RU2154738C2 - Energy conversion process and device (design versions) - Google Patents
Energy conversion process and device (design versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2154738C2 RU2154738C2 RU97121735/06A RU97121735A RU2154738C2 RU 2154738 C2 RU2154738 C2 RU 2154738C2 RU 97121735/06 A RU97121735/06 A RU 97121735/06A RU 97121735 A RU97121735 A RU 97121735A RU 2154738 C2 RU2154738 C2 RU 2154738C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- jets
- nozzle
- fuel
- engine
- combustion
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels
Abstract
Description
Изобретение относится к энергетике, а более конкретно к тепловым двигателям: поршневым, паровым и газотурбинным силовым установкам с использованием в них углеводородного топлива и концентрированных водных растворов сильных электролитов в качестве водородокислородного топлива. The invention relates to energy, and more particularly to heat engines: reciprocating, steam and gas turbine power plants using hydrocarbon fuels and concentrated aqueous solutions of strong electrolytes as hydrogen-oxygen fuel.
Наиболее близким к изобретению является способ преобразования энергии, включающий проведение электротермической диссоциации электропроводной жидкости с введением жидкого углеводородного топлива в зону нагрева, нагрев, испарение и удаление паров продуктами взрыва (Юткин Л.А. Электрогидравлический эффект и его применение в промышленности. - Л.: Машиностроение, 1986, с. 10 - 23, 32 - 43, 51, 204 - 211). Closest to the invention is a method of energy conversion, including conducting electrothermal dissociation of an electrically conductive liquid with the introduction of liquid hydrocarbon fuel into the heating zone, heating, evaporation and vapor removal by explosion products (Yutkin L.A. Electro-hydraulic effect and its application in industry. - L .: Engineering, 1986, p. 10 - 23, 32 - 43, 51, 204 - 211).
Наиболее близким к устройству для осуществления способа преобразования энергии является устройство, содержащее, по меньшей мере, один цилиндр с поршнем, кривошипно-шатунный механизм, связанный с коленчатым валом, камеру сгорания, системы транспортирования и нагнетания топлива, подачи воздуха и выпуска отработанных газов, систему возбуждения электрических разрядов (RU 92012666 A1, кл. F 02 B 43/08, опубл. 27.06.1995, 19 л.). Closest to the device for implementing the method of energy conversion is a device containing at least one cylinder with a piston, a crank mechanism associated with the crankshaft, a combustion chamber, a fuel transportation and injection system, air supply and exhaust gas system excitation of electrical discharges (RU 92012666 A1, class F 02
Наиболее близким к варианту устройства для осуществления способа преобразования энергии является устройство, содержащее реакторы с крышками, смесительные камеры, коллектор пара, паровую электрогидравлическую турбину, электрогенератор, генератор электрических импульсов, трансформатор, камеру приготовления раствора электролита (RU 2020242 C1, кл. F 01 D 15/02, опубл. 30.09.1994, 15 л.). Closest to a variant of the device for implementing the method of energy conversion is a device containing reactors with covers, mixing chambers, a steam collector, a steam electro-hydraulic turbine, an electric generator, an electric pulse generator, a transformer, an electrolyte solution preparation chamber (RU 2020242 C1, class F 01 D 15/02, publ. 09/30/1994, 15 l.).
Однако указанные устройства имеют сложные конструкции, большие габариты и невысокий КПД, что снижает КПД и способа преобразования энергии. However, these devices have complex designs, large dimensions and low efficiency, which reduces the efficiency and method of energy conversion.
Задачей изобретения является повышение КПД преобразования энергии. The objective of the invention is to increase the efficiency of energy conversion.
Поставленная задача решается за счет того, что при осуществлении способа преобразования энергии в зону нагрева впрыскивают струи электропроводной жидкости, а нагрев и испарение жидкого топлива осуществляют взрывом впрыскиваемых струй путем периодического возбуждения в них электрических разрядов с образованием потока смеси паров и газов. Причем впрыскивание струй воды осуществляют в продукты взрыва с образованием газообразных водорода и кислорода. Может быть осуществлено введение порошка твердого углеводородного топлива впрыскиванием струй электропроводной жидкости, а нагрев, испарение и термическое разложение производят взрывом впрыскиваемых струй путем периодического возбуждения в них электрических разрядов с образованием смеси продуктов распада порошка и жидкости. The problem is solved due to the fact that when carrying out the method of converting energy into the heating zone, jets of electrically conductive liquid are injected, and heating and evaporation of liquid fuel is carried out by the explosion of injected jets by periodically exciting electric discharges in them with the formation of a stream of a mixture of vapors and gases. Moreover, the injection of water jets is carried out in the explosion products with the formation of gaseous hydrogen and oxygen. Powder of solid hydrocarbon fuel can be introduced by injection of jets of an electrically conductive liquid, and heating, evaporation, and thermal decomposition are carried out by explosion of the injected jets by periodically exciting electric discharges in them to form a mixture of powder and liquid decay products.
Для решения поставленной задачи устройство для преобразования энергии, содержащее реакторы с крышками, смесительные камеры, коллектор пара, паровую турбину, электрогенератор, машинный генератор электрических импульсов, трансформатор, поверхностный конденсатор с блоком очистки конденсатора, камеру приготовления раствора электролита и перегретой воды, снабжено горелками, размещенными в крышках реакторов, форсунками для впрыска конденсата, дополнительными реакторами и смесительными камерами, при этом каждая горелка снабжена форсунками с патрубками и цилиндрическими шнеками в них, центральными электродами, выполненными в виде цилиндрических камер, сообщающихся с соплом и имеющих на внешних поверхностях электроизоляцию. Кроме того, как вариант, устройство для преобразования энергии, содержащее, по меньшей мере, один цилиндр с поршнем, кривошипно-шатунный механизм, связанный с коленчатым валом, камеру сгорания, системы транспортирования и нагнетания раствора и топлива, подачи воздуха и выпуска отработанных газов, систему возбуждения электрических разрядов, может быть снабжено комбинированной форсункой с патрубком, в котором смонтирован шнек, центральным электродом и топливной форсункой, а также форсункой для впрыскивания воды в камеру сгорания. To solve this problem, a device for energy conversion, containing reactors with covers, mixing chambers, a steam collector, a steam turbine, an electric generator, a machine generator of electric pulses, a transformer, a surface condenser with a condenser cleaning unit, a chamber for preparing an electrolyte solution and superheated water, is equipped with burners, placed in the reactor caps, nozzles for condensate injection, additional reactors and mixing chambers, with each burner equipped with a nozzle and spigots and cylindrical screws therein, the central electrodes are designed as cylindrical chambers communicating with the nozzle and having electrical insulation on the external surfaces. In addition, as an option, a device for energy conversion, containing at least one cylinder with a piston, a crank mechanism associated with the crankshaft, a combustion chamber, a system for transporting and pumping solution and fuel, air and exhaust gases, the system for exciting electric discharges can be equipped with a combined nozzle with a nozzle in which the screw is mounted, a central electrode and a fuel nozzle, as well as a nozzle for injecting water into the combustion chamber.
Причем каждый цилиндр может быть снабжен дополнительными камерами сгорания и системой подачи топлива, а кривошип коленчатого вала выполнен в виде элементов, стянутых пружиной и анкерным болтом с возможностью скольжения друг относительно друга, а шатунная шейка коленчатого вала соединена с раздвижной частью кривошипа. Moreover, each cylinder can be equipped with additional combustion chambers and a fuel supply system, and the crankshaft crank is made in the form of elements pulled together by a spring and an anchor bolt with the possibility of sliding relative to each other, and the crank pin of the crankshaft is connected to the sliding part of the crank.
Изобретение поясняется чертежами. The invention is illustrated by drawings.
Перечень фигур чертежей. The list of figures drawings.
На фиг. 1 показана принципиальная схема поршневого двигателя с обычным и детонационным сгоранием углеводородного топлива, а также с осуществлением в нем термохимической реакции раствора электролита. Кроме того здесь же приведена схема кривошипно-шатунного механизма с изменяющимся (переменным) радиусом кривошипа. In FIG. 1 shows a schematic diagram of a piston engine with conventional and detonation combustion of hydrocarbon fuel, as well as with the implementation of the thermochemical reaction of an electrolyte solution in it. In addition, here is a diagram of the crank mechanism with a varying (variable) radius of the crank.
На фиг. 2 - 3 показаны продольное сечение по кривошипу коленчатого вала и вид по стрелке "А". In FIG. 2 - 3 show a longitudinal section along the crank of the crankshaft and a view along arrow "A".
На фиг. 4 в продольном разрезе показана форсунка для электротермического разложения раствора электролита, а на фиг. 5 - план-схема многоцилиндрового парового двигателя. In FIG. 4 shows a nozzle for electrothermally decomposing an electrolyte solution in longitudinal section, and FIG. 5 is a plan diagram of a multi-cylinder steam engine.
На фиг. 6 изображена форсунка в продольном разрезе, точнее комбинированная форсунка для мгновенного испарения жидкого топлива или чистой воды. In FIG. 6 shows a nozzle in longitudinal section, more precisely, a combined nozzle for instant evaporation of liquid fuel or clean water.
На фиг. 7, 8, 9 приведены узлы (детали) касания струй с твердой поверхностью и поперечное сечение по струям с показом их в плане (фиг. 9). In FIG. 7, 8, 9 show the nodes (details) of the contact of the jets with a solid surface and a cross section along the jets showing them in plan (Fig. 9).
На фиг. 10 приведена принципиальная схема паровой турбины, работающей, в первом варианте, на водородокислородном топливе - растворе электролита, а во втором - на пылевидном твердом топливе с переходом от паровой турбины к газотурбинной установке. In FIG. 10 is a schematic diagram of a steam turbine operating, in the first embodiment, on hydrogen-oxygen fuel - an electrolyte solution, and in the second - on pulverized solid fuel with a transition from a steam turbine to a gas turbine installation.
На фиг. 11 изображен в продольном разрезе блок, включающий горелки для электротермического разложения раствора электролита, реактор-камеру сгорания и смесительную камеру с показом коллектора турбины. На фиг. 12 - 13 в поперечном сечении показаны крышка и реактор с каналами и ребрами охлаждения. На фиг. 14 показано продольное сечение по стенке реактора с показом струй охлаждающей жидкости. In FIG. 11 is a longitudinal sectional view of a block including burners for electrothermal decomposition of an electrolyte solution, a combustion reactor chamber and a mixing chamber showing a turbine manifold. In FIG. 12 to 13 show in cross section a lid and a reactor with channels and cooling fins. In FIG. 14 shows a longitudinal section along the wall of the reactor showing the jets of coolant.
На фиг. 15 изображено поперечное сечение по поршневому двигателю с несколькими камерами сгорания на один цилиндр, а на фиг. 16 приведена план-схема многоцилиндрового двигателя и система подачи топлива. In FIG. 15 shows a cross section through a piston engine with several combustion chambers per cylinder, and FIG. 16 shows a plan diagram of a multi-cylinder engine and a fuel supply system.
