РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ КАШЕВАРОВА "РДК-6" Российский патент 1997 года по МПК F02B53/00 

Изобретение предназначено для тепловых электростанций (ТЭС), а также для других энергетических установок взамен паровых и газовых турбин как имеющий лучшие технико-экономические характеристики и относится к моторостроительной и турбостроительной технике двигателей для электростанций, тепловозов, кораблей морского и речного флотов, использующих в качестве топлива газообразные и жидкие углеводороды.

Разработка РДК-6 имеет целью повысить технико-экономические характеристики тепловых двигателей, работающих на жидком и газообразном топливе, а именно увеличить КПД в 1,5 2 раза, удельную мощность в 10 20 раз, уменьшить срок окупаемости капитальных затрат на двигательные устройства ТЭС, судов и платформ наземного транспорта в 20 30 раз.

За прототип РДК-6 может быть принят роторный двигатель (см. Патент США N 4909208, кл. F 02 B 53/00, 1990). Этот прототип не имеет удовлетворительного решения задачи по предотвращению утечки газов сгоревшего топлива (в двигателе) и утечки сжатого воздуха (в компрессоре) в зазорах между статором и ротором и между заслонкой ротора и поверхностями статора, а также между направляющими движения заслонки, при допустимой затрате энергии на трение между ротором, статором и заслонкой.

Без решения этой задачи не могут быть получены перспективные (конкурентноспособные) технико-экономические характеристики двигателя по этому патенту (КПД, удельная мощность, срок окупаемости капитальных затрат).

В результате отсутствия удовлетворительного решения вышеупомянутой ключевой задачи создания роторных двигателей исключается возможность получения сравнительной оценки двигателя по патенту США N 4909208 с предлагаемым РДК-6.

Оценка эффективности применения РДК-6 произведится в сравнении с двигателями, на замену которых предназначен РДК-6, и прежде всего с газотурбинной установкой (ГТУ) газотурбинных электростанций ГТЭ (см. БСЭ, II изд. т. 10, с. 44 48, рис. 5).

ГТУ имеет малый КПД (14-34%), сложное устройство, малую удельную мощность, большую стоимость изготовления и эксплуатации. Предлагаемый РДК-6 имеет в 2 раза лучший КПД, в 10 раз большую удельную мощность, в несколько раз меньшую стоимость изготовления и эксплуатации при равной мощности с ГТУ и РДК-6.

Замена на электростанциях ГТУ на РДК-6 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 2 раза выбросов, загрязняющих атмосферу города, на каждый кВт•ч выработанной электроэнергии.

Строительство электростанций с РДК-6 вместо ГТУ потребует меньшей затраты капитальных средств, меньших сроков строительства, меньшей территории при равной мощности электростанций и в несколько раз меньший срок окупаемости капитальных затрат.

В простейшем ГТУ сжатый компрессором воздух 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 34% достигается в результате существенного усложнения ГТУ введением сложных регенераторов (теплообменных аппаратов) для промежуточного нагрева газов, компрессоров высокого и низкого давления, холодильников, газовых турбин высокого и низкого давления. ГТУ не является ДВС.

РДК-6 является ДВС, так как сжигание топлива производится в его расширяющейся камере сгорания с многократно возрастающим давлением газов, которое непосредственно преобразуется в механическую энергию вращения его ротора с КПД, в 2 раза большим, чем у газовой турбины. Таким образом, принцип действия РДК-6 имеет существенное отличие от принципа действия ГТУ.

В РДК-6 топливная смесь сжатого воздуха и природного газа образуется в момент ее воспламенения от электросвеч 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 в несколько раз меньшая температура воспламененной топливной смеси. При этом в двух-трехкратном избытке сжатого воздуха средняя температура образовавшейся затем смеси сжатого воздуха и газов, сгоревшего топлива будет в 2 3 раза меньше, чем температура газов в отсутствие избытка сжатого воздуха. Но двух-трехкратное уменьшение температуры компенсируется двух-трехкратным увеличением объема рабочего тела сжатого воздуха и 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 ней тепловых потерь с уменьшением КПД и удельной мощности двигателя.

РДК-6 может найти эффективное применение взамен ДВС, так как по сравнению с ДВС он имеет в 2 раза больший КПД, в 10 15 раз большую удельную мощность, в несколько раз меньший срок окупаемости капитальных затрат в результате меньшей стоимости изготовления и эксплуатации двигателей равной мощности.

