RU2386825C2 - Method to operate multi-fuel thermal engine and compressor and device to this effect (versions) - Google Patents
Method to operate multi-fuel thermal engine and compressor and device to this effect (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2386825C2 RU2386825C2 RU2008124524/06A RU2008124524A RU2386825C2 RU 2386825 C2 RU2386825 C2 RU 2386825C2 RU 2008124524/06 A RU2008124524/06 A RU 2008124524/06A RU 2008124524 A RU2008124524 A RU 2008124524A RU 2386825 C2 RU2386825 C2 RU 2386825C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nozzles
- combustion
- fuel
- jets
- cylinder
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области тепловых двигателей и волновых компрессоров и предназначено преимущественно для применения в энергетике и на транспорте.The invention relates to the field of heat engines and wave compressors and is intended primarily for use in the energy and transport sectors.
Известны поршневые двигатели с внутренним и внешним смесеобразованием, газотурбинные установки /ГТУ/, турбореактивные и прямоточные двигатели различной мощности. Все известные тепловые двигатели, перечисленные выше, работают на продуктах перегонки нефти, имеют низкий КПД, не превышающий 20-40%, высокую токсичность продуктов сгорания. Известны опытные образцы дизельных двигателей, работающих на смеси солярки с угольной пылью /размеры частиц от 0,5 до 10 мкм/, с различным соотношением компонент в диапазоне от 10 до 50% по угольной пыли. Как показали эксперименты, применение угольной пыли приводит к повышенному износу клапанов, цилиндров, поршневых колец, а также к повышению токсичности продуктов сгорания, главным образом по НОХ и дымности. Однако наличие существенных недостатков не исключает возможности использования угольной пыли в условиях острого дефицита жидкого нефтяного топлива в качестве его альтернативы /см. Е.Б.Пасхин "Современные тенденции в конструкции легковых автомобилей", Знание, Транспорт, 1985/4, М., стр.27-28 и В.Н.Алексеев "Двигатели внутреннего сгорания", Машгиз, М., 1960 г., стр.176-177.Known piston engines with internal and external mixture formation, gas turbine units / gas turbine /, turbojet and ramjet engines of various powers. All known heat engines listed above operate on oil distillation products, have low efficiency, not exceeding 20-40%, and high toxicity of combustion products. Known prototypes of diesel engines operating on a mixture of diesel fuel with coal dust / particle sizes from 0.5 to 10 microns /, with a different ratio of components in the range from 10 to 50% for coal dust. As experiments showed, the use of coal dust leads to increased wear of valves, cylinders, piston rings, as well as to an increase in the toxicity of combustion products, mainly in terms of HO X and smoke. However, the presence of significant shortcomings does not exclude the possibility of using coal dust in conditions of acute shortage of liquid petroleum fuel as its alternative / cm. E.B. Paskhin "Modern trends in the design of passenger cars", Knowledge, Transport, 1985/4, M., pp. 27-28 and V.N. Alekseev "Internal combustion engines", Mashgiz, M., 1960 , p. 176-177.
Например, в тех же США испытан двигатель, работающий на угольной пыли, вдуваемой в цилиндр сжатым воздухом.For example, in the United States, an engine running on coal dust was blown into the cylinder by compressed air.
Результаты те же, что и в предыдущем двигателе.The results are the same as in the previous engine.
Дополнительно выяснилось, что по второму способу необходим размер частиц угля не более 3 мкм, а размол до такой степени чрезвычайно дорог /см. К.Чириков "Двигатель", М.: Знание, Транспорт, 1983/2, стр.32/.In addition, it turned out that the second method requires a particle size of coal no more than 3 microns, and the grinding to such an extent is extremely expensive / cm. K. Chirikov "Engine", M.: Knowledge, Transport, 1983/2, p. 32 /.
Использование этих двигателей пока не представляется возможным.The use of these engines is not yet possible.
Однако двигатель на угольной пыли служит аналогом-прототипом.However, a coal dust engine is an analogue prototype.
Известны газотурбинные установки /ГТУ/ на угольной пыли /см. И.И.Кириллов «Газовые турбины и газотурбинные установки», т.2, Машгиз, М., 56, стр.86-93/. ГТУ на угольной пыли с размером частиц 1-1,5 мм не нашли применения из-за усиленной эрозии лопаток газовых турбин и повышенной токсичности отработавших газов. Однако ГТУ на угольной пыли также служит аналогом, ближайшим аналогом-прототипом.Known gas turbine units / gas turbine / on coal dust / see I.I. Kirillov “Gas turbines and gas turbine units”, vol. 2, Mashgiz, M., 56, pp. 86-93 /. GTU on coal dust with a particle size of 1-1.5 mm were not used due to increased erosion of gas turbine blades and increased toxicity of exhaust gases. However, GTU on coal dust also serves as an analogue, the closest analogue prototype.
Известна идея управляемого термоядерного синтеза /УТС/, которую предполагается реализовать на установке «Токамак», примерно к 2050 г. В ней по мнению ученых можно использовать энергию воды, однако удержать плазму плотностью 1014 см-1 при температуре более 108 K с помощью магнитной термоизоляции в реакторе пока не удается. Планируется осуществить этот процесс объединенными усилиями промышленно развитых стран, с вложением огромных средств в этот проект. По оценке руководителя лаборатории государственной экспертизы изобретений ЦНИИатоминформ В.Боброва концепция термоядерного реактора «Токамак» является бесплодной /см. журнал «Техника и наука», 2/90, стр.36-37/.The idea of controlled thermonuclear fusion / TCF / is known, which is supposed to be implemented at the Tokamak installation, by about 2050. According to scientists, it is possible to use water energy in it, but to keep a plasma with a density of 10 14 cm -1 at a temperature of more than 10 8 K with magnetic thermal insulation in the reactor has not yet succeeded. It is planned to carry out this process by the combined efforts of industrialized countries, with huge investments in this project. According to the head of the laboratory of the state examination of inventions of the Central Scientific Research Institute of Atominform V. Bobrov, the concept of the Tokamak fusion reactor is barren / cm. Journal "Engineering and Science", 2/90, pp. 36-37 /.
Для предлагаемых поршневых двигателей на энергии концентрированного раствора сильного электролита и паротурбинной установки внутреннего сгорания /ПТ УВС/, на энергии воды ближайшими аналогами-прототипами являются технические решения, изложенные в материалах патентов №№ 2154738 и 2298106. Автор А.С.Артамонов.For the proposed piston engines using the energy of a concentrated solution of a strong electrolyte and a steam turbine internal combustion unit (PT UVS), using the energy of water, the closest prototype analogues are the technical solutions set forth in the materials of patents Nos. 2154738 and 2298106. Author A.S. Artamonov.
Известны воздушные компрессоры: поршневые, центробежные и осевые /см. К.И.Страхович «Компрессорные машины», Росторгиздат, М., 1961 г/. При конечных давлениях до 100 ата и выше и всасываемых объемах не выше 400 м3/мин применяют поршневые компрессоры, нагнетатели и вакуум-насосы, для давлений до 6-10 ата и всасываемых объемах до 300-400 м3/мин - ротационные компрессоры. При больших всасываемых объемах /до 6-7 тыс. м3/мин/ и повышения давлений до 20-30 ата используют центробежные компрессоры и нагнетатели, вентиляторы высокого давления и центробежные циркуляционные газовые насосы. Для получения очень высоких производительностей /до 10-12 тыс. м3/мин/ и сравнительно невысоких отношений давлений /ε=5-7/ применяют осевые компрессоры.Air compressors are known: piston, centrifugal and axial / cm. K.I. Strakhovich "Compressor machines", Rostorgizdat, M., 1961 /. At end pressures of up to 100 atmospheres and above and suction volumes of no higher than 400 m 3 / min, piston compressors, blowers and vacuum pumps are used; for pressures up to 6-10 atm and suction volumes up to 300-400 m 3 / min - rotary compressors. For large suction volumes / up to 6-7 thousand m 3 / min / and pressure increases up to 20-30 ata, centrifugal compressors and blowers, high-pressure fans and centrifugal circulating gas pumps are used. To obtain very high capacities / up to 10-12 thousand m 3 / min / and relatively low pressure ratios / ε = 5-7 /, axial compressors are used.
Известные компрессорные машины являются аналогами-прототипами. Целью изобретения являются существенное уменьшение расхода углеводородного топлива, оздоровление атмосферы и переход работы тепловых двигателей и компрессоров на использование энергии воды. Поставленная цель в изобретении достигается за счет того, что в зону нагрева впрыскивают струи электропроводной жидкости, а нагрев и термохимическое разложение твердого или жидкого топлива осуществляют электрическим взрывом впрыскиваемых струй путем периодического возбуждения в них электрических разрядов, с образованием раскаленной смеси газообразных продуктов разложения углеводородного топлива и электропроводной жидкости.Known compressor machines are prototype analogues. The aim of the invention is to significantly reduce the consumption of hydrocarbon fuel, improving the atmosphere and the transition of the operation of heat engines and compressors to the use of water energy. The object of the invention is achieved due to the fact that jets of electrically conductive liquid are injected into the heating zone, and heating and thermochemical decomposition of solid or liquid fuel is carried out by electric explosion of injected jets by periodically exciting electric discharges in them, with the formation of a hot mixture of gaseous decomposition products of hydrocarbon fuel and conductive fluid.
Кроме того, поставленная цель в изобретении достигается за счет того, что сгорание рабочей смеси осуществляют последовательно друг за другом в зонах камеры сгорания с сжатым воздухом путем смешения его с газообразными продуктами разложения углеводородного топлива и электропроводной жидкости, с воспламенением рабочей смеси в зонах камеры сгорания ударными волнами, с осуществлением детонации и образованием продуктов сгорания с повышенными параметрами температуры и давления. Поставленная цель в изобретении достигается за счет того, что электрические взрывы впрыскиваемых струй из электропроводной жидкости, с образованием плазмы с температурой, превышающей /1,5-5/×104 K, осуществляют последовательно друг за другом в взрывных камерах форсунок, с выходом плазменных струй в зоны реакторов, смешением их с водяным паром, с высокими параметрами температуры и давления и термохимическим разложением его на газообразные водород и кислород, при температуре гремучего газа в реакторе, превышающей 2500°С.In addition, the goal in the invention is achieved due to the fact that the combustion of the working mixture is carried out sequentially one after another in the zones of the combustion chamber with compressed air by mixing it with gaseous decomposition products of hydrocarbon fuel and conductive liquid, with the ignition of the working mixture in the zones of the combustion chamber by shock waves, with the implementation of detonation and the formation of combustion products with increased temperature and pressure. The goal of the invention is achieved due to the fact that electric explosions of injected jets from an electrically conductive liquid, with the formation of a plasma with a temperature exceeding / 1.5-5 / × 10 4 K, are carried out sequentially one after another in the explosive chambers of the nozzles, with the release of plasma jets into the zones of reactors, mixing them with water vapor, with high temperature and pressure parameters and thermochemical decomposition of it into gaseous hydrogen and oxygen, at a temperature of explosive gas in the reactor exceeding 2500 ° C.
Кроме того, поставленная цель в изобретении достигается за счет того, что в зону нагрева впрыскивают струи концентрированного водного раствора сильного электролита на основе солей, с добавками частиц металлов или графита размером 5-10 микрометров в заданных концентрациях, а нагрев и электротермическую диссоциацию при температуре, превышающей 2500°С раствора электролита с добавками, осуществляют электрическим взрывом впрыскиваемых струй путем периодического возбуждения в них электрических разрядов, с образованием газообразных водорода, кислорода и осколков электролита с добавками. Поставленная цель в изобретении достигается еще и за счет того, что оно снабжено впускными клапанами атмосферного и сжатого воздуха и выпускным клапанами отработанных газов и сжатого воздуха, причем впускной и выпускной клапаны сжатого воздуха соединены с ресивером, а выпускной клапан отработанных газов - с волновым компрессором, коромысла клапанов связаны с соленоидами, включаемыми и выключаемыми электронной системой, разделенная камера сгорания снабжена комбинированной форсункой, с размещенным в ней в слое электроизоляции цилиндром, сообщающимся с трубопроводом подачи спрессованного порошка твердого топлива, снабженным с одной стороны поршнем и механизмом привода, а с другой - мундштуком, цилиндрические каналы из электроизоляционного материала содержат с одной стороны электроды и патрубки с вмонтированными в них шнеками, а с другой - сопла, направленные под углом друг к другу.In addition, the goal in the invention is achieved due to the fact that jets of concentrated aqueous solution of a strong electrolyte based on salts are injected into the heating zone with the addition of metal particles or graphite 5-10 micrometers in predetermined concentrations, and heating and electrothermal dissociation at a temperature exceeding 2500 ° C electrolyte solution with additives, carry out an electric explosion of the injected jets by periodically exciting electric discharges in them, with the formation of gaseous hydrogen, oxygen and electrolyte fragments with additives. The goal of the invention is also achieved due to the fact that it is equipped with intake valves of atmospheric and compressed air and exhaust valves of exhaust gases and compressed air, and the intake and exhaust valves of compressed air are connected to the receiver, and the exhaust valve of exhaust gases is connected to a wave compressor, rocker arms connected to solenoids, switched on and off by the electronic system, the divided combustion chamber is equipped with a combined nozzle, with a cylinder placed in it in the layer of electrical insulation communicating with the compressed solid powder powder supply pipeline, equipped with a piston and a drive mechanism on one side and a mouthpiece on the other, cylindrical channels of electrical insulation material contain electrodes and nozzles with screws mounted on them, and nozzles directed on the other at an angle to each other.
Кроме того, поставленная цель достигается в изобретении за счет того, что комбинированная форсунка снабжена взрывной камерой, содержащей днище с отверстиями и систему охлаждения.In addition, the goal is achieved in the invention due to the fact that the combined nozzle is equipped with an explosive chamber containing a bottom with holes and a cooling system.
Поставленная цель в изобретении достигается еще и за счет того, что в комбинированной форсунке, в слое электроизоляции размещена дополнительная топливная форсунка для впрыскивания в взрывную камеру струй жидкого топлива.The goal in the invention is also achieved due to the fact that in the combined nozzle, in the insulation layer, an additional fuel nozzle is placed for injecting jets of liquid fuel into the explosive chamber.
Кроме того, поставленная цель достигается в изобретении за счет того, что кривошипы коленчатого вала выполнены в виде двух элементов с возможностью скольжения друг относительно друга, один из которых снабжен пружиной, размещенной на торце другого, содержащего отверстия для циркуляции жидкости и цилиндрический глухой канал, заполненный послойно жидкостью и сжатым воздухом, другой выполнен в виде двух половин, скрепленных шпильками, а шатунная шейка коленчатого вала соединена с раздвижной частью кривошипа.In addition, the goal is achieved in the invention due to the fact that the crankshaft of the crankshaft are made in the form of two elements with the possibility of sliding relative to each other, one of which is equipped with a spring placed at the end of the other containing holes for circulating fluid and a cylindrical blind channel filled layer by layer with liquid and compressed air, the other is made in the form of two halves fastened with studs, and the connecting rod neck of the crankshaft is connected to the sliding part of the crank.
Поставленная цель в изобретении достигается еще и за счет того, что в глухом канале с жидкостью размещен поршень со штоком, шарнирно соединенным с раздвижной частью кривошипа.The goal in the invention is also achieved due to the fact that in the blind channel with the fluid there is a piston with a rod pivotally connected to the sliding part of the crank.
Кроме того, поставленная цель достигается в изобретении за счет того, что форсунка с взрывной камерой с размещенными в ней цилиндрическими каналами, выполненными из электроизоляционного материала, с одной стороны содержит электроды, а с другой - сопла, направленные под углом друг к другу, при этом форсунка с взрывной камерой снабжена системой охлаждения.In addition, the goal is achieved in the invention due to the fact that the nozzle with an explosive chamber with cylindrical channels made of insulating material inside it contains electrodes on the one hand and nozzles directed at an angle to each other on the other hand, while the nozzle with the explosive chamber is equipped with a cooling system.
Поставленная цель в изобретении достигается еще и за счет того, что оно снабжено цилиндровой крышкой с встроенной в нее камерой сгорания, сообщающейся с цилиндром путем размещения в цилиндровой крышке рабочих каналов, подсоединенных к камере сгорания, рабочие каналы равномерно размещены по окружности и снабжены профилированными каналами, направленными под углом к днищу поршня.The goal of the invention is also achieved due to the fact that it is equipped with a cylinder cover with a built-in combustion chamber communicating with the cylinder by placing working channels connected to the combustion chamber in the cylinder cover, the working channels are evenly spaced around and provided with profiled channels, directed at an angle to the piston crown.
Кроме того, поставленная цель достигается в изобретении за счет того, что камера сгорания выполнена в виде цилиндра с впускным и выпускным клапанами и снабжена последовательно расположенными друг за другом комбинированными форсунками и противоположно им размещенными форсунками /форсунками-детонаторами/.In addition, the goal is achieved in the invention due to the fact that the combustion chamber is made in the form of a cylinder with inlet and outlet valves and is equipped with sequentially arranged combined nozzles and oppositely placed nozzles / nozzles-detonators /.
Поставленная цель в изобретении достигается еще и за счет того, что волновой компрессор содержит цилиндр, с одной стороны снабженный крышкой с впускными клапанами и механизмами привода - соленоидами для впуска отработанных продуктов сгорания и атмосферного воздуха, а с другой в крышке размещены выпускные клапаны с соленоидами для выпуска сжатого воздуха и отработанных газов.The goal in the invention is also achieved due to the fact that the wave compressor contains a cylinder, on the one hand equipped with a cover with inlet valves and drive mechanisms - solenoids for the intake of exhaust products of combustion and atmospheric air, and on the other hand, exhaust valves with solenoids for the release of compressed air and exhaust gases.
Кроме того, поставленная цель достигается в изобретении за счет того, что цилиндр снабжен форсунками, размещенными противоположно друг к другу, крышкой с впускным клапаном и соленоидом для впуска в цилиндр атмосферного воздуха и крышкой с выпускными клапанами для выпуска сжатого воздуха и отработанных паров рабочей жидкости форсунок.In addition, the goal is achieved in the invention due to the fact that the cylinder is equipped with nozzles arranged opposite to each other, a cover with an inlet valve and a solenoid for inlet of atmospheric air into the cylinder and a cover with exhaust valves for the release of compressed air and exhaust vapor of the nozzles .
Поставленная цель в изобретении достигается еще и за счет того, что волновой компрессор содержит приемную камеру для впуска воздуха, снабженную решеткой с самодействующими пластинчатыми клапанами, демпфирующее устройство с вогнутыми отражателями, сообщающимися с цилиндром, цилиндр с одной стороны содержит форсунки, а с другой - решетку с выпускными пластинчатыми самодействующими клапанами для выпуска сжатого воздуха и паров рабочей жидкости форсунок.The goal in the invention is also achieved due to the fact that the wave compressor contains a receiving chamber for air inlet, equipped with a grill with self-acting plate valves, a damping device with concave reflectors in communication with the cylinder, the cylinder on the one hand contains nozzles, and on the other hand has a grill with exhaust plate self-acting valves for the release of compressed air and vapor of the working fluid nozzles.
Кроме того, поставленная цель достигается в изобретении за счет того, что система подачи твердого топлива в виде пыли содержит бункер, сообщающийся с приемным устройством, снабженным конической переходной частью с трубопроводом, с размещенным в нем поршнем, связанным с кривошипно-шатунным механизмом привода, бункер снабжен крышкой и вертикальным валом с размещенными на нем билами, подсоединенным к редуктору, связанным с электродвигателем.In addition, the goal is achieved in the invention due to the fact that the solid fuel supply system in the form of dust contains a hopper in communication with a receiving device equipped with a conical transitional part with a pipeline, with a piston placed in it, connected with a crank drive mechanism, a hopper equipped with a cover and a vertical shaft with beats placed on it, connected to a gearbox connected to an electric motor.
Поставленная цель в изобретении достигается еще и за счет того, что содержит емкость с размещенным в ней с одной стороны поршнем со штоком в гидроцилиндре и насос подачи жидкости, а с другой емкость соединена с конической частью, сообщающейся с бункером, содержащим фрезу, связанную с электродвигателем, бункер сообщается с цилиндром, с одной стороны содержащим поршень, связанный штоком с гидроцилиндром и насосом подачи жидкости под давлением, а с другой - коническую часть, подсоединенную к напорному трубопроводу подачи спрессованного порошка твердого топлива. Кроме того, поставленная цель в изобретении достигается за счет того, что реакторы, выполненные в виде удлиненных цилиндров и расположенные равномерно по окружности, снабжены парораспределительными механизмами, подключенными к коллектору пара, соединенному с теплообменником, форсунками плазменных струй металлического пара, размещенными последовательно друг за другом в зонах реакторов, камеры сгорания снабжены форсунками для генерации ударных волн и воспламенения гремучего газа и суживающимися или расширяющимися соплами, соединенными с длинными трубами волновых компрессоров с отражателями, подсоединенными к коллектору пара и паровой многоступенчатой турбине с электрогенератором.The goal of the invention is also achieved due to the fact that it contains a container with a piston placed on one side with a rod in the hydraulic cylinder and a fluid supply pump, and on the other, the tank is connected to a conical part in communication with a hopper containing a cutter connected to an electric motor , the hopper communicates with a cylinder, on the one hand containing a piston connected by a rod with a hydraulic cylinder and a pump for supplying liquid under pressure, and on the other, a conical part connected to a pressure pipe for supplying compressed pore Single solid fuel. In addition, the goal in the invention is achieved due to the fact that the reactors, made in the form of elongated cylinders and arranged uniformly around the circumference, are equipped with steam distribution mechanisms connected to a steam collector connected to a heat exchanger, nozzles of plasma jets of metal vapor placed sequentially one after another in the zones of the reactors, the combustion chambers are equipped with nozzles for generating shock waves and igniting explosive gas and tapering or expanding nozzles connected mi with long pipes of wave compressors with reflectors connected to a steam collector and a steam multistage turbine with an electric generator.
Поставленная цель в изобретении достигается еще и за счет того, что корпуса паровой турбины соединены с магнитным фильтром, содержащим камеру расширения с патрубком, для периодического отвода сконденсированного жидкого металла, снабженную внешним магнитом.The goal of the invention is also achieved due to the fact that the casing of the steam turbine is connected to a magnetic filter containing an expansion chamber with a pipe for periodic removal of the condensed liquid metal, equipped with an external magnet.
Кроме того, поставленная цель в изобретении достигается за счет того, что камеры сгорания снабжены комбинированными форсунками для впрыскивания раскаленной газообразной смеси термохимического разложения угля и раствора электролита с добавками частиц металлов или графита, с образованием топливовоздушной смеси и впрыскивания струй электротермического разложения электропроводной жидкости с температурой, превышающей 25°С, для воспламенения рабочей смеси, расширяющимися или суживающимися соплами, соединенными с длинными трубами волновых компрессоров, подсоединенными к газовой турбине с электрогенератором и системой охлаждения камер сгорания и волновых компрессоров.In addition, the goal of the invention is achieved due to the fact that the combustion chambers are equipped with combined nozzles for injecting a hot gaseous mixture of thermochemical decomposition of coal and an electrolyte solution with the addition of metal particles or graphite, with the formation of a fuel-air mixture and injection of jets of electrothermal decomposition of an electrically conductive liquid with temperature, exceeding 25 ° C, for ignition of the working mixture, expanding or tapering nozzles connected to long wave tubes 's compressor, a gas turbine connected to an electric generator and the cooling system of the combustion chambers and wave compressor.
Поставленная цель в изобретении достигается еще и за счет того, что камеры сгорания снабжены форсунками для воспламенения рабочей смеси, размещенными противоположно к комбинированным форсункам, содержащим днище с отверстиями для впрыскивания в камеры сгорания раскаленных газообразных струй продуктов электротермического разложения электропроводной жидкости. Кроме того, поставленная цель в изобретении достигается за счет того, что камеры сгорания снабжены комбинированными форсунками для впрыскивания раскаленных газообразных смесей термохимического разложения жидкого топлива и раствора электролита с добавками, размещенными последовательно друг за другом в зонах камер сгорания, и противоположно им размещенными форсунками-детонаторами, соединенными с расширяющимися или суживающимися соплами и длинными трубами волновых компрессоров с отражателями, сообщающимися с газовой турбиной с электрогенератором, демпфирующие устройства снабжены вогнутыми отражателями.The goal in the invention is also achieved due to the fact that the combustion chambers are equipped with nozzles for igniting the working mixture, placed opposite to the combined nozzles containing a bottom with holes for injecting incandescent gas jets of electrothermal decomposition products of electrically conductive liquid into the combustion chambers. In addition, the goal of the invention is achieved due to the fact that the combustion chambers are equipped with combined nozzles for injecting incandescent gaseous mixtures of thermochemical decomposition of liquid fuel and an electrolyte solution with additives placed sequentially one after another in the zones of the combustion chambers and opposite detonator nozzles connected to expanding or tapering nozzles and long pipes of wave compressors with reflectors in communication with a gas turbine with electric rogeneratorom, damping devices are provided with concave reflectors.
Изложенная выше совокупность существенных признаков при внедрении обеспечивает реализацию поставленной цели, при этом каждый из данной совокупности приведенных признаков необходим, а все вместе достаточны для получения положительного эффекта - уменьшения расхода углеводородного топлива, оздоровление атмосферы и переход работы тепловых двигателей и компрессоров на использование энергии воды.The above set of essential features during implementation ensures the achievement of the goal, while each of this set of characteristics is necessary, and all together are sufficient to obtain a positive effect - reducing the consumption of hydrocarbon fuel, improving the atmosphere and switching heat engines and compressors to use water energy.
Исходя из приведенных доводов совершенно правомерен вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию изобретения - "изобретательский уровень".Based on the above arguments, the conclusion that the claimed technical solution meets the criteria of the invention is “inventive step” is absolutely legitimate.
Неоднократная возможность реализации /при изготовлении/ заявляемого технического решения с изложенной выше совокупностью существенных признаков отвечает также в полной мере другому главному критерию изобретения - «промышленная применимость».The repeated possibility of implementing / in the manufacture of the claimed technical solution with the above set of essential features also fully meets another main criterion of the invention - "industrial applicability".