На фиг. 17 приведена принципиальная схема размещения цилиндров поршневого двигателя в горизонтальной плоскости с возможностью осуществления его работы с коленчатым валом, имеющим переменный радиус кривошипа. In FIG. 17 is a schematic diagram of the placement of the piston engine cylinders in a horizontal plane with the possibility of working with a crankshaft having a variable crank radius.
На фиг. 18 в поперечном сечении показана камера сгорания с рубашкой охлаждения и часть цилиндра поршневого двигателя, работающего с применением раствора электролита. In FIG. 18 is a cross-sectional view showing a combustion chamber with a cooling jacket and a portion of a piston engine cylinder using an electrolyte solution.
На фиг. 19 - 20 изображена горелка в поперечном разрезе, а на фиг. 20 - план ее или сечение по 4-4. In FIG. 19 to 20 show a burner in cross section, and in FIG. 20 - a plan for it or a section of 4-4.
На фиг. 21 приведена принципиальная схема поршневого двигателя с соединительным каналом, ось которого криволинейна. In FIG. 21 is a schematic diagram of a piston engine with a connecting channel, the axis of which is curved.
Преобразование энергии может быть осуществлено в силовой установке с поршневым двигателем. Energy conversion can be carried out in a power plant with a piston engine.
Первый вариант. First option.
Поршневой двигатель состоит из удлиненного цилиндра 1, поршня 2, шатуна 3, кривошипа 4, вала 5, камеры сгорания раздельного типа 6 с каналом 7, форсунки-реактора 8 и пусковой форсунки 9. В крышке цилиндра размещен выпускной клапан 10 с пружиной 11 и выпускным клапаном 12. The piston engine consists of an
В форсунку-реактор 8 подается концентрированный водный раствор сильного электролита с помощью насоса 13 через регулирующий вентиль 14 и тяжелое топливо, например нефть. В свою очередь она подключена еще к генератору электрических импульсов, содержащему источник постоянного тока 15, конденсатор 16, разрядник 17 (ключ). Пусковая форсунка подключена к насосу 19 и регулирующему вентилю 18. Коленчатый вал 5 с составным кривошипом 4 состоит из шатунной шейки 20, пустотелой щеки 21, анкерного болта 22, внутренней щеки 23. В щеке 23 закреплен ползун 24 и пружина 25, а затяжка болта осуществляется с помощью гайки 26. С другой стороны болт имеет сферическую головку 27 и укрепляется в сферическом седле подвижной щеки 21, которая в свою очередь имеет прямоугольную полость 28 для возможности передвижения щеки перпендикулярно валу 5. A concentrated aqueous solution of a strong electrolyte is supplied to the nozzle-
При выдвижении щеки 21 под давлением шатуна 3 и сжатия пружины 25 ее положение см. поз. 29. When extending the
Форсунки-реакторы на фиг. 4, 6 состоят:
по фиг. 4 - из корпуса 30 и "гайки" 31, соединяемых друг с другом на резьбе. Внутри корпуса имеется камера 32, выполненная из диэлектрического материала, например, оксида алюминия, меди и пр. с полостью 33, с одной стороны снабженной соплами 34, а с другой - впускным патрубком 35 с размещенным в нем устройством - шнеком 36 для отражения ударной волны. По центру форсунки установлен электрод 37, а в гайке 31 выполнена взрывная камера 38 с соплом 39. Струи 40 электролита вытекают под давлением от насоса. Форсунка охлаждается в крышке цилиндра водой охлаждения двигателя. Многоцилиндровый двигатель, показанный на фиг. 5 с поз. 41 - 43, относится ко второму типу двигателя.The nozzle reactors of FIG. 4, 6 consist of:
in FIG. 4 - from the
Для уравновешивания коленчатого вала внутренние щеки 23 снабжены противовесами 44, а для уравновешивания всего блока двигателя цилиндры размещаются горизонтально (см. фиг. 17) и противоположно друг другу. To balance the crankshaft, the
Поз. 45 - насос (фиг. 18), рубашка охлаждения двигателя 46, передняя часть струй - диск 47, нажимной рычаг-коромысло 48, продувочное окно 49, компрессор 50 двигателя по фиг. 1. Форсунка (фиг. 6) состоит из двух элементов: обычной закрытой форсунки 51 с запорной иглой внутри для отсечки порции топлива и работающей от топливного насоса, не показанного на чертеже. Она укрепляется внутри корпуса 30 и камеры 32, образующих вторую форсунку для впрыскивания и электротермического разложения струй 40 электролита, подобно форсунке, показанной на фиг. 4. С одной стороны эта комбинированная форсунка имеет патрубок 35 с установленным в нем шнеком 36, а с другой в ней размещен электрод 52. Струи топлива обозначены поз. 53, кронштейны для крепления форсунки к крышке двигателя - 54, внутренняя кольцевая полость в камере - 55 с цилиндрическими соплами 56 для истечения струй электролита. Pos. 45 - pump (Fig. 18), cooling jacket for engine 46, front part of jets -
Работает двигатель следующим образом: как стационарный или судовой, двигатель содержит по одной камере сгорания на каждый цилиндр, и, как обычно, пуск двигателя производится путем предварительного проворачивания коленчатого вала 5 и сжатия воздуха в цилиндре 1 с поступлением его в камеру сгорания 6. Одновременно с заданным опережением через внутреннюю форсунку 51 и через сопла 56 по тракту: резервуар с электролитом (не показанным на чертеже), патрубок 35, обтекая шнек 36 с поступлением в кольцевую камеру (полость) 55, впрыскиваются струи электролита 40, которые при своем движении касаются противоположной стенки взрывной камеры 38 форсунки-реактора 31 - 30 и растекаются в диски 47, создавая плотный электрический контакт, и струи 53 жидкого топлива. За это время от источника постоянного тока 15 (например, генератор, аккумулятор с предварительным преобразованием низкого в высокое напряжение более 10 кВ) заряжается конденсатор 16 и с помощью разрядника (ключа) 17 на электрод 52 и корпус двигателей подается разрядный ток большой мощности. В результате разрядки конденсатора ток проходит через струи 40, которые нагреваются за счет джоулева тепла, испаряются с образованием перегретого пара и взрыва, или в зависимости от мощности электрического разряда может происходить процесс диссоциации газообразной воды раствора электролита струй 40 с резким возрастанием энтальпии, а затем и ионизация с дальнейшим повышением энтальпии за счет ионизации и образование плазмы. The engine operates as follows: as a stationary or marine, the engine contains one combustion chamber for each cylinder, and, as usual, the engine is started by first cranking the
В данном случае существуют два направления в образовании плазмы, в зависимости от энергии и времени протекания разрядного тока через струи 40. In this case, there are two directions in the formation of plasma, depending on the energy and time of the discharge current through the
Для описываемого двигателя температура газообразной воды раствора электролита струй 40 достаточна в интервале 1000 - 2000oC, в результате чего струи топлива 53 мгновенно испаряются. Точнее, при впрыске нефти она сначала за счет теплоты взрыва струй 40 распадается на бензин и керосин с последующим их испарением и перегревом, что обеспечивает полное и качественное смешение с воздухом перегретых паров топлива, поступивших из форсунки через сопло 39 в камеру сгорания 6 двигателя, и сгорание рабочей смеси при "постоянном объеме", т.е. практически на небольшом угле поворота коленчатого вала от верхней мертвой точки к нижней.For the described engine, the temperature of the gaseous water of the electrolyte solution of the
Продукты сгорания расширяются в цилиндре 1 и толкают поршень 2 вниз с совершением рабочего процесса. Если рассматривать описываемый двигатель как обычный, открытие клапана 10 и выпуск газов осуществляется в то время, когда поршень еще не дошел до НМТ. После чего поршень открывает продувочные окна 49, и сжатый воздух от компрессора 50 поступает в цилиндр и вытесняет отработанные продукты сгорания через выпускной патрубок 12 в атмосферу. Обратный ход поршня обеспечивает повторение цикла сжатия и рабочего процесса, т.е. описываемый двигатель является двухтактным. The combustion products expand in the
Таким образом, описываемая силовая установка на этом этапе рассмотрена, превышает по КПД двигатель дизель с той же степенью сжатия (14 - 18) на 10 - 12% и отличается от него процессом горения. Thus, the described power plant at this stage is considered to exceed the efficiency of a diesel engine with the same compression ratio (14 - 18) by 10 - 12% and differs from it by the combustion process.
Кроме того, существенно влияет на повышение термического КПД ввод в камеру сгорания вместе с парами топлива и газообразной воды, причем она может поступать в камеру сгорания в виде сильно перегретого пара с температурой от 200 - 300 до 1000 - 2000oC и более или в виде продуктов электротермической диссоциации водного раствора электролита, которыми могут быть, например, азотная кислота с концентрацией от 5% и более, соляная кислота и различные соли и основания.In addition, it significantly affects the increase in thermal efficiency by introducing into the combustion chamber together with fuel vapor and gaseous water, moreover, it can enter the combustion chamber in the form of highly superheated steam with a temperature from 200 - 300 to 1000 - 2000 o C or more or in the form products of electrothermal dissociation of an aqueous electrolyte solution, which may be, for example, nitric acid with a concentration of 5% or more, hydrochloric acid and various salts and bases.
В результате кроме своей химической энергии, выделяющейся при синтезе водорода с кислородом при расширении этих газов в камере сгорания, за счет выстрела их из взрывной камеры 38 форсунки и понижения температуры ниже 2500oC, эти продукты термической диссоциации несут в себе еще и запас внутренней энергии, определяемой энтальпией водорода и кислорода, полученной в процессе электрического нагрева и термического разложения раствора электролита.As a result, in addition to its chemical energy released during the synthesis of hydrogen with oxygen during the expansion of these gases in the combustion chamber, by firing them from the
Использование двух источников энергии: органического топлива и электролитов - на начальном этапе позволяет экономить органическое топливо и существенно снизить токсичность продуктов сгорания. Однако у этого двигателя с форсункой по фиг. 6 имеются существенные резервы как в повышении термического, индикаторного, так и полного эффективного электрического КПД более 80% с полным переходом для работы на водных растворах электролитов в двигателе по второму варианту, рассматриваемому ниже. The use of two energy sources: fossil fuels and electrolytes - at the initial stage allows you to save fossil fuels and significantly reduce the toxicity of combustion products. However, with this nozzle engine of FIG. 6 there are significant reserves both in increasing the thermal, indicator, and full effective electrical efficiency of more than 80% with a complete transition for working on aqueous solutions of electrolytes in the engine according to the second option, discussed below.
Кроме того в описываемом двигателе используется энергия сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс поршня и кривошипа и продолжительное расширение газов путем устройства коленчатого вала с переменным радиусом кривошипа. In addition, the described engine uses the energy of inertia of the reciprocating moving masses of the piston and crank and the continuous expansion of gases by means of a crankshaft with a variable radius of the crank.
