ДВИГАТЕЛЬ КИПЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2008 года по МПК F01K11/02 

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к силовым установкам с двигателями, конструктивно объединенными с котлами, и может быть использовано на котельных агрегатах при производстве горячей воды и одновременно для привода различных устройств, таких как генераторы тока, транспортеры, насосы.

Известна паровая турбина с рабочим органом в виде ротора и непрерывным рабочим процессом, преобразующим в механическую работу кинетическую энергию подвижного рабочего тела пара. Паровая турбина применяется на тепловых электростанциях для привода генераторов тока, центробежных компрессоров, питательных, топливных, масляных насосов [Лосев С.М. Паровые турбины и конденсационные устройства. Теория, конструкции и эксплуатация. М. - Л.: 1964, Щегляеев Л.В. Теория теплового процесса и конструкции турбин. М. Л. 1967].

Практика эксплуатации паровых турбин показывает, что с увеличением мощности их экономичность увеличивается и уменьшается себестоимость производимой энергии. Соответственно, турбины небольшой мощности не находят применения из-за неудовлетворительных показателей экономичности и себестоимости.

Известен водогрейный котлоагрегат с естественной циркуляцией воды, состоящий из водогрейного котла, обогреваемого топочными газами и предназначенного для нагревания воды, находящейся под давлением выше атмосферного и используемой в качестве теплоносителя вне самого устройства; арматуры; топочного устройства [Стоцкий Л.Р. "Машинист (кочегар) котельных на жидком и газообразном топливе". Изд.4 "Недра", 1975].

В качестве прототипа выбрано техническое решение, включающее образованную стенками топочную камеру с барабаном и питательную емкость, подключенную к барабану, при этом топочная камера выполнены в виде водяной рубашки, подключенной к питательной емкости с образованием циркуляционного контура (патент РФ №2024790, кл. F 22 В 21/00, 1991).

В известных технических решениях происходит циркуляция воды, как всякое движущееся тело оно обладает кинетической энергией, которую можно использовать для совершения механической работы, чего не происходит в настоящее время.

Недостатком известных технических решений является то, что кинетическая энергия движущейся воды не используется для выполнения механической работы.

Задачей данного изобретения является расширение функциональных возможностей устройства.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в обеспечении возможности использования кинетической энергии кипящей воды для выполнения механической работы, например в качестве привода генераторов тока, транспортеров, насосов.

Техническое решение обеспечивается за счет того, что согласно первому варианту двигатель кипения, содержащий топочную камеру, барабан, питатель, подключенный к барабану, коллектор, при этом топочная камера с барабаном объединены в единый металлический корпус, выполненный с одной съемной стенкой, при этом ось барабана расположена горизонтально, внутри барабана расположен рабочий орган в виде вала, концами опирающегося на подшипники, установленные в центре каждой стенки корпуса с внутренней стороны по горизонтальной оси, на валу параллельно оси жестко укреплены плоскости лопастей и зубчатое колесо, причем лопасти выполнены в виде металлических пластин, между которыми смонтированы металлические перегородки, образующие симметричную оси кольцевую емкость, заполненную воздухом, снаружи барабана расположен паросборник.

Согласно второму варианту двигатель кипения, содержащий топочную камеру, барабан, питатель, подключенный к барабану, коллектор, при этом топочная камера с барабаном объединены в единый металлический корпус, при этом ось барабана расположена вертикально, в центре днища и с внутренней стороны крышки установлены подшипники, внутри барабана расположен рабочий орган в виде вала, концами опирающегося на подшипники, на валу под углом к оси жестко укреплены плоскости лопастей в виде винта, вокруг вала симметрично его оси изготовлена кольцевая емкость, заполненная воздухом, рядом с барабаном расположен сборник горячей воды, сообщающийся с ним по переливу в верхней части и по коллектору в нижней.

В двигателе кипения рабочим телом является пароводяная смесь. Двигатель кипения дополнительно снабжен исполнительным механизмом, расположенным снаружи барабана.

