Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ КАШЕВАРОВА "РДК-7"
РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ КАШЕВАРОВА "РДК-7"

РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ КАШЕВАРОВА "РДК-7"

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: энергомашиностроение. Сущность изобретения: устройство состоит из спаренных цилиндрических корпусов двигателя и компрессора, в каждом из которых эксцентрично установлен ротор с осью вращения, совмещенной с герметической осью цилиндрической поверхности статора. Цилиндрические поверхности статора и ротора между торцевыми поверхностями статора и поверхностью заслонки образуют камеру расширения двигателя и камеру сжатия компрессора, при этом заслонка установлена в направляющих, закрепленных на корпусе статора и соединена с механизмом ее перемещения в направляющих, обеспечивающих малый зазор между цилиндрической поверхностью ротора и торцем заслонки при любом положении вращающегося ротора. Заслонка, статор и ротор имеют пластинчатые пружины, препятствующие утечке воздуха и газов из камеры расширения двигателя и камеры сжатия компрессора. Двигатель и компрессор имеют одну и ту же принципиальную схему устройства и соединены между собой воздуховодом, в котором установлены форсунки подачи жидкого или газообразного топлива и электросвечи зажигания. 7 з.п. ф-лы, 8 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

   С помощью Яндекс:  

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: 2095591
Класс(ы) патента: F02B53/00
Номер заявки: 95115663/06
Дата подачи заявки: 05.09.1995
Дата публикации: 10.11.1997
Заявитель(и): Кашеваров Юрий Борисович
Автор(ы): Кашеваров Юрий Борисович
Патентообладатель(и): Кашеваров Юрий Борисович
Описание изобретения: Изобретение предназначено для тепловых электростанци1й (ТЭС), а также для других энергетических устройств взамен паровых и газовых турбин и двигателей внутреннего сгорания (ДВС), как имеющий лучшие технико-экономические характеристики.
РДК-7 относится к моторостроительной и турбиностроительной технике двигателей для ТЭС, автомобилей, тепловозов, кораблей морского и речного транспорта, использующих газообразное и жидкое топливо.
Разработка РДК-7 имеет целью повысить КПД ДВС в 1,5-2 раза, увеличить удельную мощность ДВС паровых и газовых турбин с устройствами, обеспечивающими их работу при КПД в 30-40% в 10-20 раз, повысить окупаемость капитальных затрат на двигательные устройства ТЭС, судов и платформ наземного транспорта в 20-30 раз.
За прототип РДК-7 может быть принят роторный двигатель, имеющий относительно малую камеру сжатия компрессора и расширения двигателя, большие утечки воздуха при его сжатии в компрессоре и газов при их расширении в двигателе в зазорах между ротором и статором и между задвижкой и ротором и статором, а также большие потери на трение между статором, ротором и задвижкой и высокими требованиями к точности изготовления статора, ротора и его оси вращения. В результате вышеупомянутых недостатков прототипа он имеет малый КПД, малую удельную мощность и малый срок эксплуатации [1]
Для получения сравнительных данных по эффективности применения РДК-7 на ТЭС принята газотурбинная установка (ГТУ) газотурбинных ТЭС (БСЭ, второе изд. т. 10, стр. 44-48, рис. 5), как имеющая большую удельную мощность для ТЭС и малое время запуска.
Г.т.у. имеет малый КПД (от 14 до 34%), сложное устройство малую удельную мощность, большую стоимость изготовления и эксплуатации. Предлагаемый РДК-7 имеет в 2 раза лучший КПД, в 10 раз большую удельную мощность, в несколько раз меньшую стоимость изготовления эксплуатации при равной мощности ГТУ5 и РДК-7.
Замена на электростанциях ГТУ на РДК-7 даст увеличение выработки электроэнергии в 2 раза при том же потреблении топлива (природного газа), снижение эксплуатационных затрат и многократное увеличение прибыли от работы электростанции, а также уменьшение в два раза выбросов, загрязняющих атмосферу города, на каждый кВт-ч выработанной электроэнергии.
