RU2382896C9 - Device to transfer mechanical power from internal combustion engine to thermal electric power station generator - Google Patents
Device to transfer mechanical power from internal combustion engine to thermal electric power station generator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2382896C9 RU2382896C9 RU2008103720/06A RU2008103720A RU2382896C9 RU 2382896 C9 RU2382896 C9 RU 2382896C9 RU 2008103720/06 A RU2008103720/06 A RU 2008103720/06A RU 2008103720 A RU2008103720 A RU 2008103720A RU 2382896 C9 RU2382896 C9 RU 2382896C9
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- propeller
- internal combustion
- combustion engine
- blades
- transfer mechanical
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам, предназначенным для передачи механической энергии движения самого двигателя внутреннего сгорания к электрогенератору ТЭС. Аналога, предназначенного для передачи энергии движения самого двигателя внутреннего сгорания на электрогенератор ТЭС, нет.The invention relates to devices designed to transmit mechanical energy of the movement of the internal combustion engine to the generator TPP. There is no analogue designed to transfer the energy of motion of the internal combustion engine to the TPP electric generator.
Используемые в настоящее время на тепловой электростанции (ТЭС) поршневые и газотурбинные двигатели внутреннего сгорания имеют КПД меньше 50% и соответственно имеют высокое потребление топлива. Так на самом высокоэкономичном поршневом двигателе «Дизель» минимальный расход топлива равен 0,14 кг/л.с.·ч, что соответствует КПД≈42% (Политехнический словарь, изд. Советск. Энцикл., 1976 г., с.351 - «Передача», с.142 - «Дизель»).Piston and gas turbine internal combustion engines currently used in thermal power plants (TPPs) have an efficiency of less than 50% and, accordingly, have high fuel consumption. So on the most economical piston engine “Diesel”, the minimum fuel consumption is 0.14 kg / hp · h, which corresponds to an efficiency of 42% (Polytechnical Dictionary, ed. Sovetsk. Encycl., 1976, p. 351 - “Transmission”, p.142 - “Diesel”).
В основу изобретения поставлена задача существенного уменьшения потребления топлива на ТЭС и соответственно улучшения экологии.The basis of the invention is the task of significantly reducing fuel consumption at thermal power plants and, accordingly, improving the environment.
Существо изобретения состоит в том, что в качестве устройства передачи механической энергии движения двигателя внутреннего сгорания к электрогенератору ТЭС применен воздушный винт с лопастями, расположенными под углом стреловидности по отношению к вектору окружной скорости сечения лопастиThe essence of the invention lies in the fact that as a device for transmitting mechanical energy of movement of an internal combustion engine to a TPP electric generator, a propeller with blades located at an angle of sweep is used with respect to the vector of the peripheral speed of the section of the blade
, ,
где ω - угловая скорость вращения винта, r - радиус сечения лопасти, а угол стреловидности - это угол между передней кромкой стреловидной лопасти и плоскостью, перпендикулярной вектору . (см. заявку №2007139687/20 от 29.10.2007, «Высокоскоростной воздушный винт»).where ω is the angular velocity of rotation of the screw, r is the radius of the cross section of the blade, and the angle of sweep is the angle between the leading edge of the arrow-shaped blade and the plane perpendicular to the vector . (see application No. 2007139687/20 of 10.29.2007, “High-speed propeller”).
В настоящее время воздушный винты используют для преобразования механической энергии вращения вала винта в кинетическую энергию создаваемого лопастями винта потока воздуха с целью получения силы тяги винта. Используют винты и для преобразования кинетической энергии потока воздуха в механическую энергию вращения вала воздушного винта (Политех. словарь, изд. Советск. Энцикл., 1976 г., с.86 - «Воздушный винт», с.74 - «Ветряной двигатель»).Currently, propellers are used to convert the mechanical energy of rotation of the propeller shaft into the kinetic energy of the air flow generated by the propeller blades in order to obtain propeller thrust. Screws are also used to convert the kinetic energy of the air flow into the mechanical energy of rotation of the propeller shaft (Polytechnic Dictionary, ed. Sovetsk. Encycl., 1976, p.86 - “Propeller”, p.74 - “Wind turbine”) .
