ПАРОВАЯ ВИНТОВАЯ МАШИНА Российский патент 2003 года по МПК F01C1/16 

Изобретение относится к области энергомашиностроения, конкретно - к паровым винтовым машинам (ПВМ) для получения механической мощности.

Известна ПВМ, содержащая установленные в корпусе на подшипниках и находящиеся в зацеплении ведущий и ведомый винтовые роторы, в корпусе выполнено впускное отверстие, связанное с системой подачи пара в полость между роторами (см. патент РФ 2076246), 1994 г.).

Недостатком известной системы является невозможность получения высокой геометрической степени расширения пара ε внутри машины. Это обстоятельство препятствует получению высокого термодинамического КПД двигателя.

Задачей изобретения является получение высокого термодинамического КПД двигателя. Технический результат изобретения - повышение геометрической степени расширения ПВМ до значений ε≥20.

Технический результат достигается тем, что в ПВМ, содержащей установленные в корпусе на подшипниках и находящиеся в зацеплении ведущий и ведомый винтовые роторы, впускное отверстие, выполненное в корпусе и связанное с системой подачи пара в полость между роторами, на торце ротора установлен диск с окнами, выходящими в каждую впадину между зубьями этого ротора, причем окна расположены с возможностью поочередного совмещения с впускным отверстием при повороте ротора для создания нестационарного течения пара.

Кроме того, диск с окнами может быть установлен на торце ведущего ротора.

Кроме того, диск с окнами может быть установлен на торце ведомого ротора.

Кроме того, система подачи пара может дополнительно содержать резонансный патрубок.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен продольный горизонтальный разрез машины, на фиг.2 - продольный вертикальный разрез машины, сечение А-А, на фиг.3 - вид на винтовые роторы со стороны впускного торца, на фиг.4 - схема движения волн сжатия и расширения, распространяющихся в паровой среде в резонансном патрубке.

ПВМ имеет корпус 1, в котором ведущий 2 и ведомый 3 винтовые роторы установлены на подшипниках. В корпусе 1 выполнена система подачи пара, включающая резонансный патрубок 4, выходящий во впускное отверстие 5 с торцов роторов 2 и 3, и выпускной патрубок 6. На торце, например, ведомого ротора 3 установлен диск 7 с окнами 8, выходящими в каждую впадину между зубьями (фиг.3). Диск с окнами может быть также установлен на торце ведущего ротора.

Работа ПВМ осуществляется следующим образом. Пар высокого давления подается через систему полдачи пара в резонансный патрубок 4 и далее через впускное отверстие 5 поступает к диску 7, установленному, например, на ведомом роторе 3. При повороте ведомого ротора 3 окна 8 в диске 7 поочередно совмещаются с впускным отверстием 5, и пар поступает в полость между роторами 2, 3. В процессе расширения в полости между винтовыми роторами 2, 3 пар приводит последние во вращение. Отработанный пар выходит из машины через выпускной патрубок 6. Геометрическая степень расширения ПВМ ε определяется через величину объема полости между роторами 2, 3 в момент отсечения ее от системы впуска и может достигать значений ε≥20. Момент отсечения определяется размерами, расположением и формой окон 8. Форма окон 8 может быть круглой или фигурной.

При поочередном совмещении окон 8 с отверстием 5 в резонансном патрубке 4 создается нестационарное течение пара. При совмещении окна 8 и отверстия 5, т.е. при открытии отверстия 5, пар устремляется в полость между роторами 2, 3, и в патрубке 4 образуется волна разряжения 9. которая начинает двигаться против потока пара к открытому концу патрубка 4 (фиг.4). При достижении открытого конца патрубка 4 волна разряжения 9 отражается волной сжатия 10, которая начинает двигаться обратно к отверстию 5. При своевременном приходе волны сжатия 10 перед закрытием отверстия 5 эта волна производит дозарядку пара в полость между роторами 2, 3 и, тем самым, увеличивает расход пара через ПВМ и соответственно ее мощность. Своевременный приход волны сжатия 10 обеспечивается подбором длины резонансного патрубка 4 и зависит от скорости движения волн в паре, равной скорости звука, а также частоты вращения ротора.

Описанный волновой процесс широко используется для повышения мощности поршневых двигателей и называется резонансный или динамический наддув. Механизм движения и отражения волн сжатия и разряжения подробно описан, например, в монографии Рудого Б.П. "Прикладная нестационарная газодинамика", 1985 г.

Таким образом, предложенная конструкция обеспечивает работу ПВМ с высокой степенью расширения, что способствует повышению термодинамического КПД двигателя. Кроме того, применение резонансного патрубка на впуске обеспечивает возникновение динамического наддува, что способствует повышению мощности ПВМ.

Изобретение относится к области энергомашиностроения, конкретно к паровым винтовым машинам для получения механической мощности. Паровая винтовая машина содержит установленные в корпусе на подшипниках и находящиеся в зацеплении ведущий и ведомый винтовые роторы, впускное отверстие, выполненное в корпусе и связанное с системой подачи пара в полость между роторами. На торце ротора установлен диск с окнами, выходящими в каждую впадину между зубьями этого ротора. Окна расположены с возможностью поочередного совмещения с впускным отверстием при повороте ротора для создания нестационарного течения пара. Диск с окнами может быть установлен как на торце ведущего ротора, так и на торце ведомого ротора. Система подачи пара дополнительно содержит резонансный патрубок. Повышается геометрическая степень расширения машины. 3 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Паровая винтовая машина, содержащая установленные в корпусе на подшипниках и находящиеся в зацеплении ведущий и ведомый винтовые роторы, впускное отверстие, выполненное в корпусе и связанное с системой подачи пара в полость между роторами, отличающаяся тем, что на торце ротора установлен диск с окнами, выходящими в каждую впадину между зубьями этого ротора, причем окна расположены с возможностью поочередного совмещения с впускным отверстием при повороте ротора для создания нестационарного течения пара. 2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что диск с окнами может быть установлен на торце ведущего ротора. 3. Машина по п.1, отличающаяся тем, что диск с окнами может быть установлен на торце ведомого ротора. 4. Машина по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что система подачи пара дополнительно содержит резонансный патрубок.