РДК-6 отвечает самым высоким требованиям экономии энергии и материалов на изготовляемую продукцию, а также требованиям экологии по уменьшению ущерба природе, наносимого изготовлением и эксплуатацией ДВС, газовых и паровых турбин (с паровыми котлами, градирнями и др. устройствами).

Применение РДК-2 на ТЭС вместо паровых турбин с паровыми котлами, градирнями и др. устройствами, обеспечивающими работу паровых турбин, даст увеличение в 1,5 2 раза электроэнергии 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, при равной мощности вырабатываемой электроэнергии. В несколько раз уменьшается материало- и энергоемкость строительства ТЭС с РДК-6, существенно сократятся трудовые и капитальные затраты, а также сроки строительства ТЭС и в несколько раз уменьшится 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 ГАЭС, без которых не находит применения электроэнергия, вырабатываемая ТЭС в ночное время.

На фиг. 1 дано вертикально сечение РДК-6 А-А на фиг. 2; на фиг. 2 - сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 3 место "Н" на фиг. 2, увеличенное в 3 раза по сравнению с фиг. 2; на фиг. 4 сечение по В-В и Г-Г на фиг. 3; на фиг. 5 - сечение по Д-Д и Е-Е на фиг. 3; на фиг. 6 воздуховод 5, изображенный в более крупном масштабе, чем на фиг. 1; на фиг. 7 сечение А-А и Ж-Ж на фиг. 2 заслонки 6 в более крупном масштабе чем на фиг. 2; на фиг. 8 и 9 чертежи для определения кривизны внутренней поверхности статора 1.

Для ТЭС и кораблей морского и речного флота РДК-6 используется в качестве двигателя в комплекте с компрессором предварительного сжатия воздуха, поставляющим сжатый воздух в газовый баллон, а из него в компрессор РДК-6, и с детандером, в который поступают выхлопные газы двигателя РДК-6 для дальнейшего расширения с целью получения дополнительной механической энергии. Кроме того, на ТЭС в теплообменнике, в который поступают выхлопные газы из детандера, используется их тепловая энергия для снабжения населения горячей водой из теплотрассы, подсоединенной к теплообменнику.

Для автомобилей и передвижных устройств РДК-6 используется без вышеупомянутого комплекта с повышением за счет этого удельной мощности и уменьшением стоимости изготовления и эксплуатации.

Описание устройства и работы РДК-6 дано применительно к его использованию на ТЭС, так как описание использования РДК-6 на других объектах может быть получено путем упрощения данного описания исключением связи РДК-6 с компрессором предварительного сжатия воздуха, с баллоном для хранения сжатого воздуха, с детандером, с теплообменником и с тепловой трассой.

РДК-6 имеет статоры 1 и 2 и роторы 3 и 4 соответственно двигателя и основного компрессора, воздуховод 5, заслонку 6, установленную в направляющих 7 роторов 3 и 4, баллон 8 для хранения сжатого воздуха, поступающего в него из компрессора предварительного сжатия воздуха (не показан), воздуховод 9 из баллона 8 в основной компрессор, газовод 10 из двигателя в детандер 11, трубу 12, отходящую от магистрального газопровода, с патрубками 13, на концах которых закреплены форсунки 14, установленные в воздуховоде 5, электросвечи зажигания 15, подпружиненную дверцу 16, перекрывающую окно 17 из статора 2 компрессора в воздуховод 9.

Заслонка 6 двигателя жестко соединена боковыми торцами приливами 18 с двумя кронштейнами 19, на каждом конце которого установлена при помощи болтов 20 сменная вилка 21 с осью 22 катка 23, прокатывающегося по внутренней поверхности статора 1. Кронштейн 19 с вилками 21 и катками 23 и другие устройства перемещения заслонки 6 в направляющих 7 установлены в камере 24, отделенной от камеры расширения 25 торцевой стенкой 26 с ее утонченной частью 27. Торцевая стенка 26 вставлена в статор 1 и приварена к нему сварочным швом 28. Наружная сторона камеры 24 образована торцевой стенкой 29, вставленной в статор 1 и укрепленной в нем сварочным швом 30.