Между достигаемым техническим эффектом и существом изобретения имеется следующая причинно-следственная связь: использование в качестве «передачи» высокоскоростного воздушного винта позволяет применить вместо дорогих и сложных поршневых и газотурбинных двигателей простые и дешевые бескомпрессорные воздушно-реактивные двигатели (ВРД). Так при сжигании топлива в бескомпрессорных ВРД по циклу Хампри (V=const) или детонационному циклу (ИДД) уже при числе Маха 4 термодинамический КПД ВРД превышает 70% (см. книгу под редакцией С.М.Фролова. Импульсные детонационные двигатели. Изд. Трусс-Пресс, Москва, 2006, с.20÷22).Between the achieved technical effect and the essence of the invention, there is the following causal relationship: the use of a “high-speed propeller” as a “transmission” makes it possible to use simple and cheap uncompressed air-jet engines (WFD) instead of expensive and complex piston and gas turbine engines. So, when fuel is burned in an unpressurized WFD according to the Hampi cycle (V = const) or detonation cycle (IDD), even with Mach 4, the thermodynamic efficiency of the WFD exceeds 70% (see the book edited by S. M. Frolov. Pulse detonation engines. Ed. Truss-Press, Moscow, 2006, p.20 ÷ 22).
Поэтому без учета дополнительных потерь механической и тепловой энергии ВРД и с учетом того, что КПД современных ТЭС≈30% и лишь лучшие достигают 40%, следует, что использование изобретения в перспективе позволит снизить расход топлива ТЭС в 1,5÷2 раза и позволит получать дешевую электроэнергию в местах добычи топлива.Therefore, without taking into account additional losses of mechanical and thermal energy of the WFD and taking into account the fact that the efficiency of modern TPPs is ≈30% and only the best reach 40%, it follows that the use of the invention in the future will reduce the fuel consumption of TPPs by 1.5–2 times and will allow receive cheap electricity at fuel extraction sites.
На фиг.1 представлена схема тепловой электростанции (ТЭС). Плоскость, ометаемая лопастями воздушного винта, на ТЭС расположена в горизонтальной плоскости так, чтобы винт мог одновременно с передачей механической энергии с ВРД на электрогенератор создавать небольшой вертикальный поток воздуха, улучшающий экологию территории станции. На схеме обозначено:Figure 1 presents a diagram of a thermal power plant (TPP). The plane swept by the blades of the propeller at the TPP is located in a horizontal plane so that the propeller can simultaneously generate mechanical energy from the WFD to the generator to create a small vertical air flow that improves the ecology of the station. The diagram indicates:
1. Пульсирующий ВРД.1. Pulsating WFD.
2. Лопасть, расположенная под отрицательным углом стреловидности 2. A blade located at a negative sweep angle
3. Лопасть, расположенная под положительным углом стреловидности .3. A blade located at a positive sweep angle .
4. Опорная силовая лопасть.4. Supporting power blade.
5. Вал ротора электрогенератора ТЭС.5. The rotor shaft of the TPP electric generator.
6. Втулка высокоскоростного воздушного винта.6. High speed propeller bushing.
7. Статор электрогенератора ТЭС.7. Stator of the TPP electric generator.
8. R - радиус воздушного винта.8. R - radius of the propeller.
Устройство передачи механической энергии от пульсирующего ВРД к электрогенератору ТЭС, выполненное в виде воздушного винта, работает следующим образом: пульсирующий ВРД (1), установленный на концах стреловидных лопастей (2) и (3) под действием силы реакции струи газа, вытекающей из сверхзвукового сопла, вращает воздушный винт со сверхзвуковой окружной скоростью концов лопастей u. При этом развиваемая пульсирующим ВРД мощность через лопасти (2), (3) и (4) передается на втулку (6) винта и далее на вал (5) ротора электрогенератора ТЭС.A device for transmitting mechanical energy from a pulsed WFD to a TPP electric generator, made in the form of a propeller, operates as follows: a pulsed WFD (1) mounted on the ends of arrow-shaped blades (2) and (3) under the action of the reaction force of a gas jet emanating from a supersonic nozzle rotates the propeller with a supersonic peripheral speed of the ends of the blades u. In this case, the power developed by the pulsating WFD through the blades (2), (3) and (4) is transmitted to the screw sleeve (6) and then to the shaft (5) of the rotor of the TPP electric generator.