При этом за счет сил давления на поршень (при сгорании рабочей смеси в камере сгорания 6) последний приходит в движение и на угле поворота 0 - 90o, так как кривошип 4 под давлением шатуна 3 сжимается и вращает маховик двигателя (не показанный на чертеже). При дальнейшем повороте кривошипа от 90 до 180o силы инерции движения шатунно-поршневой группы складываются с давлением газов на поршень, в результате через шатунную шейку 20 подвижная щека 21 через анкерный болт 22 сжимает пружину 25, а щека 21 в нижней мертвой точке занимает положение поз. 29 с увеличением радиуса кривошипа. Продолжая вращаться, коленчатый вал на угле поворота 180 - 270o снова изменяет радиус кривошипа, но в обратную сторону за счет сил упругости пружины 25 и на угле поворота 270 - 360o снова занимает первоначальное положение с наименьшим радиусом кривошипа. Таким образом, пружина 25 при каждом обороте вала сначала сжимается и накапливает энергию от сил инерции поршня и массы шатуна, а при движении поршня в верхнюю мертвую точку (ВМТ) отдает накопленную энергию шатуну, который и приводит поршень в движение с ускорением, сжимая воздух в двухтактных двигателях, или выталкивает отработанные газы в четырехтактных. В результате на угле поворота 90 - 180o происходит не торможение движения поршня, а использование его силы инерции для сжатия пружины 25 при выдвижении под действием этой силы щеки 21, которая через анкерный болт 22 и сжимает пружину. Дальнейший поворот коленвала от 180o осуществляется энергией вращения маховика, а ускорение поршня и части массы шатуна - с помощью сил упругости пружины 25, которая распрямляется и на угле в 270o принимает прежнее положение, как показано на фиг. 2. Дальнейший поворот вала и движение поршня происходят за счет энергии маховика. В результате увеличивается индикаторный КПД, так как повышается среднее давление на поршень (на угле поворота 90 - 180o складываются сила давления газов и давление от сил инерции шатунно-поршневой группы). Работа автомобильного двигателя с частым переключением передач при езде в городе связана с переходными неоптимальными режимами его эксплуатации и соответствующим падением КПД.In this case, due to the pressure forces on the piston (during the combustion of the working mixture in the combustion chamber 6), the latter also moves at a rotation angle of 0 - 90 o , since the
В целях устранения этого недостатка на фиг. 15 - 16 показана крышка цилиндра с несколькими камерами сгорания 100, форсунками 101, выполненными по фиг. 6. Причем охлаждение камер сгорания также раздельное. Поршень 102, цилиндр 103, рубашка охлаждения 104. Подача топлива к форсункам осуществляется от насоса 105 через регулирующие вентили 106 - 109. Вода для охлаждения каждой камеры сгорания подается по патрубку 110 и осуществляется по той же схеме, что и подача топлива в форсунки 101 (фиг. 16). In order to eliminate this drawback in FIG. 15-16 show a cylinder cover with
В описываемом двигателе каждый цилиндр снабжен несколькими камерами сгорания 100, например, две, четыре, шесть или более в зависимости от мощности двигателя. Причем подача топлива в каждую камеру сгорания также регулируется с помощью запорных устройств 106 - 109. На малых нагрузках двигатель работает на одной камере сгорания, а с увеличением скорости движения автомобиля педалью "газа" вводятся в работу остальные камеры сгорания путем открытия запорно-регулирующих устройств 107 - 109. В результате на каждом режиме работы двигателя достигается один и тот же коэффициент избытка воздуха, высокая температура сгорания и высокое среднее давление газов в цилиндрах, что обеспечивает высокий КПД двигателя, достигаемый только при работе на номинальном режиме. In the described engine, each cylinder is equipped with
Адиабатическое сжатие и расширение избыточного количества воздуха при малых нагрузках двигателя практически мало отражаются на эффективности ДВС, так как малы потери тепла в этом процессе. Кроме того существенно снижаются потери тепла на охлаждение, так как процесс охлаждения камер сгорания также осуществляется поэтапно, по мере включения в работу камер сгорания. Топливная аппаратура, в частности насос 105, при работе с форсунками по фиг. 6, упрощается в изготовлении, так как не требуется высокого давления, достигающего в обычных системах 150 - 200 МПа. Здесь в форсунке происходят испарение и выстрел паров топлива за счет электрического взрыва струй 40 электролита, а впрыскивание струй топлива 53 осуществляется с небольшим давлением, не превышающим 15 - 20 МПа. Adiabatic compression and expansion of excess air at low engine loads have little effect on the efficiency of the internal combustion engine, since heat losses in this process are small. In addition, heat losses for cooling are significantly reduced, since the cooling of the combustion chambers is also carried out in stages, as the combustion chambers are included in the operation. Fuel equipment, in
Пусковая форсунка 9, выполненная по фиг. 4, предназначена для пуска двигателя, например, вместо существующих систем. В отличие от форсунки по фиг. 6 в ней используется только электрический взрыв струй 40 электролита с образованием перегретого пара высокого давления, который и толкает поршень 2 в цилиндре 1. The starting nozzle 9 made in FIG. 4, is intended to start the engine, for example, instead of existing systems. Unlike the nozzle of FIG. 6 it uses only an electric explosion of
Однако при достаточно мощных аккумуляторах она может служить еще и в качестве устройства для кратковременного повышения мощности двигателя или его форсирования. Обслуживает эту форсунку второй генератор электрических импульсов с более мощным накопительным конденсатором, точнее с батарей конденсаторов (не показаны на чертеже). However, with sufficiently powerful batteries, it can also serve as a device for a short-term increase in engine power or forcing it. The second electric pulse generator with a more powerful storage capacitor serves this nozzle, more precisely from capacitor banks (not shown in the drawing).
В другом варианте поршневого двигателя основным топливом являются концентрированные водные растворы сильных электролитов: кислот, оснований и солей. In another embodiment of a piston engine, the main fuel is concentrated aqueous solutions of strong electrolytes: acids, bases and salts.
Сущность способа преобразования энергии, т.е. получения в этом процессе полезной механической работы состоит в проведении диссоциации - ассоциации (превращение из атомного в молекулярное состояние) в самой машине-двигателе: поршневой или турбинной. Тогда теплота, затраченная на диссоциацию, в данном случае водного раствора электролита, не теряется, а используется при расширении атомарных водорода и кислорода, полученных при электрическом разряде струй 40 в форсунке по фиг. 4, 6. Следует учитывать, что в процессе диссоциации водного раствора электролита происходит разложение на компоненты с увеличением объема, то есть объем газообразных водорода и кислорода, а также продуктов разложения электролита превышает объем газообразной воды - пара, на ≈ 7%, что еще более повышает КПД двигателя. The essence of the method of energy conversion, i.e. Obtaining useful mechanical work in this process consists in conducting dissociation - association (conversion from an atomic to a molecular state) in the engine machine itself: piston or turbine. Then, the heat expended in dissociation, in this case, an aqueous electrolyte solution, is not lost, but is used in the expansion of atomic hydrogen and oxygen obtained by electric discharge of
Электрические разряды через струи 40 в форсунках по фиг. 4, 6 и термическая диссоциация раствора электролита выполняются внутри описываемого двигателя, без потерь энергии в окружающую среду. В этом и состоит особенность способа электротермического разложения в струях 40. При разряде на струи 40 действуют силы давления (пинч-эффект), за счет чего происходит задерживание взрыва струи и резкое нарастание температуры. Выполняя корпус форсунки 30 - 31 из меди с интенсивным охлаждением ее в крышке цилиндров двигателя, можно достигать температуры плазмы при электрическом взрыве струй 40 и обеспечить термический КПД двигателя, недостижимый для других современных ДВС, так как образование "рабочего тела" с высокой температурой и давлением осуществляется по взрывной камере 38 форсунки двигателя. Electrical discharges through
Реализация энергии плазмы с достаточно высокой температурой может осуществляться двумя методами. Realization of plasma energy with a sufficiently high temperature can be carried out by two methods.