Торцевая стенка 29 имеет окно с дверцей (не показано), через которое производят замену вилки 21 с катком 23, и втулку 31, в которой установлена полуось 32 вращения ротора 3. В верхней части цилиндрической стенки статора 1, по которой прокатываются катки 23, имеются отверстия для трубок 33 маслопровода, через которые масло прокачивается масляным насосом к каткам 23 во время работы двигателя в количестве менее 0,1 кг/ч.

Ротор 3 имеет торцевые стенки 34, между которыми установлена утонченная часть 27 торцевой стенки 26 статора 1, катки 35, 36 и 37, по которым прокатывается кронштейн 19, полуось 32, которая соединена диском 38 с наружной торцевой стенкой 34 и ее утолщенной частью 39. Катки 35 установлены в утолщенной части 39 торцевых стенок 34, катки 36 установлены в диске 38, а катки 37 в кронштейнах 40 наружной торцевой стенки 34 ротора 3.

В камеру 24 через зазоры между поверхностями торцевых стенок 27 и 34 статора 1 и ротора 3 из камеры расширения 25 проводят газы, создающие воздушную смазку между этими поверхностями, но одновременно и уменьшающие мощность двигателя. Для уменьшения утечки газов из камеры 25 в камеру 24, камера 24 герметизируется и в ней поддерживается равновесное давление, определяемое величинами поступления газов из камеры 25 и утечки газов через зазоры между втулкой 31 и полуосью 32. Герметичны также камеры 41 ротора 3, в которых во время работы двигателя воздух нагревается через стенки ротора 3 до температуры в 500 600^oС и его давление повышается до давления 10 кг/см², которое позволяет уменьшить требования к прочностным характеристикам стенок камеры 41 и к направляющим 7. Такое же значение имеет и давление, создаваемое в камере 24, т. к. оно также уменьшит величину одностороннего давления на торцевые стенки 34, 26 и 27 газов, образующихся в камере сгорания 42 двигателя РДК-6.

С полуосью 32 ротора 3 соединяют рабочий вал редуктора или электрогенератора. На полуоси 43 ротора 3 установлена шестерня 44, находящаяся в зацеплении с такой же шестерней полуоси ротора 4 компрессора.

Статор 1 имеет наружное термоизолирующее покрытие 45, изображенное крестообразной штриховкой. Такое же покрытие имеет внутренняя поверхность ротора 3, воздуховод 5, газовод 10 и детандер 11. Статор 2 и баллон 8 имеют радиаторные ребра 46. Ротор 4 охлаждается продувкой через него наружного воздуха.

Статор 1 по касательной к окружности ротора 3 соприкасается с ротором с зазором менее 1 мм. Этот зазор перекрыт тонкостенной пластинчатой пружиной 47, подсоединенной одной стороной к статору 1 и скользящей другой стороной по поверхности ротора 3. Аналогичное устройство имеет статор 2 с ротором 4 с целью уменьшения утечки сжатого воздуха из камеры сжатия 48 в воздуховод 9. К боковым и торцевым краям заслонки 6 приварены тонкие полоски 49 пружинистой стали, препятствующей утечке газов через зазоры между заслонкой 6 и поверхностями статора 1. Аналогичные устройства имеет и заслонка 6 компрессора.

В статор 1 против одной из сторон вилки 21 вставлен изолированный контактный датчик 50, при исправном состоянии катков 23 торец стороны вилки 21 проходит с воздушным зазором, исключающим возможность контакта датчика 50 с торцем вилки 21. Если в процессе эксплуатации РДК-6 катки 23 сработаются до заданного предела, то торец вилки 21 при вращении ротора 3 станет касаться контакта датчика 50, в результате чего на компьютере загорится мигающим светом красная лампочка под надписью "Сменить каток". Датчик 50 устанавливается в том месте статора 1, где давление катка 23 на поверхность статора 1 будет наибольшим. В торцевой стенке 29 статора 1 установлен самооткрывающийся клапан 51 выпуска газов из камеры 24, когда в ней давление газов повысится до расчетного, которое определяется прочностью стенок 29. Клапан 51 может быть также открыт оператором перед открытием дверцы в стенке 29 для замены вилки 21 с катком 23. Расчетное давление в камере 24 задают в 1,5 2 раза меньшим, чем среднее давление газов в камере 25, что позволяет уменьшить утечку газов из камеры 25 в камеру 24 и при этом иметь минимально необходимую прочность стенки 29.