Строительство электростанций с РДК-7 вместо ГТУ потребует меньшей затраты капитальных средств, меньших сроков строительства, меньшей территории при равной мощности электростанции и в несколько раз меньший срок окупаемости капитальных затрат.
В простейшей ГТУ воздух, сжатый компрессором, поступает в камеру сгорания, где его температура повышается за счет сжигания топлива при постоянном давлении, а продукты сгорания подводятся к газовой турбине, в которой потенциальная энергия газа преобразуется в кинетическую энергию, а затем частично превращается в механическую энергию вращения ротора турбины, который через редуктор соединен с ротором электрогенератора. Такая ГТУ имеет КПД равный 14% КПД в 34% достигается в результате существенного усложнения Г.Т.У. введением сложных регенераторов (теплообменных аппаратов) для промежуточного нагрева газов, компрессоров высокого и низкого давления, холодильников, газовых турбин высокого и низкого давления. ГТУ на является ДВС.
РДК-7 является ДВС, т.к. сжигание топлива производится в его расширяющейся камере сгорания с многократно возрастающим давлением газов, которое непосредственно преобразуется в механическую энергию вращения его ротора. Таким образом принцип действия РДК-7 имеет существенное отличие от принципа действия ГТУ.
Топливная смесь сжатого воздуха и природного газа образуется в РДК-7 в момент ее воспламенения от электросвечи между слоями сжатого воздуха, расположенными между топливной смесью, стенками камеры сгорания и заслонкой с одной стороны и дверцей компрессора с другой стороны. В результате этого на стенки камеры сгорания, на заслонку и на дверцу компрессора воздействует существенно меньшая температура воспламененной топливной смеси. При этом в двух полуторократном избытке сжатого воздуха средняя температура образовавшейся затем смеси сжатого воздуха и газов, сгоревшего топлива, будет в 1,5-2 раза меньше чем температура газов в случае отсутствия избытка сжатого воздуха. Но, например, двухкратное уменьшение температуры компенсируется двухкратным увеличением объема рабочего тела смеси сжатого воздуха и продукта сгоревшего топлива, в результате чего не происходит уменьшение величины полезной работы двигателя. К тому же уменьшение температуры рабочего тела позволило обойтись без системы охлаждения и связанных с ним тепловых потерь с уменьшением КПД и удельной мощности двигателя.
РДК-7 может найти эффективное применение в замен ДВС, т.к. по сравнению с ДВС он имеет в 2 раза больший КПД, в 1-0-20 раз большую удельную мощность, в несколько раз меньший срок окупаемости капитальных затрат в результате меньшей стоимости изготовления и эксплуатации двигателей равной мощности.
РДК-7 отвечает самым высоким требованиям программы экономии энергии и материалов на изготовляемую продукцию, а также требованиям экологии по уменьшению ущерба природе, наносимого изготовлением и эксплуатацией ДВС. газовых и паровых турбин (в паровыми котлами, градирнями и др. устройствами).
Применение РДК-7 на ТЭС вместо паровых турбин с паровыми котлами, градирнями и др. устройствами, обеспечивающими работу паровых турбин, даст увеличение в 1,5-2 раза выработки злектроэнергии в режиме ее потребления (без ГАЭС, необходимых для компенсации базового режима ТЭС с паровыми турбинами), в несколько раз повысит рентабельность ТЭС, во много раз сократит потребление воды и уменьшит площадь, занимаемую ТЭС, в расчете на 1 кВт-ч вырабатываемой электроэнергии. В несколько раз уменьшается материало и энергоемкость строительства ТЭС с РДК-7, существенно сократятся трудовые и капитальные затраты, а также сроки строительства ТЭС и в несколько раз уменьшается срок окупаемости капитальных затрат. Более чем в 2 раза уменьшится суммарный экологический ущерб наносимый природе в результате строительства и эксплуатации ТЭС с паровыми турбинами, паровыми котлами и с ШАЭС, без которых не находит применения электроэнергия, вырабатываемая ТЭС в ночное время.
