ГЕНЕРАТОР ДАВЛЕНИЯ Советский патент 1936 года по МПК F22D3/00 

Изобретение касается генератора давления с тонким слоем рабочей жидкости и регенеративным устройством.

В предлагаемом генераторе давления применен вращающийся барабан, расположенный между двумя неподвижными барабанами, причем кольцевое пространство между подвижным и неподвижным барабанами разделено подпружиненными лопатками на отсеки, а в стенке неподвижного барабана устроены каналы для прохождения подогревающего теплоносителя.

На схематическом чертеже фиг. 1 изображает поперечный разрез генератора давления; фиг. 2 - поперечный разрез видоизмененного генератора; фиг. 3 - поперечный разрез другого видоизменения генератора и фиг. 4 и 5 - продольный и поперечный разрезы еще одного видоизменения генератора.

Генератор давления состоит из неподвижного барабана 3 (фиг. 1), внутри которого с определенным зазором вращается барабан 1; кольцевое пространство между барабанами 1 и 3 разделено радиальными лопатками 2, вставленными в пазы барабана 1 и постоянно прижимаемыми к внутренней поверхности барабана 3 пружинами, на ряд одинаковых отсеков 5, скользящих по внутренней поверхности барабана 3 при вращении барабана 1 так, что эта поверхность постоянно образует одну из больших стенок отсеков. В стенке барабана 3 имеется система нагревающих каналов 6 и 7, сквозь которые пропускаются соответственно отработавший горячий рабочий агент и частично промежуточный теплоноситель от котла 17. Внутри барабана 1 концентрически вставлен барабан 4, который вместе с наружным барабаном 3 и торцевыми стенками (на чертеже не видными) образуют замкнутое кольцевое пространство, в котором и происходит вращение барабана 1 В целях разгрузки вращающегося и неподвижного барабана от односторонних давлений и увеличения и эффективных поверхностей нагрева с внутренней стороны барабана 1 также могут быть размещены лопатки, образующие отсеки, а в барабане 4 устроены нагревающие каналы, аналогичные каналам 6 и 7, и включенные параллельно с этими каналами барабаны 3. Для вращения барабана 1 устроено зубчатое колесо 8, сцепленное с зубчатым венцом, расположенным с края или с торца барабана 1 и приводимого во вращение через посредство вала 9 от главного вала силового устройства или какого-либо вспомогательного двигателя. Для опорожнения ячеек после расширения рабочего тела служит валик 10, постоянно прижимаемый к поверхности барабана 1 сухарем 11, на который давит пружина 12. Сухарь 11 служит для разделения горячего тела, сливающегося в канал 13, от охлажденного, вводимого в ячейки 5 через канал 14. В валике 10 имеются параллельные оси вращения пазы, служащие для входа в них лопаток 2 при совместном вращении барабана 1 и валика 10, что устраняет потребность в затрате силы на вдвигание лопаток 2 в пазы и преодоление сопротивления пружин.

Нагрев тела в ячейках 5 при вращении барабана 1 происходит вначале от соприкосновения со стенкой барабана 3, нагреваемой отработавшим рабочим тедом, циркулирующим в каналах 6. Затем рабочее тело в ячейках соприкасается со стенкой, нагреваемой промежуточным теплоносителем, подводимым по трубе 15 от змеевиков 16 котла 17 и циркулирующим по каналам 7 внутри барабана 3. Охладившийся промежуточный теплоноситель отводится к котлу по трубе 18 и при помощи циркуляционного насоса 19 вновь прогоняется через котел и через каналы 7 и т.д. После достижения телом высшей расчетной температуры нагрев прекращается, ячейки 5 становятся против канала 20, соединенного трубой 21 с силовым устройством, например, с турбиной 22. Так как нагрев тела производится в замкнутой ячейке 5, его давление возрастает пропорционально температуре и в момент присоединения ячейки к каналу 20 достигает максимальной величины. Турбина 22 в части конструкции дисков, лопаток и т.д. не отличается от обычных существующих турбин, но в устройстве подводов рабочего тела и распределительных механизмов имеет отличия, зависящие от особенностей генератора рабочего тела. Когда ячейка 5 становится против канала 20, рабочее тело, благодаря разности давления в трубах 21 и, 23, устремляется через рабочие механизмы турбины и приводит ее во вращение, причем, однако, давление в отсеках 5 не успевает упасть до величины давления в выводной трубе 25. Затем отсеки 5 по ходу вращения барабана 1 становятся последовательно против каналов 24, сообщающихся трубами 25 с понижающимися ступенями давления турбины 22. Здесь в турбине происходит явление, обратное процессам в существующих турбинах со ступенчатым отбором пара: к каждой последующей ступени давления подводится кроме рабочего агента, прошедшего через предыдущую ступень, еще добавочная порция расширяющегося в ячейке тела. Таким образом расширение ведется до последней ступени, пока давление не упадет до низшей за цикл величины. Выпускной канал 13 соединяется непосредственно с трубой 23, отводящей отработавший рабочий агент в каналы 6 барабана 3. После выхода из каналов 6 рабочее тело поступает для окончательного охлаждения в холодильник 26, откуда насосом 27 через трубу 29 и регулирующий вентиль 28 подается в канал 14 и заполняет выходящие из-под валика 10 пустые ячейки 5. Насос 27 может быть заменен некоторым избыточным давлением в выпускной трубе 23 против давления в канале 14. В качестве рабочего тела для описанного устройства особенно пригоден пар высокого давления.

