Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: энергетика, преимущественно для получения механической энергии в районах с жарким климатом и при наличии минерализованной воды. Сущность изобретения: двигатель состоит из тороидальных цилиндров 1, поршней 2 с поршневыми кольцами, коромысла 3 с центральным рычагом 4, оси, впускных заслонок 6, выхлопных заслонок 7, циклона 8, кривошипно-шатунного механизма 9 - 11. Компрессор состоит из тороидальных цилиндров 12, поршней 13 с поршневыми кольцами, коромысла 14 с центральным рычагом 15, оси, соединительного звена 17, впускных клапанов 18, выхлопных клапанов 19. Генератор 20 влажного воздуха снабжен входным патрубком воздуха, расположенным тангенциально к корпусу генератора, с целью закрутки поступающего из компрессора воздуха. Генератор 20 снабжен водяным насосом 21, блоком форсунок 22, патрубком 23 горячей воды, спускным краном 24 концентрированного раствора. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2006678
Класс(ы) патента: F03G7/06
Номер заявки: 5009003/06
Дата подачи заявки: 01.07.1991
Дата публикации: 30.01.1994
Заявитель(и): Сухин Дмитрий Емельянович; Бурлаков Владимир Иванович; Кучеренко Владимир Ильич; Варначев Лев Николаевич; Голубев Александр Михайлович; Уткин Борис Васильевич
Автор(ы): Сухин Дмитрий Емельянович; Бурлаков Владимир Иванович; Кучеренко Владимир Ильич; Варначев Лев Николаевич; Голубев Александр Михайлович; Уткин Борис Васильевич
Патентообладатель(и): Сухин Дмитрий Емельянович; Бурлаков Владимир Иванович; Кучеренко Владимир Ильич; Варначев Лев Николаевич; Голубев Александр Михайлович; Уткин Борис Васильевич
Описание изобретения: Изобретение относится к энергетике, преимущественно к получению механической энергии и может быть использовано при получении механической энергии и опреснении воды в районах с жарким климатом, где дефицитом является пресная вода и имеется наличие минерализованной воды. Кроме того, изобретение может быть использовано и в средних широтах земного шара при получении только механической энергии, если в получении пресной воды нет необходимости, а также для получения дополнительной механической энергии на тепловых электростанциях, работая за счет воды для охлаждения конденсаторов, особенно в зимнее время.
С особой эффективностью это изобретение может работать в тех местах, где есть возможность создания солнечного соляного пруда. Этот пруд представляет собой неглубокий (2-3 м) водоем, заполненный соленой водой с установившимся неоднородным распределением солености - вверху она невелика (доли или единицы процента), а внизу весьма значительна (десятки процента). За счет солнечной радиации вода в таком бассейне вблизи его дна нагревается почти до 100оС (известный рекорд 103оС). В отличие от морской или пресной воды крутой рассол при нагревании становится не легче, а тяжелее потому, что повышается растворимость тяжелой соли. Рассол при нагреве не поднимается и не отдает теплоту воздуху. Получается "жидкостная теплица". Тепловая инерция пруда очень велика, его температура слабо зависит от облачности или времени суток. Даже зимой на широте наших пустынь (40о с. ш. ) температура падает ниже 50оС (Янтовский Е. И. Повернуть к Солнцу. - Энергия, 1988, N 1, с. 39).
Известно устройство для получения механической энергии, которое включает испаритель, вакуумные насосы, турбину низкого давления и другие дополнительные устройства, работающие с использованием солнечного соляного пруда.
Недостатком этого устройства является то, что для получения электроэнергии из солнечных прудов необходимо оснастить их сложным технологическим оборудованием - турбиной низкого давления, вакуумными насосами, конденсатором с большим теплообменником. Это приведет к чрезмерному удорожанию всей системы, затруднит ее эксплуатацию, а выход пресной воды не увеличится ни на один кубометр (Энергия, 1988, N 6, с. 90).
Целью изобретения является повышение КПД.
Поставленная цель достигается тем, что устройство для получения механической энергии, содержащее механизм преобразования тепловой энергии в механическую, связанный с выходным валом, и источник теплового воздействия, снабжено компрессором и генератором влажного воздуха, соединенными между собой трубопроводом подвода влажного воздуха, при этом генератор влажного воздуха выполнен в виде циклона с установленным в нем блоком форсунок, подключенным к насосу, который связан через подпитывающий патрубок с истоником теплового воздействия и подсоединен выпускным патрубком с механизмом преобразования тепловой энергии, который кинематически связан с компрессором через шарнирный кривошипно-коромысловый механизм. На корпусе циклона выполнен попитывающий патрубок и расположен в нем выше уровня рабочей жидкости источника теплового воздействия. Устройство снабжено сливным краном, установленным в нижнем торце циклона.
Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критеpию "новизна".
Анализ известных технических решений показал, что авторами не выявлены конструктивные решения получения механической энергии за счет разности работ двигателя, работающего на влажном воздухе, и компрессора, подающего сухой воздух в генератор влажного воздуха.
На фиг. 1 представлено устройство для получения механической энергии; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.
Устройство состоит из двигателя, компрессора и генератора влажного воздуха.
Двигатель состоит из тороидальных цилиндров 1, поршней 2 с поршневыми кольцами коромысла 3 с центральным рычагом 4, оси 5, впускных заслонок 6, выхлопных заслонок 7, циклонов 8, кривошипно-шатунного механизма 9-11.
Компрессор состоит из тороидальных цилиндров 12, поршней 13 с поршневыми кольцами, коромысла 14 с центральным рычагом 15, оси 16, соединительного звена 17, впускных клапанов 18 и выхлопных клапанов 19.
Генератор 20 влажного воздуха снабжен входным патрубком воздуха расположенным тангенциально к корпусу генератора, с целью закрутки поступающего из компрессора воздуха. Генератор влажного воздуха снабжен водяным насосом 21, блоком форсунок 22, патрубком 23 горячей воды и спускным краном 24 концентрированного раствора.
Детали, соприкасающиеся с горячей водой и окружающей средой, снабжены теплоизоляцией (не показана).
Устройство работает следующим образом.
R2 больше R1. При вращении кривошипа радиусом r, меньшим R1, рычаг двигателя R1 совершает колебательное движение, равное углу α, который больше угла β (колебания рычага компрессора R2). Так как диаметры цилиндров у двигателя и компрессора равны, то за один оборот кривошипа z рабочий объем цилиндров двигателя больше рабочего объема цилиндров компрессора.
При соответствующем давлении в генераторе влажного воздуха и соответствующей диаграмме газораспределения (диаграмма газораспределения не показана) устройство является работоспособным.
Обратимся к конкретному примеру работы устройства с использованием солнечного соляного пруда.
Имеется солнечный соляной пруд с температурой нижнего слоя воды 90 и верхнего слоя воды 30оС (Эффективность системы преобразования энергии океана. Сб. научных трудов, с. 19. /АН СССР, Дальневосточное отделение, Тихоокеанский океанологический институт, Владивосток, 1967).
Часть емкости генератора влажного воздуха заполняется из нижнего слоя пруда горячей водой (t = 90оС), вращают маховик механизма 11. Начинает работать компрессор с автоматически действующими клапанами 18 и 19. Всасываемый сухой воздух при t2 = 30оС и давлении 1 бар адиабатно сжимается до давления 1,7011 бар. Такое давление создается в генераторе при насыщении воздуха водяным паром при температуре воды 90оС. (Рабинович С. И. Сборник задач по технической термодинамике. М. : Машиностроение, 1969, с. 335, табл. XII).
Воздух, входя тангенциально в генератор, приобретает вращательное движение, соприкасаясь с мелко распыленной водой за счет форсунок 22 и насоса 21, подогревается до 90оС, увеличиваясь в объеме, и насыщается водяным паром при том же давлении. Образованная паровоздушная смесь попадает через центральный отвод в двигатель. Благодаря вращательному движению паровоздушная смесь выходит из генератора в двигатель без воды в капельном состоянии (только пар и воздух).
Двигатель работает как обычная паровая машина. При адиабатном расширении в цилиндре двигателя часть пара конденсируется и паровоздушная смесь вместе с капельками воды попадает в циклон 8 (он без тепловой изоляции). В циклоне продолжается конденсация и отсепарированая пресная вода через нижний патрубок выходит наружу. Через верхний патрубок выходит воздух.
Концентрация раствора в генераторе постепенно увеличивается и, доходя до определенного предела, удаляется через спускной кран 24. Генератор влажного воздуха наполняется горячей водой через патрубок 23. Смена рассола в генераторе производится без остановки работы устройства.