Общий вид устройства представлен на фиг.1 и 2 (вариант).

Двигатель кипения, фиг.1, состоит из барабана 1, его съемной стенки 2 кипятильника 3, топочной камеры 4, лопастей 5, кольцевой полости 6, зубчатого колеса 7, исполнительного механизма 8, паросборника 9, нагнетательного патрубка 10, питателя кипятильника 11, экономайзера 12.

Двигатель кипения работает следующим образом.

Барабан 1 двигателя поделен условными вертикальной и горизонтальной плоскостями, пересекающимися в центральной части барабана, на четыре сектора. В I-м секторе, снаружи барабана, изготовлен кипятильник 3 из системы труб, который получает тепло из топочной камеры 4. Кипятильник 3 интенсифицирует кипение, а значит, увеличивает скорость циркуляции воды в барабане. С началом кипения воды в I-м и II-м секторе она перестает быть однородной, превращаясь в пароводяную смесь, у которой из-за пузырьков пара увеличивается объем. В III-м секторе, снаружи барабана 1, находится металлический паросборник 9, имеющий больший объем по сравнению с другими секторами. Сюда поступает из II-го сектора пароводяная смесь. В паросборнике 9 заканчивается кипение воды, она принимает первоначальное состояние.

Так как внутри барабана происходит вращательное движение воды, то на нее действует центробежная сила, а значит, устройство может работать как центробежный насос.

Для этого в IV-м секторе, снаружи барабана, по касательной к образующей внутренней поверхности расположен нагнетательный патрубок 10. С этого патрубка горячая вода подается потребителям и по питателю на кипятильник 3. Кипятильник 3, I и II сектор барабана составляют подъемную часть двигателя; III, IV сектор, нагнетательный патрубок 10, питатель кипятильника 11 - опускную часть двигателя.

В рабочем состоянии барабан 1 заполнен горячей водой.

Из-за постоянного подъема пузырьков пара вместе с водой наверх во II-м секторе образуется превышение уровня относительно уровня III сектора, поэтому вода будет перемещаться из II-го в III-й сектор. Так внутри барабана происходит круговое движение воды. Как всякое движущееся тело вода обладает кинетической энергией, определяемой по формуле

Ек=mV²/2, где

Ек - кинетическая энергия воды;

m - масса воды;

V - скорость поступательного движения воды.

Круговое движение кипящей воды воспринимает рабочий орган посредством лопастей 5 и при помощи зубчатого колеса 7 передает это движение исполнительному механизму (электрогенератору) 8.

Экономайзер 12 использует отходящее тепло после кипятильника 3 для подогрева обратной воды.

Кольцевая полость 6, заполненная воздухом для создания выталкивающей силы, которая уравновешивает силу тяжести рабочего органа, уменьшает трение в подшипниках. Подшипники погружены в воду, являющуюся для них смазкой.

Двигатель кипения по второму варианту содержит барабан 1, сборник горячей воды 17, крышку 15 барабана, днище 13 барабана, кипятильник 3, топочную камеру 4, лопасти 5, кольцевую полость 6, подшипники 14, исполнительный механизм 8, перелив 16, водяной коллектор 18, питатель кипятильника 11, экономайзер 12.

В рабочем состоянии барабан 1 заполнен горячей водой. Из топочной камеры 4 тепло передается кипятильнику 3 и обогревает днище 13 барабана, на его внутренней поверхности образуются пузырьки пара, на которые действует выталкивающая сила, направленная вертикально вверх. Под действием этой силы пузырьки начинают подниматься вверх и увлекают в том же направлении области воды, которые находятся у них на пути. На место пузырьков пара и воды, которые поднялись от днища 13 барабана в его верхнюю часть, поступают порции воды из сборника 17.

Из-за постоянного подъема пузырьков пара вместе с водой от днища барабана в верхнюю часть уровень воды в нем увеличивается и достигает перелива 16, перетекает в сборник горячей воды 17.