Цилиндрические поверхности роторов двигателя и компрессоров имеют в сечении, перпендикулярном оси вращения роторов, окружность. Цилиндрические поверхности статоров двигателя и компрессоров имеют в сечении, перпендикулярном оси вращения роторов, дуги кругов различного радиуса. Верхняя дуга МБК статора 1 на фиг. 8 имеет радиус Р_в О_вБ, величина которого зависит от величины радиуса Р цилиндрической поверхности ротора и наибольшего расстояния ВС между поверхностями цилиндров статора и ротора камеры расширения 25.

Если принять, что ВС 0,5Р, то центр О_в окружности верхней дуги радиуса Р_в БО_в лежит на прямой ОВ (где О центр окружности ротора) на расстоянии ОО_в 0,22917Р, Р_в 1,27083Р и ОБ 1,42074Р. Эти величины определены из треугольников ОО_вБ и ОО_вК, где P2в

= (O_вO)² + (1,25P)², P2в = O_вO² + OБ² - 2O_вO•ОБ•cosα и О_вО 1,5Р P_в2 при α 45^o. Из треугольников ОО_нА и ОО_нМ, в которых Р_н (О_нО)² + (1,25Р)², и О_нО Р_н Р. Определены Р_н 1,28125Р, О_нО 0,28125Р и ОА 1,06785Р при α 45^o. Угол a принят равным 45^o, т. к. в этом положении кронштейна 19 с катками 23 будет наибольшее несоответствие полученного радиуса Р_н расстоянию между точками касания катками 23 противоположных поверхностей статора 1, которое в принятом примере равно 2,5Р.

Следовательно, D_max 2,5Р (АО + ОБ) 2,5Р 1,06785Р 1,42074Р 0,01141Р. Задавая величину углов α_i от 0^o до 90^o, например через 10^o, получают ряд значений Δ_i, по которым построена на фиг. 9 плавная кривая МА_i, соответствующая профилю нижней части цилиндрической поверхности МНК с необходимой степенью точности. На фиг. 9 расстояние между дугой окружности МАН радиуса Р_н и кривой МА_iН поверхности статора 1 в направлении А_iО_н равны Δ_i и изображены соответствующей штриховкой площади между дугой МАН и кривой МА_iН. Кривая МНК может быть построена на торцевой поверхности отливки (заготовки) нижней половины статора 1 по точкам отклонения Δ_i от дуги МАН радиуса Р_н 1,28125Р. Далее на строгальном станке выбирается толщина металла, равная Δ_i, до кривой МАН, являющейся профилем внутренней поверхности нижней половины статора 1. После шлифовки внутренней поверхности половинок цилиндра статора 1 эти половинки соединяются, например, также, как соединяются в ДВС блок и головка блока цилиндров. Аналогичным способом изготовляют статор компрессоров.

Работа РДК-6.

Запуск РДК-6, применительно к его эксплуатации на ТЭС, производят с помощью электродвигателя стартера, приводящего в движение компрессор, который включается компьютером при нажиме на его клавишу "Пуск". В момент поступления сжатого воздуха в камеру сгорания 42 через воздуховод 5 в результате открытия дверцы 16 компьютер включает форсунки 14, а в момент выключения форсунок 14 включает электросвечи 15, воспламеняющие природный газ, который успел смешаться с сжатым воздухом в топливную смесь. При этом воспламененная топливная смесь будет находиться между объемами сжатого воздуха в пространстве, отделяющим ее от дверцы 16 и заслонки 6, уменьшая воздействие на них температуры воспламененной топливной смеси. Воздух, сжимаемый воспламененной топливной смесью, амортизирует ударную нагрузку резкого повышения давления в момент воспламенения топливной смеси природного газа на конец заслонки 6. Этому содействует также движение конца заслонки 6, увеличивающего объем камеры сгорания 42 в момент воспламенения топливной смеси, и направленное в сторону распространения давления воспламененной топливной смеси. В результате амортизации взрывной волны скачка давления воспламененного топлива избытком сжатого воздуха и движением конца заслонки 6 многократно уменьшается ударное воздействие этого скачка давления в момент воспламенения топлива на стенки камеры сгорания и соответственно многократно уменьшается сила звука, который, например, возникает в поршневых ДВС при воспламенении топливной смеси. Сила звука воспламененного топлива уменьшается еще и прохождением выхлопных газов через детандер, который в этом отношении выполняет еще роль глушителя звука.