Изложенная сущность технического решения поясняется чертежами, на которых:The essence of the technical solution is illustrated by drawings, in which:
- на фиг.1 показана схема двигателя внутреннего сгорания с коленчатым валом новой конструкции.- figure 1 shows a diagram of an internal combustion engine with a crankshaft of a new design.
- на фиг.2 изображена часть цилиндра двигателя с изменяемым рабочим объемом, в поперечном сечении.- figure 2 shows a part of the cylinder of the engine with a variable displacement, in cross section.
- на фиг.3 приведен вид сверху на крышку цилиндра по 1-1.- figure 3 shows a top view of the cylinder cover 1-1.
- на фиг.4 показана часть коленчатого вала в продольном разрезе.- figure 4 shows a portion of the crankshaft in longitudinal section.
- на фиг.5 показана та же часть коленчатого вала с сжатой пружиной.- figure 5 shows the same part of the crankshaft with a compressed spring.
- на фиг.6 приведен поперечный разрез по 2-2, а на фиг.7 по 3-3.- Fig.6 shows a cross section through 2-2, and Fig.7 according to 3-3.
- на фиг.8 показана часть коленчатого вала с поршнем в продольном разрезе.- Fig.8 shows a part of the crankshaft with a piston in longitudinal section.
- на фиг.9 приведен поперечный разрез по комбинированной форсунке.- figure 9 shows a cross section through a combined nozzle.
- на фиг.10 показан вид на нее сверху по 4-4, а на фиг.11 приведено продольное сечение по взрывной камере, с показом днища форсунки.- figure 10 shows a top view of it in 4-4, and figure 11 shows a longitudinal section along the explosive chamber, showing the bottom of the nozzle.
- на фиг.12 показан поперечный разрез по комбинированной форсунке для твердого топлива.- Fig. 12 shows a cross-section through a combined nozzle for solid fuel.
- на фиг.13 приведена схема подачи из бункера твердого топлива в виде пыли, с продольным разрезом по камере с поршнем и трубопроводом.- Fig.13 shows a flow diagram from the hopper of solid fuel in the form of dust, with a longitudinal section through the chamber with a piston and a pipeline.
- на фиг.14 приведена схема конструкции для подачи твердого топлива из бака.- Fig.14 shows a design diagram for supplying solid fuel from the tank.
- на фиг.15 показан продольный разрез по волновому компрессору.- Fig. 15 shows a longitudinal section through a wave compressor.
- на фиг.16 приведен поперечный разрез форсунки, с показом принципиальной схемы генератора электрических импульсов.- Fig.16 shows a cross section of a nozzle, showing a schematic diagram of an electric pulse generator.
- на фиг.17 приведена схема волнового компрессора в продольном разрезе.- Fig.17 shows a diagram of a wave compressor in longitudinal section.
- на фиг.18 показан узел 0 по решетке с пластинчатыми клапанами.- in Fig.18 shows the node 0 on the lattice with plate valves.
- на фиг.19 приведен поперечный разрез волнового компрессора.- Fig.19 shows a cross section of a wave compressor.
- на фиг.20 показан поперечный разрез по крышке цилиндров детонационного двигателя.- Fig.20 shows a cross section along the cylinder cover of the detonation engine.
- на фиг.21 показан поперечный разрез по крышке цилиндра двигателя с камерой сгорания, выполненной в виде цилиндра.- Fig.21 shows a cross section along the cylinder cover of the engine with a combustion chamber made in the form of a cylinder.
- на фиг.22 приведен поперечный разрез по 5-5.- Fig.22 shows a cross section through 5-5.
- на фиг.23 показана схема газотурбинной установке прерывистого горения /ГТУ ПГ/.- Fig.23 shows a diagram of a gas turbine installation of intermittent combustion / GTU PG /.
- на фиг.24 показана схема паротурбинной установки внутреннего сгорания, работающей на энергии воды /ПТ УВС/.- Fig.24 shows a diagram of a steam turbine internal combustion plant operating on the energy of water / PT UVS /.
- на фиг.25 приведен узел Д" в продольном сечении.- Fig.25 shows the node D "in longitudinal section.
- на фиг.26 показан поперечный разрез по 6-6.- Fig.26 shows a cross section through 6-6.
- на фиг.27 показана схема детонационной газотурбинной установки прерывистого горения /ДГТУ ПГ/.- Fig.27 shows a diagram of a detonation gas turbine installation of intermittent combustion / DGTU PG /.
- на фиг.28 показана схема магнитного фильтра.- Fig.28 shows a diagram of a magnetic filter.
- на фиг.29 приведен поперечный разрез по взрывной камере форсунки с показом днища, выполненного с отверстиями /второй вариант форсунки по фиг.16/.- Fig.29 shows a cross section through the explosive chamber of the nozzle showing the bottom made with holes / second variant of the nozzle of Fig.16 /.
Способ работы многотопливного теплового двигателя и компрессора состоит из группы изобретений, основными из которых являются: - многотопливные двигатели внутреннего сгорания /МДВС/ для применения на легковом автотранспорте с обычным («медленным») процессом сгорания со скоростью 20-30 м/с;The method of operation of a multi-fuel heat engine and compressor consists of a group of inventions, the main of which are: - multi-fuel internal combustion engines (MDVS) for use in passenger cars with the usual ("slow") combustion process at a speed of 20-30 m / s;
- многотопливные двигатели внутреннего сгорания с детонационным, взрывным процессом сгорания со скоростью от 1500 до 3500 м/с для применения на грузовом автотранспорте, железнодорожном, в качестве судовых, стационарных и в др. сферах экономики. Назовем их МДДВС.- multi-fuel internal combustion engines with a detonation, explosive combustion process at a speed of from 1500 to 3500 m / s for use in freight vehicles, railway, as ship, stationary and in other sectors of the economy. We will call them MDVS.
- многотопливные двигатели внутреннего сгорания форсированные /МДВСФ/ и /МДДВСФ/;- forced-use multi-fuel internal combustion engines / MDVSF / and / MDDVSF /;
- компрессоры волновые для работы на энергии отработанных газов;- wave compressors for working on the energy of exhaust gases;
- компрессоры волновые с рабочим телом, которым служат продукты сгорания углеводородных топлив /многотопливные волновые компрессоры/;- wave compressors with a working fluid, which are the products of the combustion of hydrocarbon fuels / multi-fuel wave compressors /;
- компрессоры электрические волновые, рабочим телом которых служат продукты электротермической диссоциации концентрированных водных растворов сильных электролитов с добавками частиц металов или графита, для увеличения и регулирования электропроводности суспензии. Вторым примером получения рабочего тела служат продукты электротермической диссоциации воды, впрыскиваемой в зону электрического взрыва струей жидких металлов: сплавов натрий плюс калий, галлий, олово, свинец, висмут, их сплавы, цинк, алюминий и пр.- electric wave compressors, the working fluid of which are products of electrothermal dissociation of concentrated aqueous solutions of strong electrolytes with the addition of metal particles or graphite, to increase and control the electrical conductivity of the suspension. A second example of the preparation of a working fluid is the products of electrothermal dissociation of water injected into an electric explosion zone with a stream of liquid metals: sodium plus potassium, gallium, tin, lead, bismuth alloys, their alloys, zinc, aluminum, etc.
Топлива для двигателей внутреннего сгорания и компрессоров на современном этапе развития с применением углеводородов: все известные в природе виды твердых топлив, прошедших стадию обогащения (а для бурых углей и горючих сланцев - стадию пиролиза) и применяемых в виде порошков размером частиц 1-1,5 мм в насыпном виде, или в виде крупных и мелких брикетов. Все виды жидких топлив и их альтернатив: нефть, газ и продукты их переработки, включая метанол и этанол, и другие.Fuels for internal combustion engines and compressors at the present stage of development using hydrocarbons: all types of solid fuels known in nature that have passed the enrichment stage (and for brown coals and oil shale - the pyrolysis stage) and used in the form of powders with a particle size of 1-1.5 mm in bulk, or in the form of large and small briquettes. All types of liquid fuels and their alternatives: oil, gas and products of their processing, including methanol and ethanol, and others.
Топлива для двигателей внутреннего сгорания и компрессоров на энергии воды: концентрированные водные растворы сильных электролитов с добавками частиц металлов и вода, впрыскиваемая в зону взрыва струй жидких металлов, или водяной пар в среде раскаленных паров жидких металлов.Fuels for internal combustion engines and compressors based on water energy: concentrated aqueous solutions of strong electrolytes with the addition of metal particles and water injected into the explosion zone of jets of liquid metals, or water vapor in a medium of hot liquid metal vapor.
2. Во вторую группу изобретений входят турбинные двигатели:2. The second group of inventions includes turbine engines:
- паротурбинная установка внутреннего сгорания /ПТ УВС/; с термохимическим разложением водяного пара с высокими параметрами температуры и давления: Т 550-600°С и Р 18-20 МПа. Иными словами, топливом ПТ УВС является обыкновенная вода.- steam turbine internal combustion unit / PT UVS /; with thermochemical decomposition of water vapor with high temperature and pressure: T 550-600 ° C and P 18-20 MPa. In other words, the fuel of the FF UVS is ordinary water.
- газотурбинная установка прерывистого горения /ГТУ ПГ/ на твердом топливе в виде угольной пыли размером 1-1,5 мм, КПД 60-70% и мощностью 200-250 тыс. кВт.- intermittent combustion gas turbine unit / GTU PG / on solid fuel in the form of coal dust with a size of 1-1.5 mm, efficiency of 60-70% and a capacity of 200-250 thousand kW.
- детонационная газотурбинная установка на жидком, газообразном и твердом топливе, мощн. 200-250 тыс. кВт, КПД 70% и более.- detonation gas turbine installation on liquid, gaseous and solid fuel, powerful. 200-250 thousand kW,
Многотопливный двигатель внутреннего сгорания /МДВС/. Автомобильный.Multi-fuel internal combustion engine / MDVS /. Automotive.
Четырехтактный двигатель. Показан на фиг.1, 2, 3. Он состоит: из цилиндра 1, поршня/ей/ 2, шатуна 3, крышки цилиндра/ов/ 4, форсунки 5, коленчатого вала 6 и картера с поддоном 7. В крышке цилиндра/ов/ размещены два основных клапана - поз.8 впускной клапан свежего воздуха и выпускной клапан 9 отработавших газов, и два дополнительных - выпускной клапан 10 сжатого воздуха и впускной клапан 11 сжатого воздуха, патрубки в крышке цилиндра для сжатого воздуха 12 и 13, коромысла клапанов сжатого воздуха 14 и 15, которые приводятся в действие с помощью соленоидов 16 и 17. Точно такие же механизмы привода имеют основные клапаны 8 и 9 /не показанные на чертеже/. Включение и выключение соленоидов производится электронной системой по типу известных /см. Е.Б.Пасхин «Современные тенденции в конструкции легковых автомобилей», М.: Знание, Транспорт, 1985/4, стр.18/.Four stroke engine. It is shown in figures 1, 2, 3. It consists of:
С помощью выпускного патрубка 12 сжатого воздуха и впускного 13 двигатель соединен с ресивером 18, имеющим патрубки 19, 20. В крышке цилиндра/ов/ выполнена полость 21, являющаяся камерой сгорания при работе двигателя на холостом ходу и небольших нагрузках. Дальнейшее увеличение объема камеры сгорания в зависимости от режима работы /обороты, нагрузка/ производится за счет объема цилиндра при движении поршня в нижнюю мертвую точку /н.м.т./. Последовательные изменения объема показаны поз.22, 23, 24.Using the
Рабочий цикл в двигателе осуществляется следующим образом:The duty cycle in the engine is as follows:
- пуск двигателя. Двигатель в период пуска во время прокручивания коленчатого вала работает как компрессор, закачивая сжатый воздух в такте «сжатия» через периодически открывающийся клапан 10 в ресивер 18.- engine start. The engine during the start-up period while cranking the crankshaft works as a compressor, pumping compressed air in a “compression” cycle through a periodically opening
При этом работает также клапан 8 - впускной - свежего воздуха. Иными словами, в период пуска работают только два клапана, расположенные по диагонали друг относительно друга, или все клапаны 8-10-11-9 и форсунка 5 с впрыскиванием топлива на холостом ходу. Давление сжатого воздуха в ресивере 18 достигло заданного значения, например 10 кг/см2. Сразу же включает комбинированная форсунка 5, которая обеспечивает выполнение двух функций: функцию форсунки, из которой в полость 21 «впрыскиваются» раскаленные струи газообразного топлива, независимо от того, на каком топливе в данный момент работает двигатель - твердом или жидком /подробно по комбинированным форсункам смотри ниже/, и функцию поджигающего устройства. Следом за струями газообразного топлива /точнее газообразного топлива в смеси с продуктами электротермического разложения струй электропроводной жидкости/ «впрыскиваются» струи раскаленных продуктов электротермического разложения струй электропроводной жидкости, которые подобно факельному зажиганию в форкамерных двигателях воспламеняют рабочую обедненную смесь, с коэффициентом избытка воздуха α более 1,15-1,2 /см. В.П.Алексеев «Двигатели внутреннего сгорания», Машгиз, М., 1960 г., стр.176-177. За счет сгорания обедненной смеси экономия топлива достигает 10-12%.This also works valve 8 - inlet - fresh air. In other words, during the start-up period, only two valves operate diagonally relative to each other, or all valves 8-10-11-9 and the
После расширения газов и обратного такта с движением поршня в верхнюю мертвую точку /в.м.т./ открывается выпускной клапан 9 /основной/ и отработанные газы выходят в атмосферу.After the expansion of the gases and the reverse stroke with the movement of the piston to the top dead center / v.m.t./, the exhaust valve 9 / main / opens and the exhaust gases are released into the atmosphere.
Напомним - в этот отрезок времени ресивер находится под заданным давлением Р. Следом за выпуском отработанных газов открывается с помощью соленоида 16 и электронной системы впускной клапан 11 сжатого воздуха при движении поршня 2 в н.м.т. с заполнением свежим воздухом полости 21 и зоны 22. Снова два раза включается форсунка 5 с совершением рабочего хода поршня и выпуском газов через клапан 9. На этом режиме двигатель работает на малой мощности и вхолостую при наименьшей подаче топлива форсункой 5. При работе только двух клапанов 11-9.Recall that at this time the receiver is at a predetermined pressure R. Following the exhaust gas outlet, the compressed
Давление в ресивере 18 снизилось до заданного значения.The pressure in the
Включается снова впускной клапан 8 свежего воздуха, далее при движении поршня в в.м.т. клапан 10, далее при движение поршня в н.м.т. клапан 11, рабочий ход - форсунка два раза сработала и выпуск отработанных газов через открытый клапан 9.The fresh
С изменением режима работы двигателя /обороты, нагрузка/ в сторону повышения мощности электронной системой производится задержка отключения соленоида 16 клапана 11, при движущемся в н.м.т. поршне, например до зоны 23, 24, и поступление в цилиндр большего количества сжатого воздуха, вплоть до максимального значения - зона 24.With a change in the engine operating mode / revolutions, load / in the direction of increasing the power of the electronic system, the shutdown of the
Однако и при этом двигатель работает или только с помощью клапанов 11-9, когда ресивер находится под повышенным давлением "Р", или только с помощью работы клапанов основных клапанов 8, 9 и дополнительных 10, 11, в периоды пониженного давления "р" в ресивере 18.However, even with this, the engine operates either using
Итак, в периоды повышенного /заданного/ давления сжатого воздуха в ресивере 18 работают только клапаны 11-9, а в периоды пониженного давления сжатого воздуха /заданного/ в ресивере - все клапаны, по порядку 8-10-11-9. Частота переключения с одного режима работы клапанов - режим 11-9 на режим 8-10-11-9 при повышении мощности двигателя увеличивается, с чем и справляется электронная система двигателя /не показана на чертеже/.So, in periods of high / set / pressure of compressed air in the
Работа двигателя на полную мощность осуществляется только с помощью работы основных клапанов 8-9.Engine operation at full power is carried out only through the operation of the main valves 8-9.
Особенности работы двигателя на переходных режимах.Features of the engine in transient conditions.
Первое. Изменение рабочего объема камеры сгорания 21-22, 22-23-24 на переходных режимах обеспечивает повышение КПД - среднего эксплуатационного КПД.The first one. Changing the working volume of the combustion chamber 21-22, 22-23-24 in transient conditions provides an increase in efficiency - the average operational efficiency.
За счет этого расход топлива снижается при движении автомобиля с новым двигателем в городских условиях /см. К.Чириков "Двигатель", М.: Знание, Техника, 1983/2, стр.5-6/.Due to this, fuel consumption is reduced when a car with a new engine moves in an urban environment / cm. K. Chirikov "Engine", M .: Knowledge, Technique, 1983/2, p. 5-6 /.
Второе. При работе на переходных режимах в рабочих процессах участвуют порции воздуха с значительно меньшими объемами, чем рабочий /ие/ объем цилиндра.The second one. When operating in transient conditions, air portions with significantly smaller volumes than the working / s / cylinder volume are involved in the working processes.
В результате двигатель работает с продолжительным расширением продуктов сгорания, меньшими давлениями и температурами перед выпуском отработавших газов.As a result, the engine works with a continuous expansion of the combustion products, lower pressures and temperatures before exhaust gas.
Кроме того, снижаются насосные потери энергии, температура выхлопных газов и охлаждающей жидкости. Все эти дополнительные преимущества перед обычными ДВС существенно повышают КПД двигателя /см. "Тепловые двигатели и компрессоры" С.Н.Григорьев, Трансжелдориздат, 1959 г., стр.123, 136-139/.In addition, pumping energy losses, the temperature of exhaust gases and coolant are reduced. All these additional advantages over conventional ICEs significantly increase engine efficiency / cm. "Thermal engines and compressors" S.N. Grigoriev, Transzheldorizdat, 1959, p. 123, 136-139 /.
Однако все эти показатели еще больше повышаются с применением в многотопливном двигателе коленчатого вала новой конструкции. Коленчатый вал показан на фиг.1 - поз.6. Его отличие от известных коленчатых валов с жесткими кривошипами состоит в том, что он позволяет использовать в двигателе дополнительную энергию газов при угле поворота от 90° до 180° за счет того, что кривошипы состоят из двух частей, - одна из которых, соединенная с шатуном, имеет возможность скольжения относительно первой, соединенной с коренной шейкой вала.However, all these indicators are further enhanced with the use of a new design crankshaft in a multi-fuel engine. The crankshaft is shown in figure 1 - pos.6. Its difference from the known crankshafts with rigid cranks is that it allows the use of additional gas energy in the engine at an angle of rotation from 90 ° to 180 ° due to the fact that the cranks consist of two parts, one of which is connected to the connecting rod , has the ability to slip relative to the first connected to the main shaft neck.
При этом используется дополнительная анергия от продолжительного расширения продуктов сгорания /см. М.М.Вихерт "Конструкция и расчет автотракторных двигателей", Машгиз, М., 1957 г., стр.33-37, 29-32/.In this case, additional energy is used from the continued expansion of the combustion products / cm. M.M.Vihert "Design and calculation of automotive engines", Mashgiz, M., 1957, pp. 33-37, 29-32 /.
Коленчатый вал новой конструкции состоит: /фиг.4/ из кривошипа 25 и вала с коренной шейкой 26, установленного в подшипнике 27, Скользящего кривошипа 28, содержащего шатунную шейку 29, который выполнен из двух частей 30 и 31, соединенных между собой с помощью шпилек 32.The crankshaft of the new design consists of: / Fig. 4/ of a
Между кривошипами установлена пружина 33, а пространство между ними залито жидкостью /минеральное масло, вода и др./ 34.A
В кривошипе 25 в верхней части тела выполнены отверстия 35, а в нижней отверстие 36. Пробка 37.In crank 25, holes 35 are made in the upper part of the body, and 36 in the lower part.
Внутри кривошип 25 имеет вертикальную полость, выполненную в виде цилиндра, в которой сверху размещена та же жидкость, что и поз.34, а снизу сжатый газ поз.38. Вал имеет сквозной канал 39 для подачи жидкости в вертикальную полость кривошипа 25 и сальниковую коробку 40, в которую поступает от насоса жидкость /не показано/. На фиг.5 часть коленчатого вала показана со смещением в н.м.т. скользящего кривошипа 28 за счет давления шатуна /не показанного на чертеже/ на шатунную шейку 29. Смещение в нижней мертвой точке на величину поз.41.Inside the
Работает коленчатый вал в новом многотопливном двигателе следующим образом: сила давления шатуна на шатунную шейку 29 с помощью скользящего кривошипа 28 передается на кривошип 25 посредством пружины 33 и жидкости 34, которая через отверстия 35 в полости кривошипа 25 сжимает предварительно закачанный в полость газ 38. При движении поршня 2 в нижнюю мертвую точку шатунная шейка - ее центр занимает положение поз.42 со смещением на величину поз.41. При этом пружина полностью сжата, как показано на фиг.5, а жидкость 34 через отверстия 35 еще больше заполнила полость в кривошипе 25 - положение поз.43, а газ сжат ею - поз.44. В начальный момент жидкость занимает в полости положение поз.45. Полость 46. При обратном ходе поршня в верхнюю мертвую точку пружина 33 и сжатый газ из положений 47 и 44 снова занимают положение 33 и 38, как показано на фиг.4. При этом за полный оборот коленчатого вала во время рабочего хода поршня /см. фиг.1/ центр шатунной шейки коленчатого вала последовательно занимает положения, показанные поз.48, 49, 42, 50, 51, 52. Траектория движения центра шатунной шейки при обычном коленчатом вале поз.53. При новом поз.54. При этом в точке 48, когда угол между осью шатуна и осью кривошипа коленчатого вала составляет 90°, и в точке 51, находящихся на одной горизонтальной прямой, центр шейки шатуна движется не по траектории 53, а ниже по траектории 54. По траектории 53 все элементы кривошипа коленчатого вала занимают положения, показанные на фиг.4. Кривошип поз.55.The crankshaft operates in the new multi-fuel engine as follows: the connecting rod pressure force to the crank
Итак, при периодическом движении поршня 2 и шатуна 3 периодически приводятся в возвратно-поступательное движение скользящие кривошипы коленчатого вала 6 /на чертежах фиг.4, 5 показана только часть коленчатого вала с одним кривошипом/, которые сжимают пружину/ны/ 33 и сжатый газ 38 с помощью жидкости 34, 45 и накапливают энергию от сил давления газов и сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс Р∑=Р2+Pj в нижней мертвой точке. При обратном ходе поршня за счет вращения маховика пружина и сжатый газ стремятся занять свое первоначальное положение, распрямляясь и расширяясь в своем движении. В это время жидкость 43 из полости 46 через отверстия 35 снова перетекает в пространство с пружиной скользящего кривошипа 28 и занимает положение поз.34. Таким образом во время обратного хода поршня в в.м.т. происходит отдача накопленных энергий сжатой пружины и сжатого газа в рабочий процесс, что позволяет существенно снизить массу маховика и затраты энергии на его вращение. Эта энергия сжатых пружины и газа в 4-тактном двигателе сразу идет при выходе из нижней мертвой точки на ускорение поршня и шатуна и незначительно на выталкивание из цилиндра отработавших газов. При этом пружина 33 и сжатый газ 38 при сборке коленчатого вала имеют заданное напряжение /пружина напряжена и газ находится под заданным давлением/ для удержания подвижного скользящего кривошипа 28 в рабочем состоянии и уравновешивания его от центробежных сил инерции Кr вращающихся масс mr кривошипного механизма. Однако если сопротивление движению поршня в в.м.т. при выталкивании отработанных газов из цилиндра через клапан 9 окажется меньшим, чем сила инерции от возвратно-поступательно движущихся масс поршня и шатуна , то произойдет удар поршня о крышку цилиндра, точка 56 на фиг.1. Для избежания удара и использования сил инерции в верхней мертвой точке выпускной клапан 9 за счет электронной системы, воздействующей на соленоид этого клапана, поддерживается в полузакрытом состоянии, обеспечивая дросселирование газа в выпускную систему, или в выпускную систему и турбонагнетатель, или в волновой компрессор для использования энергии на наддув двигателя. Таким образом в четырехтактном двигателе с коленчатым валом новой конструкции силы инерции используются для совершения полезной работы четыре раза за один рабочий цикл, что существенно повышает КПД многотопливного ДВС.So, with the periodic movement of the
При сборке коленчатого вала сначала через отверстие 36 заливается жидкость /масло, вода и др./, а после этого подается газ под заданным давлением. Отверстие 36 в кривошипе 25 закрывается /заделывается/ пробкой /не показанной на чертеже/, а отверстие в скользящем кривошипе пробкой 37.When assembling the crankshaft, first liquid / oil, water, etc. / is poured through the
Пример. В известном дизеле 64 18/22 мощностью N=110 кВт, число оборотов n=750 об/мин, КПД=38%, при замене старого на новый коленчатый вал мощность двигателя возросла бы до N=151 кВт, или на 37,3%. При одной и той же мощности двигателя дизель с новым коленчатым валом имел бы КПД 52%, вместо 38%. Иными словами, двигатель внутреннего сгорания с новым коленчатым валом по КПД превышает любой существующий ДВС, который работает по циклу Карно.Example. In the well-known
Интересно отметить, что тот же дизель, но с новым коленчатым валом и повышенной частотой вращения его, например до 3000 об/мин, имел бы КПД уже более 60%. Т.е. наблюдается рост КПД и снижение расхода топлива с повышением оборотов вала двигателя.It is interesting to note that the same diesel engine, but with a new crankshaft and its increased rotational speed, for example up to 3000 rpm, would have an efficiency of more than 60%. Those. There is an increase in efficiency and a decrease in fuel consumption with an increase in engine speed.
Отметим. В скользящем кривошипе 28 в его части, соединенной с шатунной шейкой, т.е. в поз.30, выполняется прорезь 57, показанная на фиг.4-6, для движения скользящего кривошипа относительно неподвижного к нему вала с коренной шейкой 26.Note. In the sliding crank 28 in its part connected to the connecting rod neck, i.e. in pos.30, a
Ресивер поз.18. Особыми условиями работы нового двигателя являются соблюдение-поддержание параметров сжатого воздуха в ресивере во время его работы на переходных режимах и максимальной мощности.Receiver pos. 18. Special operating conditions of the new engine are compliance with maintaining the parameters of compressed air in the receiver during its operation in transient conditions and maximum power.
