початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

Струменеві ЕНЕРГЕТИЧНІ ТЕХНОЛОГІЇ

Б. М. Кондрашов

З кожним роком скорочуються запаси вуглеводневої сировини, зростає енергоспоживання, погіршується екологія, а відомі технології використання поновлюваних екологічно чистих джерел енергії, в т. Ч. Атмосфери, не ефективні.

Нерівномірне нагрівання газів, стислих під дією гравітації, викликає зміни тиску і порушує рівноважний стан атмосфери, при відновленні якого потенційна і теплова енергія повітряних мас перетворюються в кінетичну. В результаті цього стохастичного природного процесу енергія атмосфери стає доступною для використання в вітродвигуна, що виконують механічну роботу без споживання кисню і вироблення продуктів згоряння. Їх недоліки - низька щільність енергії на одиницю робочої площі і некерованість процесу. Однак порушувати рівноважний стан атмосфери для перетворення потенційної енергії повітряних мас в кінетичну можна і за рахунок керованих локальних впливів, наприклад, в ежекторних пристроях. Відновлюючи рівноважний стан, порушується в Ежекторний насадки активної струменем робочого тіла, атмосфера робить механічну роботу. Її обсяг залежить від величини, але в більшій мірі від способу впливу, а і параметрів ежекторних пристроїв і сфери їх застосування. У Ежекційна процесі - паралельного приєднання до стаціонарної реактивному струмені тяга збільшується без додаткових витрат енергії палива за рахунок «неврівноваженою сили зовнішнього тиску на вхідний розтруб (заборник) ежектора, поява якої обумовлено зниженням тиску на стінках розтруба при впадання в нього ежектіруемого повітря» [1] (це твердження Г.Н. Абрамовича констатує факт керованого використання енергії атмосфери для виконання роботи). Показники ефективності процесу - ККД і коефіцієнт приєднання додаткових мас m (рівний відношенню приєднується повітряної маси до маси активної струменя) низькі через турбулентного змішування і тертя, зменшують швидкість активної струменя _C aj. В результаті тяга і кінетична енергія реактивної маси збільшуються незначно.

В іншому процесі - послідовного приєднання (має іншу фізичну основу, яка не обов'язково пов'язана зі змішанням об'єднуються мас) вплив пульсуючого активної струменя створює періодичне розрідження в Ежекторний насадки, при якому за рахунок неврівноваженою сили атмосферного тиску, слідом за кожним імпульсом активної струменя прискорюється повітря. Процес може відбуватися практично без змішування поєднуваних мас і зменшення швидкості активної струменя, але лише у вузькому діапазоні величин і співвідношень основних параметрів: розрахункової частоти, форми, тривалості і швидкості газової маси імпульсів активної струменя, швидкості потоку, що набігає, а й конструктивних параметрів ежекторного пристрою. Тільки при їх оптимальному значенні приєднання відбувається за рахунок послідовного втекания повітряних мас слідом за газовою масою імпульсів, при якому практично відсутня їх виштовхування з ежекторного насадка газової масою наступного імпульсу і турбулентний змішання розділених газових мас, що зменшують ефективність керованого перетворення енергії атмосфери.

О. І. Кудріним, одним з авторів відкриття «Явище аномально високого приросту тяги в газовому Ежекційна процесі з пульсуючим активної струменем» [2] проведено експериментальні дослідження, які підтвердили ефективність цього процесу [3]. На жаль, відкриття не отримало широкого застосування. Ймовірно тому, що спочатку дослідження були спрямовані на отримання реактивної тяги (додаткової до тязі гвинтових рушіїв поршневих авіаційних двигунів). Слід зазначити, що якщо процес приєднання додаткових мас, в якому відбувається суттєвий приріст кінетичної енергії реактивного струменя, застосовується для збільшення тяги реактивного рушія, то велика частина додатково отриманої енергії не може бути використана для виконання корисної роботи і неминуче розсіюється в атмосфері, створюючи при цьому ілюзію низької ефективності і самого процесу приєднання. Це, поряд з браком інформації про експериментальні дослідження, стало перешкодою для його впровадження в інших галузях, де кінетичну енергію повітряної маси, що отримується в результаті керованого перетворення енергії атмосфери, можна використовувати не для освіти реактивної тяги, а більш ефективно. Крім того, відкриття було зроблено в той період, коли проблема зменшення запасів традиційних енергоносіїв і погіршення екологічної ситуації, обумовленого їх застосуванням, не були настільки актуальні, як зараз. Однак і сьогодні в енергетичних і транспортних системах воно «не працює», ймовірно, ще й тому, що використання енергії атмосфери традиційно обмежена вітроенергетикою.

Для опису пропонованих способів перетворення енергії використовуємо такі показники, що характеризують перебіг передвиборних процесів.

