УДК 536.8+532

ТЕРМОГИДРАВЛИЧЕСКАЯ РЕКУПЕРАТИВНАЯ СИСТЕМА

Несмиянов Леонид Иванович1, Хавронин Виктор Петрович2
1ФГБОУ ВПО Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет, студент
2ФГБОУ ВПО Волгоградский государственный аграрный университет, доцент

Аннотация
В статье предложена система преобразования тепловых потерь в механическую или гидравлическую энергию.

Ключевые слова: энергия


THERMAL-HYDRAULIC RECUPERATIVE SYSTEM

Nesmiyanov Leonid Ivanovich1, Havronin Viktor Petrovich2
1Volgograd State University of Architecture and Civil Engineering, Student
2Volgograd State Agricultural University, Associate Professor

Abstract
The paper proposed a system of transformation of thermal losses into mechanical or hydraulic energy.

Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Несмиянов Л.И., Хавронин В.П. Термогидравлическая рекуперативная система // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 9 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/09/57575 (дата обращения: 20.11.2016).

В последние десятилетия во всём мире огромное внимание уделяют энергосбережению, малой энергетике и нетрадиционным источникам энергии. Наиболее популярны среди альтернативных источников энергии ветроэнергетика, энергия Солнца, тепловая энергия Земли.

Следует отметить, что наибольшие потери энергии в различных машинах приходятся на тепловые потери, поэтому задачу преобразования тепловых потерь в другие виды энергии (механическую, электрическую, гидравлическую) можно считать актуальной.

Как известно [1], огромное количество энергии в виде отводимого в атмосферу тепла теряется в двигателях внутреннего сгорания (ДВС), причём рабочая температура охлаждающей жидкости в ДВС находится в пределах 800…950С. Нагрев двигателя от температуры окружающей среды Т1 (примем 200С) происходит до рабочей (Т2=900С) за довольно короткий промежуток времени, при этом происходит тепловое расширение всех элементов двигателя. Если в рубашку охлаждения двигателя встроить легко расширяющиеся элементы, то они подвергнутся тепловому расширению. В качестве таких элементов примем сильфоны, заполненные жидкостью с высоким коэффициентом объёмного расширения β (рис.1), которые применяются в технике в качестве гидродвигателей при малых давлениях и перемещениях [2].

 

 Рисунок 1 – Геометрические параметры сильфона.

В качестве рабочего тела предлагается использовать аммиак. Задавшись параметрами сильфона и его начальным объемом V=9,425·10-6 м3 на основании закона теплового расширения ΔV=β·V·ΔT  при заданном ΔТ=700С удлинение сильфона составит h=0,0149 м≈ 15 мм.

Для преобразования поступательного движения штока сильфона в гидравлическую энергию и последующего её накопления предлагается схема устройства (рис.2) состоящего из непосредственно сильфона 1, днище которого крепится непосредственно к теплопроводящему элементу 2 корпуса ДВС, шток сильфона 3 соединён шарнирно с двуплечим рычагом 4, другой конец которого также шарнирно соединён с плунжером 5. Плунжер 5 находится в корпусе плунжерного насоса 6, на всасывающем трубопроводе которого установлен обратный клапан 7, а на нагнетательном обратный клапан 8. Всасывающая магистраль связана с баком 9, в котором находится гидравлическое масло, а напорная магистраль связана с пневмогидроаккумулятором (ПГА) 10 и запорным вентилем 11 [3].

 

Рисунок 2 – Схема устройства для преобразования энергии тепла в гидравлическую энергию.

 При нагреве ДВС до рабочей температуры шток сильфона 3 перемещаясь вправо посредством рычага 4 перемещает плунжер 5 влево, клапан 7 запирается и гидравлическое масло в полости насоса 6 через обратный клапан 8 при закрытом вентиле 11 поступает в гидравлическую полость ПГА 10. При остывании двигателя процесс перемещения механических частей происходит в обратной последовательности, но при этом в корпусе насоса 6 создаётся разряжение, клапан 8 запирается и через открывшийся обратный клапан 7 масло засасывается из бака 9 в полость насоса. При циклическом изменении температуры процессы повторяются, заряжая ПГА, запасённая в нём энергия жидкости в последующем, например, может использоваться для пневмогидравлического запуска двигателя.

На основании закона термодинамики  и при заданных Т1 и Т2 исходя из условия, что при начальной температуре давление в сильфоне равнялось атмосферному, т.е. 1 атм или 0,1 МПа, используя ранее полученные данные при построении зависимостей на рис.2. определим максимальное давление р2, которое для принятых начальных условий составило 0,3 МПа. Далее определим максимальное развиваемое усилие на штоке сильфона F1 и при соотношении длин плечей L1/L2=2 рычага 4 максимальное усилие на плунжер F2 насоса 6           При диаметре плунжера d=10 мм развиваемое давление нагнетания плунжерного насоса может достигать 2,5 МПа при объёмной подаче за цикл нагрева сильфона до значения q=0,6 см3. Для повышения производительности предлагаемого устройства необходимо использовать несколько секций таких механизмов, например, при использовании 20 секций уже суммарная цикловая подача жидкости в ПГА составит Σq=12 см3, таким образом уже получим термогидравлическую рекуперативную систему.

Другим направлением совершенствования предложенной системы является оптимизация геометрических параметров как механической части системы, так и гидравлической, а создание возможности охлаждения сильфона с жидкостью после каждого цикла нагнетания позволит превратить предложенную систему в тепловой гидравлический насос по принципу теплового двигателя Стирлинга [4].

Подобная система может применяться не только в двигателях внутреннего сгорания, но и в гелиоустановках и различных стационарных нагревательных устройствах периодического действия.


Библиографический список
  1. Тракторы. Проектирование, конструирование и расчёт. Учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов. / И.П.Ксеневич, В.В.Гуськов, Н.Ф.Бочаров и др.; Под общ. ред. И.П. Ксеневича – М.: Машиностроение, 1991. – 544 с.: ил.
  2. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для машиностроительных вузов / Т.М.Башта, С.С.Руднев, Б.Б. Некрасов и др. – 2-е изд., перераб. – М.: Машиностроение, 1982. – 423 с., ил.
  3. Патент РФ №134999, МПК F02G5/04, F01M11/04, F01P11/00  (2006.01). Термогидравлическая рекуперативная система. Хавронина В.Н., Несмиянов Л.И. Опубл.27.11.2013.
  4. Википедия. Свободная энциклопедия. http://ru.wikipedia.org/


Все статьи автора «Несмиянов Иван Алексеевич»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться:
  • Регистрация