1. Давление сжатого воздуха в ресивере не рекомендуется снижать на большие величины, например на 1/3,1/2. Снижение должно быть около 5-10%. Так если в ресивере давление расчетное сжатого воздуха достигает 10 кг/см2, то при отборе из него сжатого воздуха с помощью клапана 11 и впуска его в цилиндр это давление может стать 9-9,5 кг/см2. Дальнейшее снижение давления при отборе из ресивера сжатого воздуха нежелательно потому, что снижается термический КПД рабочего цикла двигателя. Для легковых автомобилей со средней мощностью двигателя 80 кВт, рабочим объемом 1,6 л, объем ресивера на давление сжатого воздуха 10-20 кг/см2 может быть около 5-6 литров. При этом двигатель работает примерно четыре-пять раб. циклов только от ресивера с помощью клапанов 11-9, на переходных режимах с небольшой мощностью, после чего на этом же режиме переходит на работу с помощью всех клапанов 8-10-11-9, для пополнения ресивера сжатым воздухом. И снова работает только с помощью клапанов 11-9 после небольшого промежутка времени, но уже как 2-тактный двигатель /так как в этом режиме у него есть запас сжатого воздуха/. Второй вариант конструкции коленчатого вала показан на фиг.8.1. It is not recommended to reduce the compressed air pressure in the receiver by large values, for example, by 1 / 3,1 / 2. The decrease should be about 5-10%. So if in the receiver the calculated pressure of compressed air reaches 10 kg / cm 2 , then when compressed air is taken out of it with the help of
В отличие от первого коленчатого вала, показанного на фиг.4-7, второй содержит дополнительно поршень 58 со штоком 59. Вращающийся кривошип 60 содержит перемычку 61 с отверстиями 62. Рабочая жидкость 63, сжатый газ 64.Unlike the first crankshaft shown in Figs. 4-7, the second additionally contains a
Работает коленчатый вал следующим образом: при движении поршня 2 в нижнюю мертвую точку шатун 3 передает усилие на шатунную шейку 29 коленчатого вала, которая в нижней мертвой точке занимает положение 65, а скользящий кривошип положение 66. При этом верхняя часть скользящего кривошипа 31 толкает поршень 58 через шток 59 и одновременно сжимает пружину 33. Поршень вытесняет жидкость через отверстия 62 и сжимает сжатый газ 64 до еще большего давления. Обратный ход поршня сопровождается скольжением кривошипа 28 по кривошипу 25, распрямлением пружины /ин/ и перетеканием жидкости из нижней полости 67 в верхнюю полость 68.The crankshaft operates as follows: when the
Технология сборки коленчатого вала с нагнетанием жидкости и сжатого газа в кривошипы одинакова с первой с коленчатым валом по фиг.4-7.The assembly technology of the crankshaft with the injection of liquid and compressed gas into the cranks is the same with the first with the crankshaft in Fig.4-7.
Топливная система на жидком топливе. На фиг.9 показана комбинированная форсунка и принципиальная схема генератора электрических импульсов. Комбинированная форсунка состоит: из наружного корпуса 69, в котором выполнены каналы 70 для прохода охлаждающей жидкости из патрубков 71 и 72. Корпус содержит взрывную камеру 73 с соплом 74. Внутри наружного корпуса размещен корпус 75, выполненный из керамического электроизоляционного материала, имеющий патрубки 76. Внутренний корпус имеет каналы 77, размещенные диаметрально противоположно друг другу с сообщающимися с ними патрубками 76 и 77. Каналы с одной стороны содержат электроды 78 и 79, а с другой - сопла 80. Внутри патрубков 76 установлены шнеки 81, сланцы крепления форсунки 82. Форсунка с помощью электродов подключена к двум генераторам электрических импульсов, принципиальная схема которых состоит из источника постоянного тока /или выпрямителя/ 83, конденсатора 84, включателя /или разрядника/ 85. Электроды 79, установленные в противоположно размещенных каналах /не показаны на чертеже/, подключены ко второму генератору электрических импульсов, подобному первому, который также содержит источник постоянного тока 86, конденсатор 87 и включатель /или разрядник/ 88.Fuel oil system. Figure 9 shows a combined nozzle and circuit diagram of an electric pulse generator. The combined nozzle consists of: an
В взрывную камеру форсунки впрыскиваются струи 89 электропроводной жидкости, направленные под углом друг к другу и соприкасающиеся в точке 90 /зона контакта струй образует форму шляпки гриба/. Струи 91 жидкого топлива из топливной Форсунки 92.
Работает форсунка следующим образом: включается насос подачи электропроводной жидкости, которая через патрубки 76, обтекая шнеки 81, поступает в каналы 77 и через сопла 80 вытекает в виде струй 89 в взрывную камеру 73, где струи касаются друг друга в зоне контакта 90. 3а счет короткого замыкания струй включается генератор электрических импульсов 83, 84 при включенном разряднике 85 /включатель-выключатель/. Разрядный ток протекает по электродам 78, электропроводной жидкости в каналах 77, и струям 89, которые мгновенно испаряются и при температуре электрического взрыва струй, превышающей 2500°С, диссоциируют с образованием газообразного водорода, кислорода, осколков электролита и испарившихся частиц металлов, вводимых в электропроводную жидкость. В качестве электропроводных жидкостей применяются концентрированные водные растворы сильных электролитов на базе кислот, оснований и солей. Для повышения электропроводности раствора в него вводятся частицы металлов: железа, алюминия, меди и мн. других размером 5-10 мкм в количестве, которое устанавливается экспериментальным путем /см. Б.А.Артамонов «Размерная электрическая обработка металлов», Высшая школа, М., 1978 г., стр.213-232/, Б.А.Артамонов «Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов», т.2, Высшая школа, М., 1983 г., стр.91-104/, Г.А.Либенсон «Основы порошковой металлургии», М.: Металлургия, 1987 г., стр.164/, Г.Мучник «Новые методы преобразования энергии», Знание, Техника, М., 1984/4, стр.47-48/.The nozzle works as follows: the pump for supplying electrically conductive liquid is turned on, which, through the
Электрический взрыв струй в зависимости от мгновенной мощности Р=J2·Rэкв имеет различную температуру, которая для работы двигателя не превышает примерно 104 K. Иными словами, этой температуры при электрическом взрыве достаточно для мгновенного испарения и термохимического разложения следом впрыскиваемых струй 91 жидкого топлива. В детонационных двигателях, рассматриваемых ниже, взрывная камера 73 используется так, как показано на фиг.9. В описываемом двигателе с обычным процессом сгорания взрывная камера выполняется с днищем 93, в котором выполнены отверстия 94 /см. фиг.11/. Кроме того, для обоих типов двигателей комбинированная форсунка содержит еще два канала с патрубками 77 и соплами /не показанными на чертеже/, с помощью которых после первого электрического взрыва струй 89 в взрывную камеру впрыскиваются перпендикулярно первым струи электропроводной жидкости, при подаче от другого насоса электропроводной жидкости по патрубкам 77. За счет второго электрического взрыва раскаленные электротермического разложения водного раствора струй, следом за выходом через отверстия 94 смеси раскаленных газообразных продуктов термохимического разложения углеводородного топлива и электропроводной жидкости, выходят из отверстий 94 и воспламеняют рабочую смесь в камере сгорания.Depending on the instantaneous power P = J 2 · R eq, an electric explosion of jets has a different temperature, which does not exceed about 10 4 K for engine operation. In other words, this temperature during an electric explosion is sufficient for instant evaporation and thermochemical decomposition of 91 liquid jets after injection fuel. In the detonation engines discussed below, the
Итак, воспламенение рабочей смеси осуществляется раскаленными струями продуктов электротермического разложения водного раствора электролита, «впрыскиваемых» в камеру сгорания двигателя через отверстия 94 форсунки по фиг.9. Разрядный ток на каналы и струи поступает от второго генератора электрических импульсов 86, 87, сблокированного с первым генератором /ГИ/.So, the ignition of the working mixture is carried out by hot jets of products of electrothermal decomposition of an aqueous electrolyte solution, "injected" into the combustion chamber of the engine through the
На фиг.12 показана комбинированная форсунка с электрическим взрывом струй 95, которая предназначена для осуществления процесса, в котором происходит термохимическое разложение твердого топлива. В качестве топлив служат каменный уголь, бурый, горючие сланцы, древесина, тростник и пр., прошедшие процесс обогащения и размельчения.On Fig shows a combined nozzle with an electric explosion of
Например, бурый уголь проходит процесс пиролиза с использованием в двигателе полукокса размером 1-1,5 мм, горючего газа и смол или продуктов дальнейшей переработки этих смол для удаления вредных для атмосферы продуктов сгорания.For example, brown coal undergoes a pyrolysis process using a semi-coke engine 1-1.5 mm in size, combustible gas and resins, or products of further processing of these resins to remove combustion products harmful to the atmosphere.
Комбинированная форсунка состоит: из корпуса 96, в котором размещен второй корпус 97, выполненный из керамического электроизоляционного материала. В нем выполнены каналы 98, с одной стороны содержащие электроды 99, а с другой - сопла 100. Каналы 98 соединены с патрубками 101, в которых размещены шнеки 102. Внутри корпуса 97 размещен цилиндр 103, в котором установлен поршень 104, имеющий контактную шайбу 105. С шайбой взаимодействует кулачок 106 вала 107, пружина 108, фланцы форсунки 109. Взрывная камера 110 на резьбе 111 соединена с корпусом 96. Цилиндр 103 /канал/ имеет сопло-мундштук 112, через который продавливается спрессованный порошок угля в виде стержня 113. Цилиндр /канал/ 103 соединен с трубопроводом 114 через отверстие 115. Электроды 99 соединены с генератором электрических импульсов /ГИ/, принципиальная схема которого состоит из источника постоянного тока 116, /выпрямителя/, конденсатора 117 и выключателя 118 /разрядника/.The combined nozzle consists of: a
Система подачи твердого топлива состоит: из бункера 119 с конической частью 120, сообщающейся с цилиндром 121, в котором установлен поршень 122 /начальное положение/. Цилиндр содержит коническую часть 123, соединенную с патрубком 124. Внутри бункера установлены билы 125 на валу 126. Крепление редуктора к бункеру 127, крышка бункера 128. Поршень 122 приводится в движение кривошипно-шатунным механизмом 129, приводной вал 130 от редуктора и электродвигателя. Работает комбинированная форсунка и система подачи твердого топлива следующим образом: бункер 119 загружается, например, порошком обогащенного каменного угля размером 1-1,5 мм, который частично ссыпается в цилиндр 121, и приводится в действие кривошипно-шатунный механизм 129 от вала 130 за счет работы редуктора и электродвигателя /не показаны на чертеже/. Поршень 122 движется и толкает впереди себя порошок угля, который в мундштуке 123 претерпевает процесс обжатия и выдавливается в патрубок 124, из него в трубопровод 114 с поступлением подпрессованной массы через отверстие 115 в канал /цилиндр/ 103. 3а счет вращения кулачка 106 поршень 104 приводится в движение и проталкивает дальше прессуемую массу угля /порцию/ через мундштук 112 в взрывную камеру 110 в виде стержня квадратного или круглого сечения 113. Без задержки в взрывную камеру впрыскиваются струи 95 электропроводной жидкости, которые замыкаются в зоне 131. Взрывная камера имеет отверстия 132. При контакте струй 95 замыкается цепь разрядного контура генератора электрических импульсов 116, 117 с образованием мощного электрического взрыва струй с температурой примерно Т=1-2·104 K. Такая температура электрического взрыва и ударные волны, образующиеся при взрыве, мгновенно нагревают угольный стержень 113, который разрушается, нагревается и испаряется, с образованием в взрывной камере 110 раскаленной смеси газообразного угля и продуктов электротермического разложения струй 95. Температура возгона углерода угля 3500°С, что значительно меньше температуры электрического взрыва струй 95. Образующаяся горючая смесь под высоким давлением и с большой скоростью выходит в камеру сгорания двигателя через отверстия 132, образуя с сжатым воздухом в камере сгорания высокоактивную горючую смесь. Воспламенение смеси происходит вторым электрическим взрывом струй электропроводной жидкости, впрыскиваемых в взрывную камеру точно так же, как и в форсунке по фиг.9 10 /в комбинированной форсунке имеются еще два канала, подобные каналам 98 с электродами 79 и соплами, а также патрубками 77 по фиг.10/. Образовавшиеся раскаленные продукты электрического взрыва струй выходят с большой скоростью через отверстия 132 взрывной камеры комбинированной форсунки и воспламеняют рабочую смесь в камере сгорания. Процесс воспламенения смеси подобен воспламенению с помощью факела сгоревших газов в форкамерных ДВС. Экономия топлива при этом 10-12%. То же происходит и при воспламенении рабочей смеси на жидком топливе /см. выше/.The solid fuel supply system consists of: a
Для того чтобы угольный порошок /угольная пыль/ не слеживалась в бункере 119, в нем установлен вал 126 с билами 125, который периодически приводится во вращение с помощью электродвигателя 128 и редуктора 127. При прессовании порошка угля поршень 122 занимает положение 133. Траектория движения кривошипа 134 вала коленчатого 130. Для возвратно-поступательного движения поршня 122 может также использоваться схема гидравлических прессов с работой поршня от штока, соединенного с поршнем гидроцилиндра и насосом/ми/ высокого давления /не показанные на чертеже/.To prevent coal powder / coal dust / from caking in
Использование обогащенного каменного или бурового углей, которого по оценкам специалистов хватит более чем на 400 лет, а для описываемых многотопливных двигателей с КПД, превышающим 70-75%, хватит на много больше, ставит двигатели новой конструкции в один ряд с теплосиловыми установками с атомными реакторами.The use of enriched coal or drill coal, which, according to experts, will be enough for more than 400 years, and for the described multi-fuel engines with an efficiency exceeding 70-75%, will be much more, puts the engines of the new design on a par with thermal power plants with nuclear reactors .
Рассмотрим подробнее работу МДВС на твердом топливе. Известна технология переработки бурых углей, например, с помощью промышленной энерго-топливно-химической установки ЭТХ-175 /см. М.Щадов «Уголь: топливо или сырье?», М.: Знание, Техника, 1985/5, стр.27-30/. На ней производят твердое топливо в виде полукокса, горючий газ и смолу. Все эти виды топлив могут использоваться в многотопливном ДВС. При этом главным топливом для автотранспорта могут служить полукокс и смола, или продукты ее переработки.Let us consider in more detail the operation of solid propellant solid propellants. A known technology for the processing of brown coal, for example, using an industrial energy-fuel-chemical installation ETX-175 / cm. M. Schadov “Coal: fuel or raw materials?”, M .: Knowledge, Technique, 1985/5, pp. 27-30 /. It produces solid fuel in the form of semi-coke, combustible gas and tar. All these types of fuels can be used in a multi-fuel internal combustion engine. In this case, the main fuel for vehicles can serve as semi-coke and tar, or products of its processing.
Механизм сгорания твердого топлива в виде полукокса или обогащенного каменного угля с помощью комбинированных форсунок по фиг.12 практически ничем не отличается от сгорания с помощью комбинированных форсунок по фиг.9-11, так как в обеих форсунках, в их взрывных камерах с помощью электрического взрыва струй 89, 95 происходит термохимическое разложение углеводородных топлив, впрыскиваемых или в виде струй 91, или в виде спрессованного угольного стержня 113. Разница лишь в температуре электрического взрыва струй 89 или 95. В первом случае эта температура значительно меньше, чем во втором. В обеих взрывных камерах образуется за счет термохимического разложения газообразное топливо, которое под большим внутренним давлением во взрывных камерах выходит через отверстия 94, 132 в камеру сгорания, где активно смешивается с сжатым воздухом. Оба газа находятся в одном агрегатном состоянии и быстро смешиваются друг с другом. Таким образом многотопливный двигатель, работая на жидком или твердом топливе, становится одновременно газовым, со всеми преимуществами газовых двигателей. Резко улучшаются санитарно-гигиенические условия эксплуатации двигателя. Газообразное топливо не вызывает разжижения смазочного масла на стенках цилиндров двигателя, что наблюдается при работе обычных ДВС на жидком топливе, в связи с чем уменьшается износ деталей двигателя и значительно увеличивается его срок службы. В 2-3 раза снижается расход картерного или масла, подаваемого в трущиеся части под давлением. Газообразное топливо образует с воздухом горючие смеси, имеющие более широкие пределы воспламеняемости. Стоимость эксплуатации рассматриваемого двигателя вследствие его большего срока службы, меньшей стоимости твердого топлива и значительно более высокого КПД, а также меньшего расхода смазочного масла значительно ниже, чем существующих дизельных и бензиновых, давно устаревших и, прямо скажем, вредных для атмосферы и здоровья людей двигателей.The combustion mechanism of solid fuel in the form of semi-coke or enriched coal using the combined nozzles of Fig. 12 is practically no different from the combustion using the combined nozzles of Figures 9-11, since in both nozzles in their explosive chambers using an
Учитывая серьезное изменение климата на планете с глобальным потеплением, в связи с работой не только промышленности и энергетики, но главным образом огромного парка автомобилей на Земле, мощность двигателей которых превышает мощность тепловых электростанций более чем в 20 раз, расходующих огромное количество жидкого архидорогого топлива, использование твердого топлива на автотранспорте в настоящее время возможно только в переработанном виде. Огромные залежи углей в Канско-Ачинском угольном бассейне, а также нетронутые еще грандиозные Тунгусский, Ленский и Таймырский, а также Экибастузкий позволяют получать по известным технологиям различные углеводороды, пригодные для использования в новом многотопливном и энергоэкономичном двигателе. Пиролиз, гидрогенизация и др. способы переработки угля обеспечивают очистку топлива от вредных примесей. Тем более, что в углях содержится более 60 различных металлов, из них 16 в аномальных концентрациях, из которых можно получать германий, уран, торий и др. Иными словами, уголь является еще и источником редких веществ, причем единственным для получения германия. На фиг.14 показана конструкция угольного бункера-бака, пригодного для размещения на легковом автомобиле, с системой подачи твердого топлива в виде брикетов /угольной пыли/ в комбинированные форсунки по фиг.12.Given the serious climate change on the planet with global warming, in connection with the work not only of industry and energy, but mainly of a huge fleet of cars on Earth, whose engine power exceeds the power of thermal power plants by more than 20 times, consuming a huge amount of liquid archidorough fuel solid fuel in vehicles is currently only possible in a recycled form. The huge coal deposits in the Kansk-Achinsk coal basin, as well as the untouched still grandiose Tunguska, Lensky and Taimyr, as well as Ekibastuzky, allow using various technologies to produce various hydrocarbons suitable for use in a new multi-fuel and energy-efficient engine. Pyrolysis, hydrogenation, and other methods of coal processing provide fuel purification from harmful impurities. Moreover, coal contains more than 60 different metals, 16 of them in abnormal concentrations, from which germanium, uranium, thorium, etc. can be obtained. In other words, coal is also a source of rare substances, the only one for producing germanium. On Fig shows the design of a coal hopper tank, suitable for placement on a passenger car, with a system for supplying solid fuel in the form of briquettes / coal dust / in the combined nozzles of Fig.12.
Бак выполнен в виде прессовочной камеры 135, содержащей поршень 136 и коническую часть 137. Поршень с помощью штока соединен с поршнем 139 гидроцилиндра 138, который подключен к насосу высокого давления 140. Емкость для сливаемой рабочей жидкости /масло, вода/ 141. Коническая часть соединена с бункером 142, в котором установлена фреза 143, соединенная с электродвигателем 144. Снизу бункер 142 подсоединен к второй прессовочной камере 145, выполняющей функцию подачи обжатого порошка угля к комбинированным форсункам. Для снижения сил трения в угольную пыль, так же как и в первом варианте конструкции с бункером 119, добавляется пластификатор, в качестве которого могут служить также жидкие продукты перегонки угля, например котельное топливо в виде мазута и мн. другие. В прессовочной камере 145 размещен поршень 146, соединенный с помощью штока с поршнем гидроцилиндра /не показанными на чертеже/, подобно гидроцилиндру 138 с поршнем 139, насосом 140 и емкостью 141. Камера 145 имеет коническую часть 147, соединенную с трубопроводом 148 для подачи обжатого порошка угля.The tank is made in the form of a
Работает устройство следующим образом: крышку 149 бункера-бака поворачивают или снимают, после чего в бак укладывают спрессованные в виде брикетов 150 угольную пыль, полукокс /продукт пиролиза бурых углей/, древесную муку или муку из тростника, соломы и др., упакованные, например, в пластиковые пакеты /или без них/. Включается насос 140 и поршень 139 толкает поршень 136, который толкает и сжимает брикеты в конической части 137. Для разрушения подпрессованной массы топлива включается фреза 143, которая размельчает топливо в порошок. Измельченное топливо поступает в прессовочную камеру 145, в которой поршень 146 обжимает его снова в конической части 147 и выдавливает в трубопровод 148, соединенный с комбинированной форсункой по фиг.12 двигателя.The device operates as follows: the lid of the hopper-
Для многоцилиндровых двигателей подача твердого уплотненного порошкового материала /любого/ производится следующим образом: трубопровод 148 подсоединяется к приемной воронке винтового устройства /не показанного на чертеже/, из которого за счет вращения винта /шнека/ спрессованный материал распределяется в бункера по фиг.13, которые устанавливаются против каждого цилиндра двигателя, или каждый бункер 119 на два цилиндра, с установкой вместо одного патрубка 124 двух под углом друг к другу. Возможны и другие варианты подачи спресованного порошкового материала к форсункам многоцилиндрового двигателя, решаемые при рабочем проектировании.For multi-cylinder engines, the supply of solid compacted powder material (any) is as follows: the
КомпрессорыCompressors
На фиг.15 показан волновой компрессор для наддува цилиндров двигателя. Он состоит: из цилиндра 151, двух крышек с клапанными коробками 152 и 153, в которых размещены - в одной два впускных клапана 154 и 155, имеющие ограничители 156, 157 для пружин, соленоиды 158, 159, подключенные к электронной системе /не показанной на чертеже/, и впускные патрубки 160, 161. В цилиндре 151 противоположно друг другу установлены форсунки 162. Вторая крышка 153 также содержит выпускные клапаны 163 и 164 с ограничителями пружин 165, 166, соленоиды 167, 168.On Fig shows a wave compressor for boosting the cylinders of the engine. It consists of: a
Волновой компрессор работает следующим образом: принцип действия основан на сжатии одного газа, в данном случае воздуха, другим газом /ми/ - отработанными газами двигателя, а также продуктами электрического взрыва струй электропроводной жидкости, генерируемыми с помощью форсунки по фиг.16 - форсунки 162.The wave compressor works as follows: the principle of operation is based on the compression of one gas, in this case air, by another gas / mi / - exhaust gases of the engine, as well as products of the electric explosion of jets of electrically conductive liquid generated by the nozzle in Fig. 16 -
Сжатие воздуха с помощью отработанных газов двигателя. С помощью электронной системы включается соленоид 158 впускного клапана 154, который открывает доступ горячих отработанных газов в цилиндр и заполняет зону 169. Клапан 154 закрывается с помощью отключения соленоида 158 той же электронной системой. Нагретый газ расширяется и сжимает воздух в цилиндре, который при заданном давлении выходит с помощью открытия клапана 163 через патрубок 170 или в ресивер, или поступает в впускную систему многотопливного двигателя. Как только клапан 163 закрывается, тотчас открывается выпускной клапан 164 с помощью соленоида 168 все той же электронной системой. Отработанные газы выходят через патрубок 171. Таким образом завершен такт сжатия воздуха, вследствие чего в цилиндре 151 создается разрежение /см. «Основы газовой динамики», редактор Эммонс, пер. с английского, 1960 г/. При закрытом клапане 154 открывается впускной клапан 155 и свежий воздух через патрубок 161 входит в цилиндр 151. Компрессор подготовлен для нового такта сжатия воздуха. В рассматриваемом двигателе энергия отработанных газов используется потому, что в верхней мертвой точке за счет применения коленчатого вала новой конструкции торможение движения поршня от сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс производится за счет сжатия поршнем отработанных газов, с регулированием открытия выпускного клапана двигателя 9 соленоидом и электронной системой управления клапанами.Compression of air using engine exhaust gases. Using an electronic system, the
Таким образом здесь используется энергия сжатого отработанного газа с невысокой температурой /за счет продолжительного расширения сгоревших газов в нижней мертвой точке, с помощью работы коленчатого вала новой конструкции/, в то время как в обычных дизельных двигателях используется энергия отработанных газов с высокой температурой, превышающей 1100 K /см. А.С.Хачиян «Двигатели внутреннего сгорания», М.: Высшая школа, 1978 г., стр.86/ и являющейся вынужденной мерой по использованию энергии продуктов сгорания. Иными словами, в описываемом двигателе используется как энергия от продолжительного расширения газов в н.м.т., так и энергия сил инерции от возвратно-поступательно движущихся масс в н.м.т. и в в.м.т., чего нет в обычных ДВС. Мы рассмотрели первый вариант работы волнового компрессора, работающего на отработанных газах для наддува двигателя.Thus, the energy of the compressed exhaust gas with a low temperature is used here / due to the continuous expansion of the burned gases at the bottom dead center, using the work of the new crankshaft /, while conventional diesel engines use the energy of the exhaust gases with a high temperature in excess of 1100 K / cm A.S. Khachiyan “Internal Combustion Engines”, Moscow: Higher School, 1978, p. 86 / and which is a necessary measure for the use of energy of combustion products. In other words, the described engine uses both energy from the continuous expansion of gases in NMT, and the energy of inertia from reciprocating moving masses in NMT and in BMT, which is not in conventional ICEs. We examined the first version of the operation of a wave compressor that runs on exhaust gases for boosting the engine.