В процесі приєднання виходить об'єднана реактивна маса:

де 1 - маса активної струменя; m - приєднана маса, чисельно рівна коефіцієнту приєднання m.

Ефективність процесу послідовного приєднання характеризує і коефіцієнт швидкості об'єднаної реактивної маси:

де _C tm - швидкість об'єднаної реактивної маси _(C tm дорівнює _C aj, яка залежить від періодичної зміни тиску в Ежекторний насадки); _C pj - швидкість пульсуючою реактивного струменя, утвореної робочим тілом з такими ж параметрами як при утворенні активної струменя, але розширюється в обсязі з незмінним тиском.

Розглянемо чотири основні способи перетворення низькопотенційної енергії в струменевих двигунах з різними термодинамічними циклами.

Перший спосіб. Низькопотенційна енергія перетворюється в струменевому двигуні з ежекторним сопловим апаратом і робочим тілом, одержуваних при згорянні палива в камері періодичного згоряння [4]. В даному випадку процес приєднання складається з повторюваної із заданою періодичністю пари послідовних, але різних термодинамічних циклів - в кожному циклі своє джерело енергії і робоче тіло. У першому циклі після згоряння палива (при V = const) енергія продуктів згоряння, стікали з реактивного сопла, перетворюється в кінетичну енергію першої частини реактивної маси, яка рухається в Ежекторний насадки як газовий поршень і створює слідом за собою розрідження, а при закінченні впливає на лопатки турбіни, створюючи момент на валу. За рахунок отриманого розрідження, джерелом енергії в другому циклі стає потенційна і теплова енергія стисненого силою гравітації атмосферного повітря, який під дією різниці тисків втікає в насадок, розширюючись, охолоджуючись і прискорюючись як в стохастичною природному процесі, але в заданому напрямку, утворюючи при витіканні з ежекторного насадка другу частину реактивної маси з розрахунковими термодинамічними параметрами, що впливає на лопатки. При цьому за рахунок прискорення приєднується повітряної маси в насадці знижується тиск, збільшуючи різницю потенціалів тисків перед закінченням імпульсу активної струменя наступного періоду і, відповідно, його кінетичну енергію. Як наслідок підвищується ступінь розрідження в насадці у другому циклі цього періоду і швидкість приєднується повітря. Тим самим, в результаті перетворення енергії низько потенційного джерела в попередньому періоді створюються умови для підвищення ефективності перетворення енергії високопотенційного джерела в наступному періоді.

Таким чином, на відміну від процесу паралельного приєднання, в якому зменшується кінетична енергія ежектірующего потоку за рахунок перерозподілу його первісної енергії на велику масу газу, періодичне порушення рівноважного стану атмосфери в Ежекторний насадки впливом пульсуючого активної струменя створює в ньому із заданою частотою різниця потенціалів тисків, забезпечує при відновленні рівноважного стану прискорення приєднуються повітряних мас, а й збільшення кінетичної енергії активної струменя. В результаті цього дискретного процесу об'єднана маса із збільшеною кінетичної енергією, впливаючи на лопатки турбіни, збільшує момент на її валу без додаткових витрат палива. При цьому для отримання однакової потужності палива витрачається менше (пропорційно коефіцієнту m, скоригованого на величину коефіцієнта _w tm), ніж в газотурбінних двигунах (ГТД) традиційних схем.

Після початку витікання продуктів згоряння зменшується їх тиск в камері, а й перед критичним перетином сопла і, відповідно, ступінь розширення «хвостовій» частини газової маси імпульсу в першому циклі і її швидкість. Як наслідок, відбувається зниження ступеня розрідження в насадці, зменшення приєднується в другому циклі газової маси і її швидкості. При цьому «головний» частина імпульсу продуктів згоряння наступного періоду виштовхує з насадка «хвостову» частину приєднується повітряної маси попереднього періоду, що має меншу швидкість. Це призводить до часткового змішання розділених газових мас, що знижує швидкість об'єднаної реактивної маси.

Однак експерименти [3] показали, що навіть при наявності цих втрат кінетична енергія об'єднаної реактивної маси

Значно більше, ніж кінетична енергія активної струменя

При ежектування атмосферного повітря пульсуючим струменем продуктів згоряння експериментально одержано приріст реактивної сили до 140% до вихідної тязі [2,3]. Його величина залежить від параметрів ежекторного пристрою, зміни реактивної маси і швидкості її закінчення. Якщо коефіцієнт _w tm (1.2) більше 1, то приріст кінетичної енергії в результаті процесу приєднання більше приросту тяги. Щоб отримати такий же приріст тяги (в 2.4 рази) при _w tm менше 1, що приєднується повітряна маса повинна бути дорівнює 2.4 mn, де n - коефіцієнт, на який зменшується _C aj і _C tm. А для отримання приросту кінетичної енергії, рівного приросту тяги, в процесі з _w tm менше 1, необхідний коефіцієнт m, збільшений в n ² разів. Наприклад, для отримання приросту кінетичної енергії в 2.4 рази, за умови, що _C tm буде менше в порівнянні з _C pj в 2 рази (що малоймовірно в цьому процесі), m повинен бути 2.4 × 22, тобто дорівнює 9.6. А коефіцієнт m, отриманий експериментально [3], більше 10, тому приріст кінетичної енергії і при такому гіпотетичному припущенні більше приросту тяги.

