Автономная энергоустановка на базе РЛДВПТ

Автономная энергоустановка на базе РЛДВПТроторно-лопастной двигатель с внешним подводом теплоты

Руководитель проекта: Плохов Игорь Владимирович

Докладчик: Андреев Михаил Леонидович

Псковский государственный университет

Автономная энергоустановка на базе РЛДВПТ

Основные узлы:1. РЛДВПТ2. Электрогенератор3. Система

управления4. Нагреватель5. Охладитель

Блок схема энергоустановки нового поколения состоит из блоков подготовки топлива, получения, накопления и использования энергии, включая управления режимами.

Рис. 1 – конструкция автономной энергоустановки


Преимущества двигателей с внешним подводом теплоты

Термический КПД составляет до 60% Использование практически всех видов ископаемого

топлива Регулирование мощности путем изменения давления

рабочего тела и температуры Легкий запуск при любой температуре окружающей

среды Герметичность Высокий моторесурс


Конструкция РЛДВПТ

Рис. 2 – конструкция двигателя

Основные узлы: модуль 1 модуль 2 охладитель нагреватель выходной вал

Модуль 1

Модуль 2

Выходной вал двигателя

Охладитель

Нагреватель

Ресивер

Компрессор

Клапан давления


Конструктивные особенности роторно-лопастной машины

Содержит на 60% деталей меньше, чем ШПД Не имеет сложных деталей, таких как коленчатый вал

и распределительный валы Не содержит клапанов, пружин, толкателей, штанг Имеет симметричную конструкцию, благодаря этому

двигатель уравновешен Два ротора-лопасти имеют одну камеру сгорания и

осуществляют работу эквивалентную работе 8-ми цилиндрового двигателя

Имеет простую цилиндрическую форму


Рис. 3 – цикл работы двигателя

Для камеры 2-4:1. Сжатие в изолированном

объёме2. Вытеснение газа из камеры

через Н в модуль 13. Процесс в изолированном

объёме4. Впуск горячего газа из Н5. Расширение в

изолированном объёме6. Выпуск газа из камеры через

О в модуль 17. Процесс в изолированном

объёме8. Впуск газа из О

Цикл работы двигателя


Геометрия лопаток и окон

3 2

1

y

x

3

2

2

1

4

4

F3 F2

F4 F1

max2 2

max

min

max1 2

vy

x

L2

L1

КА1

Рис. 4 – геометрия лопаток Рис. 5 – геометрия окон


Модель расчёта площади окон

Рис. 6 – структура динамической модели по определению площади

прохождения окон лопатками в системе Simulink

Рис. 7 – код программы вычисления искомой функции в

блоке MATLAB Function

𝐹 окна= 𝑓 (φ)


Результат вычисления

Угол поворота вала, [радиан]

Пло

щад

ь ок

на, [

м2 ]

Рис. 8 – график зависимости площади окна при прохождении группы лопаток одной камеры от угла поворота вала


Определение P, V, T, M

Рис. 9 – структура динамической модели по определению PVTM в

системе Simulink

Динамическая модель позволяет

определить на каждом из тактов работы двигателя

величину давления, температуры, массы и объёма в функции

от угла поворота вала


Итоги моделирования

• Получение зависимости давления, температуры, объёма и массы в каждой из камер в зависимости от угла поворота вала позволит определить момент на лопатках и на валу двигателя

• Получить двигательные характеристики РЛДВПТ

• Проектирование и создание системы генератор-двигатель


Сравнение экономических показателей различных вариантов автономных

электрогенерирующих системАвтономные

энергоустановки

Стоимость, руб. за 1 кВт установленной

электрической мощности

Срок внедрения «под ключ»,

месяцевСрок окупаемости

Себестоимость руб/кВт ч производимой электрической

энергии

Бензо-генераторы 5000-7000 1-2 Не окупается 6,5-7,8

Дизель-генераторы 8000-10000 1-2 6-10 лет 3,2-3,5

Газо-поршневые 20000-24000 10-14 4-5 лет 0,30-0,40

Газо-турбинные 16000-20000 12-18 6-7 лет 0,25

Микро-турбинные 32000-36000 10-14 4-5 лет 0,30

РЛДВПТ 12000-15000 1-2 ~1 год0,6

(без учета утилизации тепла)

0,01 (с учетом утилизации тепла)


Роторно-лопастная расширительная машина

Рис. 10 – роторно-лопастная расширительная машина


Механизм преобразования движения


Рис. 11 – Механизм преобразования движения

Роторно-лопастной двигатель внешнего сгорания


Рис. 12 – роторно-лопастной двигатель внешнего сгорания

Заключение Разработана конструкция двигателя: выбраны основные

узлы РЛДВПТ и произведена их компоновка. Проведены расчеты и математическое моделирование для

кинематической схемы двигателя. Осуществлено математическое моделирование термодинамических процессов в РЛДВПТ.

Разработана техническая документация на макеты механизма преобразования и камеру сгорания РЛДВПТ.

Разработана методика проведения экспериментальных исследований макетов механизма преобразования и камеры сгорания РЛДВПТ.


Заключение Изготовлены макеты механизма преобразования и камеры

сгорания РЛДВПТ, проведены экспериментальные исследования на указанных макетах, данные, полученные в экспериментах обработаны, построены графические зависимости.

Сопоставлены результаты экспериментов с результатами расчетов и математического моделирования.

Проведены дополнительные патентные исследования. Проведены технико-экономические исследования

эффективности внедрения исследования в народное хозяйство.


Автономная энергоустановка на базе РЛДВПТ

Documents