Видоизмененный генератор состоит из наружного неподвижного барабана 3 (фиг. 2), внутри которого с определенным зазором вращается барабан 1, имеющий по окружности ряд радиальных лопаток 2, делящих кольцевое пространство на известное число одинаковых отсеков 5. В барабане 1 устроены радиальные каналы 30, снабженные поршеньками 31 и открывающиеся с одной стороны в отсеки 5 и с другой стороны в каналы 32 и 33, устроенные во внутреннем неподвижном барабане 4, причем каналы 33 сообщаются с трубами, ведущими в двигатель.

Радиальные каналы 30 служат для вмещения расширяющегося от нагревания в отсеках 5 рабочего агента, постоянно отделенного нетеплопроводным поршеньком 31 от холодного тела (например, жидкости), наполняющего остальную часть канала 30 и всю систему труб и каналов, соединяющих генератор с силовой машиной. Это холодное тело служит исключительно для передачи давления расширяющегося в отсеках 5 тела рабочим поршням машины. Устройство очищающего отсека, валика 10 и сухаря 11 и пружины 12, а также холодильника 26 и прочих устройств аналогичны вышеописанным: Вращение барабана 1 осуществляется при помощи зубчатки 8, сидящей на валу 9 отдельного вспомогательного мотора.

Нагрев барабана 3 может производиться одним из двух способов: нагревом при помощи циркулирующего в каналах отработавшего рабочего агента и окончательным нагревом при помощи промежуточного теплоносителя, нагреваемого в специальном котле, как это изображено на чертеже, или целиком отработавшим рабочим агентом, предварительно подогреваемым в котле. Второй способ имеет преимущества перед первым в смысле простоты и удобства конструкции, но не влияет на цикл двигателя.

Рабочий агент через канал 14 наполняет отсеки 5 и при вращении барабана 1 в направлении, указанном стрелкой, движется вдоль нагретой стенки барабана 3, постепенно нагреваясь. В известной точке поворота каналы 30 последовательно становятся против канала 32, соединенного трубою 21 с двигателем 22, и рабочий агент в отсеке 5, достигший в этот момент высшего расчетного давления, начинает расширяться под влиянием этого давления и выжимает поршенек 31 к концу канала 30, а тот в свою очередь выдавливает расположенную с другой стороны холодную передающую давление жидкость или другое тело в сборный канал 32, откуда она передается по трубе 21 в двигатель, который приходит в действие. Рабочий агент подогревается под этим давлением до того момента, пока не будет достигнута высшая расчетная температура, после чего нагрев прекращается, каналы 30 отъединяются от канала 32 и становятся последовательно против каналов 33, которые трубками 25 соединены с последующими распределительными каналами в двигателе, что позволяет использовать всю работу расширения рабочего агента по адиабате после окончания нагрева за счет падения давления от высшего уровня к низшему.