Таким чином, при максимально можливе зменшення _w tm, експериментально отримане значення кінетичної енергії дорівнює більше, ніж в 2.4 рази кінетичної енергії активної струменя (2.2). Причому вона не розсіюється в атмосфері, як при створенні реактивної тяги рушія, а використовується для виконання механічної роботи. Отже, велика частина потужності даними способом виходить за рахунок перетворення потенційної енергії і низкопотенциальной теплоти стиснутих під дією гравітації газів в кінетичну енергію повітряної маси, що впливає на лопатки турбіни. Тому ефективність комбінованих струменевих ВМД оцінюється сумарним ККД, що дорівнює ККД теплового двигуна, збільшеному на добуток коефіцієнтів m і _w tm.

Сьогодні можливості підвищення ефективності ГТД з циклом при P = const практично вичерпані, а значення коефіцієнта m, отримані експериментально, в зави-ності від параметрів процесу приєднання змінюються від 10 до 50, т. Е. Ефективність комбінованих двигунів може бути більш ніж на порядок вище ефективності сучасних ГТД (з відповідним зменшенням викиду в атмосферу продуктів згоряння).

Автором статті розроблено стендова варіант комбінованого струминного ВМД (спільно з «НВО Машинобудування», м Реутов підготовлена конструкторська документація), який дозволяє варіювати і оптимізувати основні параметри процесу послідовного приєднання, в т.ч. з урахуванням швидкості набігаючого потоку.

Другий спосіб. Проведені експерименти [3] показали, що оптимальне значення _C aj продуктів згоряння в процесі приєднання знаходиться в діапазоні швидкостей, кото-які можна отримувати при розширенні стиснутого робочого тіла, не використовуючи для нього додатковий підігрів. Отже, продукти згоряння можна замінити стисненим повітрям, а камеру згоряння Пневмоакумулятори [5]. При закінченні повітря з Пневмоакумулятори тиск перед критичним перетином сопла протягом циклу залишається посто-янним. Тому «хвостова» частину газової маси імпульсів активної струменя, що знижує ефективність процесу приєднання, відсутня, що практично виключає змішання послідовно рухаються розділених повітряних мас і, отже, втрати на їх тертя. В результаті коефіцієнт _w tm стає більше 1. Так як _C tm одно _C aj, то кінетична енергія об'єднаної маси (2.1) буде більше кінетичної енергії активної струменя (2.2), т. Е. Etm більше _E aj, і, відповідно, більше потенційної енергії робочого тіла - стисненого повітря, що утворює активну струмінь _E ace, не менше, ніж в m раз. Величина m змінюється в залежності від параметрів процесу приєднання в діапазоні від 10 до 50 [3], тому _E ace, становить лише 0.1 - 0.02 _E tm. Причому для підвищення тиску повітря в Пневмоакумулятори перед його розширенням в струменевому пристрої можна використовувати різні способи і джерела енергії, а такий баланс енергії дозволяє стискати його в компресорі за рахунок потужності, отриманої в результаті процесів перетворень енергії атмосфери в попередніх періодах.

Сумарні енерговитрати і втрати в процесах перетворень

де _E ce - втрати енергії при стисненні повітря в компресорі; _E te - втрати енергії при перетворенні _E tm в турбіні; _E oe - інші втрати енергії.

Загальний питома вага технологічних втрат _(E ce + _E te + _E oe), не перевищує 25% _E tm, в тому числі: _E ce 20% _E ace; _E te 15% _E tm; _E oe 2% _E aj. (втрати означають, що даний спосіб перетворення енергії не суперечить другому початку термодинаміки) В основному величина втрат залежить від ККД турбіни, а питома вага втрат в компресорі і інших втрат при великих величинах m незначний і складає, відповідно, 1% і 0.1% від E _tm, збільшуючись зі зменшенням m.