Электрический компрессорElectric compressor
Второй вариант. Волновой компрессор работает на энергии электрических взрывов струй электропроводной жидкости с помощью форсунок 162 по фиг.16. Его назначение состоит в том, чтобы получать сжатый воздух со значительно большим давлением и большими объемами всасываемого воздуха. Например, с объемами всасываемого воздуха и давлениями, равными центробежным и осевым компрессорам /от 6 тысяч до 10-12 тыс.м3/мин и Р=2-3 МПа и более см. К.И.Страхович «Компрессорные машины», Торговая литература, М., 1961 г., стр.6/. Принцип его работы идентичен работе компрессора по первому варианту, однако конструкция крышки с клапаном 152 упрощается за счет установки в ней только одного впускного клапана 154. Клапан 155 с патрубком 161 исключается, так как нагретые до высокой температуры газы образуются внутри цилиндра при работе форсунок 162. Форсунка показана на фиг.16 и состоит из следующих элементов: корпуса 172 с двумя патрубками 173. Внутри размещен второй корпус 174, в котором выполнены цилиндрические каналы 175, с одной стороны содержащие сошла 176, направленные под углом друг к другу, а с другой - электроды 177. Внутри патрубков установлены шнеки 178 для отражения ударных волн. Наружный корпус имеет фланцы 179 для крепления форсунки к цилиндру 151. Внутренний выполнен из электроизоляционного материала, например из оксида алюминия Al2O3 и др. Электроды подсоединены к генератору электрических импульсов /ГИ/, принципиальная схема которого состоит из источника постоянного тока /выпрямителя/ 180, конденсатора 181 и включателя /разрядника/ 182.The second option. The wave compressor operates on the energy of electric explosions of jets of electrically conductive liquid using the
Работает компрессор по фиг.15 следующим образом: через форсунки 162 от насоса /не показанного на чертеже/ впрыскиваются струи 183 электропроводной жидкости /принцип работы форсунки идентичен принципу работы комбинированной форсунки по фиг.9/, которые сходятся в зоне 184 и замыкают разрядный контур генератора электрических импульсов 188-182 /включатель при этом включен - поз.182/. Разрядный ток с мгновенной мощностью P=J2Rэкв проходит по электродам 177, через электропроводную жидкость, заполнившую каналы 175, сопла 176, и струи 183, которые нагреваются, мгновенно испаряются с осуществлением процесса электротермического разложения электропроводной жидкости струй. При этом образуется облако газов с температурой, превышающей Т>2500°С, состоящее из водорода, кислорода и осколков электролита, которые расширяются и сжимают воздух, заполнивший цилиндр 151. За счет расширения газов температура в цилиндре понижается и происходит обратный процесс ассоциации, т.е. соединения водорода с кислородом и осколков электролита при Т<2500°С /см. Г.Мучник «Новые методы преобразования энергии», Знание, Техника, М., 1984/4, стр.47-48/, иными словами, химическая реакция с выделением теплоты. Температура продуктов сгорания водорода с кислородом превышает Т1>3000°С /см. С.С.Бартенев «Детонационные покрытия в машиностроении», Л.: Машиностроение, 1982 г., стр.30/, что приводит к резкому повышению давления продуктов сгорания и сжатого ими воздуха. Клапан 163 открывается, выпуская в ресивер или систему двигателя сжатый воздух. Далее этот клапан закрывается и открывается клапан 164, выпуская отработанные газы в виде паров воды с электролитом в систему очистки двигателя /каталитический нейтрализатор/. Таким образом в этом рабочем процессе компрессора, а при использования цилиндра 151 /ов/ в качестве цилиндра двигателя по фиг. 2, 3 и фиг. 20, 21 обеспечивается работа компрессора или двигателя на энергии воды. Потому, что электрическая энергия разряда, преобразованная в теплоту продуктов диссоциации при электрическом взрыве струй 183 /или струй 89, 95 комбинированных форсунок/ и температуре, превышающей Т>2500°С, складывается с химической энергией ассоциации - соединения продуктов диссоциации - водорода, кислорода и осколков электролита, которые равны между собой.The compressor of FIG. 15 operates as follows: through
Как известно из курса «Общая химия», Н.Л.Глинка, Л.: «Химия», 1980 г., стр.167-168 /15/, теплота образования воды равна 285,8 кДж/моль. Двойное использование в цилиндре энергии электрического разряда и химической соединения водорода с кислородом вносит в процесс расширения газов энергию, равную сумме вышеназванных процессов, т.е. Е∑=Qэ.р.+Qx. Е=285,8×2=571,6 кДж/моль. С учетом КПД компрессора и двигателя, около 70-75%, КПД генератора электрических импульсов =0,97-0,94 и КПД преобразования энергии электрического разряда в теплоту η=0,97 эффективный КПД двигателя по фиг.2, 3 и 20, 21 равен ηэф=571,6×0,7×0,97×0,97=376,5 кДж/моль - 285,8 кДж/моль=90,7 кДж/моль. КПД=90,7:571,6=0,1586, примерно КПД=16%.As is known from the course “General Chemistry”, NL Glinka, L .: “Chemistry”, 1980, pp. 161-168 / 15 /, the heat of formation of water is 285.8 kJ / mol. The double use in the cylinder of the energy of electric discharge and the chemical combination of hydrogen with oxygen introduces into the process of gas expansion energy equal to the sum of the above processes, i.e. E ∑ = Q er + Q x . E = 285.8 × 2 = 571.6 kJ / mol. Taking into account the efficiency of the compressor and engine, about 70-75%, the efficiency of the electric pulse generator = 0.97-0.94 and the efficiency of converting the energy of an electric discharge into heat η = 0.97; the effective efficiency of the engine according to Figs. 2, 3 and 20, 21 is equal to η eff = 571.6 × 0.7 × 0.97 × 0.97 = 376.5 kJ / mol - 285.8 kJ / mol = 90.7 kJ / mol. Efficiency = 90.7: 571.6 = 0.1586, approximately Efficiency = 16%.
Теплотворная способность 1 кг равна 285,8×(1000:18)=15877:4,18=3798,5 ккал/кг. Итак, за один рабочий цикл в двигателе полезно используется энергия воды, равная, с учетом КПД=608 ккал, примерно столько же в компрессоре. После выхода отработанных газов /паров воды с частицами электролита/ открывается впускной клапан 154, за счет чего в разреженную зону цилиндра 151 входит свежий атмосферный воздух.The calorific value of 1 kg is 285.8 × (1000: 18) = 15877: 4.18 = 3798.5 kcal / kg. So, for one working cycle in the engine, water energy is used, which is equal, taking into account efficiency = 608 kcal, about the same in the compressor. After the exhaust gas / water vapor with particles of electrolyte is released, / the
Итак, мы убедились в том, что предлагаемые двигатели и компрессоры могут работать на энергии воды, причем КПД растет с увеличением КПД двигателя и компрессора. Для детонационного двигателя, рассматриваемого ниже, эффективный КПД больше, чем двигателя по фиг. 2, 3.So, we were convinced that the proposed engines and compressors can operate on water energy, and the efficiency increases with increasing efficiency of the engine and compressor. For the detonation engine, discussed below, the effective efficiency is greater than the engine of FIG. 2, 3.
На чертеже в качестве электропроводных жидкостей используются те же, что и для работы комбинированных форсунок по фиг.9. При этом в двигателе при работе на энергии воды форсунка для топлива 92 становится не нужной. Однако для улучшения санитарно-гигиенических условий работы двигателя и компрессора через форсунку 92 впрыскивается вода, а через патрубки 76 в каналы 77 насосом подается жидкий металл, с осуществлением электрического взрыва не водных растворов электролитов с добавками электропроводных частиц, а жидкого металла в виде струй 89. В отличие от первого способа электрического взрыва с применением растворов электролитов, электрический взрыв жидкого металла, например, сплавов 22,8% Na и 77,2% K, имеющего отрицательную температуру плавления - 12,°С, олова, свинца, висмута и их сплавов, а также галлия с температурой плавления 29,78 и ртути - 38,87°С /см. В.Б.Козлов «Жидкие металлы в технической физике», М.: Знание, Физика, 4/1974, стр.13-19/, имеет свои преимущества. К этим преимуществам относятся: возможность получать при электрическом взрыве струй 89 из жидкого металла наиболее высокую температуру электрического взрыва - более /5-10/×104 K, за счет чего в зону взрыва можно впрыскивать воду, которая мгновенно диссоциирует на водород и кислород /на этом принципе могут работать еще сотни изобретений/, с расширением в камере двигателя или в цилиндре компрессора 151 и дальнейшим процессом ассоциации водорода и кислорода диссоциированной воды. Пары жидкого металла уносятся вместе с парами воды в выпускную систему, где пары сконденсированного жидкого металла улавливаются и снова направляются в рабочий процесс, в форсунку/ки/ по фиг.9.In the drawing, the same conductive liquids are used as for the combined nozzles of FIG. 9. At the same time, in the engine when working on water energy, the
Второе. Двигатель не потребляет атмосферный воздух, не загрязняет его, оздоровляется атмосфера и биосфера, а топливом становится широко доступная обыкновенная вода.The second one. The engine does not consume atmospheric air, does not pollute it, the atmosphere and biosphere become healthier, and ordinary water becomes widely available as fuel.
Итак, мы имеем двигатели по фиг.2, 3 и 20, 21, работающие на энергии воды, которые в сравнении с установкой «Токамак» имеют неоспоримые преимущества. К ним относятся: а/ простота способа получения энергии; б/ электровзрывной способ электротермического разложения воды по сравнению с «Токамак» избавляет от многих, крайне дорогих дополнительных технологий в части получения дейтерия и трития, в/ удержать плазму с помощью магнитной термоизоляции пока никак не удается. Слишком высоки параметры этой плазмы.So, we have the engines of FIGS. 2, 3 and 20, 21, which operate on the energy of water, which in comparison with the Tokamak installation have undeniable advantages. These include: a) the simplicity of the method of generating energy; b) the electro-explosive method of electrothermal decomposition of water compared to Tokamak eliminates many, extremely expensive additional technologies in terms of producing deuterium and tritium, while / it is not possible to retain plasma using magnetic thermal insulation. Parameters of this plasma are too high.
Стоимость работ, в том числе НИОКР на изготовление двигателя по фиг.2, 3 и 28, 21 с достижением высоких результатов по КПД как самого двигателя, так и генератора электрических импульсов - второго главного объекта новой технологии получения энергии из воды, а также комбинированной форсунки по фиг.9-11, 16, ни идет ни в какое сравнение со стоимостью гипотетического генератора «Токамак», работы по которому планируются осуществить до 2050 г. с отчислением из бюджета нашей только страны астрономической суммы в 600,0 млрд. руб.The cost of work, including R&D for the manufacture of the engine according to FIGS. 2, 3 and 28, 21 with achieving high results in the efficiency of both the engine itself and the electric pulse generator - the second main object of the new technology for generating energy from water, as well as a combined nozzle 9-11, 16, can not be compared with the cost of the hypothetical Tokamak generator, the work on which is planned to be carried out until 2050 with the deduction from the budget of our country of an astronomical amount of 600.0 billion rubles.
Многоцилиндровый волновой компрессор. На фиг.17-19 показаны схемы компрессоров. Например, компрессор по фиг.15 выполняется из нескольких цилиндров, размещенных по окружности, - поз.185. На фиг.17-18 приведена конструкция компрессора /волнового/ с пластинчатыми самодействующими клапанами, что существенно упрощает и снижает стоимость компрессора.Multi-cylinder wave compressor. On Fig-19 shows a diagram of the compressors. For example, the compressor of FIG. 15 is made of several cylinders arranged around the circumference — pos. 185. On Fig-18 shows the design of the compressor / wave / with plate self-acting valves, which greatly simplifies and reduces the cost of the compressor.
Он состоит: из воздухозаборника 186, на входе в который установлены пластинчатые /полосовые/ самодействующие клапаны 187, размещенные в решетке 188. В решетке выполнены входные сопла 189. Воздухозаборник соединен с демпфирующим устройством 190, в котором установлен отражатель 191. Компрессор содержит цилиндр 192 с решеткой и пластинчатыми клапанами 193 по типу решетки 188, форсунки 194 по фиг.16 или по фиг.9, клапанную коробку 195 и патрубок 196. Работает компрессор следующим образом: в цилиндр 192 с помощью форсунок 194 впрыскиваются струи 183 электропроводной жидкости, которые при контакте их в зоне 184 включают разрядный контур генератора электрических импульсов /ГИ/ 180, 181, при включенной цепи включателем 182. Ток разряда с мгновенной мощностью Р=J2·Rэкв нагревает, испаряет электротермическим разложением электропроводной жидкости струй 183 и образованием газообразных водорода, кислорода и осколков электролита с испарившимися частицами металла.It consists of an
В качестве электропроводной жидкости служат концентрированные водные растворы сильных электролитов на основе кислот, оснований и солей, с концентраций 10-25% или другой, что устанавливается экспериментальным путем. В раствор добавляются частицы металлов размером 5-10 мкм с концентрацией, также определяемой экспериментальным путем. Ввод частиц металлов - железа, алюминия, меди и др. - позволяет резко увеличить электропроводность струй 183 и регулировать этот параметр. Образовавшиеся продукты термохимического разложения при температуре электрического взрыва струй, превышающей Т>2500°С, расширяются в цилиндре 192 и сжимают в нем воздух, который через клапанную решетку 193 /при заданном давлении открываются пластинчатые клапаны, занимая положение 197/ направляется через патрубок в сеть или впускную систему двигателя, или в ресивер. Однако до открытия клапанов 187 в цилиндре температура продуктов электрического взрыва струй понижается за счет расширения, и при Т<2500°С начинается обратный процесс ассоциации - соединение водорода с кислородом и осколков электролита с выделением теплоты и повышением температуры продуктов сгорания Н2 и О. В результате процесс сжатия воздуха в цилиндре продолжается до заданного значения. Выход через патрубок 196 сжатого воздуха в этом компрессоре происходит вместе с продуктами сгорания - паров воды, однако он может быть и раздельным, как в компрессоре по фиг.15. Здесь так же, как и в предыдущем компрессоре по фиг.15, происходит использование энергии воды для сжатия воздуха за счет использования энергии электрического разряда, идущего на электротермическое разложение струй 183 и химической энергии соединения водорода с кислородом /прекрасное топливо/. КПД волновых компрессоров по фиг.15 и 17 достигает КПД известных осевых компрессоров, примерно η=77%. При КПД генератора электрических импульсов /ГИ/ более 0,9 и КПД преобразования энергии электрического разряда в теплоту, при электрическом взрыве струй 183 также более 6, 9, эффективный КПД использования энергии воды составит около 12%.Concentrated aqueous solutions of strong electrolytes based on acids, bases and salts, with concentrations of 10-25% or another, which is established experimentally, serve as the electrically conductive liquid. Metal particles 5-10 microns in size with a concentration also determined experimentally are added to the solution. The introduction of metal particles — iron, aluminum, copper, etc. — allows one to sharply increase the electrical conductivity of
Иными словами, компрессоры работают на энергии воды так же, как и двигатели по фиг.2, 3 и 20, 21. Для увеличения производительности компрессоры по фиг.17, 18 выполняются в виде блока по фиг.19.In other words, the compressors operate on water energy in the same way as the engines of FIGS. 2, 3 and 20, 21. To increase the performance, the compressors of FIGS. 17, 18 are made in the form of a block of FIG. 19.
Пример. Определим производительность компрессора. Зададимся следующими значениями:Example. Determine the performance of the compressor. We set the following values:
- диаметр цилиндра 192 равен 200 мм, длина 500 мм, частота рабочих циклов - 100 р.ц./с, число цилиндров 8 /см. фиг.19/.- the diameter of the
Производительность компрессора составляет П=0,785×0,22×0,5×100×8×60=753,6 м3/мин, что больше поршневых компрессоров в 2-3 раза. КПД компрессора, работающего, например, на водных растворах электролитов с добавками частиц металлов, повышается также и за счет химического превращения рабочего тела, т.е. впрыск струй раствора электролита обеспечивает при протекании электротермической диссоциации увеличение объема газообразных продуктов разложения водорода и кислорода до 2,108 м3/кг раствора, а паров водного раствора до 1,733 м3/кг, что в 1,218 больше. Поэтому КПД компрессора мы должны также увеличить - η=12%·1,218=14,6% /см. В.В.Сушков «Техническая термодинамика, Госэнергоиздат. М., Л., 1960 г., стр.350 и А.Б.Фрадков «Криогенные жидкости», Знание, Физика, 1988/7, стр.19/. Итак, эффективный КПД компрессора равен 14,6% при работе на энергии воды за счет электротермической диссоциации водного раствора электролита с последующим процессом ассоциации - химического соединения водорода с кислородом. Таким образом двойная отдача энергии - электрического разряда через струи электролита и химическая энергия ассоциации продуктов электротермического разложения - обеспечивает получение полезной работы сжатия воздуха.The compressor capacity is P = 0.785 × 0.2 2 × 0.5 × 100 × 8 × 60 = 753.6 m 3 / min, which is 2-3 times more than reciprocating compressors. The efficiency of a compressor operating, for example, on aqueous solutions of electrolytes with the addition of metal particles, also increases due to the chemical transformation of the working fluid, i.e. the injection of electrolyte solution jets provides, during the course of electrothermal dissociation, an increase in the volume of gaseous products of the decomposition of hydrogen and oxygen to 2.108 m 3 / kg of solution, and the vapor of an aqueous solution to 1.733 m 3 / kg, which is 1.218 more. Therefore, we must also increase the efficiency of the compressor - η = 12% · 1.218 = 14.6% / cm. VV Sushkov “Technical thermodynamics, Gosenergoizdat. M., L., 1960, p. 350 and A.B. Fradkov “Cryogenic liquids”, Knowledge, Physics, 1988/7, p. 19 /. So, the effective efficiency of the compressor is 14.6% when working on water energy due to the electrothermal dissociation of an aqueous electrolyte solution with the subsequent association process - a chemical compound of hydrogen with oxygen. Thus, the double return of energy - an electric discharge through jets of electrolyte and the chemical energy of the association of products of electrothermal decomposition - provides useful work of air compression.
Обыкновенная вода становится топливом.Ordinary water becomes fuel.
Еще одним вариантом компрессоров по фиг.15, 17 является вариант с установкой в них комбинированных форсунок по фиг.9-11 и 12, при работке которых в зону цилиндра 169 «впрыскивается» газообразное топливо с образованием в этой зоне рабочей смеси и воспламенение ее вторым «впрыскиванием» раскаленных газообразных продуктов электротермической диссоциации за счет электрического взрыва струй 89 или 95 в форсунке 12, выходящих из взрывной камеры 73 или 110 через отверстия 94 или 132.Another embodiment of the compressors of FIGS. 15, 17 is a variant with the installation of the combined nozzles of FIGS. 9-11 and 12, during operation of which gaseous fuel is “injected” into the zone of the
Итак, эти варианты конструкций компрессоров работают - сжимают воздух на всех известных углеводородных топливах: твердых или жидких. Поэтому компрессоры с внутренним сгоранием топлива в зонах 169 и 198 /КВС/ являются генераторами сжатого воздуха не только для использования в двигателях внутреннего сгорания, но и для работы турбогенераторов в большей энергетики, причем на твердом топливе и энергии воды.So, these compressor designs work - they compress the air on all known hydrocarbon fuels: solid or liquid. Therefore, compressors with internal combustion of fuel in
Для двигателей внутреннего сгорания по фиг.2, 3 и 20, 21 КВС становятся дополнительными мощностями и обеспечивают многократное повышение мощности, если вместо одного цилиндра 151 и 192 установлены несколько по фиг.19. Последовательное включение в работу цилиндров компрессора КВС позволяет «плавно» увеличивать мощность двигателей, т.е. форсировать. Мы имеем таким образом форсированные двигатели МДВСФ и МДДВСФ (высокий наддув).For internal combustion engines of FIGS. 2, 3 and 20, 21, FACs become additional capacities and provide a multiple increase in power if, instead of one
Принцип увеличения мощности двигателя по фиг.2, 3 состоит в том, что через впускной клапан 8 /при отключенных клапанах 10-11/ поступает в цилиндр/ры/ сжатый воздух с высоким давлением, порядка 10 кг/см2 и более /примерно такое же давление сжатия воздуха при такте «сжатия» в обычном ДВС с факельным зажиганием/, который заполняет зону сгорания до поз.24 /см. фиг.2/ при движении поршня в н.м.т. и создает условия для сгорания большего количества топлива за счет работы форсунок 9-11, 12 на форсированном режиме двигателя. КПД двигателя снижается, однако мощность резко возрастает. Это очень важно, как известно, для применения в военной и специальной технике. Следует также отметить, что с переходом от турбокомпрессоров или турбонагнетателей механических, обеспечивающих коэффициент наддува в лучших случаях 1,2-1,8 /например, с помощью турбонагнетателей с частотой вращения от 250000 мин-1 до 325000 мин-1, Япония см. 2, стр.14/, обладающих большой инерционностью, сложностью конструкции и обеспечивающим даже при сверхвысоких оборотах турбины и компрессора повышение давления сжатого воздуха всего лишь до 1,2-1,8, на волновые по фиг.15, 17 резко улучшается вся энергетика, например, автомобиля.The principle of increasing the engine power in figure 2, 3 is that through the
Многотопливный детонационный двигатель внутреннего сгорания показан на Фиг.20-22 и Фиг.1 /МДДВС/.A multi-fuel detonation internal combustion engine is shown in Fig.20-22 and Fig.1 / MDVS /.
Двигатель также снабжен комбинированными форсунками по фиг.9-11, 12, коленчатыми валами одного из вариантов по фиг.4-7, 8 и волновыми компрессорами одного из вариантов, рассмотренных выше - по фиг.15. с крышками 152, 153. Компрессор работает на отработанных газах, а в режиме форсирование двигателя как компрессор с внутренним сгоранием топлива /КВС/.The engine is also equipped with the combined nozzles of FIGS. 9-11, 12, crankshafts of one of the embodiments of FIGS. 4-7, 8 and wave compressors of one of the options discussed above - of FIG. 15. with
В отличие от двигателя по фиг.2, 3 МДДВС имеет специальные цилиндровые крышки, показанные на фиг.20-22 с встроенными камерами сгорания, в которых используется волновой принцип передачи энергий: от раскаленных продуктов сгорания, образовавшихся в периоды детонационных взрывов /сгорания/ рабочей смеси, к сжатому воздуху, в свою очередь, передающему давление на поршень. Такой механизм передачи энергии позволяет погасить энергию ударных волн о стенки цилиндровой крышки, снизить температуру сгоревших газов и обеспечить нормальную работу кривошипно-шатунного механизма.In contrast to the engine of FIGS. 2, 3, the engine has special cylinder covers shown in FIGS. 20-22 with built-in combustion chambers that use the wave principle of energy transfer: from incandescent products of combustion formed during periods of detonation explosions / combustion / working mixture to compressed air, which in turn transfers pressure to the piston. Such a mechanism of energy transfer allows you to absorb the energy of shock waves on the walls of the cylinder cover, reduce the temperature of the burnt gases and ensure the normal operation of the crank mechanism.
Представлены два варианта цилиндровых крышек.Two options for cylinder covers are presented.
Первый вариант приведен на Фиг.20, 22.The first option is shown in Fig.20, 22.
Фиг.20, 22. Цилиндровая крышка 199 состоит: из камеры сгорания 200, в которой размещены впускной клапан 201 и выпускной 202. Сбоку установлена комбинированная форсунка 213. Камера сгорания 208 сообщается с рабочими каналами 204, каждый из которых имеет окна /профилированные каналы, направленные под углом к днищу поршня 205/. Поршень 266, цилиндр 207, шатун 208.20, 22. The
Стенки рабочих каналов 209 с каналами 210 для циркуляции охлаждающей жидкости.The walls of the working
Работа двигателя по фиг.1 с цилиндровой крышкой 199 осуществляется следующим образом:The operation of the engine of figure 1 with a
отметим, что клапаны 201 и 202 также снабжены коромыслами, соленоидами и электронной системой, как и двигатель по фиг.1 с крышками цилиндров/ра/ по фиг.2, 3 - условно не показаны на чертеже.note that the
- открывается клапан 201 и сжатый воздух из компрессора по фиг.15 входит в цилиндровую крышку и цилиндр 207.-
При втором такте воздух сжимается за счет движения поршня 206 в верхнюю мертвую точку /в.м.т./. С опережением включается комбинированная форсунка 203, за счет работы которой через отверстия 132 или 94 в камеру сгорания 200 с большой скоростью выходят раскаленные струи газообразного топлива, образовавшиеся в взрывной камере комбинированной форсунки, например по фиг.12 /топливо - обогащенный каменный уголь/, которые смешиваются с сжатым воздухом в камере сгорания 200 и образуют рабочую горючую смесь. За счет второго электрического взрыва струй электропроводной жидкости, протекающей через патрубки, подобные патрубкам 77 комбинированной форсунки по фиг.9, через отверстия 132 выходят раскаленные струи продуктов электротермической диссоциации электропроводной жидкости, которые в виде раскаленных факелов воспламеняют рабочую смесь в камере сгорания. При степени сжатия 12-14 происходит обычное сгорание смеси со скоростью 20-30 м/с, так как камера сгорания защищена от воздействия ударных волн, образующихся в взрывной камере 110 комбинированной форсунки при электрическом взрыве струй 95. При выполнении взрывной камеры без днища 211 /срез на уровне поз.212/, по типу комбинированной форсунки по фиг.9, ударные волны при втором электрическом взрыве струй 89 или 95 воспламеняют рабочую смесь с протеканием детонационного сгорания рабочей смеси в камере сгорания 200.At the second stroke, the air is compressed due to the movement of the
Продукты сгорания расширяются и сжимают уже сжатый воздух, находящийся в рабочих каналах 204, который еще больше сжимается, и через окна /профилированные каналы/ 205 выходят в цилиндр 207, причем под косым углом к днищу поршня 286. Последний приходит в движение в н.м.т., и следом за сжатым воздухом в цилиндр поступают продукты сгорания, однако уже с значительно меньшей температурой за счет расширения их в рабочих каналах 214, стенки которых усиленно охлаждаются циркулирующей в каналах 210 жидкостью. Ударные волны гасятся о стенки цилиндровой крышки при выходе газов через окна 205.The combustion products expand and compress the already compressed air located in the working
Таким образом кривошипно-шатунный механизм двигателя работает, как и в обычных ДВС при нормальных условиях.Thus, the crank mechanism of the engine works, as in conventional ICE under normal conditions.
Детонационное сгорание, протекающее с высокими параметрами температуры и давлений сгоревших газов, позволяет увеличить тепловыделение при сгорании углеводородного топлива на 10-12% /см. А.И.Зверев «Детонационные покрытия в судостроении», М.: Судостроение, 1979 г., стр.7-23/, что еще больше повышает КПД двигателя и снижает расход топлива, а также токсичных продуктов сгорания /уменьшается объем выхлопных газов, что для нашего времени изменения климата является наиболее ценным/. Вместе с тем детонационный процесс сгорания с высокими параметрами давлений создает условия для уменьшения степени сжатия - ε. Степень сжатия назначается на уровне бензиновых ДВС - ε≈6-9. Таким образом снижаются вес деталей двигателя и его стоимость.Knock combustion, proceeding with high temperature and pressure values of the burnt gases, allows to increase the heat emission during the combustion of hydrocarbon fuel by 10-12% / cm. A.I. Zverev “Detonation coatings in shipbuilding”, M .: Shipbuilding, 1979, pp. 7-23 /, which further increases engine efficiency and reduces fuel consumption, as well as toxic combustion products / exhaust gas volume decreases, what climate change is the most valuable for our time. At the same time, the detonation combustion process with high pressure parameters creates conditions for decreasing the compression ratio ε. The compression ratio is assigned at the level of gasoline ICEs - ε≈6-9. Thus, the weight of engine parts and its cost are reduced.
Детонационный процесс сгорания необходимо применять во всех типах двигателей: реактивных в авиации и в ГТУ, что обеспечит им ряд существенных преимуществ перед известными с непрерывным, обычным сгоранием. Прежде всего повышение экономичности, скорости истечения газов и снижение загрязнения окружающей среды.The detonation combustion process must be used in all types of engines: reactive in aviation and in gas turbines, which will provide them with a number of significant advantages over the known ones with continuous, conventional combustion. First of all, an increase in profitability, gas outflow rate and reduction of environmental pollution.
Поджигание рабочей смеси в камере сгорания 200 лучше всего осуществлять ударными волнами, образующимися при электрическом взрыве струй 183 форсунки по фиг.16, которая устанавливается в камере сгорания противоположно комбинированной форсунке 203 /не показана на чертеже - фиг.20, 22/. При этом комбинированная форсунка по фиг.12 выполняется с взрывной камерой 110 и отверстиями 132 /в комбинированной форсунке по фиг.9 также с днищем 93 и отверстиями 94/, что способствует улучшению процесса смесеобразования в камере сгорания и упрощает конструкцию комбинированных форсунок /форсунки выполняются без устройства вторых каналов с патрубками 77/.The ignition of the working mixture in the
Детонационный двигатель по фиг.20, 22 также можно форсировать за счет применения компрессора внутреннего сгорания /КВС/ по фиг.15, который при заданной мощности работает и сжимает воздух для наддува двигателя на энергии отработанных газов /универсальный компрессор/.The detonation engine of FIGS. 20, 22 can also be forced through the use of an internal combustion compressor / FAC / of FIG. 15, which operates at a given power and compresses the air to pressurize the engine for exhaust gas energy / universal compressor /.
Изменение рабочего объема камеры сгорания 200 для работы МДДВС на переходных режимах. Осуществляется путем изменения количества подаваемого топлива форсункой 92 и мощности электрического разряда при электрическом взрыве струй 89 /см. фиг.9/. При этом уменьшается дальнобойность струй термохимического разложения топлива при выходе их из отверстий 94. При изменении этих параметров изменяется объем сжатого воздуха, участвующего в процессе детонационного сгорания, с осуществлением сгорания в зонах 213, 214 и полном объеме камеры сгорания 215.Changing the working volume of the
Комбинированная форсунка по фиг.12. Рассмотрена выше с приводом от кулачкового вала 106 и фиксированной подачей твердого топлива. Для изменения объема и количества подаваемого топлива необходимо увеличивать или уменьшать длину стержня 113, выдавливаемого во взрывную камеру 110. С помощью кулачкового вала делать это затруднительно, однако возможно за счет плавного подъема или опускания по вертикали кулачкового вала 106 специальным механизмом /не показанным на чертеже/.The combined nozzle of FIG. 12. Considered above with
Для надежной работы комбинированной форсунки с плавным изменением длины выдавливаемого поршнем /плунжером/ 104 стержня 113 вместо кулачкового вала применяется тот же механизм, показанный на фиг.2, управляемый электронной системой, которая воздействует на соленоид /например, 16/ так, что угол поворота коромысла /например, 14/ изменяется в зависимости от параметров двигателя /обороты, нагрузка/. Иными словами, увеличивается или уменьшается ход плунжера /поршня/ 104.For reliable operation of the combined nozzle with a smooth change in the length of the
Второй вариант цилиндровой крышки детонационного двигателя по фиг.21-22. Камера сгорания 216 выполнена в виде цилиндра, в которой установлены впускной клапан 217 и выпускной 218, комбинированные форсунки 219 и 220, размещенные по зонам сгорания 221 и 222.The second version of the cylinder cover of the detonation engine of Fig.21-22. The
Шпильки для крепления цилиндровой крышки 223.Studs for attaching
Цилиндровая крышка также имеет рабочие каналы 204 и окна /профилированные каналы/ 205.The cylinder cover also has working
Новая конструкция цилиндровой крышки предназначена для применения в мощных двигателях с низкой степенью сжатия ε1=6-9.The new design of the cylinder cover is designed for use in powerful engines with a low compression ratio ε 1 = 6-9.
Ее особенностью работы в отличие от предыдущей рассмотренной конструкции цилиндровой крышки является осуществление послойного, точнее зонного сгорания и сжатия уже сжатого воздуха в зонах 221 и 222, что позволяет «волновым» методом увеличивать степень сжатия воздуха в камере сгорания 216 и КПД двигателя.Its feature of work, in contrast to the previous cylinder cover design considered, is the implementation of layer-by-layer, more precisely zone combustion and compression of already compressed air in
Сущность работы состоит в следующем: после такта «сжатия» сжатый воздух находится в камере сгорания 216 и рабочих каналах 204 плюс объем, занимаемый окнами 205. Включается комбинированная форсунка или 219 по фиг.9-11, 12 с образованием рабочей смеси в зоне сгорания 222 и следом форсунка 224 по фиг.16, которая за счет электрического взрыва струй 183 образует мощную ударную волну, воспламеняющую рабочую смесь в зоне сгорания 222. Продукты сгорания расширяются и сжимают уже сжатый воздух в зоне 221. Следом включаются комбинированная форсунка 220 и форсунка 225 /форсунка-детонатор по фиг.16/, за счет чего образуются продукты сгорания с более высокими параметрами температуры и давления сгоревших газов. Они расширяются, сжимают воздух в рабочих каналах 204, который через окна 205 приводит в движение поршень 206 с совершением рабочего цикла многотопливного детонационного двигателя внутреннего сгорания.The essence of the work is as follows: after the “compression” stroke, compressed air is in the
Работа двигателя на энергии воды.Engine operation on water energy.
В качестве электропроводных жидкостей могут использоваться:As electrically conductive liquids can be used:
- концентрированные водные растворы сильных электролитов, например азотная кислота HNO3, соляная НСl, серная H2SО4, растворы солей и щелочей - NaC, NaOH и др.- concentrated aqueous solutions of strong electrolytes, for example, nitric acid HNO 3 , hydrochloric Hcl, sulfuric H 2 SO 4 , solutions of salts and alkalis - NaC, NaOH, etc.
- водные растворы сильных электролитов с концентрацией 31%, 20% и 30% по кислотам с концентрацией 2,5-5,2% с добавками частиц металлов или графита размером 5-16 мкм в количествах, определяемых экспериментальным путем /- от 5 до 10% и более/.- aqueous solutions of strong electrolytes with a concentration of 31%, 20% and 30% for acids with a concentration of 2.5-5.2% with the addition of metal particles or graphite with a size of 5-16 microns in quantities determined experimentally / - from 5 to 10 % and more/.
Эти виды растворов и суспензий применяются при электротермической диссоциации струй 89, 95, 188 в комбинированных форсунках и форсунках по фиг.16 /форсунка-детонатор/. Особое место занимают растворы солей, например морская вода и техническая вода /слабый раствор электролита/.These types of solutions and suspensions are used for electrothermal dissociation of
Механизм термохимического разложения обыкновенной воды, впрыскиваемой в зону взрыва струй концентрированных водных растворов сильных электролитов с предельными концентрациями электролита, или в зону взрыва струй жидких металлов: сплав 44,5% Pb+55,5% Bi с температурой плавления Т=125°С, галлий с Т=29,78°С и др. При этом струи жидких металлов 89, 95, 183, в зону взрыва которых впрыскиваются струи воды 91 вместо жидкого углеводородного топлива, также могут использоваться в виде суспензии с твердыми частицами металлов, имеющих высокую электропроводность, например алюминий, медь, серебро или их сплавы. Использование жидких металлов и металлов в виде твердых частиц с концентрацией 5-10% и более /или менее/ позволяет изменять или расширить интервал активного сопротивления струй при протекании через них мощного электрического разряда с коротким импульсом - τ<-g(7). При этом осуществляется улавливание жидкого металла с частицами перед выпуском водяного пара в конденсатор и возврат их снова в рабочий процесс /В.Б.Козлов «Жидкие металлы в технической физике», М.: Знание, Физика, стр.10-19, В.А.Волосатов «Справочник по электрохимическим и электрофизическим методам обработки», Л.: Машиностроение, стр.36-54/. Отличия электротермического разложения водного раствора электролита или суспензии от термохимического разложения воды заключается прежде всего в КПД процесса преобразования энергии разряда в теплоту, которая идет на термическую диссоциацию воды. КПД электротермической диссоциации больше, чем термохимической, за счет прямого преобразования энергии конденсатора 84, 181 в теплоту. В настоящее время на уровне 1983 г. КПД процесса достигал лишь около 40% при электрическом взрыве проволоки или фольги в вакууме. Чтобы большая часть энергии конденсаторов /батареи конденсаторов/ преобразовалась в теплоту, необходим разряд с высокой скоростью нарастания силы разрядного тока J. Этого можно добиться подбором параметров разрядной цепи. При определенных длине и диаметре струй 89 /основная комбинированная форсунка для разложения воды или раствора по фиг.9-11 с взрывной камерой, имеющей днище 93 с отверстиями 94, форсунка и днище в особенности усиленно охлаждаются жидкостью по каналам 69/. КПД наибольший. Иными словами, необходим генератор электрических импульсов с мощными и короткими электрическими разрядами /ГИ/.The mechanism of thermochemical decomposition of ordinary water injected into the explosion zone of jets of concentrated aqueous solutions of strong electrolytes with limiting electrolyte concentrations, or into the explosion zone of jets of liquid metals: alloy 44.5% Pb + 55.5% Bi with a melting point T = 125 ° C, gallium with Т = 29.78 ° С and others. In this case, jets of
Необходимо также для достижения высокого КПД следующее: образование «тесной» взрывной камеры 73 с днищем 93 для снижения потерь энергии разрядного тока при расширении продуктов электротермической диссоциации суспензии или раствора электролита струй 89;It is also necessary to achieve high efficiency the following: the formation of a "close"
- поддержание высокой температуры во взрывной камере комбинированной форсунки, что достигается с применением жаропрочных сплавов и электроизоляционного материала второго корпуса 75, в котором размещены каналы 77 с соплами 80;- maintaining high temperature in the explosive chamber of the combined nozzle, which is achieved using heat-resistant alloys and electrical insulation material of the
- поддержание в взрывной камере высокого давления продуктов электротермической диссоциации. Этого можно достичь за счет проведения не одного электрического взрыва струй за один рабочий цикл двигателя, а серии впрыскивания струй 89 и серии электрических разрядов с нарастанием давления во взрывной камере 73. Высокое давление в взрывной камере способствует напрямую повышению КПД процесса термического разложения водного раствора электролита. Во-первых, за счет повышения плотности плазмы, образующейся при электрических взрывах струй 89. С увеличением плотности плазмы, т.е числа ионов и электронов, растет проводимость и ток разряда, а следовательно, и количество теплоты и энергия конденсаторной батареи. Во-вторых, за счет увеличения температуры водного раствора электролита или воды, впрыскиваемой в зону взрыва более 100°С, снижается расход энергии конденсаторной батареи;- maintaining in the high-pressure blast chamber the products of electrothermal dissociation. This can be achieved by conducting not only one electric explosion of the jets in one engine operating cycle, but a series of injection of
- в-третьих, с ростом количества пар струй 89 за счет размещения в корпусе нескольких пар каналов 77 и последовательным их впрыскиванием, с протеканием по ним электрических разрядов, наравне с электротермической диссоциацией проходит и термохимическая за счет нагрева струй в взрывной камере от продуктов диссоциации предыдущих электрических взрывов струй. Взрывная камера комбинированной форсунки становится термическим реактором /термохимическим/;- thirdly, with the increase in the number of pairs of
- в-четвертых, степень сжатия в двигателях по фиг.1-3, 20-22 при работе их на энергии воды должна быть высокой, примерно на уровне дизеля, от 12-14 до 24-26, для того, чтобы поддерживать высокое давление во взрывной/ых/ камере/ах/ комбинированных форсунок по фиг.9-11. Механизм процесса электрического взрыва струй концентрированного водного раствора сильного электролита, в котором взвешены частицы металлов, отличается от чистого раствора тем, что разрядный ток, протекающий через частицы металлов, идентичен электрическому взрыву твердых проводников, а между частицами к пробою растворов. Поэтому с увеличением или с уменьшением концентрации частиц металлов в растворе резко изменяется электропроводность струй, например, 89, 95, 183. Таким образом на электропроводность суспензий влияет как концентрацию электролита в растворе струй, так и концентрацию твердых частиц металлов, что позволяет расширить пределы подбора параметров электрического взрыва электропроводных струй в комбинированных форсунках. Изложенные требования к проведению электрических взрывов струй в форсунках позволяют добиваться высокого КПД процесса с получением в взрывных камерах комбинированных форсунок при T>2500°C водорода, кислорода, осколков электролита и паров металлов /с возвратом последних в рабочий процесс/ и использования в энергетике энергии воды. Причем экологически чистой энергетики /экоэнергетика/ для еще большего увеличения электропроводности плазмы после электрического взрыва струй раствора электролита с частицами металлов в взрывной камере комбинированной форсунки, электролит необходимо применять на основе солей NaCl /например, морскую воду/, которые при разрушении атомных связей образуют в плазме дополнительное количество легкоионизирующихся частиц. Водные растворы поваренной соли, растворенной в обычной пресной воде, также пригодны для электрического взрыва струй с добавками частиц металлов с высокой электропроводностью. За счет применения вышеперечисленных мер существенно увеличивается время разряда, и выводы по электрическому разряду в жидкости пригодны и для электрического взрыва струй суспензий электролитов.fourthly, the compression ratio in the engines of FIGS. 1-3, 20-22 when operating on water energy should be high, approximately at the diesel level, from 12-14 to 24-26, in order to maintain high pressure in the explosive / s / chamber / s / combined nozzles of Fig.9-11. The mechanism of the electric explosion of jets of a concentrated aqueous solution of a strong electrolyte in which metal particles are suspended differs from a pure solution in that the discharge current flowing through the metal particles is identical to the electric explosion of solid conductors, and between the particles to the breakdown of solutions. Therefore, with an increase or decrease in the concentration of metal particles in the solution, the electrical conductivity of the jets sharply changes, for example, 89, 95, 183. Thus, both the concentration of electrolyte in the solution of jets and the concentration of solid particles of metals affect the conductivity of suspensions, which allows expanding the range of selection of parameters electric explosion of electrically conductive jets in combined nozzles. The stated requirements for conducting electric explosions of jets in nozzles make it possible to achieve a high process efficiency with obtaining combined nozzles at T> 2500 ° C in hydrogen, oxygen, electrolyte fragments and metal vapors / with returning the latter to the working process / and using water energy in energy . Moreover, environmentally friendly energy / eco-energy / to further increase the electrical conductivity of the plasma after an electric explosion of the jets of an electrolyte solution with metal particles in the explosive chamber of a combined nozzle, the electrolyte must be used based on NaCl salts (for example, sea water), which form in plasma when atomic bonds are broken additional amount of easily ionizing particles. Aqueous solutions of sodium chloride dissolved in ordinary fresh water are also suitable for electric explosion of jets with the addition of metal particles with high electrical conductivity. Through the application of the above measures, the discharge time is significantly increased, and the conclusions on the electric discharge in the liquid are also suitable for the electric explosion of jets of electrolyte suspensions.
P/ln=Кр·τ и гдеP / l n = K p · τ and Where
ln - длина пары струй при их контакте в зоне 90, или 131, или 184.l n - the length of the pair of jets when they contact in the area of 90, or 131, or 184.
Lэкв - индуктивность подводящих проводов, электродов, каналов 77 и самих струй 89, 95, 183.L eq is the inductance of the lead wires, electrodes,
τ - Т/4, где Т - период собственных колебаний разрядной цепи.τ - T / 4, where T is the period of natural oscillations of the discharge circuit.
Постоянная Кр для электрического взрыва струй является так же, как и при разряде в жидкости, важнейшей характеристической величиной, определяющей КПД процесса электротермического разложения водных растворов электролитов /в течение первой четверти периода удельная мощность пропорциональна времени разряда: P/ln=Кр·τ. Двигатель по фиг.1 на энергии воды работает следующим образом: в конце такта сжатия остаточного пара раствора электролита струй 89 /комбинированная форсунка по фиг.9-11/ с помощью форсунки в камеры сгорания по фиг.2, 20 через отверстия 94 выходят под давлением раскаленные струи продуктов электротермической диссоциации, которые в цилиндрах 1,207 совершают работу расширения, толкая поршень 2,206 в нижнюю мертвую точку. При расширении газов: водорода, кислорода, осколков электролита и паров частиц металлов в цилиндрах и понижении температуры ниже Т<2500°С, происходит процесс ассоциации и выделение теплоты за счет сгорания гремучего газа. Под давлением продуктов сгорания водяного пара завершается рабочий цикл двигателе с осуществлением продолжительного расширения пара за счет применения коленчатого вала новой конструкции по фиг.4-7 /или фиг.8/. Отработавший жар выходит в конденсатор 226 /при этом жар проходит стадии очистки от сконденсированных в нем частиц металлов-добавок в раствор в установке 227/, где конденсируется при давлений Р<1 кг/см2 /см. В.В.Сушков «Техническая термодинамика», Госэнергоиздат, М., Л., 1960 г., стр.399-310/.The constant K p for an electric explosion of jets is, as in a discharge in a liquid, the most important characteristic value that determines the efficiency of the process of electrothermal decomposition of aqueous solutions of electrolytes / during the first quarter of the period, the specific power is proportional to the discharge time: P / l n = K p · τ. The engine of FIG. 1 on water energy operates as follows: at the end of the compression stroke of the residual vapor of the electrolyte solution of
КПД двигателя η=1-Т/Т=1-/100-200°С/ 2500°С=0,92 и более. Эффективный КПД меньше на величину потерь тепла при охлаждении цилиндров, крышки, форсунок, механических потерь, потерь тепла в конденсаторе.Engine efficiency η = 1-T / T = 1- / 100-200 ° С / 2500 ° С = 0.92 and more. Effective efficiency is less by the amount of heat loss during cooling of the cylinders, cap, nozzles, mechanical losses, heat losses in the condenser.
Определим КПД еще и с учетом теплоты образования воды, равной 285,8 кДж/моль /см. 15, стр.167/.We also determine the efficiency taking into account the heat of formation of water equal to 285.8 kJ / mol / cm. 15, p. 167 /.
Электрический взрыв струй 89 /см. фиг.9/ в взрывной камере форсунки с температурой более 2500°С /струи из концентрированного водного раствора, например, NaCl с добавками частиц металлов - железа, алюминия и пр./ приводит к электротермической диссоциации водного раствора электролита /см. патент №2154738 автора/ с выделением газообразных водорода, кислорода и осколков электролита, т.е. к получению гремучего газа - прекрасного топлива. Гремучий газ расширяется и толкает поршень двигателя в н.м.т., однако одновременно резко уменьшается его температура, и при Т<2500°С происходит обратный процесс ассоциации с взрывом гремучего газа, резким повышением температуры и давления продуктов сгорания с образованием перегретых паров воды. Энергия электрического разряда, обеспечивающего электрический взрыв струй водного раствора электролита, равная Е1=285,8 кДж/моль, и энергия Е2, полученная при химической реакции соединения водорода и кислорода - продуктов электротермической диссоциации раствора, как известно из курса «Общая химия», равны между собой. Таким образом общая энергия, вносимая в рабочий процесс поршневого двигателя, равна сумме отмеченных выше энергий ЕΣ=Е1+Е2=285,8+285,8=571,6 кДж/ моль.Electric explosion of
Выше отмечалось, что двигатель с коленчатым валом новой конструкции при частоте вращения П=3000 об/мин имеет КПД, превышающий 60%, который растет пропорционально увеличению числа оборотов двигателя. Кроме того, эффективный КПД зависит и от работы сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс поршней и шатунов в верхней мертвой точке /в.м.т./, которая идет на сжатие отработавшего пара за счет дросселирования его на выпуске путем работы электронной системы двигателя, воздействующей на соленоиды коромыслов выпускных клапанов /см. описание двигателя по фиг.1-2-3/. В двигателе, работающем на энергии воды раствора электролита, есть отличия в рабочем процессе от первого МДВС на углеводородном топливе. Эти отличия заключаются в том, что только часть отработавшего пара после взрыва гремучего газа в цилиндре двигателя выпускается в конденсатор 226. Оставшийся объем пара в цилиндре/ах/ сжимается поршнем со степенью сжатия ε=12-14 и до 24-26, в зависимости от быстроходности МДВС, и в этой работе сжатия пара используется полезная работа от сил инерции в в.м.т. возвратно-поступательно движущихся масс поршней и шатунов. Поэтому эффективный КПД двигателя с коленчатым валом новой конструкции по фиг.4-7 или 8 превышает ηэф=70%. Принимая значения КПД генератора электрических импульсов /ГИ/ те же, что и для рассматриваемого выше компрессора η3=0,97, и КПД преобразования энергии электрического разряда в теплоту также η4=0,97, эффективный КПД двигателя равен: ηэф=571,6×/0,6-0,7/×0,97×0,97=минус энергия, затраченная на электрический взрыв струй, Е1=285,8=322,69-285,8=36,89 кДж/моль и КПД=36,89:571,6=0,0645. Примерно 6,5%. За счет увеличения объема гремучего газа по сравнению с паром в 1,218 /см. выше стр./, эффективный КПД также увеличится и станет равным 6,5×1,218=7,9%, при КПД самого двигателя с коленчатым валом новой конструкции η=60%. При КПД МДВС 70%, КПД двигателя при работе на энергии воды достигнет примерно 20% за счет использования энергии сил инерции от возвратно-поступательно движущихся масс в верхней мертвой точке.It was noted above that an engine with a new design crankshaft at a speed of P = 3000 rpm has an efficiency exceeding 60%, which increases in proportion to an increase in the engine speed. In addition, the effective efficiency also depends on the work of the inertia forces of the reciprocating moving masses of pistons and connecting rods at the top dead center / b.m.t./, which is used to compress the exhaust steam by throttling it at the outlet by operating the electronic engine system, acting on the solenoid arms of the exhaust valves / cm. description of the engine of FIGS. 1-2-3 /. In an engine running on the energy of water from an electrolyte solution, there are differences in the working process from the first hydrocarbon-based MDA. These differences are that only part of the exhaust steam after the explosive gas explosion in the engine cylinder is discharged into the
Выпуск отработавшего пара в конденсатор производится уже со второго рабочего цикла двигателя, при этом МДВС работает как 2-тактный двигатель, что очень полезно, так как по сравнении с МДВС по фиг.2-3 он имеет в два раза больше рабочих циклов, что увеличивает мощность нового поршневого двигателя на энергии воды, с использованием концентрированных водных растворов электролитов на основе солей с добавками частиц металлов. Еще раз напомним, что высокая степень сжатия отработавшего пара в цилиндрах двигателя необходима для существенного увеличения к.п.д. преобразования энергии электрического разряда через струи 89 водного раствора электролита в теплоту /см. по этому вопросу выше/.The exhaust steam is released into the condenser already from the second engine duty cycle, while the MDE operates as a 2-stroke engine, which is very useful, since it has twice as many duty cycles compared to the MDS in FIGS. 2-3, which increases power of a new piston engine using water energy, using concentrated aqueous solutions of electrolytes based on salts with the addition of metal particles. We recall once again that a high compression ratio of the exhaust steam in the engine cylinders is necessary for a significant increase in efficiency. conversion of electric discharge energy through jets of 89 aqueous electrolyte solution into heat / cm. on this subject above.
Итак, рассмотрен экологически чистый двигатель, не потребляющий атмосферный воздух и не загрязняющий его, что обеспечивает спасение окружающей среды, прекращение повышения температуры на планете и постепенное оздоровление воздуха, которым мы дышим. Что касается топлива, то соленой воды в океанах предостаточно.So, we consider an environmentally friendly engine that does not consume atmospheric air and does not pollute it, which ensures the salvation of the environment, the cessation of temperature increase on the planet and the gradual improvement of the air we breathe. As for fuel, there is plenty of salt water in the oceans.
Для поршневых двигателей большой мощности - больше 400-500 кВт используется техническая вода, впрыскиваемая в зону взрыва струями 91 и диссоциирующая на водород и кислород, а в качестве источника нагрева служит электрический взрыв струй 89 из жидких металлов в форсунке по фиг.9,11. Очистка отработавшего пара с частицами сконденсировавшего жидкого металла производится так же, как и при использовании электролитов с добавками частиц металлов в устройстве 227.For piston engines of high power - more than 400-500 kW, industrial water is used that is injected into the explosion zone by
Раздел 2.
Паротурбинная установка внутреннего сгорания /ПТ УВС/ с термохимическим разложением на водород и кислород водяного перегретого пара, с высокими параметрами температуры Т=550°С и давлением Р=18-20 МПа.Steam-turbine internal combustion unit / ПТ УВС / with thermochemical decomposition of hydrogen superheated steam into hydrogen and oxygen, with high temperature parameters Т = 550 ° С and pressure Р = 18-20 MPa.
Установка выполняется большой мощности, превышающей 1000 МВт, и предназначена для работы на электростанциях взамен существующих паротурбинных силовых агрегатов большой энергетики, работающих на углеводородных топливах, а также вместо атомных АЭС /и термоядерных установок будущего типа «Токамак»/.The installation is carried out with a large capacity exceeding 1000 MW and is designed to operate in power plants in exchange for the existing steam turbine power units of large energy, operating on hydrocarbon fuels, as well as instead of nuclear power plants / and the future type of thermonuclear installations "Tokamak" /.