Высокая сверхзвуковая окружная скорость движения концов лопастей винта 3М÷4М существенно усложняет конструкцию и эксплуатацию «высокоскоростного воздушного винта».The high supersonic peripheral speed of movement of the ends of the rotor blades 3M ÷ 4M significantly complicates the design and operation of the "high-speed propeller".
С целью увеличения степени сжатия воздуха в камере сгорания ВРД при меньшем значении окружной скорости движения концов лопастей винта в камеру сгорания ВРД посредством дополнительного компрессора через полые лопасти винта нагнетают воздух с давлением, соответствующим степени сжатия >40.In order to increase the degree of air compression in the WFD combustion chamber with a lower value of the peripheral speed of the ends of the propeller blades, the air with a pressure corresponding to a compression ratio> 40 is pumped through the hollow blades of the propeller by means of an additional compressor.
Дополнительный компрессор на сверхзвуковых окружных скоростях движения концов лопастей винта позволяет эффективно использовать сам «высокоскоростной воздушный винт» в качестве самостоятельного центробежного компрессора.An additional compressor at supersonic peripheral speeds of the ends of the propeller blades allows you to effectively use the “high-speed propeller” itself as an independent centrifugal compressor.
Расчет показывает, что на сверхзвуковых окружных скоростях концов лопастей сам «высокоскоростной воздушный винт» в несколько раз увеличивает давление, поступающее с дополнительного компрессора.The calculation shows that at supersonic peripheral speeds of the ends of the blades, the “high-speed propeller” itself increases the pressure coming from the additional compressor several times.
Для элемента воздуха массойFor an air mass element
где ρ - плотность воздуха, µ - его молярная масса, R - универсальная газовая постоянная, Т - абсолютная температура, S - площадь трубы, p - давление внутри этого элемента, r - текущий радиус,where ρ is the air density, µ is its molar mass, R is the universal gas constant, T is the absolute temperature, S is the pipe area, p is the pressure inside this element, r is the current radius,
центробежная сила будет составлятьcentrifugal force will be
разделив на площадь, получимdividing by the area, we get
Сделаем замену переменныхLet's make a change of variables
где р0 - давление вблизи оси вращения.where p 0 is the pressure near the axis of rotation.
(x, у - безразмерные величины).(x, y are dimensionless quantities).
ПолучимWe get
Решением его будетHis solution will be
При r=0 p=p0, следовательно, у0=1For r = 0, p = p 0 ; therefore, y 0 = 1
ωr=u,ωr = u,
где u - окружная скорость. Получаемwhere u is the peripheral speed. We get
Возьмем µ=0,029 кг/моль (для воздуха), R=8,3 Дж/(моль К), Т=300 K, u=500 м/с.Take μ = 0.029 kg / mol (for air), R = 8.3 J / (mol K), T = 300 K, u = 500 m / s.
На фиг.2 представлена схема ТЭС.Figure 2 presents a diagram of a TPP.
На схеме обозначено:The diagram indicates:
1. Воздушно-реактивный двигатель с забором воздуха от дополнительного компрессора высокого давления.1. The jet engine with air intake from an additional high-pressure compressor.
2. Лопасть, расположенная под отрицательным углом стреловидности 2. A blade located at a negative sweep angle
3. Лопасть, расположенная под положительным углом стреловидности .3. A blade located at a positive sweep angle .
4. Опорная силовая лопасть.4. Supporting power blade.
5. Вал ротора электрогенератора ТЭС.5. The rotor shaft of the TPP electric generator.
6. Электрогенератор ТЭС.6. Power plant TPP.
7. Втулка воздушного винта.7. Propeller bushing.
8. Компрессорная станция.8. Compressor station.
Тепловая электростанция работает следующим образом.Thermal power plant operates as follows.
Бескомпрессорный ВРД (1), установленный на концах лопастей (2) и (3), под действием силы реакции струи газа, вытекающего из реактивного сопла, вращает воздушный винт со сверхзвуковой окружной скоростью концов лопастей U=500÷700 м/с.The uncompressed WFD (1) mounted on the ends of the blades (2) and (3), under the action of the reaction force of a gas jet emanating from the jet nozzle, rotates a propeller with a supersonic peripheral speed of the ends of the blades U = 500 ÷ 700 m / s.