З урахуванням енерговитрат і втрат (2.3), енергія для використання споживачами

Якщо прийняти _E tm дорівнює 100%, то, при m рівному 20 і _w tm рівному 1, _E us = 100% - (5% + 1% + 15% + 0.1%) = 78.9%, а _E exp дорівнює 21.1% E _tm. Якщо основні параметри процесу і / або їх співвідношення відхиляються від оптимальних величин, то значення m і _w tm зменшуються. Для компенсації технологічних енерговитрат і втрат (2.3) в процесах перетворення, досить збільшити кінетичну енергію в результаті процесу приєднання додаткових мас на 44%, тобто для самопідтримки цього процесу _E tm повинна бути більше _E aj лише в 1.44 рази. Отримана понад цього енергія може бути використана зовнішніми споживачами. Наприклад, при m дорівнює 1 питома вага технологічних витрат і втрат, за винятком _E te, значно збільшується: _E ace до 50%, _E ce до 10%, _E oe до 1%, а _E us = 100% - (50% + 10% + 15% + 1%) = 24% _E tm. Це означає, що навіть при такій малій величині m, що дорівнює 1 (досяжною при не самих оптимальних параметрах цього процесу приєднання), невисоких ККД турбіни (0.85) і компресора (0.8), для стиснення робочого тіла можна використовувати енергію, отриману в попередніх циклах, залишаючи споживачам 24% располагаемой _E tm.

Результати експериментів і підтверджують можливість перетворень енергії атмосфери при стисненні робочого тіла за рахунок потужності, отриманої при її перетворенні в попередніх періодах. Якщо екстраполювати збільшення кінетичної енергії (в 2.4 рази), отримане експериментально в процесі послідовного приєднання з активною струменем з продуктів згоряння [3], на аналогічний процес з використанням стисненого повітря для утворення цього струменя, то навіть без урахування реального зниження втрат на змішання і тертя об'єднуються мас, що підвищує ефективність цього процесу, _E us = 100% - (41.7% + 8.3% + 15% + 0.8%) = 34.2% _E tm.

Відповідно до другого закону термодинаміки не вся енергія одного невичерпного джерела перетворюється в роботу - частина перетворюється в теплоту. А при механічному стискуванні робочого тіла - в високопотенційний теплоту, температуру якої можна регулювати залежно від ступеня стиснення і охолодження робочого тіла перед розширенням, для корисного використання, наприклад, в системах опалення. При розширенні стиснутого і охолодженого, наприклад, до атмосферної температури робочого тіла значення _C aj і _C tm будуть перебувати в діапазоні величин коефіцієнта швидкості λ до 2.45, цілком достатній для отримання окружних швидкостей, що забезпечують високий ККД турбомашин.

Температура високопотенційного робочого тіла, а й низько потенційного - повітря в процесах перетворень енергії знижується. Керуючи кількістю атмосферного і холодного відпрацьованого повітря, що повертається в ежекторні насадки як приєднуються мас наступних періодів, можна отримувати температуру повітряної маси, необхідну, наприклад, в системах кондиціонування. Якщо відпрацював в одному пристрої приєднання або Ежекторний сопловому апараті повітря спрямовувати як приєднуються мас в інше або наступний сопловой апарат і т.д., то його можна охолоджувати до наднизьких температур, які використовуються в кріогенної техніки.

Процес приєднання додаткових мас повітря в розглянутому безпаливних способі перетворення енергії атмосфери і складається з повторюваної із заданою періодичністю пари послідовно пов'язаних термодинамічних циклів зі своїми джерелами енергії та робочими тілами: з зворотного циклу Карно (циклу повітряного теплового насоса - холодильної машини) і циклу - охолодження атмосферного повітря при його розширенні і прискоренні. Частина потужності, отриманої в результаті перетворень енергії атмосфери в попередніх періодах, використовується для стиснення атмосферного повітря в зворотному циклі Карно. За рахунок роботи розширення стисненого повітря (високопотенційного робочого тіла) створюються умови для початку другого циклу з використанням енергії низько потенційного робочого тіла (і як в процесі з продуктами згоряння).

Таким чином, за рахунок енергії атмосфери здійснюється привід повітряного теплового насоса, в результаті роботи якого створюються умови для перетворення в Ежекторний насадки низкопотенциальной енергії зовнішньої газової маси, що знаходиться поза насадка в рівноважному стані, в доступну для використання кінетичну енергію, високопотенційний теплоту і «холод» розрахункової температури. Даний безпаливний спосіб перетворення енергії атмосфери відрізняється від способу її перетворення в традиційних вітродвигуна керованістю процесу створення повітряного струменя в Ежекторний насадки і високою щільністю енергії на одиницю робочої площі. Пристрої для здійснення цього способу - атмосферні безпаливні струменеві двигуни.

