Состав энергоустановки
Расширитель преобразует энергию давления парогазовой смеси в механическое движение электрогенераторов, попеременно двигая роторы. Роторы двигаются поочередно, друг за другом, в торроидальной камере корпуса. Лопатки роторов подводятся к входным отверстиям в режиме мотора, далее одна тормозится, другая движется, выпуская с одной стороны отработанные газы в выходные отверстия. Далее цикл повторяется но тормозится другой ротор.
Компрессор создаёт необходимое давление и расход воздуха на входе в жаровую трубу. Конструктивно, как и прочие агрегаты, аналогичен расширителю. Имеет значительно меньший размер, сопоставимый с разницей в объёме потребляемого воздуха к объёму газов, продуктов сгорания, плюс подмес пара в расширителе.
Перепускной клапан обхода компрессора используется при запуске энергоустановки и управляется по сигналу датчика пламени.
Топливный насос подаёт топливо в форсунку, создавая необходимое давление, которое регулируется клапаном, сбрасывающим избыток топлива в бак, через трубку обратки.
Помпа парогенератора обеспечивает подачу воды в рубашку жаровой трубы, количество регулируется краном с сервоприводом, избыток возвращается через перепускной клапан в бак. Пар увеличивает объем рабочего тела и снижает его температуру. В итоге меньше образуется окиси азота, меньше подвергаются перегреву детали расширителя.
Масляный насос обеспечивает циркуляцию масла в расширителе, компрессоре и водяной помпе, обеспечивая смазку трущихся частей и охлаждение роторов агрегатов. Также смазывается водяная помпа, цепи и редуктора.
Помпа охлаждения обеспечивает циркуляцию охлаждающей жидкости в основных агрегатах для отвода тепла от их корпусов, обогрева ветровых стекол и салона транспортного средства.
Цепь соединяет приводные валы расширителя и компрессора. Снабжена натяжителем и защитным кожухом, обеспечивающим смазку цепи и защиту её от загрязнений.
Ременная передача привода неосновных агрегатов. Снабжена защитным кожухом, натяжение регулируется соответствующим креплением одного из агрегатов.
Ресивер-компенсатор собирает сжатый после двух труб компрессора воздух, компенсируя неравномерность его работы и поочерёдную работу роторов, направляет в факел жаровой трубы.
Жаровая труба образует камеру непрерывного горения топлива и подмеса пара позади факела. Одета в рубашку подогрева воды перед распылением и теплоизоляционный кожух, снижающий потерю тепла и защищающий окружающие агрегаты, детали конструкции от перегрева.
Топливная форсунка распыляет топливо, которое подаётся через золотниковый клапан, приводимый в действие ЭБУ, под определенный вид топлива используются разные форсунки, процесс замены которых максимально облегчен.
Свеча зажигания обеспечивает поджиг смеси в процессе запуска.
Трубы подвода парогазовой смеси связывает жаровую трубу, через тройник-компенсатор, со входами в расширитель. Они вместе одеты в теплоизоляцию.
Труба отвода отработавшей смеси обеспечивает поступление газов в градирню.
Градирня конденсирует водяные пары в жидкость, отделяя углекислый газ и азот. Также в воду попадают оксиды азота и серы, в виде соответствующих кислот.
Водяной бак является источником воды для подмеса пара, внутри него размещён электронагреватель, а сам он одет в теплоизоляцию, для эксплуатации при отрицательных температурах. Также подогревателями снабжены фильтр и трубки подвода воды до рубашки жаровой трубы. При длительной остановке вода сливается, а система продувается сжатым воздухом.
Электромагнитный клапан сброса воды из бака и патрубков, при аварийной остановке.
Топливный бак содержит жидкое топливо. Это может быть растительное масло, спирт, керосин, солярка и прочее. Возможна замена на природный газ или биотопливо, тогда бак меняется на баллон с редуктором, а топливный насос исключается. В стационарных энергоустановках возможно подключение к центральному газоснабжению.
Мотор-генератор приводит в движение ротор расширителя и компрессора в процессе запуска энергоустановки, а также доводит ротор в холостых фазах движения. Генерирует электроэнергию в соответствующих фазах при рабочем ходе, в противофазе тормозя свой ротор.
Редукторы понижают обороты в режиме мотора, при приводе роторов расширителя и компрессора, повышают обороты в режиме генератора, при передаче механической энергии от роторов расширителя. Наличие редуктора позволяет использовать более компактные и лёгкие высокооборотные электрические машины, а также упростить логику их управления и коммутации.
Радиатор системы охлаждения обеспечивает отвод лишнего тепла в атмосферу или воду (для водного транспорта).
Радиатор охлаждения масла.
Вентилятор обдува радиаторов, который меняется на помпу забортной воды, для водного транспорта.
Маслоотделитель выводит масло из воды после водяной помпы, перед поступлением в жаровую трубу.
