Электротехнический портал Элекаб - справочник электрика, энергетика.

О проекте
Авторам
Реклама на портале

 
Главная | Справочник | Схемотека | Нормативы | Форум | Статьи | Новости | Выставки | Пресс-релизы |




Главная >> Обзоры. Статьи. Информация. >> Энергосбережение >> Струйные энергетические технологии.

Струйные энергетические технологии.

Б. М. Кондрашов (Москва, Россия.)

Уважаемые дамы и господа!

Прежде всего, разрешите мне выразить благодарность оргкомитету конференции за то, что он обратил внимание на разработки в области струйных энергетических техноло-гий и предоставил мне возможность довести их основные положения до столь авторитет-ной аудитории.

Каждая новая идея, как правило, проходит три стадии: этого не может быть, а в этом что-то есть и - кто же этого не знал?.. Данное высказывание Макса Планка мо-жет служить шкалой оценки состояния общественного восприятия и понимания конкрет-ной идеи. Не тратя время на социально-экономические аспекты, предлагаемых энергети-ческих технологий (о них упомянуто в опубликованных тезисах доклада), акцентирую Ваше внимание на физической сущности процессов преобразования даровой, общедос-тупной и экологически чистой низкопотенциальной энергии внешней среды. Делаю это для того, чтобы показать, что идеи, лежащие в их основе, известны всем и очень давно, а предлагаемые способы преобразования этой не востребованной сегодня энергии в виды энергии, необходимые для полезного использования, уже прошли первую и вторую ста-дию данной "шкалы Планка" и находятся между второй и третьей. Т. е. скоро о них мож-но будет сказать - а кто же этого не знал? А самое главное этот акцент на физической сущности необходим для того, чтобы Вам была понятна не только реальность и простота струйных энергетических технологий, но и возможность их быстрого эффективного вне-дрения и использования во всех производственных и социальных сферах современного общества.

Струйные энергетические технологии основаны на законах классической термодина-мики (без каких-либо так называемых "теорий" торсионных полей, энергии вакуума и прочего шаманства).

Самым простым и наглядным примером возможности преобразования низкопотен-циальной энергии внешней среды могут послужить уже существующие способы полезно-го использования энергии атмосферы.

Атмосфера поистине неисчерпаемый источник низкопотенциальной энергии. Она аккумулирует тепловую и потенциальную энергию газов, нагреваемых лучистой энергией солнца и сжатых под действием гравитации (т. е. представляет собой этакий "глобальный аккумулятор" низкопотенциальной теплоты сжатых газов, постоянно "подзаряжаемый" солнечной энергией). Неравномерный нагрев этих газов вызывает изменения давления в атмосфере, нарушающие её равновесное состояние, при восстановлении которого потен-циальная и тепловая энергия воздуха преобразуются в кинетическую энергию воздушных потоков. Природа сама демонстрирует нам способ преобразования энергии атмосферы, находящейся в равновесном состоянии, в вид, доступный для её использования. Первой машиной, выполняющей полезную работу за счёт использования кинетической энергии воздушных масс, стал парус. Следующей - ветродвигатель, который создаёт мощность на валу без потребления кислорода и выработки продуктов сгорания, чем выгодно отличает-ся от традиционных тепловых двигателей. К сожалению, глобальный природный процесс преобразования энергии атмосферы неуправляем, а кинетическая энергия, с которой воз-душные потоки воздействуют на единицу рабочей площади ветродвигателя, мала. Оба фактора снижают эффективность использования этих двигателей в энергетических уста-новках и не позволяют их использовать для привода движителей транспортных средств.

Однако уже давно на практике осуществляется управляемое преобразование и ис-пользование этой природной энергии, например, при эжекторном увеличении реактивной тяги. Ведь в эжекционном процессе присоединения дополнительных воздушных масс к активной струе рабочего тела равновесное состояние атмосферы нарушается за счёт управляемого локального воздействия этой активной струи, а при его восстановлении атмосфера совершает механическую работу, которая зависит от величины и способа воздействия, а также параметров эжекторных устройств и сферы их применения.

В классическом эжекционном процессе - параллельного присоединения дополни-тельных масс к стационарной реактивной струе тяга увеличивается без дополнительных затрат энергии топлива за счёт "неуравновешенной силы внешнего давления на входной раструб (заборник) эжектора, появление которой обусловлено понижением давления на стенках раструба при втекании в него эжектируемого воздуха".