З урахуванням результатів наукових і експериментальних досліджень процесу послідовного приєднання експеримент з отримання потужності на валу атмосферного безпаливних струминного двигуна з відкритим термодинамічним циклом можна провести без витрат на додаткові наукові дослідження, розробку і виробництво оригінальної конструкції. Для створення стендового зразка такого двигуна можна використовувати вже готові пристрої, наприклад, в якості силового елемента - турбінний модуль малопотужного турбовальних ВМД, а для стиснення повітря, утворення активної струменя - компресор будь-якого типу, ресивер з пневмоклапаном і реактивним соплом. Співвідношення геометричних параметрів ежекторного пристрою і необхідні параметри процесу приєднання для отримання розрахункової кількості і швидкості об'єднаної повітряної маси, що впливає на лопатки турбіни, відомі, а конструкція ежекторного насадка - єдиний елемент, який необхідно виготовити, - гранично проста. Крім того, можливість зміни параметрів модульної конструкції дозволяє використовувати її для оптимізації параметрів процесу послідовного приєднання з повітряної активної струменем і при розробці необхідних (в залежності від сфери застосування) оригінальних конструкцій безпаливних струменевих ВМД.

Ефективність атмосферних безпаливних струменевих двигунів, в порівнянні з відомими вітровими, сонячними і геотермальними перетворювачами дармовий і екологічно чистої енергії, не залежить від географічних, тимчасових і погодних умов, а питома потужність значно вище і порівнянна з питомою потужністю теплових двигунів традиційних схем. Відсутність жаростійких матеріалів, і систем, пов'язаних з використанням палива, спрощує конструкцію, технологію, знижує собівартість, підвищує надійність і, поряд з можливістю одночасного вироблення трьох видів енергії, розширює сферу застосування безпаливних двигунів. Залежить ефективність, в основному, від значень m і _w tm, технологічних втрат, а й видів використовуваної споживачами енергії і сфери застосування (в енергетичних стаціонарних і мобільних системах, для приводу різних пристроїв і типів рушіїв з одночасним отриманням високопотенційне теплоти і / або «холоду »). Її можна оцінювати величиною питомої потужності або відношенням _E us / _E tm, чисельник якого збільшується на величину енергії, використовуваної додатково понад одержуваної потужності.

З наведеного вище опису безпаливних способу перетворення енергії і принципу конструкції двигуна для його реалізації видно, що, поряд з простотою, вони досить ефективні. Однак за рахунок деякого ускладнення конструкції можна додатково підвищити ефективність і розширити сфери застосування атмосферних безпаливних струменевих двигунів (див. Малюнок).

Принципова схема можливих варіантів безпаливних
перетворення низькопотенційної енергії в струменевих двигунах

У аналізованих випадках ежекторний сопловой апарат може складатися з звужується реактивного сопла 1 (або струминного пристрою будь-якого іншого принципу дії, що забезпечує розрахункові параметри імпульсів активної струменя) і ежекторного насадка - пристрої приєднання 2. Для зменшення поздовжніх розмірів струменевого двигуна проточна частина пристрою приєднання і турбін 3 і 4, закріплених на кінцях силового вала 5, знаходиться всередині цього порожнього вала, а зовні вала розташовані ротори компресорів 6,7. Вихід ступенів компресора 30, не закріпленого на валу 5, пов'язаний через зворотний клапан 20 з Пневмоакумулятори 18 робочого тіла. Стиснене повітря в нього подається через клапани 19 або 20. Клапан 21 забезпечує розрахункову періодичність і тривалість закінчення стисненого повітря з реактивного сопла 1. Слідом за повітряною масою імпульсу в пристрої 2 утворюється розрідження. Під дією атмосферного тиску приєднується повітря через клапани 26,27, лопатки 22 турбіни 29, лопатки 23 турбіни 3, направляючий апарат 24 прискорюється слідом за повітряною масою імпульсу. Від геометричних параметрів сопла 1, пристрої 2, їх співвідношення і термодинамічних параметрів реактивної маси імпульсів залежить ступінь одержуваного в пристрої 2 розрідження, і період часу, протягом якого воно зберігається. А від цього залежить кількість приєднується повітря, його швидкість і сумарний напір, який створює момент на валу 5 за рахунок впливу впадає повітряної маси на лопатки 23 турбіни 3 і об'єднаної реактивної маси на лопатки 25 турбіни 4, закріпленої на іншому кінці цього валу. Частина отриманої сумарної потужності використовується для приводу компресорів 6,7, а частина зовнішніми споживачами.

В одному з варіантів (А) відпрацювала об'єднана маса направляється в відцентровий дифузор 8, в якому її залишилася кінетична енергія перетворюється в потенційну перед викидом у зовнішнє середовище по каналу а через клапан 9 для підвищення ефективності процесу приєднання, і / або повторного використання через канал в як приєднуються мас.