Конкретизируем этот процесс цифровыми данными:
t2 = 30оС (Т2 = 303), t4 = 90оС (Т4 = 363). Объем сухого воздуха в т. 2: из формулы PV = RT, V2 = (Rв·T2)/P2,
RB = 287 Дж/кг ˙ н,
Р2 = 1 бар
V2 = (287·303)/(1·105) = 0,86961 м3. Температура сухого воздуха в т. 1: из формулы адиабатного сжатия
T2/T1= (P2/P1)к-1/к
T1= T2/(P2/P1)к-1/к= 303(1/1,7011)1,4-1/1,4= 352,6675°,
V1= (Rв·T)/P1= (287·352,6675)/(1,7011·105) = 0,5950007 м3,
V4= (Rв·T4)/P = (287·363)/(1,7011·105) = 0,6124331 м3,
Если считать чистый пар, который только поступил в воздух в генераторе влажного воздуха при t = 90оС, то ρ''90o - ρ''30o = 0,4235 - 0,03037 = 0,39313 кг/м3 на 1 кг сухого воздуха
0,39313 - 1 м3
хкг - 0,86961 м3
х = =
= 0,3418697 кг пара/кг воздуха. Из формулы адиабатного процесса
P3/P4= (V4/V3)к
V3= V4/(P3/P4)1/к= [0,6124331/(1/1,7011)1/1,4] = 0,8950979 м3 .
Работа цикла сухого воздуха (фиг. 3а):
l2-1 = 1 - Т3) = x
x (352,6675 - 303) = -35,36431 кДж/кг,
l1-4 = P(V4 - V1) = 1,7011 ˙ 105(0,6124331 - 0,5950007) = 2,654255 кДж/кг,
P= 1·0,6124331)/1,4-1 ×
l3-2 = P(V3 - V2) = 1 ˙ 105(0,8950879 - 0,86961) = -254779 кДж/кг,
lцикла = -l2-1 + l1-4 + l4-3 - l3-2 = -35,36431 + 2,654255 + 36,680511 - 2,54779 = 1,422666 кДж/кг. Объем пара составит
V = (Rn·T)/P = (461,6·363·0,3418697)/(1,7011·105)= 0,3367465 м3
Rn = 461,6 Дж/(кг ˙ к).
На фиг. 3, в показана диаграмма работы пара: линия 5-6 - изобара, впуск пара в цилиндр двигателя под давлением 1,7011 бар. При закрытии заслонки впуска идет адиабатное расширение 6-7. При полном расширении т. 7 далеко бы ушла вправо, что увеличивает габариты машины. В данный момент неизвестно рациональное положение т. 7 и в пользу доказательства работоспособности устройства жертвуют площадь полезной работы 6-7-8-9, оставляя только площадь 5-6-9-10, которая равна P ˙ V.
l = P ˙ V = (1,7011 - 1) ˙ 105 ˙ 0,3367456 = 23,360929 кДж. Полная работа паровоздушной смеси
lполн. = ln+ lв = 23,360929 + 1,422666 = 24,783595 кДж.
Если принять механический КПД устройства 0,7, то полезная работа устройства выразится
lэф = 24,783595 ˙ 0,7 = 17,348516 кДж.
В изобретении используются искусственным приемом расчета получения работы паровоздушной смеси, отдельно определив работу сухого воздуха и работу пара, находящегося в паровоздушной смеси. Можно определить работу паровоздушной смеси, определив ее объем и газовую постоянную Rсм. Хотя такой расчет является не совсем правомерным, сослаться на него в подтверждение работоспособности предлагаемого устройства можно.
Генератор влажного воздуха работает под положительным давлением.
Предлагаемое устройство может являться компактным модулем, которым может пополняться энергетическая станция в действии по мере его выпуска промышленностью, а также может быть энергетическим автономным комплексом при малых хозяйствах.
Применение генератора влажного воздуха дает возможность использовать воздух окружающей среды с низкой влажностью, меньшим температурным параметром нижнего слоя рассола солнечного соляного пруда, а также предварительное насыщение воздуха водяным паром вне объема цилиндров двигателя позволяет увеличить мощность предлагаемого устройства. (56) Энергия, 1988, N 1, с. 39.
Авторское свидетельство СССР N 1566065, кл. F 03 G 7/06, 1990.
Формула изобретения: 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ, содержащее механизм преобразования тепловой энергии в механическую, связанный с выходным валом, и источник теплового воздействия, отличающееся тем, что оно снабжено компрессором и генератором влажного воздуха, соединенными между собой трубопроводом подвода влажного воздуха, при этом генератор влажного воздуха выполнен в виде циклона с установленным в нем блоком форсунок, подключенным к насосу, который связан через подпитывающий патрубок с источником теплового воздействия и подсоединен выпускным патрубком к механизму преобразования тепловой энергии, который кинематически связан с компрессором через шарнирный кривошипно-коромысловый механизм.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на корпусе циклона выполнен подпитывающий патрубок и расположен в нем выше уровня рабочей жидкости источника теплового воздействия.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что снабжено сливным краном, установленным в нижнем торце циклона.