Движение кипящей воды воспринимают лопасти 5, происходит вращение вала, передающее движение исполнительному механизму 8. Экономайзер 12 использует отходящее тепло после кипятильника 3 для подогрева обратной воды.

На валу имеется герметичная полость 6, заполненная воздухом. Она служит для создания выталкивающей силы, которая уравновешивает силу тяжести рабочего органа, а значит, уменьшает трение в подшипниках.

Подшипник на днище погружен в воду, которая является для него смазкой.

Данное техническое решение позволяет использовать его при производстве горячей воды и одновременно для привода различных устройств, а также в качестве центробежного насоса.

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к силовым установкам. Согласно первому варианту двигатель кипения, содержащий топочную камеру, барабан, питатель, подключенный к барабану, коллектор, при этом топочная камера с барабаном объединены в единый металлический корпус, выполненный с одной съемной стенкой, при этом ось барабана расположена горизонтально, внутри барабана расположен рабочий орган в виде вала, концами опирающегося на подшипники, установленные в центре каждой стенки корпуса с внутренней стороны по горизонтальной оси, на валу параллельно оси жестко укреплены плоскости лопастей и зубчатое колесо, причем лопасти выполнены в виде металлических пластин, между которыми смонтированы металлические перегородки, образующие симметричную оси кольцевую емкость, заполненную воздухом, снаружи барабана расположен паросборник. Согласно второму варианту двигатель кипения, содержащий топочную камеру, барабан, питатель, подключенный к барабану, коллектор, при этом топочная камера с барабаном объединены в единый металлический корпус, при этом ось барабана расположена вертикально, в центре днища и с внутренней стороны крышки установлены подшипники, внутри барабана расположен рабочий орган в виде вала, концами опирающегося на подшипники, на валу под углом к оси жестко укреплены плоскости лопастей в виде винта, вокруг вала симметрично его оси изготовлена кольцевая емкость, заполненная воздухом, рядом с барабаном расположен сборник горячей воды, сообщающийся с ним по переливу в верхней части и по коллектору в нижней. В двигателе кипения рабочим телом является пароводяная смесь. Изобретение позволяет использовать кинетическую энергию кипящей воды для выполнения механической работы. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Двигатель кипения, содержащий топочную камеру, барабан, питатель, подключенный к барабану, коллектор, отличающийся тем, что топочная камера с барабаном объединены в единый металлический корпус, выполненный с одной съемной стенкой, при этом ось барабана расположена горизонтально, внутри барабана расположен рабочий орган в виде вала, концами опирающегося на подшипники, установленные в центре каждой стенки корпуса с внутренней стороны по горизонтальной оси, на валу параллельно оси жестко укреплены плоскости лопастей и зубчатое колесо, причем лопасти выполнены в виде металлических пластин, между которыми смонтированы металлические перегородки, образующие симметричную оси кольцевую емкость, заполненную воздухом, снаружи барабана расположен паросборник.2. Двигатель кипения, содержащий топочную камеру, барабан, питатель, подключенный к барабану, коллектор, отличающийся тем, что топочная камера с барабаном объединены в единый металлический корпус, при этом ось барабана расположена вертикально, в центре днища и с внутренней стороны крышки установлены подшипники, внутри барабана расположен рабочий орган в виде вала, концами опирающегося на подшипники, на валу под углом к оси жестко укреплены плоскости лопастей в виде винта, вокруг вала симметрично его оси изготовлена кольцевая емкость, заполненная воздухом, рядом с барабаном расположен сборник горячей воды, сообщающийся с ним по переливу в верхней части и по коллектору в нижней.3. Двигатель кипения по пп.1 и 2, отличающийся тем, что рабочим телом является пароводяная смесь.4. Двигатель кипения по пп.1 и 2, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен исполнительным механизмом, расположенным снаружи барабана.