В качестве форсунки 8 может служить устройство по фиг. 4. Образовавшаяся плазма во взрывной камере 38 при электрическом разряде через струи 40 выбрасывается в камеру сгорания 6 с высоким давлением и температурой, не превышающей T1 = t1 10000 - 15000 K, и расширяется, толкая поршень 2. При понижении температуры ниже 2500oC начнется процесс ассоциации, т.е. соединение продуктов термического разложения водорода и кислорода и продуктов распада электролита, иными словами - сгорание и взрыв с резким повышением давления и температуры, т. е. реализуется в обоих процессах (вход в камеру сгорания плазмы с высоким давлением и взрыв продуктов диссоциации) цикл со сгоранием при постоянном объеме, обладающий наибольшей экономичностью. При этом температура в камере сгорания 6 при поступлении плазмы и при взрыве водорода с кислородом целиком зависит от температуры и объема остаточного количества пара в цилиндре 1 и от интенсивности охлаждения стенок камеры сгорания.As the
Чем больше объем остаточного пара, сжимаемого поршнем 2 при движении его в верхнюю мертвую точку, тем меньше температура "газов" в камере сгорания и тем более благоприятные создаются условия для работы двигателя. Процесс расширения продуктов термической диссоциации водного раствора электролита далее происходит как в обычном двигателе, в частности паровом, но с реализацией продолжительного расширения пара 2 за счет применения нового коленчатого вала с раздвижными щеками 21 по фиг. 2 - 3. The greater the volume of residual vapor compressed by the
Однако пар при выхлопе его через клапан 10 и канал 12 все еще имеет достаточно высокую температуру и энергию, которая и используется в этом двигателе, путем многократного расширения его в цилиндре 42 с окончательным выпуском в атмосферу через трубу 43. В этом двигателе многократного расширения, в отличие от существующих паровых машин, первые цилиндры 41 с камерами сгорания 6 выполняются с принудительным охлаждением стенок водой, ввиду высокой температуры газообразной воды - газообразного пара. Т.е. эти цилиндры изготавливаются также с рубашкой охлаждения 46 и по существу не отличаются от традиционных ДВС. В результате двигатель является "гибридом", соединяющим особенности работы двигателя внутреннего сгорания и работы паровой машины. However, the steam when it is exhausted through valve 10 and channel 12 still has a sufficiently high temperature and energy, which is used in this engine by repeatedly expanding it in
В качестве форсунки 8 может служить устройство по фиг. 6. Двигатель включает также форсунку 9 и выполняется по фиг. 18. As the
Принцип его работы отличается от вышеописанного тем, что рабочий процесс осуществляется по "циклу со сгоранием при постоянном давлении". В отличие от первого варианта двигателя, описанного в самом начале заявки и работающего на обычных жидких видах топлив: нефти, мазуте и пр., здесь через форсунку 51 впрыскивается не топливо, а обычная техническая вода, а через сопла 56 - концентрированный водный раствор сильных электролитов - тот же, что и через сопла 34 форсунки по фиг. 4. Другим отличием является конструктивное выполнение первых цилиндров 41, которые устраиваются без рубашки охлаждения, в то время как камера сгорания 6 водоохлаждаемая. The principle of its operation differs from the above in that the working process is carried out according to the "cycle with combustion at constant pressure". Unlike the first version of the engine, which was described at the very beginning of the application and operating on conventional liquid fuels: oil, fuel oil, etc., here, not fuel, but ordinary industrial water is injected through the
В этой схеме двигателя можно реализовывать более высокие температуры рабочего процесса, вплоть до 30 • 103 - 50 • 103 K и выше, за счет одновременного со струями 40 электролита впрыска во взрывную камеру 38 струй воды 53, которые при испарении за счет взрыва струй 40 резко снижают температуру в камере 38. Снижение температуры происходит и за счет термической диссоциации паров воды с существенным возрастанием энтальпии газообразных водорода и кислорода. В результате с повышением температуры электрического взрыва струй электролита (40) обеспечивается возможность, без значительного повышения температуры в камере 38, увеличить "выход" продуктов диссоциации воды, впрыскиваемой через форсунку 51 с поддержанием температуры в этой камере не выше 2600 - 2800oC. Одновременно многократно возрастает количество продуктов термической диссоциации за счет еще и разложения первоисточника-электролита в струях 40. Образовавшиеся газы выбрасываются в камеру сгорания 6, толкают поршень 2 понижением температуры ниже 2500oC и взрывом продуктов диссоциации.In this engine scheme, it is possible to realize higher temperatures of the working process, up to 30 • 10 3 - 50 • 10 3 K and higher, due to the simultaneous injection of 38 jets of
Температура продуктов сгорания (вместе с остаточным от предыдущего рабочего процесса объемом пара) в камере сгорания резко возрастает, а для получения "низкой" температуры в цилиндре 1 в камеру сгорания 6 через форсунку 9 впрыскивается дополнительное количество воды с поддержанием в цилиндре температуры на уровне 300 - 350oC и получением перегретого пара с высоким давлением.The temperature of the combustion products (together with the volume of steam remaining from the previous working process) in the combustion chamber rises sharply, and to obtain a “low” temperature in the
Первые цилиндры 41 двигателя становятся парогенераторами высокого давления и температуры. Пар многократно расширяется в остальных цилиндрах 42 при ходе поршня 2 вверх и выталкивании через клапан 10 в канал 12. The
Последовательное преобразование энергии от незначительного объема плазмы, но с высокой температурой, образовавшейся при электрическом взрыве струй 40 в форсунке, к значительно большему объему и давлению продуктов термической диссоциации воды, впрыскиваемой форсункой 51 во взрывную камеру 38, при температуре, не превышающей 2600 - 2800oC, с завершением процесса преобразования энергии путем еще большего увеличения объема и давления пара, образовавшегося при впрыске воды форсункой 9 в камеру сгорания, и понижением температуры до нормально допустимой - 300 - 350oC или более.Sequential conversion of energy from an insignificant volume of plasma, but with a high temperature generated during the electric explosion of
Для уменьшения потерь тепла в этом многоступенчатом процессе преобразования энергии вода в форсунку 8 (через устройство 51) и в форсунку 9 подается из рубашки охлаждения с помощью насосов 19 и 45. Таким образом в этом двигателе достигается наиболее высокий термический КПД цикла, так как температура верхнего источника плазмы в форсунке-реакторе по фиг. 6 при электрическом взрыве струй электролита 40 может превышать 30 - 50 • 103 K.To reduce heat loss in this multi-stage energy conversion process, water is supplied to the nozzle 8 (through the device 51) and to the nozzle 9 from the cooling jacket using the
Таким образом, двигатель, показанный на фиг. 1, 5, 18 (без использования узлов 49, 50, 57), при работе с форсункой по фиг. 6 обеспечивает высокий эффективный КПД и получение полезной механической работы. Thus, the engine shown in FIG. 1, 5, 18 (without using nodes 49, 50, 57), when working with the nozzle of FIG. 6 provides high effective efficiency and obtaining useful mechanical work.
Двигатель работает по 2-тактному циклу. При рабочем ходе поршня 2 в НМТ клапан 10 начинает открываться до достижения поршнем НМТ с выпуском пара с давлением и температурой в следующие цилиндры 42 двигателя для совершения многократного расширения. При обратном ходе поршень 2 выталкивает пар в канал 12, а не достигая еще верхней мертвой точки, клапан 10 закрывается (под действием пружины 11) путем поворота коромысла 48. Оставшийся в цилиндре 1 пар с давлением и температурой продолжает сжиматься движущимся поршнем, повышая температуру и давление в камере сгорания 6. После чего включается форсунка 8 и рабочие циклы повторяются. The engine runs on a 2-cycle cycle. During the stroke of the
Процесс сжатия пара также положительно влияет на повышение термического КПД, так как повышается температура сгорания продуктов термической диссоциации - водорода и кислорода, поступивших в камеру сгорания 6 из форсунки 8. Следует учитывать, что этот двигатель горизонтального исполнения и с противоположным расположением цилиндров 1 (как показано на фиг. 17) для возможности использования в рабочих процессах сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс (поршня и части шатуна). При использовании двигателя на автотранспорте крышка цилиндров выполняется с несколькими камерами сгорания на каждый цилиндр (по фиг. 15 - 16) для существенного повышения термического и эффективного КПД двигателя автомобиля в городских условиях эксплуатации. The process of steam compression also positively affects the increase in thermal efficiency, since the temperature of combustion of the products of thermal dissociation, hydrogen and oxygen, entering the
Преобразование энергии может быть осуществлено и в детонационном двигателе. В отличие от первого двигателя, этот имеет протяженный канал 7, соединяющий камеру сгорания 6 с цилиндром 1. Назначение его состоит в обеспечении резкого снижения энергии ударной волны, возникающей при детонационном взрыве топлива в камере сгорания 6 за счет сжатия продуктами сгорания перед поршнем 2 сжатого воздуха в канале 7, являющимся в этом случае газовой пружиной (демпфером), снижающей удар газов на поршень. Вторым результатом наличия этого канала является возникающий в нем процесс дросселирования сжатого воздуха и продуктов сгорания при перетекании их в цилиндр, что и обеспечивает безударный процесс работы поршня. Energy conversion can be carried out in a detonation engine. Unlike the first engine, this one has an extended
Другим отличием от первого варианта двигателя является обеспечение процесса горения, характеризующегося резким нарастанием давления газов в камере сгорания 6 (предкамера), высокой скоростью сгорания - больше 2000 м/с и существенно более высокой температурой горения, достигающей 2700 - 2800oC, что значительно повышает термический КПД двигателя. Воспламенение рабочей смеси в камере сгорания 6 осуществляется нагревом ее при сжатии ударной волной, генерируемой устройством 57. В качестве этого устройства служит форсунка по фиг. 4, принцип действия которой рассмотрен выше. При детонационном сгорании, например, бензина, впрыскиваемого форсункой 8 (фиг. 1) в камеру сгорания 6 (в виде перегретого пара), смешения паров со сжатым воздухом, воспламенение производится включением форсунки 57, в которой при взрыве струй 40 электролита и выбросе продуктов взрыва раствора через сопло 39 образуется ударная волна, которая сжимает рабочую смесь с повышением в зоне сжатия температуры около 1700 K, что и создает детонационное сгорание смеси с мгновенным ростом давления и температуры. Сама природа детонационного горения рабочей смеси обуславливает повышение тепловыделения на 10 - 15% и, следовательно, получение значительно более высокого термического КПД двигателя по сравнению с традиционными поршневыми двигателями внутреннего сгорания, в которых скорость горения не превышает 20 - 30 м/с. В качестве форсунки 8 служит форсунка по фиг. 6, подача топлива в которой осуществляется через внутреннюю форсунку 51. Детонационный двигатель с горизонтальным расположением цилиндров, новой топливной системой, коленчатым валом по фиг. 2 - 3 и камерами сгорания по фиг. 15 - 16 при работе на автотранспорте обеспечивает снижение расхода топлива по сравнению с существующими. Кроме того он является и наиболее мощным, при небольших геометрических размерах, двигателем с легким пуском в любое время года.Another difference from the first engine version is the provision of a combustion process characterized by a sharp increase in gas pressure in the combustion chamber 6 (pre-chamber), a high combustion velocity of more than 2000 m / s and a significantly higher combustion temperature, reaching 2700 - 2800 o C, which significantly increases thermal efficiency of the engine. Ignition of the working mixture in the
Преобразование энергии может быть осуществлено и в силовой установке с паровой турбиной. Energy conversion can be carried out in a power plant with a steam turbine.
На фиг. 10 - 14, 19 - 20 показаны принципиальная схема паровой турбины с поверхностным конденсатором и ее основные устройства. Топливом являются концентрированные водные растворы сильных электролитов, как во втором варианте поршневого двигателя. In FIG. 10-14, 19-20 show a schematic diagram of a steam turbine with a surface condenser and its main devices. Fuel is concentrated aqueous solutions of strong electrolytes, as in the second version of the piston engine.
В отличие от традиционных теплоэлектростанций с паровыми турбинами, эта установка не имеет котельного агрегата, являющегося не только самым громоздким и дорогим сооружением на любой ТЭС, к тому с достаточно большими тепловыми потерями, достигающими 15 - 20%, но и барьером на пути дальнейшего повышения параметров пара и экономичности станции. Unlike traditional thermal power plants with steam turbines, this installation does not have a boiler unit, which is not only the most bulky and expensive construction at any thermal power plant, moreover, with sufficiently large heat losses, reaching 15 - 20%, but also a barrier to further increase in parameters steam and station efficiency.