Она состоит: из цилиндрических реакторов 228, расположенных равномерно по окружности /см. фиг.24, 26/. С помощью конических переходных частей 229 реакторы соединены посредством труб 230 с камерами сгорания 231, которые, в свою очередь, с помощью конических или расширяющихся сопел 232 соединены с длинными трубами волновых компрессоров 233, имеющими на концах отражатели 234. Трубы сообщаются с паросборником /коллектором/ 235, из которого пар с высокими параметрами температуры Т=700-1300°С, Р=3,5-12 МПа поступает на турбину 236.It consists of:
Электрогенератор 237. Реакторы 228 снабжены форсунками 238, выполненными по фиг.16, размещенными в зоне 239 реакторов, форсунки 240 размещены в зоне 241 и форсунки 242 в зоне 243 реакторов - последовательно друг за другом. Для периодической подачи в реакторы водяного пара служат клапаны 244, имеющие клапанные коробки 245, соединенные с коллектором пара 246. Пар в коллектор подается через патрубок 247 от поверхностного теплообменника 248, в который из конденсатора 249 поступает конденсат /вода/. Конденсатор 249 одновременно служит и для отделения из паров сконденсированных частиц жидкого металла. Выделенный жидкий металл направляется в устройство 250, где дополнительно очищается, корректируется по составу и под давлением жидкий металл периодически в заданной последовательности поступает в форсунки 238, 240 и 242. Пружины клапанов поз.251, коллектор отработавшего пара турбины 252, вал турбины 253. Реакторы 228 и трубы 230 имеют рубашки для циркуляции в них жидкого металла - жидкого теплоносителя поз.254 и 255, которые являются Первым контуром охлаждения реакторов и труб 230. Во второй контур входят рубашки 256 и 257 камер сгорания и труб 233. Первый и Второй контуры охлаждения с помощью труб соединены с теплообменником 248, в котором конденсат воды из конденсатора 249 с давлением в нем до Р=0,04 кг/см2 нагревается, испаряется и перегревается за счет теплоты жидкого металла, циркулирующего в рубашках реакторов, труб и камер сгорания и охлаждающих их стенок. Таким образом жидкий металл в этой схеме является охлаждающей жидкостью и источником тепла с высокой температурой для работы теплообменника 248 в качестве теплогенератора. В каждом реакторе установлены форсунки 258 для подачи в них технической воды под высоким давлением. Эти форсунки служат для пуска ПТ УВС и выход ее на рабочий режим.The
Работает паротурбинная установка внутреннего сгорания /ПТ УВС/ следующим образом.Works steam turbine installation of internal combustion / PT UVS / as follows.
В реакторах 228 поступивший через клапаны 244 перегретый водяной пар с высокими параметрами давления и температуры проходит стадию термохимического разложения на водород и кислород с увеличением объема по сравнению с паром в 1,218 /см. выше стр./. Иными словами, реакторы являются генераторами гремучего газа из водяного пара - прекрасного топлива для сжигания его в камерах сгорания 231, соединенных с паросборником 235 и многоступенчатой турбиной 236 с помощью длинных, относительно узких труб 233, имеющих на концах отражатели 234 /вогнутая поверхность труб/.In
Оставшийся пар с заданным давлением Р и температурой Т в этих трубах от предыдущих циклов служит как бы поршнем, который под давлением расширяющихся продуктов сгорания, выходящих из камер сгорания 231, сжимается и разгоняется, а ударные волны от детонационных взрывов гремучего газа в камерах сгорания 231 отражаются от вогнутых поверхностей 234 труб 233 и гасятся. Сжатый же столб пара в трубах 233, имея давление Р1 и скорость w, через паросборник /коллектор/ 235 поступает в направляющий сопловой аппарат турбины и далее срабатывает на всех ее ступенях, с выходом отработавшего пара через патрубок 252 в конденсатор 249, совмещенный с отделителем сконденсированных частиц жидкого металла. При расширении продуктов сгорания гремучего газа в трубах 233 давление и температура сгоревших газов существенно снижаются, а работа расширения газов затрачивается на сжатие и разгон столба пара в трубах 233, при этом энергия, полученная поршнем, реализуется в виде высокого давления и температуры на турбине 236.The remaining steam with a given pressure P and temperature T in these pipes from previous cycles serves as a piston, which is compressed and accelerated under the pressure of expanding combustion products leaving the
В зависимости от заданной температуры на лопатках турбины 236 определяются параметры водяного пара, поступающего в реакторы 228, размеры и объем этих реакторов, размеры труб 230 и камер сгорания 231 и труб 233. Современные жаропрочные стали для изготовления турбин с водяным охлаждением лопаток, например, для турбореактивных ТРД работают при температурах газа, достигающих значений Т=1500-1600 K /см. О.К.Югов "Согласование характеристик самолета и двигателя", М.: Машиностроение, 1980 г., стр.48-49/.Depending on the set temperature on the blades of the
Для стационарных газотурбинных установок эта температура значительно ниже, около Т=700-900°С. Однако применение водяного охлаждения лопаток турбин, технология изготовления которых давно освоена, позволяет существенно увеличить температуру газа перед турбиной примерно до 2000-2500°С /см. Б.Н.Арзамасов "Материаловедение", Машиностроение, 1986 г., стр.293-294/.For stationary gas turbine plants, this temperature is much lower, about T = 700-900 ° C. However, the use of water cooling of turbine blades, the manufacturing technology of which has long been mastered, can significantly increase the gas temperature in front of the turbine to about 2000-2500 ° C / cm. B.N. Arzamasov "Materials Science", Engineering, 1986, pp. 293-294 /.
Для получения дешевой электрической энергии в неограниченном количестве из воды, каким является водяной пар, применение дорогих тугоплавких сплавов с большим значением допускаемых рабочих температур на лопатках турбин вполне оправдано. Дальнейшее промедление с внедрением ПТ УВС может нанести непоправимый ущерб для жизнедеятельности на Земле человека.To obtain cheap electric energy in unlimited quantities from water, such as water vapor, the use of expensive refractory alloys with a large value of permissible operating temperatures on the turbine blades is justified. Further delay with the introduction of an airborne firefighting system can cause irreparable damage to human life on Earth.
Однако в этой конструкции установки камеры сгорания соединены с длинными трубами 233, в которых температура пара после взрыва гремучего газа в камерах сгорания 231, с Т≈4000-5000 K /см. С.С.Бартенев "Детонационные покрытия в машиностроении", Машиностроение, Л., 1982 г., стр.30/, может снижаться в 2-3 раза за счет продолжительного расширения в трубах продуктов сгорания гремучего газа-пара. И таким образом изменяя длину труб 233 в сторону увеличения или уменьшения, мы добиваемся расчетной температуры пара на лопатках турбины 236 /см. В.В.Сушков "Техническая термодинамика", Госэнергоиздат, М., Л., 1980 г., стр.21-37/.However, in this design, the installation of the combustion chamber is connected to
Вместе с тем температура пара на лопатках турбины должна быть высокой, на уровне 1400-1600 K, для уменьшения потерь тепла через стенки труб 233 в систему охлаждения при излишне длинных трубах.At the same time, the temperature of the steam on the turbine blades must be high, at a level of 1400-1600 K, to reduce heat loss through the walls of the
Таким образом основным устройством, служащим для уменьшения существенного уменьшения температуры продуктов сгорания гремучего газа перед турбиной, в этой конструкции паротурбинной установки внутреннего сгорания являются длинные, относительно узкие трубы 233 волновых компрессоров.Thus, the main device serving to reduce a significant decrease in the temperature of the products of combustion of explosive gas in front of the turbine in this design of the steam-turbine internal combustion unit are long, relatively
Реакторы, поз.228. Давление пара в реакторах поступившего через клапаны 244, поддерживается высоким, примерно Р=18-20 МПа /уточняется экспериментальным путем/, для осуществления электрических взрывов струй 183 в взрывных камерах форсунок по фиг.16. с высоким к.п.д. преобразования энергии конденсаторной батареи 181 в теплоту, при протекании разрядного тока через струи 183 из жидкого металла, вместо водных растворов сильных электролитов.Reactors, pos. 228. The vapor pressure in the reactors received through
Тепловой взрыв струй 183 из жидкого металла с высокой температурой, превышающей (2-5)·104 К, приводит к образованию перегретого пара в среде водяного пара высокого давления и температуры в взрывной камере форсунки по фиг.16 - поз.259, сообщающейся с камерой реактора 228 /внутренним пространством реактора/, также с водяным паром высокого давления и температуры. Образовавшийся в взрывной камере 259 металлический пар с большой скоростью и высоким давлением выходит в зону 239 реактора 228 через сопло 260 форсунки по фиг.16, выполненной с каналами 261, соединенными с патрубками 262 для подачи охлаждающей жидкости, с целью охлаждения взрывной камеры и самой форсунки. Выше описана форсунка по фиг.16 без взрывной камеры и каналов для охлаждения, выполняющая роль форсунки-детонатора.The thermal explosion of
Таким образом форсунка, показанная на фиг.16, является основным источником генерации металлического пара с высокой температурой и давлением, необходимыми для практически мгновенной диссоциации водяного пара в зоне 239 реактора /для справки: температура в плазматроне достигает Т=32000 K/.Thus, the nozzle shown in Fig. 16 is the main source of generation of metal vapor with high temperature and pressure, necessary for almost instant dissociation of water vapor in the
При этом температура гремучего газа в реакторе поддерживается на уровне Т=2800-3000°С, давление примерно 20-24 МПа, при давление пара водяного, примерно 18-20 МПа, Т≈550°С, тогда как температура струи металлического пара жидкого металла, выходящего из сопла 260, - не менее Т=20000-50000 K и давление существенно больше Р=20-70 МПа. При этом необходимо стремиться к уменьшению объема металлического пара в зоне 239 реактора по сравнению с объемом водяного пара, что достигается за счет высокой температуры электрического взрыва струй 183 жидкого металла. Металлический пар в струе, вытекающей из сопла 260 в зоне 239 реактора, мгновенно расширяется, смешивается с водяным паром, находящимся в одном агрегатном состоянии с металлическим паром - плазменной струей, и диссоциирует /водяной пар/ на водород и кислород - гремучий газ.In this case, the temperature of detonating gas in the reactor is maintained at a level of T = 2800-3000 ° C, a pressure of about 20-24 MPa, with a water vapor pressure of about 18-20 MPa, T≈550 ° C, while the temperature of a stream of metal vapor of liquid metal exiting the
Гремучий газ расширяется в обе стороны и сжимает водяной пар в остальной части реактора и гремучий газ в трубе 230, с распространением акустической волны вплоть до отражателя 234, что дает повышение давления в газовых средах, находящихся до отражателя 234. Скорость разложения водяного пара на водород и кислород в зоне 239, как известно, зависит от концентрации реагирующих веществ и их температуры и повышается с ростом температуры плазменной струи, выходящей из сопла 260 форсунки по фиг.16. Следом за первой форсункой 238 последовательно друг за другом включаются форсунки 240 в зоне 241 и 242 в зоне 243 реактора 228. 3а счет увеличения давления гремучего газа в реакторах, по сравнению с давлением водяного пара, клапаны 244 с помощью пружин 251 закрываются, прекращая доступ пара. Периодический процесс работы установки позволяет реализовать расширение продуктов сгорания гремучего газа в трубах 233 и снизить температуру пара перед турбиной 236 в 3-4 раза.Explosive gas expands in both directions and compresses water vapor in the rest of the reactor and explosive gas in the
В свою очередь, последовательный процесс термохимического разложения водяного пара с повышением давления в каждой из зон 239, 241 и 243 обеспечивает протекание электрических взрывов струй 183 в среде водяного пара с возрастающим давлением, что увеличивает к.п.д. преобразования электрической энергии конденсаторной батареи 181 в теплоту.In turn, the sequential process of thermochemical decomposition of water vapor with increasing pressure in each of the
Гремучий газ расширяется в трубах 230 с понижением температуры.Explosive gas expands in
Резкое снижение температуры гремучего газа, значительно ниже Т<2500°С, происходит в камерах сгорания 231, за счет чего происходит обратный процесс ассоциации и сгорание гремучего газа, содержащего небольшое количество металлического пара. Как известно, термохимическое разложение воды происходит при температуре, превышающей 2500°С /см. Г.Мучник "Новые методы преобразования энергии", Техника, Знание, 1984. Для интенсификации /ускорения/ процесса сгорания гремучего газа в камерах сгорания устанавливаются те же форсунки по фиг.16, в которых вместо жидкого металла подается концентрированный водный раствор сильного электролита на основе солей, с добавками частиц металлов размером 5-10 мкм, для увеличения электропроводности раствора. Электрический взрыв струй 183 из водного раствора электролита приводит к образованию мощной ударной волны, которая при выходе из сопла 260 форсунки 263 сжимает и поджигает гремучий газ /установка форсунок 263 определяется в процессе проведения экспериментальных работ на установке по фиг.24/.A sharp decrease in the temperature of detonating gas, significantly lower than T <2500 ° C, occurs in the
На последних ступенях турбины 236 с низкими температурами пара пары жидкого металла конденсируются и вместе с водяным паром низкого давления и температуры выходят в конденсатор 249, где отделяются от пара, который при Р=0,04 кг/см2 и Т=60°С в конденсаторе конденсируется в воду, которая, в свою очередь, поступает в теплообменник 248 /парогенератор/, где нагревается, испаряется, перегревается от труб, по которым протекает жидкий металл /теплоноситель/, нагретый в рубашках охлаждения первого - поз.254-255 и второго контура - поз.256-257. Из устройства 250 жидкий металл, отделенный из водяного пара под давлением, периодически поступает в форсунки 238, 240 и 242.At the last stages of the low-
На фиг.25 приведен узел, на котором показан процесс обтекания жидкостью стенок реакторов, камер сгорания и труб установки. Для интенсификации процесса теплообмена на стенках 264 выполнены бугорки 265 /см. В.М.Кудрявцев "Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей", М.: Высшая школа, 1983 г., стр.433-437/.On Fig shows a node that shows the process of fluid flow around the walls of the reactors, combustion chambers and pipes of the installation. To intensify the heat transfer process,
Частота рабочих циклов установки достигает 100 ц/с и более /один рабочий цикл равен действию всех форсунок 238, 240 и 242 в реакторе за заданный промежуток времени/, что напрямую определяет мощность ПТ УВС /см. К.А.Гильзин "Воздушно-реактивные двигатели", М.: Оборонгиз, 1956 г., стр.93-98, 99-106/.The frequency of the operating cycles of the installation reaches 100 c / s and more / one working cycle is equal to the action of all
Коэффициент полезного действия паротурбинной установки внутреннего сгорания можно определить по расчету, приведенному выше для поршневого двигателя, работающего на водных растворах сильных электролитов с добавкой частиц металлов. В данной силовой установке КПД рабочего процесса выше, чем в поршневом, за счет применения глубокого вакуума в конденсаторе 249, в котором Р2=0,04 кг/см2, что дает увеличение КПД ПТ УВС на 10% /см. В.В.Сушков "Техническая термодинамика", М.: Энергоиздат, 1960 г., стр.309-310/.The efficiency of a steam-turbine internal combustion plant can be determined by the calculation given above for a piston engine running on aqueous solutions of strong electrolytes with the addition of metal particles. In this power plant, the efficiency of the working process is higher than in the piston, due to the use of a deep vacuum in the
Иными словами, КПД превышает 8% и может достигать 20% при изготовлении ответственных узлов ПТ УВС из наиболее тугоплавких и жаропрочных сталей с широким применением керамических материалов.In other words, the efficiency exceeds 8% and can reach 20% in the manufacture of critical assemblies of PT UVS from the most refractory and heat-resistant steels with widespread use of ceramic materials.
В качестве жидких металлов, используемых в виде плазменных струй в реакторах 228, могут применяться большинство металлов, относящихся к категории "жидких", за исключением щелочных /натрий, калий, литий, которые применяются в охлаждающих контурах ПТ УВС и теплообменнике 248/. К ним относятся олово, свинец, висмут, галлий и их сплавы /см. В.Б.Козлов "Жидкие металлы в технической физике". Физика, Знание, М., 4 / 1974, стр.10-19/. Ответственным узлом в ПТ УВС является генератор электрических импульсов, КПД которого необходимо поднять до 0,94-0,97.As the liquid metals used in the form of plasma jets in
Газотурбинная установка большой мощности на твердом топливе - обогащенных каменном и буром углях - прерывистого горения /ГТУПГ показана на фиг.23./ Проблема создания газотурбинных установок, работающих на твердом топливе, является одной из важнейших, так как только решение этой проблемы даст возможность широко применять газовые турбины на центральных электростанциях, железнодорожном, водном и большегрузном автотранспорте /см. И.И.Кириллов "Газовые турбины и газотурбинные установки", Машгиз, т.2, М., 1956 г., стр.86-93/.A gas turbine installation of high power on solid fuel - enriched hard coal and lignite - intermittent combustion / GTUPG is shown in Fig. 23. / The problem of creating gas turbine installations operating on solid fuel is one of the most important, since only a solution to this problem will make it possible to widely apply gas turbines in central power plants, railway, water and heavy vehicles / cm. I.I. Kirillov "Gas turbines and gas turbine units", Mashgiz, t.2, M., 1956, pp. 86-93 /.
В настоящее время уголь сжигается в топках котлов мощных теплосиловых паротурбинных установок с максимальным КПД до 32-34%. Электростанции теплофикационного типа имеют КПД еще меньше - около 18-19%. Дальнейшее повышение КПД паротурбинных установок невозможно из-за невозможности повышения параметров пара перед турбиной, чему в основном препятствует парогенератор ТЭС. Рассматриваемые новой конструкции газотурбинные установки по фиг.23 и 27 строятся большой мощности, достигающей 100-150 тыс. кВт, вместо 18-20 тыс. кВт на существующих ГТУ, с КПД, превышающим 60-70%, вместо 28-32% у известных ГТУ, с воздухоподогревателем огромных размеров.Currently, coal is burned in the furnaces of boilers of powerful heat-power steam turbine plants with a maximum efficiency of up to 32-34%. Power plants of cogeneration type have an even lower efficiency - about 18-19%. A further increase in the efficiency of steam turbine plants is impossible due to the impossibility of increasing the parameters of the steam in front of the turbine, which is mainly prevented by the steam generator of the TPP. The gas turbine units considered in the new design in FIGS. 23 and 27 are built with high power, reaching 100-150 thousand kW, instead of 18-20 thousand kW on existing gas turbines, with an efficiency exceeding 60-70%, instead of 28-32% GTU, with a huge air heater.
Газотурбинная установка /ГТУ ПГ/ состоит: из осевого компрессора 266, камер сгорания 267, соединенных посредством конических или расширяющихся сопел 268 с длинными трубами волновых компрессоров 69, подсоединенными к сопловому направляющему аппарату 270 фазовой турбины 271. Выпускной коллектор 272, вал турбины 273 и электрогенератор 274. Камеры сгорания снабжены комбинированными форсунками поз.275 по фиг.12 с подачей угольной пыли в бункер установки по фиг.13.The gas turbine unit / GTU PG / consists of: an
Камеры сгорания и трубы 269 имеют рубашки 276 и 277 для охлаждения их стенок /например, водой или воздухом/. Подшипники поз.278.The combustion chambers and
Работает новая конструкция ГТУ ПГ на твердом топливе следующим образом: длинные, относительно узкие трубы 269, как и в предыдущей установке по фиг.24, служат для существенного снижения температуры продуктов сгорания перед турбиной 271 и обеспечения высокого КПД ГТУ ПГ, а также большой мощности установки, так как в этой силовой установке весь воздух, нагнетаемый компрессором 266, идет для сгорания топлива, что позволяет повысить мощность ГТУ ПГ от 3-4 до 5-7 раз, по сравнению с мощностью существующих ГТУ непрерывного горения, причем работающих только на жидком топливе.A new design of gas turbine gas turbines operating on solid fuel works as follows: long, relatively
Иными словами, в новой установке температура продуктов сгорания при истечении их в трубы 269 из камер сгорания 267 может достигать 2500-3000°С, т.е. максимальной, что в разы повышает термический КПД, а на лопатках турбины 271 температура газов на уровне, не превышающем заданной температуры для существующих жаропрочных и тугоплавких сплавов. Сущность работы состоит в том, что оставшиеся газы в трубах 269 от предыдущих циклов с заданным давлением и температурой: Р0 и T1 служат как бы поршнем, который под давлением расширяющихся продуктов сгорания, выходящих из камер 267, сжимается и разгоняется. Сжатый столб газов имеет давление Р2 и температуру Т2, а также скорость w, которые реализуются через сопловой направляющий аппарат 270 на турбине 271. При расширении продуктов сгорания в трубах 269 давление и температура газов существенно снижаются, а работа расширения газов затрачивается на сжатие и разгон столба газов в трубах 269, имеющих значительно меньшую температуру, чем продукты сгорания в камерах сгорания 267. Столб газов под повышенным давлением и температурой, получив еще и дополнительную скорость w, поступает на лопатки многоступенчатой турбины 271, отдавая полученную энергию от работы расширения газов в трубах 269, но уже с температурой в 2-3 раза меньшей, чем температура газов сгоревших в камерах сгорания 267. Теперь газовая турбина работает при допустимых температурах на лопатках, с сохранением высокой температуры при расширении продуктов сгорания в длинных трубах 269, с высоким КПД преобразования энергии сгоревших газов в полезную работу на валу турбины.In other words, in the new installation, the temperature of the combustion products when they flow into the
Новый рабочий процесс в установке позволяет использовать весь воздух, нагнетаемый компрессором 266, для сгорания топлива, тогда как в известных ГТУ используется только его небольшая часть /см. 22, стр.76/. Например, коэффициент избытка воздуха J в ГТУ с нефтяным топливом достигает 4-7. В наше время немного поменьше, но все равно в 4-5 раз. Вместе с тем ГТУ ПГ имеет по своему принципу работы больший КПД, чем ГТУ непрерывного горения.The new workflow in the installation allows you to use all the air pumped by the
Кроме того, за счет низкого значения к-та α=1,15-1,25 при одной и той же мощности ГТУ ПГ имеет значительно меньшую массу и размеры всей силовой установки. Это важное преимущество для работы новых турбореактивных двигателей или 2-контурных форсированных и не форсированных двигателей /ТРД или ТРДДФ/. Низкое значение α позволяет строить ТРДДФ для самолетов огромной мощности с высоким КПД и дальностью полета.In addition, due to the low value of the k-ta, α = 1.15-1.25 at the same power of the gas turbine engine, the steam generator has a significantly smaller mass and dimensions of the entire power plant. This is an important advantage for the operation of new turbojet engines or 2-circuit forced and non-forced engines / turbojet engines or turbojet engines /. The low value of α makes it possible to build turbofan engines for huge aircraft with high efficiency and range.
Таким образом в новой ГТУ ПГ используется периодический рабочий процесс с циклом поршневого двигателя, что резко повышает КПД установки. Частота рабочих циклов может достигать 100 ц/с и более.Thus, the new gas turbine engine uses a periodic workflow with a piston engine cycle, which dramatically increases the efficiency of the installation. The frequency of duty cycles can reach 100 c / s or more.
Рабочий процесс ГТУ ПГ на твердом топливе.The workflow of GTU GHG on solid fuel.
Во время работы установки спрессованный угольный порошок /желательно с добавкой пластификатора - отработанных масел, мазута, печного топлива и пр./ по трубопроводу 114 подается под давлением в отверстие 115 комбинированной форсунки по фиг.12, где с помощью хода поршня 104 выдавливается через мундштук 112 в взрывную камеру 110, в виде стержня 113. Впрыскиваются струи 95 водного раствора солей /например, NaCl с концентрацией 10-25% и добавками частиц металлов размером 5-10 мкм, в концентрации, определяемой экспериментальным путем/, через которые от генератора электрических импульсов 116-118 пропускается ток разряда мощн. Р=J2·Рэкв. За счет электрического взрыва струй 95 при их контакте в зоне 131 происходит нагрев, разрушение и термохимическое разложение угольного стержня 113 с образованием смеси газообразного твердого топлива и продуктов разложения раствора электролита-водорода, кислорода и осколков электролита. Прекрасная смесь активных горючих газов, которые под высоким давлением выходят через отверстия 132 в форсунке 275 по фиг.12, смешиваются с сжатым воздухом в камере сгорания 267, а с помощью второго электрического взрыва струй 95, продукты взрыва которого выходят через те же отверстия в днище 211 /отверстия 132/, рабочая смесь в камерах сгорания воспламеняется и сгорает как газообразное топливо, поджигаемое мощными факелами продуктов взрыва струй 95 с Т=2500-3000 K, подобно факельному зажиганию в форкамерных ДВС. Таким образом в бункер 119 /фиг.13/ загружается угольная пыль размером 1-1,5 мм, а в камеры сгорания 267 выходят сруи газообразного топлива, что обеспечивает работу ГТУ ПГ подобно работе на природном газовом топливе - метане, со всеми преимуществами работы ГТУ ПГ /высокая полнота сгорания топлива, меньшая токсичность выхлопных газов/. В процессе движения сгоревших газов на ступенях турбины 271 возможен процесс конденсации элементов, не участвующих в процессе сгорания, однако размеры этих частиц не превышают и даже меньше 1 мкм - пары металлов и неорганических частиц конденсируются, а размеры их не превышают 1 мкм.During the operation of the installation, compressed coal powder (preferably with the addition of a plasticizer - used oils, fuel oil, heating oil, etc.) is piped under
Периодический характер работы ГТУ ПГ за счет "впрыска" в камеры сгорания смеси газов с заданной частотой создает пульсации в работе осевого компрессора 266, что может привести к помпажу. Для избежания этого нежелательного явления особое значение приобретает выбор длины подводящих каналов 279 от компрессора к камерам сгорания 267. Установка каналов 279 заданной длины способствует ликвидации явления помпажа, так как в них сжатый воздух при сгорании топлива в камерах 267 сжимается под действием давления продуктов сгорания, что резко снижает действие резкого повышения давления в камерах сгорания на лопатки осевого компрессора. Применение 2-ступенчатого компрессора, а также промежуточного подогрева сжатого воздуха отходящими газами из патрубка 272 еще больше снижает риск возникновения помпажа, особенно на переходных режимах работы ГТУ ПГ.The periodic nature of the operation of the gas turbine engine due to the "injection" of the gas mixture into the combustion chambers with a given frequency creates pulsations in the operation of the
КПД ГТУ ПГ.Efficiency GTU PG.
1. В связи с низким значением коэффициента избытка воздуха α, не превышающего 1,15-1,2, количество отходящих газов из патрубка 272 в 4-5 раз меньше, чем у существующих ГТУ, что обеспечивает во столько же раз снижение потерь тепла с отходящими газами.1. Due to the low value of the coefficient of excess air α, not exceeding 1.15-1.2, the amount of exhaust gases from the
2. Периодический рабочий процесс с циклом поршневых двигателей позволяет резко поднять температуру входящих сгоревших газов в начале труб 269 волновых компрессоров и в разы увеличить КПД ГТУ ПГ.2. A periodic working process with a piston engine cycle allows you to sharply increase the temperature of incoming burnt gases at the beginning of the pipes of 269 wave compressors and significantly increase the efficiency of gas turbine engines.
КПД=1-Т1/Т2=1-/2500-2800°С/350-400°С=1-0,14/÷0,86,Efficiency = 1-T 1 / T 2 = 1- / 2500-2800 ° С / 350-400 ° С = 1-0.14 / ÷ 0.86,
тогда как в известных ГТУ с температурой газа на турбине 700-900°С . Разница существенная.whereas in the well-known gas turbines with a gas temperature on the turbine of 700-900 ° C . The difference is significant.
3. В новой ГТУ ПГ применяются обедненные рабочие смеси в камерах сгорания, которые воспламеняются с помощью мощных факелов продуктов термохимического разложения струй 95 из водных растворов сильных электролитов, вытекающих из отверстий 132 форсунок 275 по фиг.12. Факела нагреты до Т=2500-3000 K и несут гремучий газ - водород, кислород и проосколки электролита с частицами металлов. Мощный источник воспламенения обеспечивает сгорание максимально обедненных рабочих /горючих/ смесей и повышение КПД на 10-12%.3. In the new gas turbine gas turbine unit, depleted working mixtures are used in combustion chambers, which are ignited by powerful torches of products of thermochemical decomposition of
4. Продолжительное расширение сгоревших газов в трубах на 10-17% способствует повышению КПД ГТУ ПГ и снижению температуры газов перед турбиной в 3-4 раза в зависимости от степени продолжительного расширения газов в трубах 269. Степень расширения продуктов сгорания из камер 267 в трубах 269 является в новой установке важнейшим показателем, обеспечивающим резкое повышение КПД ГТУ ПТ, в сравнении с известными самыми лучшими ГТУ. В этом состоит главное преимущество новой газотурбинной установки прерывистого горения перед существующими.4. The prolonged expansion of burnt gases in pipes by 10-17% contributes to an increase in the efficiency of gas turbine engines and a decrease in gas temperature in front of the turbine by a factor of 3-4, depending on the degree of continuous expansion of gases in
В соответствии с изложенным и с учетом КПД турбины η1=0,82, к.п.д. компрессора η2=0,76-0,78, работы установки на обедненных рабочих смесях, плюс 10-12%, продолжительного расширения сгоревших газов в трубах 269, эффективный КПД ГТУ ПГ равен:In accordance with the above and taking into account the efficiency of the turbine η 1 = 0.82, efficiency compressor η 2 = 0.76-0.78, unit operation on lean working mixtures, plus 10-12%, continuous expansion of burnt gases in
=/0,86×0,82×0,76/+/10-12%/+/10-17%/=0,53+0,1+/0,1-0,17/=0,73-0,8. Иными словами, КПД ГТУ ПГ превышает в 2-3 раза КПД самых лучших современных ГТУ.= / 0.86 × 0.82 × 0.76 / + / 10-12% / + / 10-17% / = 0.53 + 0.1 + / 0.1-0.17 / = 0.73 -0.8. In other words, the efficiency of gas turbine engines exceeds the efficiency of the best modern gas turbines by 2-3 times.
5. Мощность новой газотурбинной установки, в связи с использованием всей производительности осевого компрессора в процессе сгорания топлива, превышает современные ГТУ в 4-7 раз. Иными словами, мало в этом уступает известным паровым турбинам с низким значением КПД-mах η1=32-34% и превышает 300-350 тыс. кВт.5. The capacity of the new gas turbine unit, due to the use of the entire performance of the axial compressor in the process of fuel combustion, exceeds modern gas turbines by 4-7 times. In other words, little in this is inferior to the well-known steam turbines with a low efficiency-max η 1 = 32-34% and exceeds 300-350 thousand kW.
6. Топлива для новой ГТУ ПГ. Основными являются обогащенные каменные, бурые угли и горючие сланцы, что является для современного времени вместе с высоким КПД главнейшим преимуществом. Экологическое состояние планеты в наше время находится на грани срыва. Атмосфера загрязнена и продолжает еще больше загрязняться неимоверным количеством выпускаемых автомобилей, с давно устаревшими бензиновыми и дизельными двигателями, неразумно высокой мощности. Угля хватит на Земле в течение более чем 400 лет, и он более широко распространен, чем нефть, которую еще никак не научились экономно сжигать в ГТУ, ДВС и пр. силовых установках. Его месторождения находятся в 80 странах, причем наша страна имеет 5 уникальных месторождений угля /из 8 на всей Земли /см. М.Щадов "Уголь: топливо или сырье". Техника, Знание, М., 1985/.6. Fuel for the new GTU PG. The main ones are enriched stone, brown coals and oil shale, which is the main advantage for modern time along with high efficiency. The ecological state of the planet in our time is on the verge of collapse. The atmosphere is polluted and continues to be further polluted by the incredible number of cars produced, with long-obsolete gasoline and diesel engines, unreasonably high power. Coal has been enough on Earth for more than 400 years, and it is more widespread than oil, which has not yet learned how to economically burn in gas turbine engines, internal combustion engines, and other power plants. Its deposits are located in 80 countries, and our country has 5 unique coal deposits / out of 8 on the whole Earth / cm. M. Shchadov "Coal: fuel or raw materials." Technique, Knowledge, M., 1985 /.
Детонационная газотурбинная установка прерывистого горения /ДГТУ ПГ/ показана на фиг.27. Ее назначение состоит в экономном сжигании и получении высоких значений КПД при использовании жидких и газообразных топлив.The detonation gas turbine installation of intermittent combustion / DGTU PG / shown in Fig.27. Its purpose is to economically burn and obtain high values of efficiency when using liquid and gaseous fuels.
ДГТУ ПГ состоит: из компрессора 280, демфирующих устройства 281 с отражателями 282, переходных частей 283, камеры сгорания 284, длинных, относительно узких труб 285 с отражателями 286, газовой турбины 287 с выпускным патрубком 288, электрогенератора 289. Коллектор сгоревших газов 290.DGTU PG consists of: a
Каждая камера сгорания содержит последовательно расположенные друг за другом комбинированные форсунки по фиг.9-11 с днищем 93, поз.291 и 292 в зонах сгорания 293 и 294. Противоположно им установлены форсунки-детонаторы по фиг.16 - поз.295 и 296. Рубашки охлаждения 297 и 298.Each combustion chamber contains sequentially located one after another the combined nozzles of Figs. 9-11 with a bottom 93, pos. 291 and 292 in the
Работает силовая установка следующим образом:The power plant works as follows:
- из компрессора 280 /осевого и пр./ сжатый воздух поступает в камеры сгорания 284, трубы 285 и турбину 287. Последовательно друг за другом включаются комбинированные форсунки 291 и форсунки-детонаторы 295 в зонах 293 камер сгорания, комбинированные форсунки 292 и форсунки-детонаторы 296 в зонах 294 камер сгорания 284, с детонационным сгоранием рабочих газовых смесей, выходящих из комбинированных форсунок 291, 292. Газовые смеси с воздухом в зонах 293, 294 воспламеняются с помощью ударных волн, образующихся при электрических взрывах струй 183 в взрывных камерах 259 форсунок-детонаторов по фиг.16. В качестве материала струй 183 используются концентрированные водные растворы сильных электролитов на основе солей - NaCl и др. концентрацией 10-25%, с добавкой частиц металлов размером 5-10 мкм /или др./, с концентрацией их в растворе подбираемой опытным путем. Температура на фронте ударных волн превышает 1700 K /при сжатии рабочей смеси ударной волной/, что обеспечивает детонационное сгорание любых газовых смесей, причем обедненных. Первый взрыв в зонах 293 приводит к сжатию - дополнительному сжатию воздуха в зонах 294 камер сгорания, переходных, демпфирующих частей по 283, 281 и трубах 285, что способствует увеличению давления в них и сжатого воздуха и повышению термического КПД установки. Впрыскивание газовых струй топлива из отверстий 94 форсунок в зоны 294 камер сгорания приводит к сгоранию рабочей смеси при повышенном давлении сгорания, по сравнению с зонами 293. Ударные волны, генерируемые детонационными взрывами в зонах 293-294, отражаются от внутренних стенок отражателей 282 демпфирующих устройств 281, а сжатый воздух, заключенный в них и переходных частях 283, сжимается и способствует за счет своей инерции снижению обратного давления продуктов сгорания в камерах 284 на лопатки осевого компрессора 280 и ликвидации явления помпажа.- from the
Ударные волны отражаются также от отражающих поверхностей труб - поз.286, что обеспечивает поступление сгоревших газов из труб в коллектор 290 без ударных волн и нормальной работе лопаток газовой турбины 287 /потоки сгоревших газов из коллектора 290 поступают на турбину 287/. Механизм рабочего процесса, происходящего в трубах 285, идентичен процессам в трубах 269 ГТУ ПГ по фиг.23. Работа комбинированных форсунок по фиг.9-11 /поз.291, 292/ и почему в взрывных камерах их из жидкого топлива из форсунки 92 образуется газообразная смесь с высокой температурой при термическом разложении жидкости описана выше.Shock waves are also reflected from the reflecting surfaces of the pipes - pos. 266, which ensures the flow of burnt gases from the pipes to the manifold 290 without shock waves and the normal operation of the blades of the
Таким образом ДГТУ ПГ работает на любом жидком топливе: нефтяном, метаноле, этаноле, жидкости из грецких орехов и подсолнечнике - на всех горючих жидкостях, а в камеры сгорания поступают струи раскаленных продуктов термического разложения жидкого топлива в смеси с продуктами термического разложения струй 89, из концентрированных водных растворов сильного электролита на основе соей, как и из форсунок по фиг.16. В связи с этим работа ДГТУ ПГ происходит подобно работе ГТУ на природном газе метане, со всеми преимуществами газовых силовых установок, но с КПД, превышающим известные ГТУ на природном газе в три раза, и существенно меньшими выбросами в атмосферу токсических продуктов сгорания: СО, СН, С, НОХ и в 3 раза меньше выбросов углекислого газа СО2 и H2O.Thus, DGTU PG works on any liquid fuel: petroleum, methanol, ethanol, walnut liquid and sunflower - on all combustible liquids, and jets of hot products of thermal decomposition of liquid fuel mixed with thermal decomposition products of
Таким образом силовые многотопливные установки но фиг.23 и 27 являются для сегодняшнего времени экологического кризиса на Земле незаменимыми в энергетике и на транспорте и способствуют спасению цивилизации на планете.Thus, multi-fuel power plants, but FIGS. 23 and 27, are for today the ecological crisis on Earth indispensable in the energy and transport sectors and contribute to the salvation of civilization on the planet.
Вернемся к работе паротурбинной установки внутреннего сгорания по фиг.24, топливом в которой является вода.Let us return to the operation of the steam turbine internal combustion plant of FIG. 24, in which the fuel is water.
Пуск установки. Осуществляется путем впрыскивания форсунками 259 технической воды в реакторы 228 под высоким давлением с образованием облака мельчайших частиц воды и включением в работу форсунок 238, 240, 242 последовательно друг за другом. Выходящие из форсунок плазменные струи /фиг.16/ металлического пара расширяются, смешиваются с капельками воды и мгновенно их нагревают, испаряют и перегревают выше температуры термохимического разложения воды на водород и кислород, превышающей Т>2500°С. Образовавшиеся газообразные продукты разложения воды, представляющие собой горючим газ, или, как его принято называть, - гремучий газ, расширяются в трубах 236 и резко в камерах сгорания 231, с понижением температуры значительно ниже 2500°C и осуществлением сгорания гремучего газа. Работа форсунок 258 продолжается до тех пор, пока не прогреется вся установка, а теплообменник 248 станет работать в режиме парогенератора, с поступлением перегретого водяного пара в реакторы 228 и выходом установки на рабочий режим.Start installation. It is carried out by injecting nozzles of
Работа установки с применением щелочных металлов: натрия, калия, лития и пр. Температура плавления натрия Nа равна Т=97,8°С, кипения Т=883°С. Иными словами, натрий находится в жидком состоянии в широком интервале температур, поэтому его можно улавливать в виде частиц расплавленного металла путем разделения или выполнения многоступенчатой турбины с двумя корпусами, между которыми устраивается магнитный фильтр. В первом корпусе 301 температура пара снижается до Т=600-700°С, при которой пары натрия конденсируются и вместе с водяным жаром отводятся в камеру расширения 302, где температура пара резко уменьшается, с полной конденсацией паров жидкого металла, натрия. При пересечении частицами металла магнитных силовых линий внешнего магнита 303 на концах частиц возникает разность потенциалов /см. В.П.Милантьев "Физика плазмы", М.: Просвещение, 1982 г., стр.128-137/.The operation of the installation using alkali metals: sodium, potassium, lithium, etc. The melting point of sodium Na is equal to T = 97.8 ° C, boiling point T = 883 ° C. In other words, sodium is in a liquid state in a wide temperature range, so it can be captured in the form of particles of molten metal by separation or execution of a multi-stage turbine with two casings between which a magnetic filter is arranged. In the
За счет этого частицы металла сближаются, притягиваются друг к другу и слипаются в более кружные частицы, которые по мере движения в камере 302 еще больше укрупняются и падают на днище 304, выполненное с наклоном в сторону сливного патрубка 305. По мере накопления жидкого металла на днище он периодически отводится через патрубок 305 в устройство 250, из которого жидкий металл снова поступает в форсунки 238, 246, 242 реакторов 228. Очищенный водяной пар с температурой Т=600-700°С по трубопроводу 306 поступает на вторую корпус многоступенчатой турбины, размещенной на одном валу с первым корпусом /как это и выполняется на практике при работе на водяном паре с высокими параметрами температуры/.Due to this, the metal particles come together, are attracted to each other and stick together into more circular particles, which, as they move in the
В целях существенного уменьшения длины труб 233 волновых компрессоров установки по фиг.24 камеры сгорания 231 так же, как и ГТУ ПГ по фиг.23, снабжаются расширяющимися соплами 299 и трубами /удлиненными цилиндрами/ 300 большего сечения /диаметра/, по сравнению с трубами 233 с конически-суживающимися соплами 232 /коническими переходными частями/. /номера позиций приведены по фиг.23. На фиг.24 сопла и трубы большего сечения условно не показаны/.In order to significantly reduce the length of the
Второй Магнитный фильтр, показанный на фиг.28 в статике, содержит первый корпус турбины поз.301, камеру расширения 302, внешний магнит 303, днище камеры расширения 304, выполненное с наклоном в сторону сливного патрубка 305. Отводящий трубопровод пара 306.The second Magnetic filter, shown in Fig.28 in statics, contains the first turbine casing pos. 301, an
Второй вариант работы установки по фиг.24. В этом варианте конденсат из конденсатора 249 не используется для повторного нагрева в теплообменнике 248, а сливается в отводящий коллектор и в источник воды. В теплообменник вода непрерывно поступает, после очистки из природного источника /река, озеро и пр./The second embodiment of the installation of Fig.24. In this embodiment, the condensate from the
Вариант работы форсунки по фиг.16. Она выполняется еще и с днищем 304, в котором выполнены отверстия 308. В таком исполнении ударные волны при электрических взрывах струй 183 гасятся в замкнутом пространстве взрывной камеры 259, а через отверстия 308 в камеры сгорания газотурбинной установки же фиг.23, выходят раскаленные струи продуктов электротермического разложения концентрированных водных растворов сильных электролитов в смеси с парами частиц металлов /добавками в раствор для увеличения электропроводности струй 183, или частиц гранита/. Раскаленные газовые струи из отверстий 308 в виде мощных факелов воспламеняют рабочую смесь в камерах сгорания. Таким образом ГТУ ПГ по фиг.23 может снабжаться дополнительными форсунками 309, выполненными по фиг.16, 29, т.е. с днищем. Такое решение обеспечивает большую надежность работы ГТУ ПГ, а конструкция комбинированной форсунки по фиг.12 упрощается. Иными словами, она выполняется без второй пары каналов 77 /см. фиг.9/ и электродов 79. Таким образом ГТУ ПГ по фиг.23 может выполняться с одной комбинированной форсункой 275, которая обеспечивает не только впрыскивание в камеры сгорания газообразных струй смеси твердого топлива и продуктов электротермического разложения струй 95 электропроводной жидкости, но и при повторном электрическом взрыве струй электропроводной жидкости из другой нары сопел /не показанных на чертеже/, воспламенение рабочей смеси в камерах сгорания, или с двумя - комбинированной форсункой 275 упрощенной конструкции /см. выше/ и форсункой 309, выполненной по фиг.16, 29, т.е. с днищем. 307.A variant of the operation of the nozzle of Fig.16. It is also carried out with a bottom 304, in which
Отметим, что форсунка, выполненная по фиг.16 со струями 183 из жидкого металла, применяется в паротурбинной установке по фиг.24 - форсунки 238, 240, 242 и служат в качестве генераторов металлических плазменных струй, впрыскиваемых в реакторы 228, для осуществления термохимического разложения водяного пара и воды, впрыскиваемой в начале работы установки из форсунок 258. Одновременно эта же форсунка по фиг.16, но со струями 183 из концентрированных водных растворов сильных электролитов с добавками частиц металлов или графита служит в детонационной газотурбинной установке прерывистого горения по фиг.27 - форсунки 295, 296, в качестве форсунок-детонаторов, для воспламенения рабочей смеси и ее детонационного сгорания.Note that the nozzle made in FIG. 16 with
Кроме того, форсунка по фиг.16, 29 с днищем 307 и отверстиями 308 применена в ГТУ ПГ по фиг.23 для воспламенения рабочей смеси без нормального ее сгорания со скорость 20-40 м/с.In addition, the nozzle of FIGS. 16, 29 with a bottom 307 and
Отметим также, что уравновешивание сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс в вышерассмотренных двигателях внутреннего сгорания, с применением коленчатых валов новой конструкции по фиг.4, 7, 8, осуществляется так же, как и в обычных ДВС с помощью систем добавочных противовесов, вращавшихся, например, в 4-цилиндровом, 4-тактном двигателе с удвоенной угловой скоростью коленчатого вала. В однорядных шести- и восьмицилиндровых двигателях в виду зеркального расположения колен вала силы инерции уравновешены /см. М.М.Вихерт "Конструкция и расчет автотракторных двигателей", Машгиз, М., 1957 г., стр.54-73/.We also note that the balancing of the inertia forces of the reciprocating moving masses in the above internal combustion engines, using the crankshafts of the new design in Figs. 4, 7, 8, is carried out in the same way as in conventional ICEs using additional counterbalance systems rotating for example, in a 4-cylinder, 4-stroke engine with a double angular speed of the crankshaft. In single-row six- and eight-cylinder engines, due to the mirror arrangement of the shaft elbows, the inertia forces are balanced / cm. M.M.Vihert "Design and calculation of automotive engines", Mashgiz, M., 1957, pp. 54-73 /.
ВЫВОДЫ. Особо следует отметить важность применения в турбинных двигателях волновых компрессоров, выполненных в виде труб 233, 269, 300, 285 /удлиненных цилиндров/, которые обеспечивают работу турбин при высоких параметрах температуры и давления в камерах сгорания 231, 267, 284, превышающей 2700-2800°С, что позволяет в разы увеличить КПД этих силовых установок и в разы увеличить мощность за счет полного использования производительности осевых компрессоров для сжатия воздуха в процессе сгорания.FINDINGS. Of particular note is the importance of the use of wave compressors in turbine engines made in the form of
Большая мощность ГТУ ПГ, высокая экономичность и работа их на твердом топливе обеспечивает применение их в большой энергетики, с полным вытеснением паротурбинных силовых установок в центральных электростанциях. Их мощность достигает 300-350 тысяч киловатт, при производительности осевого компрессора в 10-12 тыс. м3 сжатого воздуха в минуту. При этом 1/3 производительности компрессора используется для охлаждения стенок камер сгорания и труб волновых компрессоров.The high capacity of gas turbine engines, their high efficiency and their operation on solid fuel ensure their use in large power engineering, with the complete displacement of steam-turbine power plants in central power plants. Their capacity reaches 300-350 thousand kilowatts, with an axial compressor capacity of 10-12 thousand m 3 of compressed air per minute. Moreover, 1/3 of the compressor capacity is used to cool the walls of the combustion chambers and pipes of wave compressors.
КПД ДТТУ ПТ по фиг.27 выше, чем у ГТУ ПГ по фиг.23, за счет детонационного способа сгорания, в котором тепловыделение больше, чем в обычных ГТУ, на 16-12% /см. А.И.Зверев "Детонационные покрытия в судостроении", М.: Судостроение, 1979 г., стр.7-24/. Кроме того, в этой установке камеры сгорания 284 выполняют дополнительную функцию волновых компрессоров путем последовательного сжатия воздуха в них, от зоны сгорания 293 и сжатия воздуха в зонах 294, что обеспечивает повышение термического КПД ДГТУ ПГ. Например, если давление сжатого воздуха в камерах сгорания осевым компрессором достигает 6-7 кг/см2, то за счет дополнительного сжатия его в зонах 294 продуктами сгорания из зоны 293 среднее давление сжатого воздуха повышается примерно до 9-10 кг/см2.The efficiency of the DTTU PT in FIG. 27 is higher than that of the GTU of the PG in FIG. 23 due to the detonation method of combustion, in which the heat generation is 16-12% / cm higher than in conventional GTU. A.I. Zverev "Detonation coatings in shipbuilding", M .: Shipbuilding, 1979, pp. 7-24 /. In addition, in this installation, the
Этот способ сжатия воздуха в камерах сгорания является важнейшим техническим решением, повышающим эффективность работы газотурбинной установки и особенно эффективность осевого компрессора, в ДГТУ ПГ, а применение волновых компрессоров в виде труб /удлиненных цилиндров/ 285 позволяет в разы увеличить КПД и мощность ДГТУ ПГ.This method of compressing air in the combustion chambers is the most important technical solution that increases the efficiency of a gas turbine installation and especially the efficiency of an axial compressor in DGTU GHG, and the use of wave compressors in the form of pipes / elongated cylinders / 285 can significantly increase the efficiency and power of DGTU GHG.
В настоящее время в энергетике и на транспорте сложилась пагубная ситуация с использованием углеводородных топлив, которые при сжигании выделяют огромное количество углекислого газа - СО2, приведшего планету к экологическому кризису. Повышение температуры, наводнения, изменения климата - результат применения углеводородных топлив.Currently, in the energy and transport sectors, a disastrous situation has arisen with the use of hydrocarbon fuels, which, when burned, emit a huge amount of carbon dioxide - CO 2 , which has led the planet to an environmental crisis. Rising temperatures, floods, climate change are the result of the use of hydrocarbon fuels.
Вышерассмотренная паротурбинная установка внутреннего сгорания - ПТ УВС, которая работает на воде и использует два рабочих тела: гремучий газ, генерируемый в реакторах 228 из водяного пара, и сильно перегретый пар, при сгорании гремучего газа в камерах сгорания 231 на одной и той же многоступенчатой турбине 236, или как говорят установка работает по бинарному циклу, с осуществлением двух круговых процессов: один с гремучим газом, другой с водяным паром.The above-mentioned steam-turbine internal-combustion unit - ПТ УВС, which operates on water and uses two working fluids: explosive gas generated in
В такой установке гремучий газ в реакторах расширяется при температуре Т1=2700÷3000°С в трубах 230 и камерах сгорания 231 с понижением температуры в камерах сгорания /камерах расширения/ до примерно 700-1300°С. При расширении газа он сжимает и разгоняет столб оставшегося от предыдущих циклов газа и пара в трубах 230, камерах 231 и трубах 233. В этом волновом компрессоре газ и пар дополнительно сжимаются до давления P1 и разгоняется до скорости w, a работа расширения и скорости реализуется на турбине 236, которая выполняется многокорпусной, в связи с высокими параметрами гремучего газа, около p=180×1,218=219 кг/см2 и перегретого пара р2=35-120 кг/см2. КПД цикла с гремучим газом циклу Карно/.In such an installation, explosive gas in reactors expands at a temperature of T 1 = 2700 ÷ 3000 ° C in
КПД цикла Ренкина с температурой перегретого пара на турбине Т1=700-1300°С и в конденсаторе Т2=60-80°С, при давлении р=0,04-0,1 кг/см2, и iв=932,7=1 ккал/кг, ic=552 ккал/кг и i1 2=45,4 ккал/кг равен И, следовательно, КПД бинарного цикла ηΣ=0,67+0,43=1,1 /см.19, стр.315/. В действительности КПД значительно меньше, так как надо учитывать КПД η2 генератора электрических импульсов /ГИ/, который является вторым важнейшим агрегатом в работе новей паротурбинной установки. Он выполняется в основном зависимым, так как разрядная цепь генератора включается при контакте струй 183 в зоне 184 форсунки по фиг.16. КПД ГИ в 70-х годах с искровым разрядником достигал 80% /см. 6, стр.57/. Кроме того, КПД зависит от температуры и давления перегретого водяного пара в реакторах 228, во время протекания электрических взрывов струй 183 в взрывных камерах 259 форсунок, сообщающихся с реакторами. Использование перегретого водяного пара с высокими параметрами температуры и давления позволяет создать на месте струй 183 при электрическом взрыве плазменный канал разряда с высокой плотностью и электропроводностью, что обеспечивает после падения тока разряда в первом полупериоде, протекание электрического разряда во втором полупериоде и повышение к.п.д. преобразования энергии конденсаторов 181 в два и более раз. В соответствии с этим к.п.д. электрического взрыва струй превышает η3=88% и может достигать значений η5=95-97%/, что определяется экспериментальным путем при различных температурах и давлениях перегретого пара в реакторах. Давление пара и его температура могут быть значительно ниже указанных выше/. Потери энергии в турбогенераторе невелики и составляют η4=0,98. Потери тепла через охлаждаемые стенки установки примерно η5=0,94. Учитывая изложенное, КПД-эффективный расширения гремучего газа на турбине равен:
The efficiency of the Rankine cycle with the temperature of superheated steam on the turbine T 1 = 700-1300 ° C and in the condenser T 2 = 60-80 ° C, at a pressure p = 0.04-0.1 kg / cm 2 , and i in = 932 , 7 = 1 kcal / kg, i c = 552 kcal / kg and i 1 2 = 45.4 kcal / kg is And, therefore, the binary cycle efficiency is η Σ = 0.67 + 0.43 = 1.1 / cm.19, p. 315 /. In fact, the efficiency is much less, since it is necessary to take into account the efficiency η 2 of the electric pulse generator / GI /, which is the second most important unit in the operation of the new steam turbine unit. It is performed mainly dependent, since the discharge circuit of the generator is turned on when the
При определении КПД расширения перегретого пара на турбине от T1=700°C до температуры конденсата в конденсаторе при р=0,04-1,1 кг/см2 и Т2=60-80°С потери тепла наиболее значительны и оцениваются в 49,3%. Так как эти потери тепла зависят от температуры источника воды, примем их равными 54%, т.е. η6=0,46. Эффективный КПД расширения пара равен When determining the expansion efficiency of superheated steam on a turbine from T 1 = 700 ° C to the condensate temperature in the condenser at p = 0.04-1.1 kg / cm 2 and T 2 = 60-80 ° C, heat loss is most significant and is estimated at 49.3%. Since these heat losses depend on the temperature of the water source, we take them equal to 54%, i.e. η 6 = 0.46. The effective steam expansion efficiency is
Суммарный Total
Энергия диссоциации воды равна Е=285,8 кДж/моль /см. Н.Л.Глинка "Общая химия, Л.: Химия, 1980 г., стр.167-168/, а энергия образования водяного пара Е=241,8 кДж/моль. В рабочий процесс установки вносится энергия, равная Е=285,8x2=571,6 кДж/моль. Полезная энергия на валу турбины с учетом суммарного КПД=0,58 равна ЕП=/2°285,8×2/×20,58-241,8=331,5-241,8=89,7 кДж/моль. КПД установки - КПД=89,7:285,8=0,31 или 31%.The energy of water dissociation is E = 285.8 kJ / mol / cm. NL Glinka "General Chemistry, L .: Chemistry, 1980, pp. 167-168 /, and the energy of formation of water vapor E = 241.8 kJ / mol. Energy equal to E = 285 is introduced into the working process of the installation , 8x 2 = 571.6 kJ / mol. Useful energy on the turbine shaft, taking into account the total efficiency = 0.58, is equal to Е П = / 2 ° 285.8 × 2 / × 20.58-241.8 = 331.5- 241.8 = 89.7 kJ / mol. Unit efficiency - Efficiency = 89.7: 285.8 = 0.31 or 31%.
Однако гремучий газ занимает объем в 1,218 раз больше, чем объем водяного пара в реакторах 228. И, следовательно, работа расширения гремучего газа и КПД больше на эту величину. Поэтому , а суммарный КПД=0,483+9,18=8,66. Эффективный КПД силовой установки ηэф=0,48. Из уравнений определения КПД тепловых двигателей отчетливо видно, что повышение КПД в известных ДВС или паросиловых установках возможно только за счет повышения температуры рабочего тела.However, explosive gas occupies a volume 1.218 times larger than the volume of water vapor in
В паротурбинной установке внутреннего сгорания /ПТ УВС/ повышение КПД также связано с повышением температуры гремучего газа, однако в установке большое значение имеет совершенство генератора электрических импульсов /ГИ/, КПД которого в настоящее время можно довести до 90-97%, путем уменьшения активных, индуктивных и емкостных сопротивлений. Например, за счет применения сверхпроводящих материалов, тончайших металлических пленок конденсаторных батарей и путем сокращения длин подводящих кабелей от ГИ к форсункам по фиг.16. - поз.238, 240, 242.In a steam-turbine internal combustion unit (ATF) / an increase in efficiency is also associated with an increase in the temperature of explosive gas, however, in the installation, the perfection of the electric pulse generator / GI / is of great importance, the efficiency of which can currently be increased to 90-97% by reducing the active inductive and capacitive resistances. For example, through the use of superconducting materials, the thinnest metal films of capacitor banks, and by shortening the length of the supply cables from the GU to the nozzles of FIG. 16. - Pos. 238, 240, 242.
При КПД ГИ, равном 0,9-0,97, и КПД электрического взрыва струй 183 η3=0,9, эффективный КПД силовой установки составит ηэф=0,36-0,44, без учета увеличения объема гремучего газа по сравнению с паром в работе его расширения.With an efficiency of GI equal to 0.9-0.97, and an efficiency of electric explosion of
Итак, в волновой машине - ПТ УВС за один рабочий цикл на валу турбины происходит два раза сжатие и разгон газов: в трубах 230 и 233 и камерах сгорания 231 за счет расширения гремучего газа, генерируемого в реакторах 228. Второй процесс сжатия и разгона газов осуществляется в трубах 233 волновых компрессоров за счет расширения продуктов сгорания гремучего газа в камерах сгорания 231 с понижением температуры перегретого пара до 700-1300°С перед турбиной.So, in a wave machine - PT UVS, gas compression and acceleration takes place twice in a turbine shaft in one working cycle: in
Периодический процесс генерации гремучего газа с частотой f=100 Гц и более позволяет реализовать в установке цикл поршневых двигателей, с понижением температуры оставшихся газов и водяного пара в волновых компрессорах до заданной на лопатках турбины.The periodic process of generation of detonating gas with a frequency of f = 100 Hz or more allows you to implement in the installation a cycle of piston engines, with a decrease in the temperature of the remaining gases and water vapor in the wave compressors to the specified value on the turbine blades.
Технико-экономическая часть.Technical and economic part.
Рассмотренные выше поршневые и турбинные силовые установки новой конструкции предназначены для замены всех известных существующих тепловых двигателей на транспорте и в большой и малой энергетике, как не отвечающих современным требованиям по расходу топлива и экологической безопасности на планете.The piston and turbine power plants of the new design discussed above are intended to replace all known existing heat engines in transport and in large and small energy, as they do not meet modern requirements for fuel consumption and environmental safety on the planet.
Особое место в энергетики принадлежит паротурбинной установке внутреннего сгорания, работающей на энергии воды, и двигателю внутреннего сгорания, где в качестве топлива используются концентрированные водные растворы сильных электролитов, с добавкой частиц металлов или графита /базовый патент №2154738 от 09.12.1997 г., автор А.С.Артамонов/.A special place in the energy sector belongs to a steam turbine internal combustion engine running on water energy and to an internal combustion engine, where concentrated aqueous solutions of strong electrolytes are used as fuel, with the addition of metal particles or graphite / base patent No. 2154738 dated December 12, 1997, author A.S. Artamonov /.
Электровзрывной способ получения нового вида топлива - гремучего газа из продуктов термохимического разложения водяного пара или из продуктов электротермического разложения водного раствора электролита - является принципиально новым методом использования воды как топлива.An electric explosive method for producing a new type of fuel — explosive gas from products of thermochemical decomposition of water vapor or from products of electrothermal decomposition of an aqueous electrolyte solution — is a fundamentally new method of using water as a fuel.
Основным преимуществом его является простота способа и силовой установки для получения энергии из воды, по сравнению с известной идеей управляемого термоядерного синтеза /УМС/, которую предполагается реализовать на установке "Токамак", примерно к 2050 г. Вторым преимуществом является возможность реализации нового способа получения энергии из воды в 2010 г., а не в 2050 г., когда на планете концентрация углекислого газа - СО2 станет вдвое больше, чем в 1990 г., а жизнь на Земле невозможной для большинства ее жителей. Таким образом преимуществом нового способа получения энергии и оздоровления атмосферы планеты является возможность защиты ее в кратчайшие сроки от экологического кризиса.Its main advantage is the simplicity of the method and the power plant for generating energy from water, compared with the well-known idea of controlled thermonuclear fusion / UMC /, which is supposed to be implemented at the Tokamak plant, by about 2050. The second advantage is the possibility of implementing a new method of generating energy from water in 2010, and not in 2050, when the concentration of carbon dioxide - CO 2 on the planet will be twice as much as in 1990, and life on Earth is impossible for most of its inhabitants. Thus, the advantage of a new way of generating energy and healing the planet’s atmosphere is the ability to protect it in the shortest possible time from an environmental crisis.
На промежуточном этапе резкого снижения загрязнения атмосферы предложены силовые установки на традиционных видах топлив - углеводородных, однако с расходом топлива в разы меньшим, чем в существующих тепловых двигателях.At the intermediate stage of a sharp decrease in atmospheric pollution, power plants based on traditional types of fuels - hydrocarbon fuels, but with fuel consumption many times less than in existing heat engines - were proposed.
В материалах заявки рассмотрены четыре типа новых поршневых двигателей и два типа газотурбинных. Кроме того, приведены описания конструкций новых трех типов волновых компрессоров, а также новые конструкции коленчатых валов, электровзрывных форсунок /три новые конструкции/ и две новые конструкции транспортирования и нагнетания твердого топлива в виде угольной пыли для работы поршневых и турбинных двигателей. Все четыре типа поршневых двигателей многотопливные /МДВС/ и снабжены волновыми компрессорами, в одном случае только для снижения расхода топлива, а в других для форсирования двигателя, с повышением мощности, в зависимости от требований к нему от 1,5-2, до 2-5 /10/ раз. Такие двигатели необходимы для применения в военной технике, технике специального назначения и в малой, но весьма эффективной авиации.The application materials examined four types of new piston engines and two types of gas turbine engines. In addition, descriptions of the designs of the new three types of wave compressors are given, as well as new designs of crankshafts, electric explosive nozzles / three new designs / and two new designs of transporting and injecting solid fuel in the form of coal dust for the operation of piston and turbine engines. All four types of piston engines are multi-fuel (MDVS) and are equipped with wave compressors, in one case only to reduce fuel consumption, and in the other to boost the engine, with increased power, depending on the requirements from 1.5-2 to 2- 5/10 / times. Such engines are necessary for use in military equipment, special-purpose equipment, and in small, but highly efficient aircraft.
Первый тип двигателя многотопливного /МДВС/. Описан выше. Здесь мы приведем его особенности и отличия от существующих ДВС.The first type of engine is a multi-fuel / MDVS /. Described above. Here we present its features and differences from existing ICEs.
В новом МДВС реализуются: продолжительное расширение продуктов сгорания в цилиндрах двигателя за счет применения коленчатого вала новой конструкции: - рабочий процесс газового двигателя за счет применения новой системы подготовки топлив, в частности любого нефтяного, - от бензина, керосина, солярки, мазута до отработанных масел. Степень сжатия зависит от октанового числа применяемого легкого топлива - ε=9-10. Эти двигатели строятся облегченной конструкции /подобно бензиновым ДВС/ и могут работать не только на каждом приведенном выше топливе, но и на их смесях.In the new MDV, the following are realized: the continued expansion of the combustion products in the engine cylinders through the use of a new design crankshaft: - the gas engine workflow through the use of a new fuel preparation system, in particular any oil, - from gasoline, kerosene, diesel fuel, fuel oil to used oils . The compression ratio depends on the octane number of the light fuel used - ε = 9-10. These engines are built of lightweight construction / like gasoline ICE / and can work not only on each of the above fuel, but also on their mixtures.
В результате сильно расширяется рынок углеводородов и существенно снижается стоимость горючего (1-й вариант МДВС).As a result, the hydrocarbon market is expanding significantly and the cost of fuel is significantly reduced (1st version of MDA).
Кроме того, в двигателе введена система изменения рабочего объема за счет применения и работы дополнительных клапанов сжатого воздуха и ресивера, что в 5-10 раз способствует повышению эксплуатационного КПД при езде автотранспорта с новым двигателем в городских условиях движения.In addition, the engine introduced a system for changing the working volume due to the use and operation of additional compressed air valves and a receiver, which increases the operational efficiency by 5-10 times when driving vehicles with a new engine in urban traffic conditions.
Первые две системы обеспечивают повышение эффективного КПД МДВС более чем вдвое, по сравнению с известными форкамерными и дизельными двигателями. Причем использование энергии сжатых отработанных газов /отработанные газы сжимаются в цилиндрах МДВС за счет использования сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс в верхней мертвой точке/ в волновом компрессоре, способствует еще большему повышению эффективного КПД МДВС. Третья система изменения рабочего объема двигателя при работе МДВС в городских условиях движения совместно с первыми двумя позволяет снизить расход топлива в 2×/5-10/=10-20 раз и тем самым резко сократить выброс углекислого газа - СО2 и др. токсичных веществ продуктов сгорания - СО, СН, С, НОх в атмосферу.The first two systems provide an increase in the effective efficiency of MDA by more than two times, in comparison with the well-known prechamber and diesel engines. Moreover, the use of the energy of compressed exhaust gases / exhaust gases are compressed in the cylinders of the internal combustion engine due to the use of inertia forces of the reciprocating moving masses at top dead center / in the wave compressor, contributes to a further increase in the effective efficiency of the internal combustion engine. The third system of changing the engine displacement during the operation of MDA in urban traffic conditions together with the first two allows reducing fuel consumption by 2 × / 5-10 / = 10-20 times and thereby drastically reduce carbon dioxide emissions - СО 2 and other toxic substances combustion products - СО, СН, С, НО х into the atmosphere.
Столь сильное снижение расхода топлива при движении автотранспорта с новым двигателем в городских и не городских условиях позволяет отказаться от применения средств нейтрализации отработавших газов и существенно снизить стоимость автомобиля.Such a strong reduction in fuel consumption when driving with a new engine in urban and non-urban conditions allows you to abandon the use of exhaust gas aftertreatment and significantly reduce the cost of the car.
2-ой вариант двигателя этого типа строится со степенью сжатия ε1=12-14 и до 24-26, в зависимости от частоты вращения коленчатого вала новой конструкции /по типу дизеля/.The second version of an engine of this type is built with a compression ratio of ε 1 = 12-14 and up to 24-26, depending on the rotational speed of the crankshaft of a new design / by type of diesel /.
Двигатель также многотопливный, однако со значительно меньшим количеством применяемых топлив и их смесей. Топливами являются: солярка, мазут, нефть, отработанные масла и смеси этих углеводородов.The engine is also multi-fuel, but with a significantly lower amount of used fuels and their mixtures. Fuels are: diesel fuel, fuel oil, oil, used oils and mixtures of these hydrocarbons.
Этот МДВС находится вне конкуренции, поскольку в связи с высокой степенью сжатия имеет расход топлива на 25-30% ниже, чем первый МДВС по 1-ому варианту.This MDA is out of competition, because due to the high compression ratio it has a fuel consumption of 25-30% lower than the first MDA according to the first embodiment.
Второй тип многотопливного двигателя /МДВС-2/.The second type of multi-fuel engine / MDVS-2 /.
Двигатель такой же по конструкции, как и рассмотренные выше. Его отличия заключаются в применяемом топливе. Топливо в этом МДВС твердое в виде пыли.The engine is the same in design as discussed above. Its differences are in the fuel used. The fuel in this MDA is solid in the form of dust.
В качестве твердых топлив используются обогащенные каменный уголь и прошедшие стадию пиролиза бурые угли и горючие сланцы. В 1-ом типе МДВС применяются комбинированные форсунки по фиг.9-11, во втором - комбинированные форсунки по фиг.12, с системой топливоподачи угольной пыли по фиг.14.As solid fuels, enriched coal and brown coals and oil shales that have passed the pyrolysis stage are used. In the 1st type of MDA, the combined nozzles of Figs. 9-11 are used, in the second, the combined nozzles of Fig. 12, with the coal dust fuel supply system of Fig. 14.
Переход на использование угля, залежи которого на Земле в 10 раз превышают запасы нефти, в настоящее время крайне необходим. Только применение угля даст возможность сильно увеличить темпы развития экономики всех стран. Низкий расход твердого топлива в новом двигателе обеспечивает так же, как и в МДВС на жидких углеводородах, сильное снижение выбросов в атмосферу СО2 и токсичных веществ продуктов сгорания.The transition to the use of coal, whose deposits on Earth are 10 times higher than oil reserves, is currently urgently needed. Only the use of coal will make it possible to greatly increase the pace of economic development in all countries. The low consumption of solid fuel in the new engine provides, as in MDA on liquid hydrocarbons, a significant reduction in emissions of CO 2 and toxic substances of combustion products.
Третий тип многотопливного двигателя - детонационный 4-тактный /МДДВС/. Он показан на фиг.20-22 и описан выше. Топливом являются продукты перегонки нефти и сама нефть без перегонки /базовые патенты: №2154738 и №2298106/. Возможно использование каменного угля в виде пыли, особенно с большим содержанием в нем метана, для получения детонационного способа сгорания.The third type of multi-fuel engine is a 4-stroke detonation / MDVS /. It is shown in FIGS. 20-22 and described above. Fuel is oil distillation products and oil itself without distillation / basic patents: No. 2154738 and No. 2298106 /. It is possible to use coal in the form of dust, especially with a high methane content, to produce a detonation combustion method.
Преимуществами детонационного двигателя перед рассмотренными выше являются: 1. Степень сжатия ε=12-14 и до 24-26 с использованием в качестве топлив всех видов продуктов перегонки нефти, включая бензин, керосин, солярку, мазут, отработанные масла и саму нефть, а также этанол, метанол и жидкие продукты перегонки каменного, бурого угля и горючих сланцев.The advantages of the detonation engine over those considered above are: 1. The compression ratio ε = 12-14 and up to 24-26 using all types of oil distillation products as fuels, including gasoline, kerosene, diesel fuel, fuel oil, used oils and the oil itself, as well as ethanol, methanol and liquid products of distillation of coal, brown coal and oil shale.
Иными словами, за счет высокой степени сжатия в детонационном двигателе, по сравнению с первым типом МДВС, расход топлива снижается на 25-30%, независимо от вида топлива и его октанового числа.In other words, due to the high compression ratio in the detonation engine, compared with the first type of MDV, fuel consumption is reduced by 25-30%, regardless of the type of fuel and its octane rating.
2. Детонационное сгорание топлива позволяет увеличить тепловыделение на 10-12% /рассмотрено выше/.2. Detonation combustion of fuel allows you to increase heat by 10-12% / discussed above /.
Совместное использование в детонационном двигателе этих отмеченных двух положительных эффектов дает снижение расхода топлива на 55-60%. При этом бензин становится наиболее эффективным топливом, а расход его в МДДВС по сравнению с известными форкамерными двигателями снижается втрое. На мой взгляд, это драгоценное топливо надо использовать только в специальных целях. Например, для подводных кораблей и в авиации.The combined use of these noted two positive effects in the detonation engine gives a reduction in fuel consumption by 55-60%. At the same time, gasoline becomes the most efficient fuel, and its consumption in the engine is three times lower than in the well-known prechamber engines. In my opinion, this precious fuel should be used only for special purposes. For example, for submarines and in aviation.
Форсирование двигателей. Осуществляется за счет применения волнового компрессора по фиг.15, с одним клапаном для впуска воздуха в цилиндр/ы/ компрессора /описано выше/. При необходимости выполнения силовой установки с форсированием ее в те или иные моменты времени компрессор работает в режиме компрессора внутреннего сгорания /КВС/.Forcing engines. It is carried out through the use of the wave compressor of Fig. 15, with one valve for air inlet into the cylinder (s) of the compressor / described above /. If it is necessary to perform a power plant with forcing it at certain times, the compressor operates in the mode of an internal combustion compressor / FAC /.
Четвертый тип поршневого двигателя с коленчатым валом новой конструкции и системой подготовки топлив. Топливом и в этом двигателе являются концентрированные водные растворы сильных электролитов на основе солей, оснований и кислот. Наиболее экологически чистыми топливами являются растворы электролитов на основе солей, например поваренной - NaCl. Для увеличения электропроводности раствора в него вводятся добавки в виде частиц металлов или графита размером 5-10 мкм. КПД двигателя небольшой 6-8%. Однако его применение позволит на транспорте и в др. областях сделать новый шаг, наиболее существенный в деле оздоровления атмосферы и резкого подъема экономики всех стран Земли.The fourth type of piston engine with a new design crankshaft and fuel preparation system. The fuel in this engine is concentrated aqueous solutions of strong electrolytes based on salts, bases and acids. The most environmentally friendly fuels are solutions of electrolytes based on salts, for example, sodium hydroxide - NaCl. To increase the conductivity of the solution, additives in the form of particles of metals or graphite with a size of 5-10 microns are introduced into it. Engine efficiency is small 6-8%. However, its use will allow in transport and other areas to take a new step, the most significant in improving the atmosphere and a sharp rise in the economy of all countries of the Earth.
Этому же способствует и навсегда обеспечивает энергией планету новая паротурбинная установка внутреннего сгорания /ПТ УВС/, приведенная на фиг.24-26, 28, работающая на энергии воды за счет электрической энергии, затраченной на термохимическое разложение водяного пара в реакторах, с высокими параметрами температуры и давления и химической энергией сгорания гремучего газа - водорода и кислорода.The new steam-turbine internal combustion unit / ПТ УВС /, shown in Figs. 24-26, 28, working on the energy of water due to the electrical energy spent on the thermochemical decomposition of water vapor in reactors with high temperature parameters, contributes to this and forever provides the planet with energy and the pressure and chemical energy of the combustion of an explosive gas - hydrogen and oxygen.
Claims (14)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008124524/06A RU2386825C2 (en) | 2008-06-16 | 2008-06-16 | Method to operate multi-fuel thermal engine and compressor and device to this effect (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008124524/06A RU2386825C2 (en) | 2008-06-16 | 2008-06-16 | Method to operate multi-fuel thermal engine and compressor and device to this effect (versions) |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2008124524A RU2008124524A (en) | 2009-12-27 |
RU2386825C2 true RU2386825C2 (en) | 2010-04-20 |
Family
ID=41642380
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008124524/06A RU2386825C2 (en) | 2008-06-16 | 2008-06-16 | Method to operate multi-fuel thermal engine and compressor and device to this effect (versions) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2386825C2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2541478C2 (en) * | 2010-04-28 | 2015-02-20 | Сименс Акциенгезелльшафт | Injector system and method of injector system damping |
RU2546385C1 (en) * | 2014-05-19 | 2015-04-10 | Александр Сергеевич Артамонов | Vtol aircraft |
RU2813644C1 (en) * | 2023-10-26 | 2024-02-14 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" | Method for preparing methane-hydrogen fuel with increased hydrogen content for boiler units of thermal power plants and gas turbine expander power plants |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2499192C1 (en) * | 2012-07-10 | 2013-11-20 | Анатолий Данилович Грига | Method for automatic control of burning process in thermal unit |
RU2537654C2 (en) * | 2013-04-09 | 2015-01-10 | Максим Сергеевич Иваницкий | Method of automatic control of burning process in thermal unit |
RU2539222C1 (en) * | 2013-12-18 | 2015-01-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" | Method of automatic control of combustion process in thermal unit |
-
2008
- 2008-06-16 RU RU2008124524/06A patent/RU2386825C2/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ЮТКИН Л.А. ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ. - Л.: Машиностроение, 1986, с.139-141. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2541478C2 (en) * | 2010-04-28 | 2015-02-20 | Сименс Акциенгезелльшафт | Injector system and method of injector system damping |
RU2546385C1 (en) * | 2014-05-19 | 2015-04-10 | Александр Сергеевич Артамонов | Vtol aircraft |
RU2813644C1 (en) * | 2023-10-26 | 2024-02-14 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" | Method for preparing methane-hydrogen fuel with increased hydrogen content for boiler units of thermal power plants and gas turbine expander power plants |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2008124524A (en) | 2009-12-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7191738B2 (en) | Liquid piston internal combustion power system | |
US4403153A (en) | Free-piston electric current generator | |
CN102713217B (en) | Methods and systems for reducing the formation of oxides of nitrogen during combustion in engines | |
RU2386825C2 (en) | Method to operate multi-fuel thermal engine and compressor and device to this effect (versions) | |
US7958732B2 (en) | Internal detonation reciprocating engine | |
US10634046B2 (en) | Combustion chamber arrangement and system comprising said arrangement | |
US6314925B1 (en) | Two-stroke internal combustion engine with recuperator in cylinder head | |
EP3728815B1 (en) | System and method for generating power | |
JPH01280601A (en) | Water vapour explosion prime mover | |
RU2154738C2 (en) | Energy conversion process and device (design versions) | |
EP3377746B1 (en) | System and method for generating power | |
RU2298106C2 (en) | Detonation internal combustion engine | |
RU2556152C2 (en) | Fuel nozzle (versions) and method of its operation | |
RU2826039C1 (en) | Energy-safe combined power plant | |
WO2000023691A2 (en) | Revolving piston rotary toroidal cylinder internal combustion, water, steam, fluid and quantum engine also pump, metering device and assist units all sizes | |
RU2435975C2 (en) | Menshov internal combustion engine | |
RU2746820C2 (en) | Method for internal combustion engine operation | |
Stan | Fire for work | |
Akindele | Engine: the Incredible Power Hulk and the Inevitable | |
RU2161717C2 (en) | Device to increase efficiency of heat engine | |
Donkin | A Text-book on Gas, Oil and Air Engines: Or, Internal Combustion Motors Without Boiler | |
Mitianiec et al. | Combustion process of coal-water mixture in heavy duty diesel engines for power engineering | |
TR202014236A1 (en) | POWER GENERATOR | |
RU2538230C1 (en) | Vessel running on hydrogen fuel that features small waterline area | |
Holubowicz | NEW DIRECTION OF ENGINE RESEARCH RESULTING IN A NEW THERMODYNAMIC CYCLE AND NEW ENGINE FOR A ZERO TOXIC EMISSIONS AND TRANSMISSION FREE VEHICLE |