Утечка газов в зазоры между заслонкой 6 и поверхностью статора 1 почти полностью исключается пружинными полосками 49, приваренными к заслонке 6 и скользящими по поверхности статора 1, прижимаемыми к ней давлением газов сгоревшего топлива.

Через 5 10 с после начала пуска компьютер выключает стартер и подключает электрогенератор, а еще через 5 10 с РДК-6 выходит на эксплуатационную скорость вращения ротора 3 и электрогенератор включают в электросеть.

Во время вращения ротора 3 через катки 37 его вращение передается на вращение кронштейнов 19 и установленных на них вилок 21 с катками 23, которые, прокатываясь по цилиндрической поверхности статора 1, перемещают заслонку 6 в направляющих 7 через соединенный с заслонкой 6 приливом 18 кронштейн 19. Во время вращения кронштейна 19 катки 23 могут как прокатываться по поверхности статора 1, так и проскальзывать по ней, т. к. они выполнены из материала, имеющего наименьший коэффициент трения с поверхностью статора 1, смазанную к тому же машинным маслом, подаваемым масляным насосом через трубки 33. Кронштейны 19 перемещаются также между катками 35 и 36, установка которых определяет величину зазоров между боковыми краями заслонки 6 и торцевыми поверхностями статора 1 и ротора 3.

Если на компьютере замигает лампочка с надписью "Сменить каток", то РДК-6 может продолжить работу до его остановки в плановое время при уменьшении потребности в электроэнергии. После остановки РДК-6 отрывают клапан 51 и дверцу в стенке 29, а затем кратковременным включением стартера кронштейн 19 поворачивают до положения, при котором через окно в стенке 29 статора 1 производят смену вилки 21 с катком 23 на новую вилку с катком 23. Затем таким же способом производят замену противоположной вилки 21 с катком 23. После смены вилки 21 с катком 23 дверцу в стенке 29 статора 1 закрывают и герметизируют, а клапан 51 устанавливают на работу в режиме самооткрывания при повышении давления газов в камере 24 до расчетного.

Ориентировочный расчет РДК-6 и эффективность его применения.

Для расчета РДК-6 принимают, что двигатель изображенный на фиг. 1 и 2, имеет диаметр ротора, равный 2 м, наибольший размер расстояния между поверхностями ротора и статора 0,5 м, а его заслонка 6 имеет размеры 2,5 м х 2,5 м х 0,05 м, заслонка компрессора имеет размеры 3,2 м х 2,5 м х 0,04 м и наибольшее расстояние между поверхностями статора и ротора 0,5 м, скорость вращения ротора 2 обор./с, давление сжатого воздуха, поступающего в двигатель от компрессора, 30 кг/см² с двухкратным избытком по отношению к необходимому для полного сгорания природного газа, подаваемого из магистрального газопровода в форсунку 14 с давлением, равным 60 кг/см².

Объем камеры сгорания в момент воспламенения топливной смеси при положении заслонки, отраженном на фиг. 1, будет равен 0,25 м • 1,0 м • 0,5 м • 2,5 м + объем газопровода 5 0,32 м³ + 0,18 м³ 0,5 м³.

Масса воздуха, заполнившего камеру сгорания, будет равна 0,5 м³ • 1,4 кг/м³ • 30 21 кг.

Для полного сгорания 1 кг природного газа необходимо 15 кг воздуха, тогда при двухкратном избытке воздуха в камеру сгорания войдет 21 кг 30 0,7 кг природного газа.

Объем камеры сгорания компрессора равен 3,2 м • 3,6 м • 0,5 • 0,7 4 м³.

Для получения 21 кг воздуха в компрессор поступает воздух уже сжатым в (21 кг 1,4 кг/м³) 4 3,74 раза
Следовательно, необходимо иметь два последовательно соединенных компрессора с результативным сжатием в 30 раз. В этом случае компрессор предварительного сжатия воздуха до давления в 3,74 кг/см³ с давления 0,95 кг/см³ засасываемого воздуха будет иметь сжатие в 4 раза.