Силовая установка состоит из камер 58 с коническими частями 59, равномерно расположенными по окружности на заданном расстоянии друг от друга, коллектора пара 60, корпуса 61, многоступенчатой турбины 62 с барабаном 63, генератора 64, машинного генератора электрических импульсов 65, выпускного коллекторного пара 66, поверхностного конденсатора 67, насоса для подачи электролита 68, блока очистки 69, смесителя 70, насоса для подачи конденсата 71, повышающего трансформатора 72, переключающего прибора 73, форсунок для впрыскивания конденсата 74, 75. The power plant consists of
Отдельно с деталями камера 58 - 59 показана на фиг. 11 - 14 и состоит из водоохлаждаемой крышки 76, камеры-реактора 77, парогенератора 73 (смесительной камеры), вытяжной трубы 79. Крышка 76 и реактор 77 имеют каналы 80 и 81 для пропуска конденсата и охлаждения этих устройств. Separately with details, a chamber 58-59 is shown in FIG. 11-14 and consists of a water-cooled
Нагретый конденсат подается в форсунки 74, 75 с помощью насоса 62; в установку входят регулирующее устройство 83, коллектор 84, а также насос 85, регулирующее устройство 86 и коллектор 87. Heated condensate is supplied to the
Раствор электролита подается насосом 68 через регулирующее устройство 88, коллектор 89 в горелку 113, показанную на фиг. 19 - 20. В реакторе для охлаждения его стенок расположены ребра 90 (фиг. 13) с бугорками 91. The electrolyte solution is supplied by
Для частичного отбора нагретого конденсата служит коллектор 92. Входной патрубок 93 конденсата в крышке 76 с ребрами охлаждения в ней 94, выходной патрубок нагретого конденсата 95, каналы 96 для пропуска конденсата в рубашке охлаждения реактора 77. A
Для работы паротурбинной установки на водных растворах электролитов используется горелка фиг. 19 - 20, которая выполняется с собственными рубашками охлаждения взрывной камеры и сопел форсунок для истечения струй электролита. Грелок может быть несколько, они размещены в крышке 76, и каждая из них содержит корпус 113 с рубашкой охлаждения 114. Внутри корпуса с зазором от его стенок, заполненным диэлектрическим материалом 115 (керамические материалы), установлены водоохлаждаемые форсунки 116, 117, имеющие с одной стороны сопла 118, 119, а с другой - впускные патрубки 120, 121 с размещенными в них шнеками 122, 123, обтекая которые и подается в форсунки раствор электролита. For operation of a steam turbine installation on aqueous electrolyte solutions, the burner of FIG. 19 - 20, which is performed with their own cooling jackets of the explosive chamber and nozzle nozzles for the expiration of jets of electrolyte. There can be several heaters, they are placed in the
Струи 124 и 125 вытекают во взрывную камеру 126 под углом друг к другу и сходятся в точке 127, в связи с чем замыкается цепь разряда генератора электрических импульсов (ГИ) со взрывом струй и образованием изотермической плазмы в камере 126. Электроды форсунок 128, 129. The
Рубашка охлаждения 114 горелки 113, предназначенная для охлаждения взрывной камеры 126, может также выполняться и по-иному, т.е. являться составной частью крышки 76. Иными словами, взрывная камера 126 при этом не в горелке, а в водоохлаждаемой крышке. Горелка имеет два патрубка 130 и 131 для выпуска и впуска в нее воды охлаждения. То же назначение и патрубков 132 - 135 форсунок 116, 117 для выпуска и впуска воды охлаждения самих форсунок с соплами 118, 119. Рубашки охлаждения 136, 137 форсунок горелки. The cooling
Паровая турбина работает следующим образом: обеспечен прерывистый рабочий процесс с частотой 102 - 103 и более циклов в секунду испарения воды и поступлением пара в коллектор 60 перед турбиной с температурой T1 = 700 - 900oC и более (в зависимости от жаропрочности лопаток турбины) и с высоким давлением P1 = 200 - 300 кг/см2 с выпуском пара в конденсатор 67 при давлении p2 = 0,04 кг/см2.A steam turbine operates as follows: an intermittent workflow is provided with a frequency of 10 2 - 10 3 or more cycles per second of water evaporation and steam entering the manifold 60 in front of the turbine with a temperature T 1 = 700 - 900 o C or more (depending on the heat resistance of the blades turbines) and with a high pressure P 1 = 200 - 300 kg / cm 2 with the release of steam into the
Здесь, как и в поршневом двигателе второго варианта, процесс преобразования внутренней энергии раствора электролита начинается с образованием плазмы при электрическом взрыве струй 124, 125 во взрывной камере 126 горелки 113. Горелки 113 размещены в крышке 76 по окружности на заданном расстоянии друг от друга. Плазма из горелок с высокой температурой и давлением поступает в водоохлаждаемую камеру реактора 77. Реактор 77 имеет ряд форсунок 74 для впрыскивания нагретой воды, размещенных равномерно по окружности на заданном расстоянии друг от друга, из которых в плазму впрыскиваются струи горячей воды с температурой более 100oC в количестве, необходимом для полной термической диссоциации этой массы воды и распада ее на водород и кислород. Этот важный переходный процесс преобразования энергии - высокотемпературной плазмы в продукты сгорания "гремучего газа" с более низкой температурой, не превышающей 2800 - 2900oC, сопровождается значительным распадом на водород и кислород впрыскиваемой воды и получением в 3 - 5 раз больше "гремучего газа", чем при взрыве струй 124, 125 в горелке 113. Причем выход продуктов распада - водорода и кислорода растет пропорционально повышению температуры плазмы, а вместе с этим также все более повышается термический КПД установки.Here, as in the piston engine of the second embodiment, the process of converting the internal energy of the electrolyte solution begins with the formation of plasma during the electric explosion of the
Время термического разложения воды в реакторе зависит от температуры термического разложения воды в реакторе зависит от температуры ее при впрыскивании и тонкости распыливания ее форсунками 74 и уменьшается с увеличением давления и температуры. При этом следует учитывать, что непосредственное соприкосновение капель воды в струях жидкости с плазмой обеспечивает интенсивный теплообмен между ними, а вместе с этим и мгновенное испарение и термическое разложение. Как известно, "гремучая смесь" - водород с кислородом вступают в химическую реакцию при температуре не менее 700oC. Поэтому в процессе поступления воды из форсунок 74 в реактор в нем вначале будут накапливаться продукты распада - водород с кислородом с завершением процесса и образованием дополнительного количества пара, что обеспечивает падение температуры газов ниже 2500oC и начало окисления водорода кислородом, т.е. сгорание гремучей смеси. Оставшийся объем перегретого пара в реакторе от предыдущего рабочего процесса и вновь образовавшийся при впрыске воды (назовем их остаточными газами) способствуют протеканию не мгновенного взрыва гремучей смеси, а медленному горению (подобно сгоранию органического топлива - керосина в форсажной камере турбореактивного двигателя). Образовавшиеся продукты сгорания с температурой 2800 - 2900oC выходят в смесительную камеру 78, где с помощью форсунок 75 снова впрыскивается вода под большим давлением с образованием перегретого пара с температурой 700 - 900oC и давлением 180 - 220 кг/см2 и более. Пар с высоким давлением и температурой поступает через коллектор 60 на турбину 62. Отработанный пар через выпускной коллектор 66 проходит в конденсатор 67, где охлаждается и конденсируется. После этого конденсат (слабый раствор электролита) поступает в блок очистки 68, где проходит стадии нейтрализации и химической очистки, и только после этого подается насосом 71 в крышку 76 и рубашку охлаждения - каналы 81 реактора.The time of thermal decomposition of water in the reactor depends on the temperature of thermal decomposition of water in the reactor depends on its temperature during injection and the fineness of atomization by
Концентрированный водный раствор электролита с заданной электропроводностью (HNO3 с концентрацией до 31%, HCl - до 20%, NOH - до 25%, KOH - до 34%) непрерывно приготовляется в смесительной камере 70 и с помощью насоса 68 под давлением подается в патрубки 120, 121 горелок 113 силовой установки.A concentrated aqueous electrolyte solution with a given electrical conductivity (HNO 3 with a concentration of up to 31%, HCl - up to 20%, NOH - up to 25%, KOH - up to 34%) is continuously prepared in the mixing chamber 70 and is pumped to the nozzles under
Таким образом, процессу образования (генерации) перегретого пара с высокой температурой и давлением, поступающим через коллектор 60 в турбину 62, предшествуют два этапа по разложению жидкости и получению продуктов распада "гремучего газа" - водорода и кислорода, а также элементов распада электролита:
- электротермическое разложение водного раствора электролита в горелках 113 (при пропускании по струям 124, 125 интенсивного электрического разряда, взрыва их и распада молекул раствора);
- термическое разложение воды при смешивании ее с плазмой, полученной в горелках.Thus, the process of formation (generation) of superheated steam with high temperature and pressure entering through the manifold 60 to the
- electrothermal decomposition of the aqueous electrolyte solution in the burners 113 (when passing through the
- thermal decomposition of water by mixing it with plasma obtained in burners.