На фиг. 1 дано вертикальное сечение РДК-7; на фиг. 2 узел I на фиг.1; на фиг. 3 узел II на фиг. 1; на фиг. 4 узел III на фиг. 1; на фиг. 5 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 6 сечение Б-Б на фиг. 5; на фиг. 7 сечение В-В на фиг. 5; на фиг. 8 сечение Г-Г на фиг. 5.
РДК-7 может быть применен для ТЭС, для тепловозов, для кораблей морского и речного флотов и для промышленных, военных и сельско-хозяйственных транспортных и энергетических установок с использованием жидкого и газообразного топлива. В описании с целью конкретизации дано применение РДК-7 в ТЭС с использованием в качестве топлива природного газа.
РДК-7 имеет статоры 1 и 2 и роторы 3 и 4 соответственно двигателя и компрессора, воздуховод 5, заслонку 6, установленную в направляющих 7 статора 1 и 2, трубу 8, отходящую от магистрального газопровода, с патрубками 9, на концах которых закреплены форсунки 10, установленные в воздуховоде 5 и спаренные с электросвечами зажигания 11, подпружиненную дверцу 12, перекрывающую окно 13 из статора 2 компрессора в воздуховод 5, при этом пружина оси дверцы 12 установлена на внешней торцевой стороне корпуса 2 компрессора.
Заслонка 6 жестко соединена боковыми выступами своей торцевой части с осями 14 механизма возвратно-поступательного ее движения, на которых вращаются втулки 15 штанг 16, противоположные концы которых имеют втулки 17, установленные на осях 18, жестко соединенных с боковыми сторонами двух шестерен 19. При этом ось вращения каждой шестерни 19 жестко соединена с торцевой стенкой статора 1 и шестерни 19 находятся в зацеплении друг с другом. Правая шестерня 19 находится также в зацеплении с сателлитной шестерней 20, которая в свою очередь находится в зацеплении с шестерней 21, установленной на валу 22 вращения ротора 3. Шестерни 19 и 21 имеют равные диаметры и в результате этого вращаются с равными угловыми скоростями. Вращение шестерне 19 вызывает перемещение заслонки 6 в такой мере, что ее нижний торец будет находится на расстоянии в 1-2 мм от цилиндрической поверхности ротора 3.
Направляющие 7 имеют форму коробки, в которой перемещается заслонка 6. При этом в нижнем положении заслонки 6 статора 1 боковые выступы заслонки 6 с осями 14 не доходят на 1-2 мм до верхних торцев направляющих 7. В направляющих 7 установлены катки 23, воспринимающие на себя момент сил давления газов на нижнюю часть заслонки 6, находящуюся между статором 1 и ротором 3.
Катки 23 равномерно установлены по всей ширине направляющих 7 с возможностью из замены в процессе эксплуатации РДК-7. Ниже катков имеется отверстия 24, через которые из трубочек 25 подается насосом масло для смазки поверхностей направляющих 7 и заслонки 6 во время ее движения. При этом через отверстие 24, расположенные рядом с катками 23, подается масло под давлением, которое в значительной мере противостоит моменту сил давления газов на заслонку 6 и тем самым уменьшает нагрузку на катки 23. Направляющие 7 имеют пластинчатые пружины 26, которые скользят по поверхности заслонки 6, снимают с нее масло при ее входе в камеры между статором и ротором, и препятствуют выходу газов и сжатого воздуха из этих камер. Масло, снятое пружинами 26, через отверстия 27 в направляющих 7 поступает в трубку 28, а из нее в масляный бак (на фиг. не показан).
Статор 1 имеет на торцевой поверхности такую же как и на направляющих пластинчатую пружину 26, препятствующую утечке газов в зазор между торцевыми поверхностями статора и ротора и торцевыми поверхностями статора и заслонки 6. Эта пластинчатая пружина 26 установлена на статоре по радиусу от вала 22 до выхода заслонки 6 из направляющих 7.