В соответствии с этим в отсеках 5, когда их каналы 30 будут становиться против каналов 33, соединенных трубками 25 с двигателем, давление будет понижаться ступенями за счет выхода части холодного тела из каналов 30 в цилиндры двигателя и в конце достигнет величины давления, равного давлению в последнем канале двигателя, близкому к низшему давлению цикла. Чем больше ступеней и соединительных труб 25, тем равномернее будет ход расширения и работы двигателя. Отработавший холодный рабочий агент выталкивается через трубу 23, соединенную с каналом 34 в барабане 4. Когда при вращении барабана 3 канал 30 становится против канала 34, холодный рабочий агент под влиянием несколько более высокого давления в выпускном канале двигателя, чем давление в системе нагревающих каналов и котле, выталкивает поршенек 31 в канал 30 настолько, насколько он выдвинулся при расширении рабочего агента в отсеке во время нагрева. Поршенек 31 выталкивает обратно в отсек вошедший в канал 30 горячий рабочий агент, а поскольку объем отсека остается постоянным, горячий агент выходит в канал 13, откуда по трубе 18 подается в змеевик 16 котла 17; здесь он дополнительно подогревается до температуры, превышающей высшую расчетную тела в отсеках на величину теплового перепада между нагревающей стенкой и агентом в отсеках 5, после чего подается по трубе 15 в каналы 6 барабана 3, где отдает свое тепло агенту в отсеках 5, охлаждается окончательно в холодильнике 26 и вновь вводится через трубу 29 и канал 14 в отсеки 5.

Другой видоизмененный генератор имеет два концентрических вращающихся барабана 1 и 35 (фиг. 3), жестко соединенные между собой в торце. По каналам в неподвижных барабанах 3, 4 и 36 циркулирует нагревающий рабочий агент, подводимый от котла по трубе 15. Радиальные каналы 30 заменены параллельными оси вращения барабанов каналами 37, внутри которых также пульсируют разделительные поршеньки.

На фиг. 4 и 5 изображен видоизмененный генератор с отсеками, образованными радиальными лопатками 39, вставленными во вращающиеся диски 38, образующие одно целое с ротором 41 в виде трубы, вращающимся от вспомогательного двигателя через зубчатую передачу. Между вращающимися дисками 38 расположены нагревательные диски 40 с гладкой поверхностью, внутри которых имеется система каналов с циркулирующим нагревающим телом, двигающимся в направлении, обратном вращению дисков 38. Диски собраны в кожухе, состоящем из двух половинок 43 и 44, соединенных на болтах. Расширяющийся от нагревания в отсеках 42 агент отводится по каналам ротора 41, собирается в распределительных каналах центральной трубчатой оси 45 и оттуда отводится по трубам 21 и 25 к двигателю; отработавший агент возвращается обратно в генератор по трубе 23.

Схема работы этого устройства одинакова со схемой работы устройства на фиг. 1 с той разницей, что отсеки перенесены с цилиндрической поверхности на торцевую поверхность дисков. Лопатки 39 выжимаются из прорезов дисков 38 пружинами, плотно прижимающими их к поверхности дисков 40 и создающими герметичность отдельных отсеков.

1. Генератор давления с тонким слоем рабочей жидкости и регенеративным устройством, отличающийся применением вращающегося барабана 1, расположенного между неподвижными барабанами 3 и 4, из коих последний образует тонкое кольцевое пространство с барабаном 3, разделенное известным образом лопатками 2 на отсеки 5, и в стенке своей вмещает обогревательные регенеративные трубки 6 и трубки 7 для подогревающего теплоносителя, причем рабочий агент из отсеков 5 идет по трубам 13 в двигатель и возвращается из него по трубе 21 в трубки 6 регенератора (фиг. 1).

2. Видоизменение генератора по п. 1, отличающееся применением радиальных каналов 30, снабженных поршеньками 36 и открывающихся с одной стороны в отсек 5 и с другой стороны - в каналы 32 и 33 внутреннего неподвижного барабана, из коих последние сообщаются с трубами 23, ведущими в двигатель (фиг. 2).

3. Видоизменение генератора по пп. 1 и 2, отличающееся применением двух или более коаксиальных подвижных барабанов 6 и 7, помещенных между неподвижными барабанами 1, 2, 3, внутри стенок которых по трубкам циркулирует нагреватель из котла, отсеки же 5, находящиеся внутри и снаружи подвижных барабанов, сообщаются между собой через каналы 33 (фиг. 3).

4. Видоизменение генератора по п. 1, отличающееся тем, что вращающийся барабан заменен дисками 38, насаженными на подвижную ось и снабженными радиальными лопатками 39, с целью образования между ними отсеков 5 (фиг. 4, 5).