Стискаючи відробила масу в компресорі 7 за рахунок частини _E us, можна підвищити ефективність процесу приєднання та стравлювати її в зовнішнє середовище з підвищеним тиском через клапан 9 і / або повторно використовувати, подаючи через клапан 10 по каналах в і с. При цьому, за рахунок розрідження, одержуваного перед входом в компресор 7, збільшується різниця потенціалів тисків при утворенні імпульсів, а в результаті - швидкість активної струменя і кінетична енергія об'єднаної реактивної маси з пониженням температури і збільшенням моменту на валу 5.
Отримувати розрідження для збільшення різниці потенціалів тисків можна без додаткових витрат енергії. Для цього струменя, що минає з лопаток 25 турбіни 4 після створення моменту, через направляючий апарат 11 закручуються по спіралі (Б). В вихровий камері 12, в яку відбувається витікання, за рахунок залишилася кінетичної енергії створюється вихровий ефект, який утворює в центральній частині розрідження, що збільшує різницю потенціалів тисків при розширенні робочого тіла. Одночасно в периферійній частині створеного вихору підвищується тиск об'єднаної маси, яка через направляючий апарат 13 впливає на лопатки 14 турбіни 4, а потім (відразу або після стиснення в компресорі 6) через клапан 16 викидається і / або через клапан 17 направляється для повторного використання. В цьому випадку можна додатково збільшувати різницю потенціалів тисків за рахунок використання частини _E us, з'єднавши центр обсягу 12 через направляючий апарат 15 зі входом компресора 6.

При стисненні низькотемпературної відпрацювала маси зменшуються витрати енергії на роботу стиснення, в порівнянні зі стисненням повітря з атмосферним температурою, тому двигуни з відкритим циклом, поряд з отриманням потужності, можна використовувати в якості ефективних генераторів високопотенційного робочого тіла для більш потужних безпаливних систем, створення низькотемпературних реактивних струменів (в соплах 28) і тяги. Ефективність стиснення можна підвищити і, використовуючи біротатівние компресори 7 і 30 з обертовими в протилежні сторони робочими колесами без нерухомих направляючих апаратів.

Третій спосіб. Процес послідовного приєднання можна використовувати для отримання потужності, високопотенційне теплоти і «холоду» і та поза атмосферних умов, перетворюючи теплову енергію зовнішнього середовища в замкнутому термодинамическом циклі [5].

Уявімо, що атмосферне безпаливний струменевий двигун поміщений в ізольований від зовнішнього середовища обсяг, заповнений газом - повітрям або гелієм. При роботі двигуна, за рахунок охолодження відпрацьованої маси, в ньому знизяться температура і тиск. Параметри процесу приєднання зміняться настільки, що в якийсь момент _E tm стане недостатньо для створення розрахункової потужності компресора, який стискає робоче тіло для освіти активної струменя. У кожному циклі буде зменшуватися ступінь стиснення і _C aj. Процес приєднання поступово «загасне» і двигун, «заморозити», зупиниться.

Цього не станеться, якщо ізольований обсяг використовується в якості низькотемпературного теплопріёмніка для закінчення відпрацювала газової маси і з'єднаний з теплообмінних пристроєм, а вихід цього пристрою з'єднаний з входами пристрою приєднання і компресора, утворюючи замкнутий контур. Під дією неврівноваженою сили тиску газів, що виникає при створенні розрідження за газової масою імпульсів активної струменя, частина відпрацювала газової маси з цього обсягу спрямовується в теплообмінний пристрій. У ньому, отримуючи тепло і знижуючи температуру зовнішнього середовища, вона нагрівається до температури, необхідної для виконання функції приєднуються мас наступних періодів. Інша частина газової маси через теплообмінний пристрій (або минаючи його) направляється в компресор для стиснення і подальшого використання в якості високопотенційного робочого тіла.

В результаті нагрівання відпрацювала газової маси в теплообмінному пристрої процес послідовного приєднання в струменевих двигунах з замкнутим циклом триває як завгодно довго і незалежно від тиску зовнішнього середовища, яка при цьому виконує функції нагрівача - джерела теплоти, перетворюється в роботу.

Відмінність безпаливних двигунів із замкнутим від двигунів з розімкненим циклом полягає в організації теплообміну з зовнішнім середовищем і можливості варіювати тиск і температуру в теплопріёмніке. Причому ефективність цих двигунів в значній мірі залежить від різниці температур між джерелом теплоти зовнішнього середовища і теплопріёмніком перед нагріванням відпрацювала газової маси, використовуваної в наступних періодах. Варіюючи параметри процесу приєднання, а й тиск і температуру в теплопріёмніке і перед повторним використанням відпрацювала маси, можна управляти потужністю двигуна і розширювати діапазон температури використовуваних джерел теплоти зовнішнього середовища до негативних температур. На основі струменевих двигунів з замкнутим циклом можна створювати воздухонезавісімие безпаливні енергетичні системи, здатні працювати за рахунок низкопотенциальной теплоти в екстремальних умовах зовнішнього середовища.

Четвертий спосіб. У двох попередніх безпаливних способах перетворення низькопотенційної енергії зовнішнього середовища робоче тіло для отримання активної струменя стискали в многоступенчатом механічному компресорі.