В результате двойного разложения на водород и кислород - раствора и воды в реакторе создается большой объем "гремучего газа" в смеси с перегретым паром, что и обуславливает мощный взрыв с получением большого количества продуктов сгорания - паров воды и незначительного количества остатков элементов электролита с невысокой температурой взрыва 2800 - 2900oC. Окончательное получение перегретого пара с еще большим объемом и давлением, но с невысокой температурой 700 - 900oC осуществляется в камере 78 за счет впрыскивания в поступившие в камеру продукты сгорания перегретой воды из форсунок 75. Одновременно многократно снижается концентрация элементов электролита в общем объеме паров воды. Система охлаждения реактора 77 состоит из охлаждения крышки 76 с ребрами 94, 90 и каналов 96. К тому же ребра снабжены бугорками 91. Высокая частота рабочих процессов в горелках 113, реакторах 77 и смесительных камерах 78 обуславливает большую теплонапряженность в них тем более, что образование плазмы и продуктов термической диссоциации в результате нагревания воды происходит при высоких температурах, в частности в горелках температура более 10000oC, а в реакторах 77 - до 3000oC. В камере 78 температура не выше 900oC, а потому при применении жаропрочных сплавов не требуется специальной системы охлаждения.As a result of the double decomposition of hydrogen and oxygen, the solution and water in the reactor creates a large volume of "detonating gas" mixed with superheated steam, which leads to a powerful explosion with the production of a large number of combustion products - water vapor and a small amount of residual electrolyte elements with a low temperature explosion 2800 - 2900 o C. The final production of superheated steam with even greater volume and pressure, but with a low temperature of 700 - 900 o C is carried out in the
Надежная теплозащита и в то же время требования высокого КПД паротурбинной установки обеспечиваются путем применения жаропрочных сталей, идущих, например, на изготовление камер сгорания и лопаток турбин в газотурбинных установках (ГТУ) с температурой стенок до 700 - 900oC в горелках и реакторах описываемой силовой установки. Высокая температура стенок создает условия для не только охлаждения проточных каналов 80 и 81 крышки и цилиндрической части реактора, но и для использования охлаждающего тракта 80 - 81 в качестве "перегревателя" воды с достижением практически критических параметров воды, когда она еще имеет все "качества" жидкости и ее можно впрыскивать форсунками 74, 75 в камеры 77, 78 под большим давлением - более 100 кг/см2, а для интенсификации теплообмена между плазмой и водой с высокими параметрами вводятся еще насосы 82, 85, повышающие давление до 250 - 300 кг/см2 для более мелкого распыления перегретой воды.Reliable thermal protection and, at the same time, high efficiency requirements of a steam turbine unit are ensured by the use of heat-resistant steels, for example, used for the manufacture of combustion chambers and turbine blades in gas turbine units (GTU) with wall temperatures of up to 700 - 900 o C in burners and reactors of the described power installation. The high temperature of the walls creates conditions not only for cooling the
В результате при впрыске жидкости форсунками 74, 75 увеличивается дальнобойность струй, а самое главное, за счет перегрева воды она при впрыскивании мгновенно испаряется и вносит в рабочий процесс большое количество теплоты (так называемый возврат тепла). Однако не вся вода, участвуя в охлаждении, поступает в форсунки. Как выше показано, для поршневого двигателя требуется больше впрыскивать воды, чем масса впрыскиваемого электролита в струях 124, 125. As a result, when injecting liquid with
То же и для паротурбинной установки, однако для надежности теплозащиты горелок и реакторов необходимо большее количество воды - в два, в три раза. Поэтому избыточная часть перегретой воды от реакторов и смесительных камер собирается в коллекторе 92 и испаряется за счет своей внутренней энергии. После чего в виде перегретого пара с температурой 150 - 190oC или более поступает в ту ступень турбины, где те же параметры давления и температуры пара. Отработанный пар вместе с основным объемом конденсируется в конденсаторе 67 и поступает в блок очистки 69, способствуя повышению термического КПД паротурбинной установки.The same is for a steam turbine installation, however, for the reliability of thermal protection of burners and reactors, a larger amount of water is needed - two, three times. Therefore, the excess part of the superheated water from the reactors and mixing chambers is collected in the
Устройство оребрения - поз. 90, 94 и бугорков 91 способствует интенсификации процесса теплообмена между горячими стенками и охлаждающей водой. The device of the fins - pos. 90, 94 and
Следует учитывать, что при увеличении температуры плазмы при электрическом разряде струй 124, 125 вплоть до 30 - 50 • 103 за счет интенсивного охлаждения сопел 118 - 119 проточной водой, движущейся в рубашках 136 - 137 через патрубки 132 - 135 в горелках, одновременно растет и терапевтический КПД, а также мощность двигателя.It should be noted that with increasing plasma temperature during electric discharge of
Работа форсунок 74, 75 производится также периодически с заданной частотой в рабочих процессах и в соответствии с частотой взрывов струй 124, 125 в горелках 113 от поршневых насосов 82, 85. Паровая турбина может работать и без конденсатора с выходом отработанного пара в вытяжную трубу 79, однако при существенном уменьшении термического КПД и мощности силовой установки. The operation of the
Следует также учитывать, что с увеличением температуры плазмы при электрическом разряде струй 124, 125 электролита повышается также "выход" продуктов термической диссоциации: водорода и кислорода в реакторе 77, и в конечном итоге объем пара в камере 78, в результате чего опять же повышается термический КПД. It should also be taken into account that with an increase in the plasma temperature during the electric discharge of the
Использование встречного движения электропроводных струй 124 - 125, их контакт в точке 127 и замыкание цепи разрядного контура генератора электрических импульсов позволяет еще больше повысить температуру плазмы при взрыве струй в горелке 113, чем это возможно в форсунках по фиг. 4, 6. Это объясняется отсутствием контакта с поверхностью взрываемой камеры 126. Using the oncoming motion of the electrically conductive jets 124-125, their contact at the
Рассмотрим процесс образования плазмы при электрическом взрыве струй 124 - 125 в горелке 113 более подробно. Электролит поступает в форсунки 116 - 117 по патрубкам 120 - 121, обтекая шнеки 122 - 123 (служащие для отражения ударной волны). При этом насос 68 подает электролит под давлением P = 40 - 70 МПа, а струи вытекают из сопел 118 - 119 с диметром 0,2 - 1,0 мм до 3 - 4 мм и более. При этом целостность струй сохраняется на достаточно большом расстоянии, а скорость струй при P = 70 МПа достигает 300 м/с. Let us consider the process of plasma formation during an electric explosion of jets 124 - 125 in
Как известно, струи, внезапно образованные в воздухе, имеют в передней части форму шляпки гриба. Поэтому в начальный период при пуске силовой установки струи 124 - 125 движутся с большой скоростью навстречу друг к другу и пересекаются в точке 127. Здесь возможны два случая включения генератора электрических импульсов: автоматически за счет касания струй, находящихся под напряжением, так как ток к струям поступает через электроды 126 - 129, или за счет включения переключающего прибора 73 (электронный, ионный, электроискровой, механический), управляемого специальным генератором (не показанным на чертеже). As is known, jets suddenly formed in the air have the shape of a mushroom cap in front of them. Therefore, at the start of the power plant start-up, jets 124-125 move towards each other at high speed and intersect at
В первом случае происходит "короткое замыкание" в точке 127, а мгновенная мощность разряда достигает наибольшей величины, за счет чего струи от точки касания и на всю их длину, включая длину сопел 118 - 119, мгновенно нагреваются и взрываются с образованием плазмы. In the first case, a “short circuit” occurs at
Как известно, весьма эффективным способом повышения удельных энергетических характеристик, например, в плазмотронах является устройство водоохлаждаемого сопла, в результате чего температура плазмы достигает 32000 K. Таким образом в горелке 113, точнее в ее взрывной камере, достигается температура выше 30000 K, которой вполне достаточно для получения большого количества продуктов термической диссоциации в реакторе 77 при впрыске воды форсунками 74 и высокого термического КПД парой турбины. As you know, a very effective way to increase the specific energy characteristics, for example, in plasmatrons is to install a water-cooled nozzle, as a result of which the plasma temperature reaches 32,000 K. Thus, in the
Механизм образования плазмы в струях раствора электролита в общем такой же, как и при электрическом разряде в растворе электролита при электроэрозионнохимической обработке металлов. Особенности процесса разряда вызваны свойствами самой рабочей среды - струй из раствора электролита, в которых напряжение (от машинного генератора) в начале импульса растет довольно медленно, перенос зарядов на первой стадии осуществляется ионами, а после пробоя и образования плазменного шнура - электронами. The mechanism of plasma formation in the jets of an electrolyte solution is generally the same as with an electric discharge in an electrolyte solution during electroerosion-chemical treatment of metals. The features of the discharge process are caused by the properties of the working medium itself - jets from an electrolyte solution, in which the voltage (from the machine generator) at the beginning of the pulse grows rather slowly, the charge transfer at the first stage is carried out by ions, and after breakdown and the formation of a plasma cord - by electrons.
Пока напряжение U не достигло величины Uпр., на катоде-сопле 118 выделяется водород. Кроме того, пузырьки газа могут образоваться и в самих струях. Благодаря высокому газонаполнению электропроводность слоя раствора катода-сопла 118 уменьшается. В этой зоне начинается нагревание струи, возникает пробой газовых пузырьков, происходит ионизация элементов и образование свободных электронов, завершающееся образованием плазмы.While the voltage U has not reached the value of U ave , hydrogen is released at the cathode-
Горячая плазма и более холодный раствор в струе отделяются друг от друга слоем электропроводного пара, содержащего ионы электролита. Слой пара, прогреваемый со стороны плазмы и собственной джоулевой теплотой, постепенно продвигается по длине струи 40 (струй 124, 125), пока не достигнет противоположного электрода-сопла 119. После этого струи на всю длину перекрываются плазменным каналом разряда. Разряд происходит в сильно нагретом водяном паре, содержащем электроны, ионы, а также атомы водорода и кислорода - продукты диссоциации (с возникновением яркой вспышки). Hot plasma and a colder solution in the jet are separated from each other by a layer of electrically conductive vapor containing electrolyte ions. The vapor layer, heated from the side of the plasma and its own Joule heat, gradually moves along the length of jet 40 (
Растворы электролитов, обладающие достаточно высокой электропроводностью, в частности такие сильные электролиты, как кислоты, основания и соли: HNO3, HCl, HBr, NaOH, KOH, NaCl, NaNO3, KCl, NaCl + 10% KNO3 со средней концентрацией, обеспечивают разряд с образованием изотермической плазмы, достаточной для описываемого способа преобразования энергии при температуре 10 -12 тыс. градусов.Electrolyte solutions with a sufficiently high electrical conductivity, in particular, strong electrolytes such as acids, bases and salts: HNO 3 , HCl, HBr, NaOH, KOH, NaCl, NaNO 3 , KCl, NaCl + 10% KNO 3 with an average concentration, provide discharge with the formation of an isothermal plasma, sufficient for the described method of energy conversion at a temperature of 10 -12 thousand degrees.
В свою очередь, замена водных растворов электролитов на жидкие металлы позволяет получить плазменные источники с иными характеристиками и свойствами, в частности, меньшее давление при электрическом взрыве струй, за счет низкой упругости паров металлов, но более высокую яркость свечения, например, при использовании ртути, кадмия и других металлов, при создании новых приборов, инструментов и генераторов различного рода мощного излучения, в частности оптического, электромагнитного с широким диапазоном частот или акустического с частотными характеристиками от инфразвука до гиперзвука. In turn, replacing aqueous solutions of electrolytes with liquid metals makes it possible to obtain plasma sources with other characteristics and properties, in particular, lower pressure during an electric explosion of jets due to the low vapor pressure of metals, but a higher luminosity, for example, when using mercury, cadmium and other metals, when creating new devices, tools and generators of various kinds of powerful radiation, in particular optical, electromagnetic with a wide range of frequencies or acoustic with a frequency and characteristics from infrasound to hypersound.
Особенностью струйного метода, используемого в форсунках и горелках, является также и то, что с помощью струй из электропроводной жидкости можно транспортировать и взрывать с полным испарением, например, твердые сорта топлив: каменного угля с высокой влажностью и многозольностью, сланцев, торфа, древесной муки и пр. A feature of the jet method used in nozzles and burners is also that, using jets from an electrically conductive liquid, it is possible to transport and explode with complete evaporation, for example, solid fuels: coal with high humidity and multi-ash content, shale, peat, wood flour and so forth
В другом варианте выполнения паровой турбины пылевидное твердое топливо сжигается в топке котла ТЭС с помощью горелки по фиг. 19 - 20. В этой энергетической установке уголь после размола смешивается в специальном смесителе (не показанном на на чертеже) с раствором электролита с образованием суспензии (шликера), интенсивно перемешиваемой в смесителе с помощью сжатого воздуха. После чего насосом приготовленная суспензия подается в форсунки 116, 117 и в виде струй 124, 125 впрыскивается во взрывную камеру 126. За счет касания струй в точке 127 замыкается цепь разрядного контура генератора электрических импульсов (например, машинного), в результате происходит электрический взрыв струй и термическая диссоциация раствора электролита, а также частичек твердого топлива с полным распадом твердого составляющего угля-кокса, после выхода летучих, на продукты термической диссоциации: углерода и золы. In another embodiment of a steam turbine, pulverized solid fuel is burned in a furnace of a TPP boiler using the burner of FIG. 19 - 20. In this power plant, coal after grinding is mixed in a special mixer (not shown in the drawing) with an electrolyte solution with the formation of a suspension (slip), intensively mixed in the mixer with compressed air. After that, the prepared suspension is pumped into the
Этот процесс электротермического разложения всех без исключения элементов, входящих в органическую массу топлива, позволяет:
- осуществить окисление с переводом в твердый порошковый материал большинство токсических элементов, например, мышьяк и оксид мышьяка - AsO3 (белый порошок), уран в триоксид урана или урановый ангидрид - UO3 (оранжевый порошок), кобальт и никель в оксиды и окиси, которые в дальнейшем процессе осаждаются с помощью существующих электрофильтров, что в конечном итоге и обеспечивает качественную очистку дымовых газов от токсических элементов;
- осуществить интенсификацию процесса горения любой органической массы: угля, сланцев, торфа и др. с достижением высокой температуры горения, а следовательно, и с большим тепловыделением. Процесс горения в этом случае происходит подобно сгоранию природного газа.This process of electrothermal decomposition of all the elements included in the organic mass of fuel, without exception, allows you to:
- carry out the oxidation with conversion into the solid powder material of most toxic elements, for example, arsenic and arsenic oxide - AsO 3 (white powder), uranium to uranium trioxide or uranium anhydride - UO 3 (orange powder), cobalt and nickel to oxides and oxides, which in the subsequent process are precipitated using existing electrostatic precipitators, which ultimately ensures high-quality cleaning of flue gases from toxic elements;
- to carry out the intensification of the combustion process of any organic matter: coal, shale, peat, etc. with the achievement of a high combustion temperature, and consequently, with high heat generation. The combustion process in this case occurs like the combustion of natural gas.