На фиг. 4 большими стрелками показано направление вращения ротора 36, а малыми стрелками в зазорах между статором 1 и ротором 3, статором 1 и заслонкой 6 направление силы давления газов на пружину 26,перекрывающую зазор. Заслонка 6 имеет на нижней торцевой поверхности пружину 29, препятствующую утечке в зазор между ней и цилиндрической поверхностью ротора 3. На цилиндрической поверхности ротора по прямой минимального зазора между цилиндрическими поверхностями ротора 3 и статора 1 установлена пластинчатая пружина 30, препятствующая прохождению сжатого воздуха и газов между этими поверхностями.
Статор 1 имеет входное окно 31, соединяющее камеру сгорания 32 с воздуховодом 5 и выходное окно 33, соединяющее камеру расширения 34 с трубой выхлопных газов 35. Статор 2 имеет входное окно 36, соединяющее его камеру сжатия 37 с воздуховодом 38. Статор 1 имеет наружную теплоизоляцию 39, изображенную крестообразной штриховкой, такую же теплоизоляцию 39 внутренней поверхности имеет ротор 3. Статор 2 имеет радиаторные ребра 40, предназначенные для охлаждения воздуха в камере сжатия 37. Внутренние поверхности ротора 4 охлаждаются продувкой через его камеры 41 наружного воздуха с помощью вентилятора. Внутренние камеры 42 ротора 3 герметичны и воздух в них во время работы двигателя имеет среднюю температуру и среднее давление газов, окружающих ротор 3. Давление в камерах 42 сжатого воздуха позволяет уменьшить требования к прочности стенок ротора 3, а средняя температура воздуха в камерах 42 уменьшает до минимума тепловые потери камер 34 за счет теплопроводности стенок ротора 3.
Статор 1, ротор 3, заслонка 6 и стенки воздуховода 5 имеют термоизолирующее покрытие 43, выдерживающее высокую температуру воспламенения топливной смеси. Это покрытие 43 нанесено только на той части поверхности статора 1, ротора 3 и заслонки 6, которая подвергается воздействию высоких температур продуктов сгорания топлива.
На наружной торцевой поверхности статора 1 установлен электродатчик 44, а на шестерне 21 электроконтакт 45, при замыкании которого электродатчиком 44 в компьютер подается электроимпульс включения форсунок 10 в воздуховоде 5 того же статора 1. Электродатчики 44 установлены на всех статорах 1 в одном и том же месте, удобном для проверки исправности датчика 44, а электроконтакты 45 установлены на шестерне 21 в заданном удалении от прохождения пластинчатой пружины 30 ротора 3 окна 31 статора 1.
Роторы 3 жестко соединены втулкой 46 с валом 22 в положении, соответствующим ориентировке данной на фиг. 3, обозначенным а, б, в, г.
Двигатель в компрессор РДК-7 имеет одну и туже принципиальную схему устройства. При этом устройство компрессора отличается от устройства двигателя тем, что во входное окно 36 статора 2 компрессора подается воздух от вентилятора через воздуховод 38, а из выходного окна 33 статора 1 двигателя выходят в выхлопную трубу 35 отработанные выхлопные газы, статор 1 и ротор 3 двигателя имеют теплоизоляцию 39 и термоизолирующее покрытие 43 поверхностей, контактирующих с продуктами сгоревшего топлива, а статор 2 компрессора имеет радиаторные ребра 40, внутренние камеры 42ротора двигателя герметичны, а внутренние камеры 41 ротора 4 компрессора продуваются наружным воздухом с помощью вентилирующего устройства ротора 4, направляющие 7 заслонок 6 установлены на статоре 2 компрессора с поворотом на 180o относительно направляющих 7, установленных на статоре 1 двигателя. Деталям двигателя и компрессора, имеющим аналогичное назначение и форму на чертежах присвоены одинаковые номера за исключением статора 2 и ротора 4 компрессора.