Масляный фильтр очищает масло от примесей.
Воздушный фильтр очищает воздух от загрязнений.
Фильтр воды, очищает её от кислот и солей, а также прочих примесей.
Датчик положения приводного вала.
Датчик температуры охлаждающей жидкости.
Датчик давления в ресивере-компенсаторе.
Блок управления энергоустановки (ЭБУ).
Силовой преобразователь коммутации обмоток мотор-генератора. Выпрямитель вырабатываемого тока.
Буферная аккумуляторная батарея сглаживает пульсации напряжения, а также обеспечивает энергией при запуске установки, подогрев воды (при отрицательных температурах) при аварийной остановке и при техническом обслуживании.
Инверторный преобразователь напряжения и частоты для подачи энергии потребителям. Устанавливается на стационарных энергоустановках, а также на отдельных транспортных средствах для получения напряжения и частоты промышленной или бытовой сети.
Фаза Ротор A Ротор B
0-160 Генератор Тормоз
160-180 Мотор Мотор
180-340 Тормоз Генератор
340-360 Мотор Мотор
Устройство агрегатов
Расширитель, а также компрессор и другие агрегаты, состоит из двух половинок корпуса, двух ротор-лопастей, промежуточного вала, двух приводных валов, двух шестерён. Половинки тора корпусов у основных агрегатов делаются съёмными, для замены при износе, также они могут делаться из отличного, от материала корпуса металла. У расширителя также, на приводных валах, имеются две соединительные муфты, а на компрессоре на приводные валы, помимо шестерён надеты шкивы, ременной передачи момента на остальные агрегаты. На каждом роторе по одному подшипнику в месте крепления промежуточного вала и четыре компрессионных полукольца, по два, на каждой лопасти, между ними в лопасти имеются отверстия для смазки. Каждый приводной вал имеет шлицы для фиксации роторов, муфт и шкивов. Муфты соединяют приводные валы, каждый со своим мотор-генератором, через редуктор. Расширитель и компрессор снабжены каналами, для подачи смазки и охлаждающей жидкости, которые подаются через соответствующие трубки от маслонасоса и помпы. В местах примыкания роторов к друг другу и к корпусу, в районе приводного вала на роторах и корпусе, имеются концентрические канавки и выступы, образующие при сборке лабиринтные уплотнения. Они сделаны на шайбах, подлежащих замене при износе, вместе с компрессионными кольцами, полуконусными накладками у роторов и половинками тора на корпусных деталях, при капитальном ремонте. На половинках корпусов имеются по одному подшипнику и сальнику, закрывающему подшипник от грязи и препятствующему потере масла. В роторы смазка поступает через один приводной вал, а через другой выходит наружу, проходя через промежуточный, от одного ротора к другому. Соответственно для прокачки смазки в промежуточном и приводных валах имеются отверстия и каналы. Специальный сервопривод меняет направление подачи смазки, на тот или иной ротор, для равномерного их охлаждения.
Варианты применения энергоустановки
Питание электродвигателей приводящих в движение наземное, водное или подводное транспортное средство в составе гибридного привода. Имеет преимущество перед обычными источниками энергии на ДВС с генератором, в виде экономии топлива, всеядности, низким содержанием загрязнений в выхлопе. Значительно будет снижена шумность, по сравнению с дизельным ДВС. Также будет большой выигрыш в массе и габаритах, при той же мощности. Механика установки намного проще, содержит меньше деталей, изготовление которых при создании специальной оснастки не сложнее изготовления деталей ДВС. Каждый из агрегатов легко поддается ремонту с заменой отдельных узлов трения.
Стационарная энергоустановка небольшой мощности имеет те же преимущества, что и гибридная в составе транспортных средств, но сложнее обычных бензиновых и дизельных электростанций из-за наличия двух генераторов и буферной аккумуляторной батареи вместе с электронными блоками коммутации и управления. На первом месте конечно же экономичность, всеядность и экологический аспект. Также её преимущество, в возможности использовать дополнительно энергию солнца, или утилизировать тепло от твердотопливного котла, сжигающего мусор, для выработки дополнительного пара. Конечно при сжигании мусора потребуется предварительно его сортировка и дополнительные меры по очистке выхлопа.
При дополнительных мерах, по снижению массы, в том числе уменьшению ёмкости буферных аккумуляторов, возможно использование данной энергоустановки на воздушном транспорте. Как вариант, значительно уменьшить мощность электрогенераторов, а механическую энергию от приводных роторов передавать через специальную гидротрансмиссию на несущий винт вертолета или винты самолёта, конвертоплана. Для повышения равномерности движения можно удвоить комплект основных агрегатов, обеспечив их синхронную работу со сдвигом в 90 градусов, при этом можно использовать только одну жаровую трубу и другие сопутствующие узлы.
