Роторно-поршневая паровая машина прямоточная двустороннего действия самостабилизирующаяся.

Описание проекта

В современном научном сообществе уже в течение нескольких последних десятилетий активно ведётся дискуссия об изменении климата на планете в результате человеческой деятельности. В какую сторону меняется климат, специалисты пока не пришли к единому мнению. Но в обоих случаях, при похолодании или потеплении, совершенно ясно одно — человечество должно использовать существующие энергоресурсы более эффективно. В ближайшие десятилетия человечество, вероятно, ещё не сможет полностью избавиться от зависимости от ископаемого топлива и получения энергии способом его сжигания. Но, несомненно, уже сегодня человечество может повышать коэффициент полезного использования тепла, полученного в процессе сжигания углеводородного топлива. Один из таких способов видится в совершенствовании технологий когенерации энергии и создания новых механизмов с увеличенным коэффициентом полезного действия. Использование паровых технологий и машин является одним из таких способов.

В энергетических установках малой (до 1 МВт) и средней (1–10 МВт) мощности, которые очень часто называют мини ТЭЦ (мини-ТЭС), поршневая паровая машина (ППМ) как двигатель для привода электрогенератора или технологического оборудования (например, насоса или тягодутьевого вентилятора в котельной) по сравнению с паровой турбиной (ПТ) при соизмеримых мощностях и параметрах пара характеризуется следующими положительными качествами:

Изложенные выше особенности ППМ позволили им занять определенную нишу на рынке энергетического оборудования для малой энергетики, правда, пока только за рубежом. например, PM-VS (Чехия), Spilling Energie Systeme GmbH (Германия), Cyclone Power Technologies (США).

Данный проект предполагает использование в качестве расширительной машины роторно-поршневой машины (РПМ) двустороннего действия, прямоточной, сочетающей в себе достоинства тронкового парового поршневого двигателя (ППД) и паровой турбины (ПТ).
РПМ так же как ППД, имеет более высокий термический КПД и более высокую энергетическую эффективность, чем ПТ, менее затратен в производстве, эксплуатации и ремонте.
РПМ так же, как ПТ имеет более высокие обороты вала и более высокий механический КПД, чем ППД.

1. Прямоточность означает, что, в отличие от тронкового поршневого двигателя, в котором через парораспределительное устройство (золотник) проходят как горячие входные потоки пара, так и холодные выходные, что приводит к снижению температуры пара на входе, газораспределение в предлагаемой схеме осуществляется через разнесённые каналы, вход и выход находятся в противоположных частях камеры, причём входные и выходные каналы, расположенные равномерно по окружности камеры, подключаются по мере передвижения поршня, циркулируют вслед за вращением вала, что исключает неравномерный нагрев камеры и возникновение тепловых напряжений в механизме. Это позволяет сохранять температуру пара на входе с заданными параметрами. При этом отсутствует мёртвый объём, характерный для тронковых прямоточных машин.
В то же время, в отличие от большинства роторных схем(лопастных, пластинчатых, винтовых и др.) представляющих собой простую прямоточную машину, входной канал имеет отсечку по пару, что аналогично рабочему процессу в непревзойдённой по данному параметру тронковой ППМ.

2. Двустороннего действия означает, что ротор имеет характерную особенность, обусловленную его формой и формой рабочей камеры — это поршень двустороннего действия. Каждое перемещение поршня является рабочим, без холостых пробегов, в некоторой степени дополнительно снижающих КПД в тронковой ПМ.

3. Явление самостабилизации поршневых машин открыто и изучено старшим научным сотрудником Московского авиационного института к.т.н. В.С.Дубининым в 80-е годы 20 века. Сущность обнаруженного явления в том, что им теоретически была предложена, а затем экспериментально подтверждена возможность самостабилизации частоты вращения тепловых двигателей дискретного действия при импульсной выработке или подаче рабочего тела через равные промежутки времени без использования датчика частоты вращения и сравнивающего устройства, подобно тому, как механические часы сохраняют постоянную частоту своего вращения за счет механического маятника (задающего генератора), взаимодействующего с нелинейным звеном, которым является анкерный механизм. Показано, что тепловые двигатели дискретного действия, являясь нелинейными звеньями, в определенном диапазоне своих конструктивных параметров могут под действием импульсов задающего генератора вращаться с частотой, отклонение которой от номинала находится на уровне величины неравномерности хода по углу поворота вала двигателя. При этом ступенчатое изменений нагрузки от 100 % к 30–5 % и обратно не приводит даже к кратковременному выходу частоты вращения за пределы диапазона ее колебаний в этих двух установившихся режимах.

Значение обнаруженного явления состоит в том, что появилась возможность создать высокостабильный привод простой конструкции на основе тепловых двигателей. Такой привод может быть надежным и дешевым, обеспечивая получение электроэнергии стабильной частоты, без выпрямления тока и применения инвертора для преобразования постоянного тока в переменный ток стабильной частоты, что невозможно при применении турбин, винтовых и роторных машин.

Предлагаемый механизм относится к двигателям дискретного действия.

Поскольку данное устройство разрабатывается с «нуля», в отличие от применяемых в настоящее время установок, конструируемых в основном на базе существующих ДВС, имеется возможность изначально заложить в конструкцию и технологию современные способы получения необходимых свойств материалов, изготовления деталей, оптимизации конструкции под требования конкретной сферы применения.

Сайт компании