Работа РДК-7
Запуск РДК-7 применительно к его эксплуатации на ТЭС, производят с помощью электродвигателя-стартера, приводящего в движение компрессор, который включается компьютером пои нажиме на его клавиши "пуск". В момент поступления сжатого воздуха в камеру сгорания 32 через воздуховод 5 в результате открытия дверцы 12 компьютер включает форсунки 10, а в момент выключения форсунок 10 включает электросвечи 11, воспламеняющие природный газ, который успел смешиваться во сжатым воздухом в топливную смесь. При этом воспламененная топливная смесь будет находится между объемами сжатого воздуха в пространстве, отделяющим ее от дверцы 12 и заслонки 6, уменьшая воздействие на них температуры воспламененной топливной смеси. Воздух, сжимаемый воспламененной топливной смесью, амортизирует ударную нагрузку повышения давления в момент воспламенения природного газа на конец заслонки 6 и на корпус ротора 3. Этому содействует также вращение ротора 3, увеличивающего объем камеры сгорания 32 в момент воспламенения топливной смеси, и направленное вращение ротора 3 в сторону расширения давления воспламененной топливной смеси.
В результате амортизации взрывной волны скачка давления воспламененного топлива избытком сжатого воздуха и вращением ротора 3 многократно уменьшается ударное воздействие этого скачка давления в момент воспламенения топлива на стенки камеры сгорания и на заслонку 6, а также многократно уменьшается сила звука, который, например, возникает в поршневых ДВС при воспламенении топливной смеси.
Через 5-10 сек. после начала пуска компьютер выключает стартер и подключает электрогенератор, а еще через 5-10 сек. РДК-7 выходит на эксплуатационную скорость вращения ротора 3 и электрогенератор включают в электросеть.
Вращение ротора 3 через втулку 46, вал 22 и шестерни 21 и 20 приводят во вращение шестерни 19 с осями 18 в результате чего штоки 16 с правой и левой стороны заслонки 6 (на фиг. 3) сообщают ей возвратно-поступательное движение, при котором ее нижний край пластинчатой пружиной 29 будет скользить по цилиндрической поверхности ротора 3.
Пружина 29 будет перекрывать зазор в 1-2 мм между нижним краем заслонки 6 и поверхностью ротора 3, исключая утечку газов в этот зазор из камеры расширения к выхлопной трубе 35. При этом давление газов на пружину 29 будет увеличивать силу ее прижима к поверхности ротора 3.
На фиг. 2 и на фиг. 3 буквами а, б, в, г обозначены положение осей 18 на шестернях 19 и соответствующее этому положению осей 18 положение заслонок 6 и роторов 3 (на фиг. 2) в четырех корпусах 1 двигателя, в котором положение "б" отличается от положения "а" установкой на шестернях 19 и осей 18 на диаметрально противоположных направлениях. Соответственно положение "в" заслонки 6 на фиг. 2 будет отвечать положение "в" оси 17 на фиг. 3, а положение "г" заслонки 6 на фиг. 2 отвечать положение "г" оси 17 на фиг. 3.
Вращение ротора 4 компрессора сжимает воздух, поступивший из воздуховода 38, до заданного давления, при котором момент силы давления сжимаемого воздуха превысит момент силы пружины дверцы 12, в результате чего дверца 12 откроется и сжатый воздух поступит в воздуховод 5 и далее в камеру сгорания 32 двигателя. При дальнейшем вращении роторов 4 и 3 соответственно компрессора и двигателя давление сжатого воздуха на дверцу 12 уменьшится и дверца 12 закроется. В этот момент контакт 45 установленный на правой шестерне 21 замкнет электродатчик, а компьютер, получив от датчика 45 электроимпульс, включит форсунки 10 подачи топлива в воздуховод 5, являющийся одновременно частью камеры сгорания 32. В момент окончания подачи топлива компьютер включит электросвечи 11 воспламенения топливной смеси. При этом многократно повысившееся давление газов сгоревшего топлива произведет рабочий ход ротора 3, в процессе которого газы расширятся, их температура и давление понизится и отработанные выхлопные газы будут вытеснены во время следующего рабочего хода ротора 3, в процессе которого через окно 33 в выхлопную трубу 35.
Таким образом, во время рабочего хода ротора 3 одновременно происходит удаление выхлопных газов, заполнивших камеру расширения 34 в предшествовавший рабочий ход ротора 3. РДК-7 при вращении его ротора 3 не имеет отдельных тактов всасывания, сжатия и выхлопа, свойственных четырехтактному ДВС. Каждый его такт является рабочим, занимающим более 300o каждого оборота ротора 3, а у поршневого ДВС рабочий ход занимает менее 180o за два оборота коленчатого вала. При этом отношение объема камеры расширения РДК-7 к его массе более чем в 5 раз превышает аналогичное отношение в поршневом ДВС. Произведение большего числа рабочих ходов за два оборота рабочего хода вала двигателя на большее отношение объема камеры расширения к массе двигателя в данном примере даст увеличение удельной мощности РДК-7 по сравнению с поршневыми ДВС более чем в 3,3·5= 16 раз.
Ориентировочный расчет РДК-7 и эффективность его применения.
Для расчета примем, что двигатель имеет диаметр статора, равный 2 м, и все другие размеры в соответствии с фиг. 1 и 2 и с принятым диаметром внутренней поверхности цилиндра статора в 2 м. Кроме того примем скорость вращения ротора равной 2 оборота в сек. давление воздуха, поступающего в двигатель от компрессора, 30 кг/см2 с полуторным избытком по отношению к необходимому для полного сгорания природного газа, подаваемого из магистрального газопровода в форсунку 10 под давлением 60-70 кг/см2.
Объем камеры сгорания в момент воспламенения топливной смеси при положении заслонки 6, отображенном на фиг. 1, равен
3 см·05см·3 см(2 м: 8 см)3=0,070 м3
Масса воздуха, заполнившего камеру сгорания, равна
0,070 м3·1,4 кг/м3·30=2,94 кг
Для полного сгорания 1 кг природного газа необходимо 15 кг воздуха, тогда при полуторократном избытке воздуха в камеру сгорания войдет 2,94 кг 22,5 0,130 кг природного газа за 0,5 сек.
Объем камеры сжатия компрессора равен
16 см·1,4 см·3 см·(2 м 8 см)3=1,05 м3
Для получения 2,94 кг воздуха в компрессор поступает воздух уже сжатый в (2,94 кг 1,4 кг/м3):1,05 2 раза с помощью вентиляторов, производящих поддув воздуха в воздуховод 38.
В момент воспламенения топливной смеси в камере сгорания выделяется тепловая энергия равная
0,13 кг·12000 ккал/кг 1560 ккал.
Эта тепловая энергия нагреет 2,94 кг сжатого воздуха до температуры
1560 ккал (2,94 кг·0,24 ккал/кг·град)=2220oC
Давление воздуха, сжатого до 30 кг/см2, возрастет от его нагрева при воспламенении топливной смеси природного газа и сжатого воздуха до 30 кг/см2·(2220o:273o+1)=275 кг/см2.
Температура 2220o возникает на 0,001 сек. в расширяющемся объеме со скоростью (1,05 м3·0,07 м3): 0,5 сек=30 раз/сек. Следовательно уже через 0,04 сек объем газа увеличится вдвое, а температура и давление уменьшится в 2 раза и при наличии термоизолирующего покрытия заслонки 6 и поверхностей статора и ротора, соприкасающихся с воспламенившейся топливной смесью, может быть использован металлокерамический сплав, выдерживающий нагрев до 1250oC. К тому же на стенки заслонки, ротора и статора воздействует средняя температура равная менее 500o и возникающая в результате смены температура за время в 0,5 сек. от максимальной в момент воспламенения топлива до минимальной момент выхода газов в выхлопную трубу. При таких условиях работы могут быть использованы для создания РДК-7 материалы, используемые в настоящее время для изготовления газовых турбин ТЭС.
Объем камеры расширения двигателя (почти равен объему камеры сгорания компрессора) примем равным 1 м3, т.е. больше камеры сгорания в 1,0 м3:0,07 м3=14,3 раза. Принимая температуру выхлопных газов равной 400oC получим, что давление выхлопных газов уменьшится в
14,3·[(2220o-400o):273o+1]110 раз
и давление выхлопных газов, выходящих в выхлопную трубу 35 будет равно 275 кг/см2:110=2,5 кг/см2
Среднее значение силы давления, приложенной к заслонке 6 во время рабочего хода ротора 3 равно
[(275 кг/см2+2,5 кг/см2):6]·(0,75·7,8 см2·252)=170000 кг.
В этом равенстве коэффициент 6 (вместо 2) введен для учета не линейного изменения силы давления на заслонку при расширении газов с 275 кг/см2 до 2,5 кг/см2. Коэффициент 0,75 введен для получения среднего значения площади конца заслонки при рабочем ходе цилиндра и коэффициент 25 за счет масштаба фиг. 1 и 3 по отношению в 2 м диаметра цилиндра статора двигателя.
Такая же сила давления будет приложена к цилиндру ротора в направлении его вращения, т.е. в направлении перпендикулярном рабочей поверхности заслонки 6.
Работа произведенная ротором 3, во время его рабочего хода, за время 0,5 сек. равна
170000 кг· 14 см·9,25 м/см= 590000 кгм
Работа, произведенная одним ротором за 1 сек, равна 1180000 кгм, а развиваемая им мощность равна
1180000 кгм 102 кгм/кВт·сек=11500 кВт
Мощность, развиваемая ротором 3 с учетом работы, полученной во время заполнения камеры сгорания воздухом, сжатым до 30 кг/см2, подаваемым компрессором, может быть принята равной 12000 кВт.
Полезная мощность двигателя, которая получается за вычетом мощности, затрачиваемой на компрессор, на вентиляторы, на масляный насос, на электрооборудование и на механические потери может быть принята равной 9000 кВт. Мощность 4-х цилиндров РДК-7 будет равна 36000 кВт.
КПД предлагаемого РДК-7 будет равна
36000 кВт (0,13 кг/сек·8·12000 ккал/кг· 4,18 кВт·сек/ккал) 36000 кВт: 52000 кВт 0,69
Полученный КПД РДК-7 в 2 раза больше чем у наиболее совершенных и весьма сложных газотурбинных установок и в 1,5 раза больше чем у паровых турбин с паровыми котлами. При этом удельная мощность РДК-7 будет, по крайней мере, в 10 раз большей чем у паровых и газовых турбин с устройствами, обеспечивающими их работу, и с КПД соответственно 0,42 и 0,34. К тому же ТЭС с паровыми турбинами работают в базовом режиме и для приведения его в соответствие с режимом потребления электроэнергии требуют работы ГАЭС, снижающей общий КПД до 0,39 и еще более уменьшающей удельную мощность комплекса ТЭС с ГАЭС по сравнению ТЭС и РДК-7.
С заменой на ТЭС паровых турбин на РДК-7 и исключение ГАЭС выработка электроэнергии увеличивается в
0,69: 0,39 1,77 раз
при равном потреблении природного газа, а прибыль ТЭС с РДК-7 увеличится в несколько раз ( при той же цене электроэнергии).
Капитальные затраты на строительство ТЭС с РДК-7 сократятся более чем в 10 раз по сравнению с капитальными затратами ТЭС с паровой турбиной и с ГАЭС, срок окупаемости капитальных затрат уменьшится в десятки раз.
ТЭС с РДК-7 будет иметь в 1,8 раза меньший выброс отравляющих веществ в атмосферу на каждый кВт-ч выработанной электроэнергии.
Большое значение имеет применение РДК-7 в малых ТЭС особенно для севера России, не имеющего централизованного энергоснабжения, где применяют в настоящее время дизельные электростанции с КПД 30-35% Для таких районов преимущество в применении РДК-7 будет не только в 2 раза большем КПД и в несколько раз меньшей стоимости двигателей но также в использовании природного газа в несколько раз более дешевого на севере России, чем привозное дизельное топливо.
Капитальные затраты на замену дизельных ДВС на РДК-7 окупятся за 2-3 месяца, менее чем за год окупятся капитальные затраты на строительство новой ТЭС с РДК-7.
Формула изобретения: 1. Роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий один или несколько соединенных между собой воздуховодом цилиндрических корпусов роторного двигателя и роторного компрессора, в каждом из которых эксцентрично установлен ротор с осью вращения в виде оси вала, на котором установлены роторы, между цилиндрическими поверхностями статора и ротора, а также между торцевыми поверхностями статора и заслонки образованы камера расширения двигателя и камера сжатия компрессора, при этом заслонка установлена в направляющих, закрепленных на корпусе статора, и соединена с механизмом перемещения ее в направляющих, обеспечивающим малый зазор между цилиндрической поверхностью ротора и торцом заслонки при любом положении вращающегося ротора, заслонка, статор и ротор имеют пластинчатые пружины, препятствующие утечке сжатого воздуха и газов, двигатель и компрессор имеют одну и ту же принципиальную схему устройства, отличающийся тем, что ось вращения ротора совмещена с геометрической осью цилиндрической поверхности статора.
2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что он имеет один или несколько статоров с роторами, при этом в каждом статоре ротор, установленный на общем валу вращения, повернут радиусом, идущим к его пластинчатой пружине, на угол 360o, деленный на число статоров двигателя.
3. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что он имеет воздуховод, соединяющий камеру расширения двигателя с камерой сжатия компрессора, с подпружиненной дверцей, перекрывающей окно в статоре компрессора, с форсунками подачи жидкого или газообразного топлива и электросвечами зажигания, установленными вблизи окна статора.
4. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что устройство для перемещения заслонки в направляющих статора двигателя включает шестерню, установленную на валу вращения его ротора, шестерню-сателлит, установленную на торцевой стенке статора и находящуюся в зацеплении с шестерней вала ротора и одной из двух спаренных шестерен, установленных на торце статора и находящихся в зацеплении одна с другой, при этом на каждой из спаренных шестерен зацеплена ось вращения одного конца штока, другой конец которого имеет осью вращения выступ торцевой части заслонки.
5. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что направляющие заслонки выполнены в виде коробки, в которой перемещается заслонка с зазором, заполненным маслом, подаваемым насосом через отверстия в направляющих, в направляющих установлены катки, по которым прокатывается заслонка и которые определяют величину зазоров между заслонкой и направляющими, в направляющих установлены также маслосъемные пластинчатые пружины.
6. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что он имеет пластинчатые пружины, установленные на цилиндрической поверхности ротора по линии ее наибольшего удаления от оси вращения ротора и на внутренней торцевой (боковой) поверхности статора по радиусу от заслонки до оси вращения ротора.
7. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что он имеет цилиндрическую поверхность ротора, радиус которой относительно оси вращения ротора равен разности радиуса внутренней цилиндрической поверхности статора и величины выдвижения заслонки за внутреннюю цилиндрическую поверхность статора с допуском на зазор между цилиндрической поверхностью ротора и торцом заслонки.
8. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что статор и ротор двигателя имеют теплоизоляцию, а статор компрессора имеет радиаторные ребра, внутренние камеры ротора двигателя герметичны, а внутренние камеры ротора компрессора продуваются наружным воздухом вентилирующим устройством, направляющие заслонок установлены на статоре компрессора с поворотом на 180o относительно направляющих, установленных на статоре двигателя.