Особенностями этого процесса электротермического разложения пылевидного топлива в струях 124 - 125 является невысокая температура при взрыве струй, не выше 3600 - 4000oC.The features of this process of electrothermal decomposition of pulverized fuel in jets 124 - 125 is the low temperature during the explosion of jets, not higher than 3600 - 4000 o C.
Особенностью работы форсунок 8 и горелок 113 во всех типах силовых установок является следующее. A feature of the operation of
При автоматическом взрыве за счет касания струй в горелке 113 струи переходят в газообразное состояние на всей их длине, включая длину сопел 118 - 119, интенсивно охлаждаемых в рубашках 136 - 137 форсунок 116 - 117, с небольшим вскипанием раствора электролита в конической части форсунок, в результате образуется ударная волна, отражаемая электродами форсунок 128 - 129 и наклонными лопастями шнеков 122 - 123. Насос 88 может выполняться как непрерывного, так и периодического действия (т.е. поршневым). При непрерывной прокачке раствора периодический процесс формирования струй 124 - 125 осуществляется за счет взрыва. Т.е. подача струй прерывается во время взрыва и возобновляется после падения давления во взрывной камере 126 и давления насоса. In an automatic explosion, by touching the jets in the
В процессе преобразования энергии может быть осуществлено сжигание твердого топлива в газотурбинных установках по схеме фиг. 10, где вместо паровой турбины 62 установлена газовая. In the process of energy conversion, solid fuel can be burned in gas turbine plants according to the scheme of FIG. 10, where instead of a
Этот вариант газотурбинной установки состоит из компрессора 97, камер сгорания 58 с коническими частями 59, расположенных равномерно по окружности на заданном расстоянии друг от друга, коллектора 60 с соплами, корпуса 61, турбины 62, барабана 63, генераторов 64 - 65, выпускного патрубка 66, повышающего трансформатора 72 генератора электрических импульсов, насоса для подачи раствора электролита 68, вытяжной трубы 79. This embodiment of a gas turbine installation consists of a
Кроме того камеры сгорания 58 - 59 выполняются с наружным кожухом, как в обычных газотурбинных установках, для охлаждения их вторичным воздухом, поступающим из того же компрессора 97. In addition, the combustion chambers 58 - 59 are made with an outer casing, as in conventional gas turbine plants, for cooling them with secondary air coming from the
Газотурбинная установка работает по обычной схеме ГТУ и включает подачу сжатого воздуха от компрессора 97 в камеры сгорания 58, который приводится во вращение турбиной 62, и впрыск струй 124 - 125 в горелки 113. В качестве суспензия струй используется раствор электролита с порошком угля (как и в вышеописанной установке), размолотого до поступления в форсунки 116 - 117 до размеров, равных 250 - 300 мкм. Вместе с тем горелка становится в этом случае и поджигающим устройством, так как при взрыве струй с разложением частиц угля на продукты термической диссоциации при высокой температуре 3600 - 4000oC образуется факел, обеспечивающий горение топлива с кислородом воздуха. Работа лопаток турбины 62 происходит в запыленном потоке, однако размеры таких частиц не превышают долей мкм, которые не вызывают эрозию лопаток турбин. Как известно, очень мелкие частицы золы (порядка 5 мкм) быстро приобретают скорости газовых струй и поступают к входным кромкам лопаток при сравнительно небольших углах атаки, благодаря чему эффект от ударной эрозии резко уменьшается.The gas turbine unit operates according to the usual GTU scheme and includes the supply of compressed air from the
Очень тонкие частицы золы - меньше 1 мкм - получаются потому, что при электротермическом разложении органической массы угля все частицы золы практически испаряются и при их окислении с кислородом воздуха, т.е. сгорании, образующаяся зола по размерам не превосходит диаметр частиц, являющихся, например, продуктом конденсации пара, в частности металлов. Very thin particles of ash - less than 1 micron - are obtained because during the electrothermal decomposition of the organic mass of coal, all ash particles practically evaporate when they are oxidized with oxygen, i.e. combustion, the resulting ash in size does not exceed the diameter of the particles, which are, for example, a condensation product of steam, in particular metals.
Здесь так же, как и в вышеописанных паровых турбинах на традиционных видах топлива, достигается интенсификация процесса горения с достижением высокой температуры, а следовательно, и с достижением высокого термического КПД. Превращение любого твердого топлива в газообразное способствует уменьшению избытка воздуха и как следствие приводит к повышению эффективного КПД ГТУ. Here, just as in the above-described steam turbines using traditional fuels, an intensification of the combustion process is achieved with the achievement of a high temperature, and therefore with the achievement of a high thermal efficiency. The conversion of any solid fuel into gaseous helps to reduce excess air and as a result leads to an increase in the effective efficiency of gas turbines.
Особенность способа заключается в следующем. A feature of the method is as follows.
Контакт струй в месте пересечения их в точке 127 обуславливает выделение водорода в этой зоне, образование пузырьков, ввиду большого электрического сопротивления в месте контакта, а также в связи с переносом катода из зоны сопла 118 в точку 127. Благодаря этому и высокому газонаполнению электропроводность слоя раствора в зоне (окрестности) точки контакта уменьшается и на этот участок подается основная доля рабочего напряжения U. Здесь, а не в сопле 118 возникает наибольшая напряженность электрического поля и начинается нагревание струй с пробоем газовых пузырьков, образованием свободных электронов и плазмы. Причем плазма в начале сосредоточена от зоны контакта в струе 124 и отделена от остальных частей струй слоями электропроводного пара. The contact of the jets at the point of intersection at the
Слои электропроводного пара, прогреваемые со стороны плазмы и собственной джоулевой теплотой, постепенно продвигаются по струям 124 и 125, пока не достигнут противоположных электродов - сопел 119, 118. После этого струи на всю длину перекрываются плазменным каналом разряда. Layers of electrically conductive steam, heated from the side of the plasma and by their own Joule heat, gradually move along the
Однако возможен иной характер разряда, когда образование плазмы закончится до среза сопел 119, 118 с сохранением в них раствора электролита. Этот результат достигается тогда, когда мгновенной мощности разряда недостаточно для перехода раствора в струях в плазму на всю их общую длину. However, a different character of the discharge is possible when the plasma formation ends before the
При наличии напряжения на струях распространение разряда по ним осуществляется не от сопла 118, а от зоны контакта 127, что и дает возможность регулировать длину распространения плазмы по струям изменением энергии (мощности) разряда. В обоих устройствах чем больше диаметр полостей 33 и 55, а также диаметр сопел форсунок 116, 117 по сравнению с диаметром струй 40 и 124, 125, тем меньше в первых нагрев раствора электролита джоулевой теплотой. In the presence of voltage on the jets, the propagation of the discharge through them is carried out not from the
Наличие взвешенных в растворе электролита струй частиц твердого топлива размером 250 - 300 мкм увеличивает электропроводность струи - суспензии, поэтому обеспечивается возможность существенного снижения концентрации электролита. Причем при сильном нагревании продуктов взрыва струи-суспензии все содержащиеся в угле тяжелые металлы активно взаимодействуют с кислородом воздуха с образованием твердых соединений. Образующаяся пыль в потоке дымовых газов может улавливаться различными способами, в том числе в циклонах, электрофильтрах и др. The presence of jets of solid fuel particles suspended in an electrolyte solution of 250 to 300 microns in size increases the electrical conductivity of the jet - suspension, therefore, it is possible to significantly reduce the electrolyte concentration. Moreover, with strong heating of the explosion-suspension explosion products, all heavy metals contained in coal actively interact with atmospheric oxygen to form solid compounds. The dust formed in the flue gas stream can be captured in various ways, including cyclones, electrostatic precipitators, etc.
Таким образом, описываемый термохимический способ сжигания углей с помощью электрического взрыва струй-суспензий позволяет простыми путями получать из золы порошки различного рода окисей, оксидов и триоксидов тяжелых металлов, в том числе из остротоксических элементов, таких как уран и мышьяк, с осаждением их в циклонах, электрофильтрах и различного рода сепарирующих устройствах с дальнейшим восстановлением оксидов до свободного металла. Thus, the described thermochemical method of burning coal using an electric explosion of jets of suspensions allows, in simple ways, to obtain powders of various kinds of oxides, oxides and trioxides of heavy metals, including acutely toxic elements such as uranium and arsenic, with their precipitation in cyclones , electrostatic precipitators and various separating devices with further reduction of oxides to a free metal.
