Автономные энергоустановки

Псковский государственный
университет
Автономная
энергоустановка
на базе РЛДВПТ
роторно-лопастной двигатель с внешним
подводом теплоты
Руководитель проекта: Плохов Игорь Владимирович
Докладчик: Андреев Михаил Леонидович
Автономная энергоустановка на
базе РЛДВПТ
Основные узлы:
1. РЛДВПТ
2. Электрогенератор
3. Система
управления
4. Нагреватель
5. Охладитель
Рис. 1 – конструкция автономной энергоустановки
Блок схема энергоустановки нового поколения состоит из блоков подготовки топлива,
получения, накопления и использования энергии, включая управления режимами.
Псковский государственный университет
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
Псковский государственный университет
Конструкция РЛДВПТ
Компрессор
Ресивер
Клапан
давления
Модуль 2
Охладитель
Модуль 1
Выходной вал
двигателя
Нагреватель
Основные узлы:
 модуль 1
 модуль 2
 охладитель
 нагреватель
 выходной вал
Рис. 2 – конструкция двигателя
Псковский государственный университет
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
Псковский государственный университет
Цикл работы двигателя
Рис. 3 – цикл работы двигателя
Для камеры 2-4:
1. Сжатие в изолированном
объёме
2. Вытеснение газа из камеры
через Н в модуль 1
3. Процесс в изолированном
объёме
4. Впуск горячего газа из Н
5. Расширение в
изолированном объёме
6. Выпуск газа из камеры через
О в модуль 1
7. Процесс в изолированном
объёме
8. Впуск газа из О
Псковский государственный университет
Геометрия лопаток и окон
v
y
2 
 max
y
3
2
2
3
L2
2
F2
F3
КА1
 max
L1
1  
 min
Рис. 4 – геометрия лопаток
x
 max
2
4
4
x
F1
F4
1
1
 2
Рис. 5 – геометрия окон
Псковский государственный университет
Модель расчёта площади окон
Рис. 6 – структура динамической
модели по определению площади
прохождения окон лопатками в
системе Simulink
𝐹окна = 𝑓(φ)
Рис. 7 – код программы
вычисления искомой функции в
блоке MATLAB Function
Псковский государственный университет
Площадь окна, [м2]
Результат вычисления
Угол поворота вала, [радиан]
Рис. 8 – график зависимости площади окна при прохождении группы лопаток одной
камеры от угла поворота вала
Псковский государственный университет
Определение P, V, T, M
Динамическая
модель позволяет
определить на
каждом из тактов
работы двигателя
величину давления,
температуры, массы
и объёма в функции
от угла поворота вала
Рис. 9 – структура динамической
модели по определению PVTM в
системе Simulink
Псковский государственный университет
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
Псковский государственный университет
Сравнение экономических показателей
различных вариантов автономных
электрогенерирующих систем
Стоимость,
руб. за 1 кВт
установленной
электрической мощности
Срок внедрения
«под ключ»,
месяцев
Срок окупаемости
производимой электрической
энергии
Бензо-генераторы
5000-7000
1-2
Не окупается
6,5-7,8
Дизельгенераторы
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
Микротурбинные
32000-36000
10-14
4-5 лет
0,30
Автономные
энергоустановки
Себестоимость руб/кВт ч
0,6
РЛДВПТ
12000-15000
1-2
~1 год
(без учета утилизации тепла)
0,01
(с учетом утилизации тепла)
Псковский государственный университет
Роторно-лопастная расширительная
машина
Рис. 10 – роторно-лопастная расширительная машина
Псковский государственный университет
Механизм преобразования движения
Рис. 11 – Механизм преобразования движения
Псковский государственный университет
Роторно-лопастной двигатель
внешнего сгорания
Рис. 12 – роторно-лопастной двигатель внешнего сгорания
Псковский государственный университет
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.
Псковский государственный университет
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.
Псковский государственный университет