Розглянемо варіанти використання робочого тіла без механічного стиснення - при його прискоренні в результаті нагрівання за рахунок теплоти різних джерел енергії. Наприклад, низькопотенційну теплом зовнішнього середовища в замкнутому об'ємі Пневмоакумулятори. У цьому випадку необхідний тиск в Пневмоакумулятори може бути отримано за рахунок його заповнення відпрацювала в попередніх періодах низькотемпературної масою, а розрахункова різниця температур перед нагріванням сменяющейся масою зовнішнього теплоносія досягається за рахунок багаторазового використання вживаних маси в процесі приєднання. Нагрівати відробила масу потрібно, щонайменше, в двох Пневмоакумулятори, які повинні по черзі з'єднуватися із струменевим пристроєм після нагріву і від'єднуватися для видалення залишків нагрітого робочого тіла (при зниженні тиску нижче розрахункового рівня) і чергового заповнення відпрацювала масою. Причому в двигунах з відкритим циклом при розширенні видаляються залишків можна виконувати корисну роботу, наприклад, привід пристроїв, що прискорюють нагнітання низькотемпературної маси в інший Пневмоакумулятори, а в двигунах з замкнутим циклом - виконувати роботу і використовувати в наступних періодах процесу приєднання в якості приєднуються мас. Для даного варіанту нагріву необхідні великий обсяг Пневмоакумулятори і площа робочої поверхні теплообмінного пристрою. Тому він може застосовуватися в тих енергетичних установках, в яких обсяг і маса не відіграють істотної ролі і не може - в двигунах більшості транспортних засобів.

Знизити масу б ескомпрессорних двигунів можна, нагріваючи робоче тіло з використанням електроенергії, що генерується в попередніх періодах за рахунок частини одержуваної потужності, так як при нагріванні низькотемпературного робочого тіла в Пневмоакумулятори високопотенційне теплотою не потрібно застосовувати теплообмінний пристрій. При цьому зменшується час нагріву; маса електрогенератора менше, конструкція простіше і технологічнішими, а виробництво та експлуатація в порівнянні з компресором менш затратні; втрати енергії при отриманні розрахункового рівня тиску менше, ніж при механічному стискуванні робочого тіла. Такий варіант ефективніше варіанта нагріву робочого за рахунок низкопотенциальной теплоти і дозволяє отримати питому потужність, навіть більшу ніж при механічному стисканні газів.

В іншому варіанті - при використанні електрореактивних пристрої для утворення активної струменя - низькотемпературну масу в Пневмоакумулятори потрібно нагрівати лише до мінімального рівня тиску або використовувати інший спосіб, що забезпечує надходження робочого тіла в цей пристрій, для подальшого прискорення за рахунок електроенергії, що генерується в попередніх періодах. Для прискорення робочого тіла в імпульсному електрореактивних пристрої можна застосовувати різні методи (термоелектричний, електромагнітний і т. Д.), А при використанні цього пристрою в процесі послідовного приєднання збільшується швидкість активної струменя, підвищується коефіцієнт m і питома потужність безпаливних безкомпресорні струминного двигуна.

Якщо за рахунок потужності, отриманої в результаті перетворень низкопотенциальной енергії зовнішнього середовища генерувати електроенергію для прискорення активної струменя і одночасно для зовнішнього використання, то виходить універсальний джерело електроенергії з необмеженою сферою застосування. Основна перевага методу - простота конструкції, надійність і висока питома потужність двигунів для його реалізації - якості необхідні більшості двигунів транспортних засобів, а особливо авіаційним двигунам. Електрореактивних пристрою для утворення активної струменя в процесі приєднання необхідна лише одна частина від отриманої електроенергії, а решту можна використовувати, наприклад, в електрореактивних рушій цього двигуна для створення реактивної тяги. Причому можна отримувати гіперзвукову швидкість виділення реактивного маси, яка прискорюється за рахунок використання електроенергії, одержуваної і в результаті безпаливних і безкомпресорних перетворень низкопотенциальной енергії зовнішнього середовища. А при закінченні реактивного струменя з імпульсного електрореактивних рушія в атмосфері її можна використовувати в якості активної в Ежекторний пристрої цього рушія для збільшення реактивної тяги без додаткових витрат електроенергії.

На закінчення, необхідно відзначити, що не вся теплота зовнішніх джерел перетворюється в роботу, частина її (відповідно до другого початку термодинаміки) в різному ступені, але у всіх способах розсіюється у зовнішньому середовищі в процесах перетворення енергії. Крім того, важливо підкреслити - реактивна тяга і кінетична енергія об'єднаної маси, одержувані в результаті процесу послідовного приєднання, більше тяги і кінетичної енергії активної струменя. На цьому твердженні, підтвердженому експериментально [2,3] і сучасними методами чисельного моделювання, засновані розглянуті безпаливні способи перетворення низькопотенційної енергії зовнішнього середовища, які відрізняються лише організацією теплообміну з цим середовищем, різними варіантами підготовки робочого тіла для освіти активної струменя і її прискорення. Принцип збільшення кінетичної енергії однаковий у всіх способах: приріст відбувається при відновленні газовими масами низько потенційного робочого тіла рівноважного стану, яку порушували газової масою імпульсів активної струменя в Ежекторний насадки. Величина приросту кінетичної енергії залежить від співвідношень основних параметрів процесу послідовного приєднання, а й співвідношення конструктивних параметрів і пропорцій ежекторного пристрою.