В качестве электролитов можно применять водные растворы солей, кислот и щелочей с различной концентрацией, подогретых до температуры 20 - 40oC или более. Кроме того электролиты могут состоять из одного или нескольких компонентов. Наиболее доступным является 10 - 25%-ный раствор хлористого натрия, 10 - 30%-ный раствор азотнокислого натрия и множество других простых и сложных многокомпонентных растворов. Причем при применении солей в качестве электролитов с образованием ионов натрия при разряде обеспечивается возможность снижения температуры взрыва за счет роста степени ионизации с одновременным увеличением электропроводности неизотермической плазмы и тока разряда через струи-суспензии. Таким образом, в развитии разряда и плазмы при медленно нарастающем напряжении в струях 124, 125 надо учитывать, что образование плазмы происходит, во-первых, от зоны контакта 127 в сторону сопел 118, 119 путем последовательного движения цепи: плазма, сильно нагретый электропроводный пар, раствор электролита в струях, причем вначале преимущественно с поверхности струй, и продвижением зон образования плазмы как в длину струй, так и в их глубину.As electrolytes, you can use aqueous solutions of salts, acids and alkalis with various concentrations, heated to a temperature of 20 - 40 o C or more. In addition, electrolytes may consist of one or more components. The most affordable is a 10 - 25% solution of sodium chloride, 10 - 30% solution of sodium nitrate and many other simple and complex multicomponent solutions. Moreover, when salts are used as electrolytes with the formation of sodium ions during discharge, it is possible to reduce the temperature of the explosion due to an increase in the degree of ionization with a simultaneous increase in the electrical conductivity of the nonisothermal plasma and the discharge current through the jets-suspensions. Thus, in the development of a discharge and a plasma with a slowly increasing voltage in
В струях 40 форсунок по фиг. 4, 6 в качестве катода служит гайка 31. В результате обеспечивается распространение плазмы от взрывной камеры 38 в сторону сопел 34, 56 с возможностью завершения образования плазмы в самой взрывной камере без ее распространения вовнутрь сопел, что и повышает долговечность работы форсунок. In the
Теория процесса разряда и образования плазмы, описанные для горелки, обеспечивает те же самые эффекты и в одиночной струе, образованной внезапно и имеющей переднюю часть в виде формы шляпки гриба, как это показано в точке 127 (следует учитывать, что в горелке в некоторых случаях возможно пересечение струй 124, 125 и взрыв за пределами среза взрывной камеры 126). The theory of the discharge process and plasma formation described for the burner provides the same effects in a single jet formed suddenly and having the front part in the form of a mushroom cap, as shown at point 127 (note that in some cases it is possible in the burner the intersection of
При касании такой струи, находящейся под напряжением, из раствора электролита (или жидкого металла) своей выпуклой поверхностью, например, поверхности металла какой-либо заготовки обрабатываемой детали, произойдет короткое замыкание, а плазма раствора струи, возникшая в ее торцевой части за счет своей высокой температуры, мгновенно расплавит и испарит слой металла в месте контакта с образованием лунки в заготовке. When such an energized jet is touched from an electrolyte solution (or liquid metal) with its convex surface, for example, the metal surface of any workpiece blank of a workpiece, a short circuit will occur, and the plasma of the jet solution arising in its end part due to its high temperature, instantly melts and evaporates the metal layer at the point of contact with the formation of a hole in the workpiece.
Таким образом можно осуществлять процесс струйной электроэрозионной обработки металлов с неизнашиваемым электродом-инструментом (струей) автоматическим управлением ее "обегания" (движения) по поверхности заготовки, встроив такие станки в конвеерную линию обработки деталей с программным автоматизированным управлением. В процессе контакта струи с поверхностью металла струя может испаряться с образованием плазмы как в ее передней части, так и на заданной длине струи, путем изменения энергии разряда через струю. Дальнейший контакт с заготовкой происходит путем формирования струи после взрыва за счет давления насоса. Thus, it is possible to carry out the process of jet electroerosive processing of metals with a non-wearing electrode-tool (jet) by automatically controlling its "running around" (movement) along the surface of the workpiece by integrating such machines into the conveyor line for processing parts with programmed automated control. In the process of contact of the jet with the surface of the metal, the jet can evaporate with the formation of plasma both in its front part and at a given length of the jet, by changing the discharge energy through the jet. Further contact with the workpiece occurs by forming a jet after the explosion due to the pressure of the pump.
Причем с повышением мощности разряда, при одном и том же диаметре струи, возрастает частота рабочих процессов по съему металла в заготовке с повышением производительности обработки деталей. Moreover, with an increase in discharge power, with the same jet diameter, the frequency of working processes for the removal of metal in the workpiece increases with an increase in the productivity of processing parts.
Обязательным условием при этом является достижение оптимальной скорости движения струи, ее диаметра, длины и энергии разрядов. A prerequisite for this is to achieve the optimal speed of the jet, its diameter, length and energy of the discharges.
При использовании многоструйных форсунок с попеременным включением их по мере перехода от грубой - черновой к получистовой и чистовой обработке деталей полный цикл обработки может завершаться на одном станке путем изменения диаметра струй и энергии разряда. Существенный прогресс в получении химически чистых металлов в настоящее время обеспечивает получение высококачественных защитных покрытий на деталях с высокой производительностью вместо существующих малопроизводительных процессов гальваностегии и гальванопластики. When using multi-jet nozzles with alternating switching them on as you move from rough - roughing to semi-finishing and finishing parts, the complete processing cycle can be completed on one machine by changing the diameter of the jets and the discharge energy. Significant progress in the production of chemically pure metals currently provides high-quality protective coatings on parts with high performance instead of existing low-productivity processes of electroplating and electroplating.
То есть струей расплавленного металла или сплава с подключением к источнику постоянного тока высокого напряжения или к выпрямителю, где катодом служит струя жидкого металла, а анодом - деталь, осуществляется нанесение защитного покрытия на детали с приданием им коррозионной стойкости или износостойкости, например, в подшипниках при нанесении сплава олова. That is, a stream of molten metal or alloy connected to a high voltage direct current source or to a rectifier, where the liquid metal stream serves as the cathode and the part is the anode, a protective coating is applied to the parts to give them corrosion resistance or wear resistance, for example, in bearings under applying tin alloy.
Перед нанесением покрытия деталь или большие по геометрическим размерам изделия (листы, балки или целые конструкции машин) предварительно очищаются от грязи, ржавчины и обезжириваются. Преимуществами этого метода является возможность нанесения покрытий на большие по геометрическим размерам детали, а также высокая производительность процесса, особенно при применении одновременно в работе нескольких струй из жидкого металла. Вместе с тем повышается адгезия покрытия с деталью за счет диффундирования в основной металл атомов рабочей жидкости струи. Before applying the coating, the part or large geometrical products (sheets, beams or whole machine structures) are pre-cleaned of dirt, rust and degreased. The advantages of this method are the possibility of coating large geometrical parts, as well as the high productivity of the process, especially when several jets of liquid metal are used simultaneously in operation. At the same time, the adhesion of the coating to the component increases due to diffusion of the atoms of the jet working fluid into the base metal.
Использование в этой силовой установке нового коленчатого вала со скользящими пружинными кривошипами, а также многополостных камер сгорания (несколько камер сгорания на один цилиндр) и горизонтальным расположением цилиндров двигателя позволяет на автотранспорте достигнуть наименьшего расхода топлива с существенным снижением веса и геометрических размеров двигателя. The use of a new crankshaft with sliding spring cranks in this power plant, as well as multi-cavity combustion chambers (several combustion chambers per cylinder) and horizontal arrangement of engine cylinders, allows vehicles to achieve the lowest fuel consumption with a significant reduction in engine weight and geometry.
Описанные усовершенствования обеспечивают повышение:
- КПД электротермического разложения раствора,
- КПД химических реакций окисления водорода кислородом с выделением теплоты.The described improvements provide enhancement:
- the efficiency of the electrothermal decomposition of the solution,
- Efficiency of chemical reactions of hydrogen oxidation with oxygen with the release of heat.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97121735/06A RU2154738C2 (en) | 1997-12-09 | 1997-12-09 | Energy conversion process and device (design versions) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97121735/06A RU2154738C2 (en) | 1997-12-09 | 1997-12-09 | Energy conversion process and device (design versions) |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU97121735A RU97121735A (en) | 1999-08-27 |
| RU2154738C2 true RU2154738C2 (en) | 2000-08-20 |
Family
ID=20200556
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU97121735/06A RU2154738C2 (en) | 1997-12-09 | 1997-12-09 | Energy conversion process and device (design versions) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2154738C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1348863A2 (en) * | 2002-03-26 | 2003-10-01 | General Motors Corporation | Diesel injection igniter and method |
| RU2557157C1 (en) * | 2014-04-17 | 2015-07-20 | Герман Евсеевич Иткин | Steam generation method and device for its implementation |
| RU2645847C1 (en) * | 2016-09-05 | 2018-02-28 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) | Method of ignition of working mixture in cylinders of a gas diesel engine of internal combustion |
-
1997
- 1997-12-09 RU RU97121735/06A patent/RU2154738C2/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ЮТКИН Л.А. ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ. - Л.: МАШИНОСТРОЕНИЕ, 1986, с.10-23, 32-43, 51, 204-211. * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1348863A2 (en) * | 2002-03-26 | 2003-10-01 | General Motors Corporation | Diesel injection igniter and method |
| EP1348863A3 (en) * | 2002-03-26 | 2004-04-07 | General Motors Corporation | Diesel injection igniter and method |
| RU2557157C1 (en) * | 2014-04-17 | 2015-07-20 | Герман Евсеевич Иткин | Steam generation method and device for its implementation |
| RU2645847C1 (en) * | 2016-09-05 | 2018-02-28 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) | Method of ignition of working mixture in cylinders of a gas diesel engine of internal combustion |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6581581B1 (en) | Ignition by electromagnetic radiation | |
| US8800527B2 (en) | Method and apparatus for providing adaptive swirl injection and ignition | |
| US9046043B2 (en) | Pressure energy conversion systems | |
| US6851413B1 (en) | Method and apparatus to increase combustion efficiency and to reduce exhaust gas pollutants from combustion of a fuel | |
| RU164690U1 (en) | PENDULUM-SLIDER DEVICE FOR REACTIVE DETONATION BURNING | |
| CN101871393A (en) | Engine based on vane-type metal-water reaction propulsion unit | |
| RU2386825C2 (en) | Method to operate multi-fuel thermal engine and compressor and device to this effect (versions) | |
| RU2154738C2 (en) | Energy conversion process and device (design versions) | |
| RU2298106C2 (en) | Detonation internal combustion engine | |
| CN101879938A (en) | Air-independent submarine-propelling method and device | |
| JP2020070797A (en) | Explosion implosion engine system including brown gas generation system and utilizing explosion implosion function of brown gas | |
| WO2006061615A9 (en) | An engine which operates on water | |
| JP6802449B1 (en) | An explosive implosion 4-cycle engine system that utilizes the explosive implosion function of brown gas equipped with a brown gas generation system. | |
| RU2157907C2 (en) | Jet engine | |
| RU2556152C2 (en) | Fuel nozzle (versions) and method of its operation | |
| RU2151310C1 (en) | Method of and device for increasing temperature difference in heat engine | |
| JP4887488B2 (en) | Hydrogen generator and power unit | |
| RU2161717C2 (en) | Device to increase efficiency of heat engine | |
| RU70965U1 (en) | KNOCK POWER INSTALLATION | |
| RU2538230C1 (en) | Vessel running on hydrogen fuel that features small waterline area | |
| US20210040961A1 (en) | Oxyhydrogen Pulse and Rotary Detonation Combustion Pump | |
| RU2377397C1 (en) | Oil production complex | |
| RU2446310C1 (en) | Wind-driven thermal power plant | |
| RU2410557C2 (en) | Method of obtaining reactive thrust of reflected detonation wave and electro-thermal engine for its implementation | |
| RU70349U1 (en) | KNOCK POWER INSTALLATION |