При этом в камеру сгорания ВРД (1) от компрессора высокого давления стационарной компрессорной станции (8) сквозь полые лопасти воздушного винта нагнетают воздух с давлением, соответствующим степени сжатия ≅ 200, что обеспечит получение термодинамического КПД ВРД 60%÷70%.At the same time, air with a pressure corresponding to a compression ratio of ≅ 200 is pumped through the hollow blades of the propeller through the hollow blades of the propeller (8) from the high pressure compressor of the stationary compressor station (8), which will provide a thermodynamic efficiency of the high pressure of 60% ÷ 70%.
Развиваемая ВРД мощность через лопасти (2), (3) и (4) передается на втулку воздушного винта (7) и далее на вал (5) ротора электрогенератора.The power developed by the WFD through the blades (2), (3) and (4) is transmitted to the hub of the propeller (7) and then to the shaft (5) of the rotor of the electric generator.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008103720/06A RU2382896C9 (en) | 2008-02-06 | 2008-02-06 | Device to transfer mechanical power from internal combustion engine to thermal electric power station generator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008103720/06A RU2382896C9 (en) | 2008-02-06 | 2008-02-06 | Device to transfer mechanical power from internal combustion engine to thermal electric power station generator |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2008103720A RU2008103720A (en) | 2009-08-20 |
RU2382896C2 RU2382896C2 (en) | 2010-02-27 |
RU2382896C9 true RU2382896C9 (en) | 2010-05-10 |
Family
ID=41150453
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008103720/06A RU2382896C9 (en) | 2008-02-06 | 2008-02-06 | Device to transfer mechanical power from internal combustion engine to thermal electric power station generator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2382896C9 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2495269C2 (en) * | 2011-03-22 | 2013-10-10 | Михаил Зеликович Боярер | Compressor air breather |
-
2008
- 2008-02-06 RU RU2008103720/06A patent/RU2382896C9/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Д.Де РЕНЗО Ветроэнергетика. - М.: Энергоатомиздат, 1982, с.33-37, рис.1.11. SU 5684 А (ГАККЕЛЯ Я.М.), 30.06.1928. SU 1794038 A3 (ХЛОПЕНКОВ), 07.02.1993. RU 2107643 C1 (БЕЛИЦКИЙ М.К.), 27.03.1998. US 3482803 А (В.LINDENBAUM), 09.12.1969. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2008103720A (en) | 2009-08-20 |
RU2382896C2 (en) | 2010-02-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3066304B1 (en) | Axial fluid machine and method for power extraction | |
CN1239534A (en) | Operation method of supersonic jet engine hybrid power plant | |
RU109233U1 (en) | TURBINE | |
RU2382896C9 (en) | Device to transfer mechanical power from internal combustion engine to thermal electric power station generator | |
CN106438107A (en) | Blade propeller side jet type aeroengine | |
CN202325699U (en) | Moving vane-type steam turbine | |
RU2656780C2 (en) | Reactive helicopter | |
CN102926818A (en) | High-stability and low-vibration vane, energy-gathered compound vane or efficient high-intensity engine | |
RU199386U1 (en) | Rotary jet-ventilated power plant DME | |
RU2645863C2 (en) | Turboprop engine | |
RU2433292C1 (en) | Aircraft conrod-free fan engine | |
US5263313A (en) | Circular internal thrust engine | |
RU2495269C2 (en) | Compressor air breather | |
CN101550873B (en) | A kind of internal combustion engine using biofuel | |
Kinoue et al. | A pump system with wave powered impulse turbine | |
RU2379523C2 (en) | Aircraft propfan engine | |
RU2358138C1 (en) | Helical fan aviation gas-turbine engine | |
CN105480407A (en) | Blade end spraying and pushing technology for rotary blades | |
CN102900471A (en) | Efficient low-resistant structural or efficient energy-gathered structural or efficient engine | |
GB2467827A (en) | Wind turbine with tip mounted gas turbine engines | |
RU2359144C1 (en) | Screw blower aircraft gas turbine engine | |
RU185105U1 (en) | TURBINE | |
CN115434805A (en) | Air push, air flotation, hydraulic push new energy engines | |
JPS6385201A (en) | Wells turbine for wave activated power generation | |
RU2597351C2 (en) | Internal combustion engine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TH4A | Reissue of patent specification | ||
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110207 |