Таким чином, використання процесу послідовного приєднання додаткових мас в енергетичних системах дозволяє без шкоди для екології перетворювати невичерпну, дармову природну енергію в будь-якому місці і незалежно від умов зовнішнього середовища в необхідний вид енергії, доступний для споживання безпосередньо в місцях вироблення.

Безпаливні струменеві двигуни можуть мати широкий діапазон потужностей і сфери застосування. Залежно від використовуваних циклів та призначення вони здатні працювати в будь-яких умовах зовнішнього середовища: в атмосфері, космосі, під водою. Їх виробництво простіше, ефективніше аналогічних традиційних і можливо на більшості машинобудівних підприємств.

література

1. Абрамович Г. Н. Прикладна газова динаміка. М. Наука, 1969.
2. Відкриття 314 СРСР Явище аномально високого приросту тяги в газовому Ежекційна процесі з пульсуючим активної струменем / О. І. Кудрін, А. В. Квасников, В. Н. Челомей // Відкриття і винаходи. 1951.
3. Кудрін О. І. Пульсуюче реактивне сопло з приєднанням додаткової маси. Праці МАІ. 1958. Випуск 97.
4. Пат. 2188960 RU F 02 C 3/32, 5/12 Спосіб перетворення енергії в струменевого установці (варіанти), струменево-адаптивному двигуні і газогенераторе / Б. М. Кондрашов // Бюл. Винаходів. 2002. № 25.
5. Міжнародна заявка PCT / RU2002 / 000338 F 02 C 3/32 Спосіб перетворення енергії в струменевих двигунах / Б.М.Кондрашов // ВОІВ PCT WO2004 / 008180A1

Список прийнятих позначень

· M - коефіцієнт приєднання додаткових мас.
· _C aj - швидкість активної струменя.
· TM - об'єднана реактивна маса.
· _W tm - коефіцієнт швидкості об'єднаної реактивної маси.
· _C tm - швидкість об'єднаної реактивної маси.
· _C pj - швидкість пульсуючою реактивного струменя.
· _E tm - кінетична енергія об'єднаної реактивної маси.
· _E aj - кінетична енергія активної струменя.
· _E exp - витрати і втрати енергії в процесах перетворення.
· _E ace - енергія для стиснення повітря, що утворює активну струмінь
· _E ce - втрати енергії при стисненні повітря в компресорі.
· _E te - втрати енергії при перетворенні _E tm в турбіні.
· _E oe - інші втрати енергії.
· _E us - енергія, яка використовується споживачами.

в т. ч. в схемі безпаливних струминного двигуна:

1 - звужується реактивне сопло; 2 - ежекторний насадок - пристрій приєднання додаткових мас ежекторного соплового апарату; 3 - перша турбіна силового вала; 4 - друга турбіна силового вала; 5 - силовий вал; 6 - відцентровий компресор силового валу; 7 - осьовий компресор силового валу; 8 - відцентровий дифузор; 9 - випускний пневмоклапан; 10 - пневмоклапан; 11 - направляючий апарат; 12 - обсяг вихровий камери - низькотемпературного теплопріёмніка; 13 - направляючий апарат на вході другого ступеня турбіни 4; 14 - лопатки другого ступеня турбіни 4; 15 - направляючий апарат на вході компресора 6; 16 - випускний пневмоклапан; 17 - пневмоклапан; 18 - Пневмоакумулятори робочого тіла; 19 - зворотний клапан для подачі робочого тіла, стиснутого зовнішніми пристроями; 20 - зворотний клапан для подачі робочого тіла, стиснутого в компресорі двигуна; 21 - електромагнітний клапан для періодичної подачі робочого тіла; 22 - турбінні лопатки - направляючий апарат на вході в турбіну 3; 23 - турбінні лопатки турбіни 3; 24 - направляючий апарат на виході турбіни 3; 25 - лопатки першого ступеня турбіни 4; 26, 27 - клапани впускні; 28 - реактивне сопло; 29 - турбіна, що не закріплена на силовому валу; 30 - компресор, кінематично не зв'язаний з силовим валом.

Версія для друку
Автор: Б. М. Кондрашов
Москва, Росія
PS Матеріал захищений.
Дата публікації 05.10.2004гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів