Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
MULTIPURPOSE STEAM POWER ASSEMBLY
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2010/128879
Kind Code:
A1
Abstract:
A multipurpose steam power assembly comprising a burner, a draught unit, a heating circuit, a cooling circuit and a motor for actuating pumps that pump working media is characterised in that it contains an air blower for forced air supply; the heating heat exchanger is in the form of a coil pipe, the body of which shuts off the frontal movement of a hot gas flow at least once; the working medium flows in the coil pipe in a direction opposite to the gas flow; the motor is in the form of a rotary-type structure as per patent RU 2292464 C2 or a gear motor; and different types of fluids can be used in the circuits. The technical result is a wall-mounted, self-contained engine that is compact and can run on any fuel. It is a heating device that substitutes both a boiler and a water heater. The assembly can be put together at home from burners, heat exchangers and gear systems which can easily be bought. Moreover, a handy-man could assemble a vehicle, a tractor or a power unit for a workshop. A generator can be added to the power unit so that it can power welding processes and actuate any machine tool or a sawmill. The invention also makes it possible to build homes in remote places. The assembly can be made to any size and can solve domestic heating problems by eliminating reliance on the central heating system.

Inventors:
POMOGAEV ANATOLIY VASILIEVICH (RU)
POMOGAEV VLADIMIR ANATOLIEVICH (RU)
Application Number:
PCT/RU2009/000218
Publication Date:
November 11, 2010
Filing Date:
May 06, 2009
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
POMOGAEV ANATOLIY VASILIEVICH (RU)
POMOGAEV VLADIMIR ANATOLIEVICH (RU)
International Classes:
F01K23/04
Foreign References:
SU1086194A11984-04-15
RU2176358C12001-11-27
RU2292464C22007-01-27
RU1780558C1992-12-07
SU1377419A11988-02-28
GB1016722A1966-01-12
Other References:
"Teplotekhnika pod red. V.I. Krutova. Moscow", MASHINOSTROENIE, 1986, pages 71 - 72
Download PDF:
Claims:
Универсальная паросиловая установка (УПСУ)

Формула изобретения

Универсальная паросиловая установка, состоящая из горелки, тягового устройства, контура нагрева, контура охлаждения и мотора, приводящего в движение насосы, перекачивающие рабочие тела, отличающаяся тем, что содержит воздуходувку для принудительной подачи воздуха; теплообменник нагрева выполнен в виде змеевика, который своим телом перекрывает фронтальное движение потока горячих газов хотя бы один раз, а рабочее тело по нему движется навстречу потоку; в качестве мотора используется роторная конструкция по патенту RU 2292464 C2 или шестеренный мотор, в контурах могут работать различные по природе жидкости.

Description:
Универсальная паросиловая установка (УПСУ) Описание изобретения

Изобретение относится к области машиностроения и может применяться в энергетике, на транспорте и в быту (ЖКХ).

Паросиловые установки возникли после изобретения паровой машины (будем в дальнейшем называть ее мотором) Джеймсом Уатсом.

В книге A.B. Перышкина Курс физики, часть вторая, изд. «Пpocвeщeниe», Москва 1966 г. На стр 196, рис. 193 показана схема паросиловой установки, (источник Ml).

Сердцем установки является паровой двигатель, так как благодаря его изобретению, появились все другие устройства, которые являются вспомогательными. Тем не менее, когда ставится вопрос об экономичности паросиловой установки, то приходится решать вопрос КПД каждого устройства. Рассмотрим проблему тягового устройства. В источнике Ml оно упоминается вскользь. Те не менее оно забирает 25% энергии (смотри на стр. 201 рис. 198), в то время, как полезной работы совершается всего на 13%. На стационарных установках (энергетика) применяются вытяжные трубы, размеры которых превосходят размеры парового котла с топкой. Применить такую «тягy» на транспорте невозможно. Поэтому там применяются котлы с дымогарными трубами, но потери при этом еще больше, а котел не может развивать высокое давление, чем ограничивается повышение экономичности мотора.

Профессор Рамзин создал * прямоточный котел, который представляет из себя трубу, изогнутую в змеевик. Здесь нет емкости с водой и паром, поэтому появилась возможность получать давление до и свыше 200 ат. Это позволило довести КПД в турбинах большой мощности до 25%. Однако, этот котел работает с громоздким дымоходом и не может быть применим на паровозе или автомобиле, те более на настенной паросиловой установке. Кроме громоздкости сохраняется расточительность дымохода. Чтобы не было потерь в дымоходе, его сечение нужно полностью перекрыть телом змеевика. Но при естественной тяге это сделать невозможно. Тем не менее, конструктора уже создали отопительные системы, в которых суммарный КПД по нагреву воды достиг 90%. Таким образом, дело стало за КПД моторов. Рекордсменом КПД является Дизель (40%). Но как и любая поршневая машина, в том числе и паровая, он теряет 15...20% уже полученной механической энергии в кривошипно-шатушюм механизме и т.д.

В источнике Ml на стр. 203 описаны все его недостатки и достоинства турбин. Но турбины хороши только в энергетике, где развиваются огромные мощности. Миниатюрную турбину сделать можно, но стоимость ее будет почти такой же, как в 100 раз большей, так как

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) к аэродинамическим свойствам лопастей предъявляются высочайшие требования. Одна лопасть стоит как целый двигатель на мотоцикл. Поэтому мы разработали гидропневматический агрегат, который может работать в качестве парового мотора. Чтобы судить об их компактности, приводим характеристики HШ-100. При P=IOO ат он создает крутящий момент 16 кГм (в жигулях около 10 кГм) и при 10000 об.мин - 160 квт мощности. Если сравнивать тепловые двигатели по экономичности на рабочем валу, то двигатели внутреннего сгорания превосходят паровые. Но если учесть* что мощность с рабочего вала нужно передать на колеса транспортного средства, то вырисовывается следующая картина.

От ДВС до колёс требуется трансмиссия, состоящая из муфты сцепления, коробки передач, карданного вала, дифференциала, где будет теряться уже механическая энергия. У «пapoвикa» вместо трансмиссии на колёсах стоят два HШ-50 или HШ-100, а к ним подходят две трубки. Поэтому КПД на колёсах «пapoвикa» может оказаться даже выше чем у «ДBC»-oвcкoгo привода.

Важным недостатком ДВС является невозможность заменить рабочее тело. В ПСУ работают два контура. Это позволяет подобрать различные жидкости для получения наивысшего КПД.

Задача, которую решает предлагаемое изобретение состоит в том, чтобы паросиловая установка стала универсальной т.е. пригодной и в энергетике, и в транспорте и в ЖКХ. Чтобы применить ее в ЖКХ нужно создать установку, мощностью в 10...20 квт, для чего достаточно применить HШ-10.

Чтобы применить на автомобиль типа «Жигyли», достаточно мощности 60...100 квт, для чего достаточно 3 HШ-100. Можно создать совсем миниатюрные установки в 0.5 квт и менее, но для них нужно специально изготавливать нестандартные HIiI.

Цель достигается за счет того, что паросиловая установка, состоящая из горелки, тягового уетройетваj контура нагрева, контура охлаждения и мотора, приводящего в движение насосы, перекачивающие рабочие тела, отличается тем, что содержит воздуходувку для принудительной подачи воздуха; теплообменник нагрева выполнен в виде змеевика, который своим телом перекрывает фронтальное движение потока горячих газов хотя бы один раз, а рабочее тело по нему движется навстречу потоку; в качестве мотора используется роторная конструкция по патенту RU 2292464 C2 или шестеренный мотор; в контурах могут работать различные по природе жидкости.

К описанию прилагаются две фигуры (Фигура 1 и Фигура 2). На фигуре 1 схематически показана паросиловая установка ПСУ для транспорта, мастерских и предприятий. На фигуре 2 показана ПСУ для быта.

Рассмотрим устройство ПСУ на фигуре 1. Она состоит из горелки "1", контура

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) нагрева "2", контура охлаждения "3". По теплообменнику нагрева циркулирует жидкость и ее пар. Их гоняет по контуру насос высокого давления "4 м . По контуру "3" циркулирует только жидкость, притом она может отличаться от той, которая циркулирует по контуру "2". Гоняет ее насос низкого давления "5". Приводит в движение насосы "4" и "5" паровая турбина "6". Для принудительной подачи воздуха предусмотрена воздуходувка "7", которую приводит в движение также паровая турбина "6". Для подогрева воздуха контур "3" снабжен теплообменником "8".

Потребителем пара, полученного в ПСУ являются две паровые турбины "9", каждая из которых приводит в движение колесо транспорта. Кран "W" предназначен для отсечения потребителей. Паровые турбины нашей конструкции могут приводить в движение станки и механизмы. При этом они компактнее электромоторов равной мощности на порядок. Схему можно дополнить генератором.

Работает ПСУ следующим образом. Включаем горелку "1" при закрытом кране "10". Горячие газы нагревают жидкость в контуре "2" и превращают её в пар. Когда давление пара достигает необходимого значения, начинает вращаться турбина "6". Турбина приводит в движение насос высокого давления "4", насос низкого давления "5" и воздуходувку "7". Чтобы получить давление водяного пара равное 100 атм, нужно нагреть его до 309,5 0 C. Это подбирается соотношением расходов воды и топлива. Пар давит во все стороны одинаково, поэтому насос "4" должен создавать не менее 100 атм. Производительность должна быть больше чем нужно по соотношению воды и топлива, поскольку её можно уменьшить регулятором, а увеличить невозможно. Турбина "6" должна быть еще мощнее, чем насос, так как ей нужно вращать еще и насос "5" и воздуходувку "7" и учесть КПД. Удобнее всего в качестве турбины "6" и насоса "4" взять два одинаковых агрегата, так как они обладают обратимостью: один о тот же агрегат может работать как в качестве турбины, так и в качестве насоса.

Насос "5" не должен развивать высокого давления (помпа), но производительность должна быть такой, чтобы жидкость контура "3" смогла сконденсировать весь пар контура "2" на выходе из турбины "6". Получив устойчивую работу агрегатов "4", "5", "6" и "7" откроем кран "10". Пар пойдет на турбины "9".

Сначала давление пара в контуре "2" упадет но затем возрастет до максимума (100кг/cм 2 ). По мере того, как колеса начнут вращаться будет падать давление, а обороты увеличиваться. Дальнейшее наращивание мощности можно осуществлять только повышением расхода топлива. Снижение скорости ведется в обратном порядке: уменьшением расхода топлива вплоть до момента нарушения соотношения топлива и воды в

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) пользу последней. При этом начнет падать в контуре "2" температура, а затем и давление вплоть до остановки всех агрегатов.

Чтобы сконструировать ПСУ для автомобиля типа "Жигули", нужно изготовить горелку "1" и теплообменник "2" мощностью около 50 квт; в качестве турбины "б" и насоса "4" взять агрегат типа "HШ-10", а турбины "9" получить из "HIU- 100".

Что касается насоса "5", то его производительность будет зависеть от рода жидкости, работающей в контуре "3". Воздуходувку "7" можно взять мощнее, чем требуется для подачи воздуха по стехиометрии, чтобы горение шло в избытке кислорода. Что касается степени сжатия воздуходувки, то отметим следующее. Если степень сжатия воздуха будет равна "2", то сечение топки можно уменьшить вдвое. При степени сжатия 5 — в пять раз и т.д. Но не только сечение, но и расстояние между горелкой и змеевиком можно убрать. Но главное, змеевик можно изогнуть так, чтобы он своим телом перекрыл фронтальное движение газов. Поскольку движение газов принудительное, то они будут пролезать в щели между трубами, облизывая их. Таким образом, КПД обмена теплом можно подвести вплотную к 100% (чтобы газ выходил холодным). Кроме того, сжатие воздуха улучшает горение, так как молекулы кислорода становятся ближе к молекулам топлива.

Наконец, принудительная подача воздуха позволит выводить газы в любом направлении по трубам такого же сечения, как выхлопные трубы автомобиля.

На фигуре 2 показана схема "ПСУ бытовая". Здесь другой потребитель: вместо турбин батарея отопления, ванна, мойка. Здесь и другие характеристики.

Чтобы обслужить дом в 200 м 2 нужна мощность порядка 20 квт. Тут достаточно давления в 10 атм. Для этого нужно создать в контуре "2" температуру I79°C. Годятся тут под насос "4" и турбины "6" и конструкции даже из ремкомплекта. Ставить воздуходувку "7" здесь необязательно, особенно если по условиям пожарной безопасности все равно требуется вытяжка.

Мы уже упоминали, что по компактности шестеренные конструкции превосходят электродвигатели на порядок. То есть везде, где применяются электродвигатели, можно применить шестеренный агрегат. Ничто не мешает наш ПСУ снабдить электрогенератором.

Таким образом, мы вправе назвать нашу ПСУ универсальной, или УПСУ (Uпivеrsаl Stеаm-Роwеr Аggгеgаtе USPA).

Наконец, горение в избытке кислорода предотвращает образование СО. Кроме того, наша установка не нуждается в токсичных присадках к топливу. Таким образом, мы получаем экологически чистый тепловой двигатель.

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)




 
Previous Patent: GAS REACTOR

Next Patent: GAS-FILLED DISCHARGER