Компрессор предварительного сжатия будет иметь камеру сжатия, в 4 раза большую по объему, чем камера сжатия основного компрессора, т.е. равную 4 м³ • 4 16 м³. При таком же устройстве, как и основной компрессор, почти все его линейные размеры будут большими, чем у основного компрессора в раза, но толщина стенок статора, ротора и заслонки будет меньше в 6 раз, т. к. будет меньше в 6 раз давление воздуха, сжимаемого этим компрессором, чем сжимаемого основным компрессором.

В момент воспламенения топливной смеси в камере сгорания выделяется тепловая энергия, равная 0,7 кг • 12000 ккал/кг 8400 ккал. Эта тепловая энергия нагреет 21 кг сжатого воздуха до температуры 8400 ккал (21 кг • 0,24ккал/кг•^oС) 1670^oС
Давление воздуха сжатого до 30 кг/см² возрастает от его нагрева до 30 кг/см² (1670^oС 273^oС + 1) 214 кг/см².

Полученные значения температуры и давления не будут иметь существенного воздействия на стенки камеры сгорания и заслонку, т. к. между воспламененной топливной смесью и этими стенками будет находиться слой сжатого избыточного воздуха, с которым будут смешиваться продукты сгоревшего топлива в расширяющемся объеме в результате движения заслонки. Таким образом, процесс смешивания сгоревшего топлива со всем объемом воздуха будет совмещен с расширением воздушно-газовой смеси, уменьшающим ее температуру и давление. К тому же поверхности стенок камеры сгорания, газовода и заслонки, на которые воздействует высокая температура воспламененной топливной смеси, покрыты защитным теплоизолирующим материалом.

Объем камеры расширения двигателя равен
2,5 м • 4 м • 0,5 м • 0,75 3,75 м³.

Так как объем камеры сгорания равен 0,5 м³, то продукты сгоревшего топлива и избыток воздуха расширяются в камере в 3,75 м³ 0,5 м³ 75,5 раза. При этом их температура уменьшается до 300^oC, а давление уменьшится 7,5 • [(1670^oC 300^oC) 273^oC + 1] 45 раз и давление выхлопных газов, выходящих из камеры расширения будет равно 214 кг/см² 45 4,75 кг/см²/
Среднее значение силы давления, приложенной к концу заслонки 6, во время ее рабочего хода будет равно
(214 кг/см² + 4,75 кг/см²) 2 • (0,5 • 250 см • 50 см • 0,75) 515000 кг.

В этом равенстве коэффициент 0,5 введен за счет нелинейного изменения силы давления на заслонку при расширении газа с давления 214 кг/см² до давления 4,75 кг/см². Коэффициент 0,75 веден для получения среднего значения площади конца заслонки 6 при ее рабочем ходе.

Работа, произведенная одним концом заслонки 6 при ее повороте на 180^o за время 0,25 с рабочего хода, равна
515000 кг • 4 м 2060000 кгм.

Работа, произведенная заслонкой за 1 с (за 2 оборота ротора), равна 2050000 кгм • 4 2060000 кгм плюс еще работа, полученная при заполнении камеры сгорания сжатым до 30 кг/см² воздухом, подаваемым компрессором, с учетом которой полная работа будет равна 83000000 кгм, а развиваемая им мощность составит 8300000 кгм/с. 102 81000 кВт.

Выхлопные газы, выходящие из камер расширения с давлением в 5 кг/см², используются в детандоре, например, академика П. Л. Капица (см. БСЭ, II издание, т. 4, с. 128, рис. 4), который имеет КПД 0,82 0,85 и работает на перепаде давлений примерно с 6 до 1,3 атм. Механическая энергия, выработанная детонатором, используется для приведения в действие компрессора предварительного сжатия воздуха. Выхлопные газы, поступающие в детонатор с температурой 300^oС и давлением 5 кг/см, выходят из детандера в теплообменник с температурой 250^oС и давлением 1 кг/см², необходимым для прохождения через теплообменник, поставляющий горячую воду в теплотрассу.

Затраты энергии 8000 кВт мощности двигателя будут использованы для работы основного компрессора и вспомогательных устройств, обеспечивающих работы РДК-6. Полезная мощность РДК-6, используемая для вращения ротора электрогенератора, составит 73000 кВт.

