. Аналогами даного винаходу є прямоточні газові турбіни і газові турбіни із вільно поршневими генераторами газу. У перших спалювання палив відбувається у внутрішньому об'ємі, в зоні підвищеного тиску робочого заряду. Комбінованими ці UA (11) 84587 (13) (21) a200607277 (22) 30.06.2006 (24) 10.11.2008 (46) 10.11.2008, Бюл.№ 21, 2008 р. (72) АДАМЕНКО ІВАН ОЛЕКСІЄВИЧ, UA, АДАМЕНКО ОЛЕКСІЙ ІВАНОВИЧ, U A (73) АДАМЕНКО ІВАН ОЛЕКСІЄВИЧ, UA (56) UA a200511237, F02G1/00, 28.11.2005 UA, a200501283, F01B11/00, 14.02.2005 UA, a200605189, F02G1/00, 12.05.2006 DE 4008811, F02G1/00, 19.09.1991 GB 551125, 09.02.1943 GB 2362685, F02G1/04, 28.11.2001 JP 57143111, F02G5/00, 04.09.1982 JP 59180292, F02G5/02, 13.10.1984 JP 60006014, F02G5/00, 12.01.1985 UA 40666, F01C1/00, 16.10.2000 US 4357800, F02G1/06, 09.11.1982 Дмитренко Ю.М., Кле ван Р.А., Минкина В.Г., Жданов С. А. Получение водорода путем частичного окисления метана в волне фильтрационного горения. C2 2 (19) 1 3 84587 машини являються через наявність компресора і турбіни, які знаходяться на одному валу. Камера згорання розміщується між компресором і турбіною. Ближчим до даного винаходу є аналог - газові турбіни із генератором газу постійного тиску у вигляді підпружиненого поршня (турбіна з ВПГГ (російське СПГГ)). Цей аналог має газову турбіну, компресор повітря, паливну апаратуру, окрему камеру згорання. Недоліки аналогів: низькі тиски компресії повітря і згорання палив, температурна пере напруженість у всій зоні розширення робочих газів. Ці недоліки усунуто у газових турбінах з парогазовим циклом ("Водолій", Миколаївський завод "Зоря"). У робочий газ вприскується вода. Випаровуючись, вода зменшує температуру продуктів згорання і збільшує масу газо-парової суміші. Підвищується надійність агрегату і паливна економічність. Газові турбіни є прямоточними. Це перевага газових турбін. Даним винаходом вирішується задача побудови комбінованої машини з паро-газовою робочою сумішшю на базі роторних торцевих двигунів, у яких виділені компресорні і привідні поршневі камери з наявним зсувом фаз між ними. Ставиться задача "всеїдності" палив і використання теплової енергії від горіння палив у самому двигуні. Це досягнуто тим, що комбінований роторний двигун має привідні і компресорні поршневі камери, генератор газу, пристрої подачі і відведення парогазового паливного заряду і відрізняється тим, що для узгодження фаз потоків повітря, палива, паливного робочого заряду між компресорними і привідними поршневими камерами розміщуються ємність стисненого повітря - ресивер і імпульсний генератор газу - камера зовнішнього згорання з економайзером, об'єднаними разом з глушником в теплообмінник з запасом води для теплопостачання і для подачі в економайзер, компресорні поршневі камери приєднані до пристроїв подачі свіжого повітря і до ресивера, привідні поршневі камери приєднані до економайзера і глушника, камера зовнішнього згорання обладнується апаратами імпульсної подачі повітря, палива, електрозапалювання і зворотними клапанами, а економайзер обладнується інжектором води. Приведені малюнки розкривають суть винаходу. При цьому: Фіг.1 Схема комбінованого роторного двигуна. Фіг.2 Схема генератора газу. Фіг.3 Схема каналів генератора. Комбінований роторний двигун має привідні (поз. 1, Фіг.1) і компресорні (поз. 2, Фіг.1) поршневі камери об'єднані в групи повітряним колектором. Компресорні поршневі камери обладнані пристроями фільтрації і наддуву свіжого повітря. Вихід компресорних поршневих камер приєднаний до ресивера 4, який в свою чергу живить стисненим повітрям імпульсний генератор паро газової суміші, який складається із камери зовнішнього згорання 5 і економайзера 6. Вихід із економайзера приєднаний до вхідного патрубка 7 привідних по 4 ршневих камер 1, а вихід 8 приєднаний до глушника 9. Глушник, ресивер і генератор газу (5) розміщені у рекуперативному теплообміннику 12. з запасом води, достатнім для господарського використання і для подачі через інжектор 10 у економайзер 6. Економайзер виведений із теплообмінника і являється патрубком подачі паро газової суміші у колектори привідних поршневих камер. Всі джерела теплової енергії (стиснене компресором повітря, спалене паливо і відпрацьована паро газова суміш) об'єднується у теплообміннику. Генератор газу - це камера зовнішнього спалювання. Умови спалювання визначають всі економічні і екологічні показники. Пропонується 2 нові рішення для забезпечення "всеїдності" комбінованого роторного двигуна. 1. Використати плазму палива для запалювання і розігрівання генератора газу шля хом пропускання електричного розряду через паливну форсунку. На Фіг.2 поз. 14 показано електросвічку, яка має кільцевий канал паливної форсунки 11. Паливо проходить через свічку і потрапляє в зону електричного розряду. Електричний розряд іонізує паливо, розігріває до температур запалювання і розкладає паливо на простіші вуглеводні сполуки (крекінг-процес) і на водень, атомарний і молекулярний. В середовищі повітря паливо горить з високими температурами, що досягають 3000°С. Одночасно електричний розряд викидає паливо із зони розряду. 2. Другим досягненням сучасної науки про конверсію водню із органічних кислот є фільтраційне горіння [10]. Суть фільтраційного горіння створення хвилі підвищеного тиску і підвищеної температури при русі паливного заряду вздовж осі генератора газу. В цій хвилі за рахунок "нададіабатичного процесу" створюється водень, який згорає і спалює всі складові палива. Початковий процес створення водню у електричному розряді продовжується за рахунок саморозігрівання паливної суміші. Камера горіння не має обмежень у довжині шляху горіння. Високі температури горіння локалізуються застосуванням шамотних і базальтових матеріалів 15, які вміщуються в металеву тр убу 16. Диски із шамотної глини чи базальту виконуються із завчасно сформованими каналами, вкладаються в трубу (Фіг.3, Фіг.2). Еквівалентна (прохідна) площа щілин регулюється при застосуванні скосу. Кожний наступний диск зміщується на кут Df . Це дозволяє уніфікувати генератори газу для двигунів різної потужності. Диски 15 з каналами (щілинами) горіння збираються у пакети, між якими створюються зони перемішування. Вихід із камер горіння приєднується до економайзера, який має нижчі температури і обладнується інжектором води 16, зворотним клапаном 17, фланцями 18 для приєднання до колекторів повітря поршневих камер. Необхідно зауважити, що настройка клапанів і золотникових клапанів (не показуються на Фіг.2) повинна забезпечувати направлений рух газу із камери 5 в економайзер 6 і дальше в поршневу 5 84587 камеру чи в колектор поршневих камер. Вода, вприснута в економайзер, повинна випаровуватись в економайзері і колекторах. Фаза вприску води погоджується з фазою заслінки. Вприск води погоджується з фазою заслінки. Вприск води погоджується з фазою горіння імпульсу палива. Камери фільтраційного горіння описані в [10] стосовно конверсії метану у водень. Вони мають діаметр труби 150мм, такий же як діаметр поршня у сучасних двигунах. Наповнюються камери кульками діаметром 5мм із окислу алюмінію. Вільний поршень у газових турбінах ЗВПП також виконується на діаметрах ~ 150мм. Імпульси тиску у колекторах повітря підведення спостерігались у звичайних двигунах, які переводились на режим наддуву. Досліджені колектори повітряпідведення з резонаторами, груповими і індивідуальними патрубками. Задача вирішувалась, як досягти однакового заповнення поршневих камер [7, стор. 31, Фіг.10, Фіг.1]. В даному винаході імпульсне горіння і імпульсне поширення робочого заряду використовується для повного згорання палив, різних по енергії запалювання і температурі горіння. Камера фільтраційного горіння доповнена плазмовим викидом із свічки запалювання, який ініціює імпульс горіння [10]. Частота подачі палива в імпульсний генератор газу визначається частотою обертання і кількістю груп поршневих камер, що працюють в режимі привода, подача води в економайзер пропорційна частоті подач паро-газової суміші у поршневі камери. Розподіл паро газової суміші між поршневими камерами здійснюється за допомогою золотникових чи автоматичних клапанів, установлюваних на економайзері і на колекторі підведення паро газового заряду до поршневих камер. Це забезпечує зменшення камер горіння до однієї чи двох, роботу комутаційних апаратів в зоні низьких температур і, головне, роботу поршневих камер в режимі адіабатичного розширення паро газової суміші і п уск двигуна в режимі постійного тиску в приводних поршневих камерах. Після розгону двигуна групи камер переводяться в режим подачі порцій заряду перекриттям золотникових заслінок. Камера горінні в сталому режимі роботи не потребує постійного електрозапалюваня. Двигун переводиться на калильне запалювання. Комбінований роторний двигун забезпечує високотемпературне горіння в зовнішньому об'ємі. Між камерою горіння і поршневими камерами передбачено економайзер, в якому випаровується вода. Збільшується маса робочого газу, зменшується температура. 6 Реалізується два цикли: ізобарного розширення паро-газової суміші (при пуску) і адіабатичне розширення паро-газового заряду (стала робота). Утилізуються теплові втрати шляхом використання тепла. Підігріте повітря подається в зону горіння. Підвищуються тиски спалювання палив, компресії повітря. Уніфікуються компресорні і привідні поршневі камери. В комбінованих двигунах торцевими поршневими камерами доцільно збільшити кількість пересувни х заслінок, наприклад, подвоїти. Це дозволить підвищити рівномірність обертового моменту привідних камер. Комбінований роторний двигун повинен обладнуватись стартером і електрогенератором. Потужність електродвигунів і електрогенераторів не може входити в предмет патентування. Але когенераційні машини повинні мати генератори на повну потужність. Література: 1. В.П. Алексеев, В.Ф. Воронин, Л.В. Грехов и др. Двигатели внутреннего сгорания 4-издание. М. Машиностроенеие. 1990, 288стр. 2. В.Р. Кузнецов, В.А. Сабельников. Турбулентность и горение М., Наука 1986 г., 282 стр. 3. Г.Й. Кнехтгес. Новые разработки двигателей Ганновер. Высшая школа экономики и экологии Г. Гюртинг. - Гейслинген 2005, 12.11.05 Aqritechnika. 4. И.С. Пятов. Новое в развитии роторнопоршневых двигателей за рубежом. НИИАвтопром. М. 1970., 41стр. 5. А.С . Петруничев, И.С. Пятов. Зарубежные автомобильные роторно-поршневые двигатели НИИ Автопром. M. 1974г, 70стр. 6. Багатокамерний роторний двигун Заявка №200511237 (22) 28.11.2005 (71) Адаменко І.О. 7. Н.С. Ханин, Э.В. Аболтин, Б.Ф. Лямцов, Е.Н. Зайченко, Л.С. Ар шинов. Автомобильные двигатели с турбонаддувом. М. Ма шиностроение. 1991г., 336стр. 8. В.М. Архангельський, М.М. Виверт, А.М. Войнгов, Ю.А. С тепанов, В.И. Тр усов, М.С. Хова х. Автомобильные двигатели. Машиностроение. 1967г., 496стр. 9. Ю.Б. Свиридов. Смесеобразование и сгорание в дизелях. Л. Машиностроение 1974г., 224стр. 10. Ю.М. Дмитренко, Р.А. Клеван, В.Г. Минкина, С.А. Жданов. Получение водорода путем частично окисления метана в волне фильтрационного горения. IX Міжнародна енергетична конференція в Севастополі 2005p. 5-11. 09. Водородное материаловедение и химия углеродных наноматериалов стр. 1182-1183. 7 Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 84587 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601