КПД РДК-6 будет равен

КПД РДК-6 можно определить и более простым способом (и по этой причине более надежным) по тепловым потерям двигателя в процессе его работы. Основные потери тепловой энергии двигателя происходят из-за потерь тепловой энергии, уносимой выхлопными газами, которая равна 21 кг/с • 4 • 250^oС • 0,24 ккал/кг•C • 4,18 кВт•с/ккал 21000 кВт.

Принимают, что все остальные тепловые потери составляют 50% от основных, тогда общие потери энергии составляют 32000 кВт или 32000 кВт 140000 кВт 0,23, следовательно КПД РДК-6 будет равен 0,77. По-видимому, КПД РДК-6 можно принять равным среднему арифметическому из полученных значений КПД, равных 0,525 и 0,77, т. е. равным 0,65. Близкий к этому значению КПД получают, если сравнить потери энергии в РДК-6 с потерями энергии в ДВС С учетом того, что в РДК-6 нет потери энергии, связанной с водяным охлаждением ДВС, и по крайней мере в 2 раза меньшими потерями на трение, так как нет в РДК-6 кривошипно-шатунного механизма, преобразующего прямолинейное движение поршня во вращение коленчатого вала, в РДК-6 будут меньше потери энергии на 25 30% чем в ДВС
Полученный КПД РДК-6 в 0,65 0,34=1,95 раз больше, чем у наиболее совершенных и весьма сложных газотурбинных установок, и в 1,5 раза выше, чем у паровых турбин. При этом удельная мощность РДК-6 с относящимися к нему устройствами будет в несколько раз больше, чем удельная мощность паровых и газовых турбин с относящимися к ним устройствами, обеспечивающими их работу с наибольшим КПД, равным для ГТУ 0,34 и паровых турбин 0,42. Однако для паровых турбин, работающих в базовом режиме и требующих для согласования их работы с режимом использования электроэнергии еще работы ГАЭС с КПД 0,65, реальным КПД следует считать
(6 ч • 0,42 • 0,65 + 18 ч • 0,42) 24 ч 0,39.

Следовательно, с учетом работы ГАЭС КПД ТЭС с паровой турбиной будет ниже КПД ТЭС с РДК-6 в 1,67 раза.

Таким образом, с заменой на ТЭС паровых турбин на РДК-6, выработка электроэнергии увеличится в 1,67 раза при равном потреблении природного газа. Такое увеличение выработки электроэнергии на ТЭС увеличит ее прибыль от проданной по той же цене электроэнергии в 5 6 раз.

Полученное значение мощности РДК-6 (73000 кВт) при его массе менее 100 т, которую можно определить исходя из принятых габаритов РДК-6 и его устройства согласно фиг. 1 и 2, позволяет сделать вывод, что удельная мощность РДК-6 с устройствами, обеспечивающими его работу, по крайней мере в 10 раз больше удельной мощности паровой турбины с устройствами (паровой котел, градирни и др.), обеспечивающими ее работу. В соответствии с этим выводом можно утверждать, что при строительстве ТЭС с паровой турбиной потребуется произвести в несколько раз большие затраты не только на изготовление и установку паровой турбины с устройства обеспечения ее работы, но также и на устройство водоема, обеспечивающего ее качественной водой, задний, на приобретение площади земли под строительство ТЭС, чем будут аналогичные затраты при строительстве ТЭС с РДК-6 такой же мощности.

Срок окупаемости капитальных затрат для ТЭС с РДК-6 будет в десятки раз меньше срока окупаемости капитальных затрат для ТЭС с паровой турбиной или для ТЭС с газогенераторной установкой.

Существенным преимуществом ТЭС с РДК-6 перед ТЭС с паровой или газовой турбиной будет в 1,5 2 раза меньший выброс отравляющих атмосферу веществ на каждый кВт•ч выработанной электроэнергии.

Таким образом, применение РДК-6 в ТЭС является решением актуальной проблемы современности по применению энергосберегающей, материалосберегающей и экологически более чистой технологии с одновременным уменьшением капитальных и эксплуатационных затрат на реализацию такой прогрессивной технологии.

Большое значение имеет применение РДК-6 в малых ТЭС (до 300000 кВт) с приближением их к первичному энергоисточнику и к потребителю энергии, с существенным уменьшением стоимости электрической и тепловой энергии, а также уменьшением в несколько раз стоимости строительства и сроков возведения ТЭС с РДК-6. Особенно большое значение имеет ТЭС с РДК-6 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-6 будет не только в 2 раза большем КПД, в несколько раз большей удельной мощностью двигателей, но также в использовании природного газа в несколько раз более дешевого, чем дизельное топливо. Капитальные затраты для замены дизельных ДВС на РДК-6 окупятся в течение 2 3 месяцев, менее, чем за год окупятся капитальные затраты на строительство новой ТЭС с РДК-6.

Использование: энергомашиностроение. Сущность изобретения: устройство содержит компрессор для сжатия воздуха, двигатель, сообщенный воздуховодом с компрессором, камеру сгорания, форсунку для подачи топлива в камеру сгорания и электросвечу для воспламенения заряда топлива. Компрессор и двигатель имеют одинаковую конструкцию, включающую статор и эксцентрично установленный в нем ротор с подвижной заслонкой. Имеется дополнительный компрессор для предварительного сжатия воздуха, баллон для сжатого воздуха и детандер, сообщенный с двигателем посредством газовода. 3 з. п. ф-лы, 9 ил.

1. Роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий основной компрессор для сжатия воздуха, двигатель, сообщенный воздуховодом с основным компрессором, камеру сгорания, форсунку для подачи топлива в камеру сгорания и электросвечу для воспламенения топливной смеси, при этом основной компрессор и двигатель имеют аналогичное устройство, включающее статор, эксцентрично установленный в нем ротор с направляющими, в которых размещена приводная заслонка, своими концами образующая совместно со статором и ротором камеры сжатия компрессора и камеры расширения двигателя, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным компрессором для предварительного сжатия воздуха, баллоном для сжатого воздуха, сообщенным с основным и дополнительным компрессорами, детандером, сообщенным с двигателем при помощи газовода, при этом между торцевыми стенками статора и ротора образованы две камеры, в которых установлены устройства для перемещения заслонки в процессе вращения ротора. 2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что устройство для перемещения заслонки в направляющих ротора включает кронштейн, соединенный в своей средней части приливом с заслонкой и снабженный по концам вилками, в каждой из которых установлен каток с возможностью перекатывания по внутренней цилиндрической поверхности статора двигателя, катки ротора двигателя, обеспечивающие поступательное перемещение кронштейна относительно оси вращения данного ротора, камеру, образованную торцевыми стенками статора, ротора и цилиндрической поверхностью статора, в которой установлен кронштейн с катками и полуось вращения ротора, контактный датчик, вставленный в статор и сигнализирующий о неисправности катков, прокатывающихся по цилиндрической поверхности статора, самооткрывающийся клапан, вставленный в наружную торцевую стенку статора для выпуска газов из камеры, если их давление превзойдет установленное значение, дверцу, закрывающую окно в наружной торцевой стенке статора, через которое производят замену неисправных катков на исправные, отверстие для подачи масла от масляного насоса к внутренней цилиндрической поверхности статора. 3. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что он имеет теплоизолирующее покрытие на наружной поверхности статора и на внутренней поверхности ротора двигателя, радиаторные ребра, соединенные со статором компрессора и корпусом баллона для сжатого воздуха, пластинчатые пружины, соединенные с контурными обрезами заслонки ж скользящие по поверхности статора с минимальным воздушным зазором, пластинчатую пружину статора, скользящую по поверхности ротора с минимальным воздушным зазором, подпружиненную дверцу, перекрывающую окно в статоре компрессора, соединяющее его камеру сжатия с воздуховодом, внутреннюю торцевую стенку статора, утонченная часть которой установлена между торцевыми стенками ротора двигателя. 4. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что он имеет верхнюю и нижнюю части статора, соединенные между собой по горизонтальной плоскости, проходящей через ось вращения ротора и перпендикулярной к его нулевому радиусу, при этом верхняя большая часть цилиндра имеет сечение внутренней поверхности, перпендикулярное к оси вращения ротора, в виде соответствующей части окружности, а нижняя часть цилиндра статора имеет кривизну, отличающуюся от соответствующей части окружности на малую величину.