Данным утверждением, сформулированным при описании теории эжекторного уве-личения тяги в 1969 г. Г.Н. Абрамович констатирует факт управляемого использования энергии атмосферы для выполнения работы. Причём, необходимо подчеркнуть, что сфе-ры применения эжекторов не ограничиваются увеличением тяги реактивного движителя.

Теория процесса параллельного присоединения подтверждена практикой. Он уже давно применяется в различных отраслях промышленности. Однако, показатели его эф-фективности - КПД и коэффициент присоединения дополнительных масс m (равный от-ношению присоединяемой воздушной массы к массе активной струи) низкие. Это объяс-няется характером присоединения дополнительных масс, основанного на турбулентном смешении и трении, уменьшающих также скорость активной струи Caj. В результате реак-тивная тяга увеличивается незначительно, а кинетическая энергия реактивной массы, в за-висимости от параметров процесса, может быть значительно меньше, чем у активной струи.

В другом эжекционном процессе - последовательного присоединения (имеющего иную физическую основу, которая не обязательно связана со смешением объединяемых масс) воздействие пульсирующей активной струи создаёт периодическое разрежение в эжекторном насадке, при котором вслед за каждым импульсом активной струи ускоряется воздух. А происходит ускорение присоединяемой воздушной массы не за счёт трения и смешения с активной струёй, а за счёт возникающей в насадке неуравновешенной силы атмосферного давления. Поэтому процесс последовательного присоединения может протекать без уменьшения скорости активной струи. Но возможно это лишь в узком диапазоне величин и соотношений его основных параметров: расчётной частоты, формы, длительности и скорости газовой массы импульсов активной струи, скорости набегающе-го потока, а также конструктивных параметров эжекторного устройства. Только при их определённом значении присоединение происходит за счёт последовательного втекания воздушных масс вслед за газовой массой импульсов, при котором практически отсутству-ет их выталкивание из эжекторного насадка газовой массой следующего импульса и тур-булентное смешение разделённых газовых масс, уменьшающие эффективность процесса. Этот процесс преобразования низкопотенциальной энергии внешней среды, в котором потенциальная и тепловая энергия атмосферы преобразуется в кинетическую энергию воздушной струи, также как и в стохастическом природном процессе, в отличие от при-родного управляемый, потому что величина присоединяемой воздушной массы и её ско-рость зависят от параметров, которые можно изменять.

Необходимо отметить важность открытия СССР № 314, - "Явление аномально высо-кого прироста тяги в газовом эжекционном процессе с пульсирующей активной струей", зарегистрированного в 1951 г. для дальнейшего развития процессов управляемого преоб-разования энергии атмосферы. Его авторы: О. И. Кудрин, А. В. Квасников, В. Н. Челомей.

Одним из его авторов - сегодня академиком РАЕН профессором МАИ О.И. Кудри-ным - были проведены теоретические и экспериментальные исследования этого эжекци-онного процесса, (О.И. Кудрин Пульсирующее реактивное сопло с присоединением до-полнительной массы. Труды МАИ. 1958 г. Выпуск 97), доказавшие его эффективность. К сожалению, открытие не получило широкого применения. Вероятно потому, что изна-чально исследования проводились в авиационной отрасли и были направлены только на получение реактивной тяги (дополнительной к тяге винтовых движителей поршневых авиационных двигателей). Следует отметить, что если процесс присоединения дополни-тельных масс, в котором происходит существенный прирост кинетической энергии реак-тивной струи, применяется для увеличения тяги реактивного движителя, то большая часть дополнительно полученной энергии не может быть использована для выполнения полез-ной работы и неизбежно рассеивается в атмосфере, создавая при этом иллюзию низкой эффективности и самого процесса присоединения. Это обстоятельство, наряду с недостат-ком информации об экспериментальных исследованиях, стало препятствием для его вне-дрения в других отраслях, где кинетическую энергию воздушной массы, получаемую в результате управляемого преобразования энергии атмосферы, можно использовать не для получения реактивной тяги, а более эффективно. Кроме того, открытие было сделано в тот период, когда проблема уменьшения запасов традиционных энергоносителей и ухудшения экологической ситуации, обусловленного их применением, не были столь ак-туальны, как сейчас. Однако и сегодня в энергетических и транспортных системах оно "не работает" ещё и потому, что существует ряд причин, которые носят, отнюдь, не техниче-ский, а социально-экономический характер.

Рассмотрим основные способы преобразования низкопотенциальной энергии с ис-пользованием процесса последовательного присоединения дополнительных масс. Для это-го используем следующие понятия и показатели.

В процессе присоединения получается объединённая реактивная масса TM = 1+m где 1 - масса активной струи; m - присоединённая масса, численно равная коэффициенту присоединения m.

Эффективность процесса последовательного присоединения характеризует также коэффициент скорости объединённой реактивной массы: wtm = Ctm / Cpj где Ctm - скорость объединённой реактивной массы (Ctm равна Caj, которая зависит от пе-риодического изменения давления в эжекторном насадке); Cpj - скорость пульсирующей реактивной струи, образованной рабочим телом с такими же параметрами, как при обра-зовании активной струи, но расширяющимся в объёме с неизменным давлением (т.е. ра-бочим телом, истекающим не в эжекторный насадок, в котором изменяется давление в за-висимости от степени ускорения в нём присоединяемых газовых масс, а в объём с посто-янным давлением, например, атмосферным).

Как же можно использовать низкопотенциальную энергию внешней среды, не для увеличения тяги реактивного движителя, а для её преобразования в те виды энергии, ко-торые в большей степени необходимы для использования в повседневной жизни, такие как - мощность на силовом валу, "холод", высокопотенциальную теплоту?

Рассмотрим первый способ, в котором преобразование энергии атмосферы в мощность на силовом валу осуществляется в комбинированных ГТД (т. е. с одновре-менным использованием для этого энергии от сжигания углеводородного топлива и энер-гии атмосферы).

Кинетическую энергию газовой массы можно использовать для получения мощно-сти на валу только в двигателях динамического принципа действия - газотурбинных дви-гателях. Современные ГТД по большинству своих технико-эксплуатационных характери-стик превосходят двигатели объёмного принципа действия - поршневые, однако проигры-вают им в топливной экономичности. В большей степени это относится к ГТД малой мощности с небольшим диаметром турбомашин и уменьшенным объёмом расхода рабо-чего тела, при котором возрастает уровень потерь за счёт относительного увеличения за-зоров и уплотнений. Поэтому ГТД традиционных схем применяются в мощных стацио-нарных энергетических установках и в авиации, а в автотранспорте используются лишь в большегрузных карьерных самосвалах и автопоездах.

В данном способе низкопотенциальная энергия атмосферного воздуха преобразуется в струйном ГТД с эжекторным сопловым аппаратом и рабочим телом, получаемым при сгорании топлива в камере периодического сгорания (Пат. 2188960 RU). Процесс после-довательного присоединения воздушных масс состоит из повторяющейся с заданной пе-риодичностью пары последовательных, но разных термодинамических циклов - в каждом цикле свой источник энергии и рабочее тело. В первом цикле после сгорания топлива (при V=const) энергия продуктов сгорания, истекающих из реактивного сопла, преобразуется в кинетическую энергию первой части реактивной массы, которая движется в эжекторном насадке как газовый поршень и создаёт вслед за собой разрежение, а при истечении воз-действует на лопатки турбины, создавая момент на валу. За счёт полученного в насадке разрежения, источником энергии во втором цикле становится потенциальная и те-пловая энергия сжатого силой гравитации атмосферного воздуха, который под дей-ствием разности давлений втекает в насадок, расширяясь, охлаждаясь и ускоряясь как в стохастическом природном процессе, но в заданном направлении, образуя при истечении из эжекторного насадка вторую часть реактивной массы с расчётными тер-модинамическими параметрами, которая тоже воздействует на лопатки. При ускорении присоединяемого воздуха в насадке понижается давление, увеличивая разность потенциа-лов давлений перед истечением в него газовой массы импульса активной струи следую-щего периода и, соответственно, кинетическую энергию данной массы. Как следствие ус-корения повышается степень разрежения в насадке во втором цикле этого периода и ско-рость присоединяемого в нём воздуха. Тем самым, в результате преобразования энергии низкопотенциального источника - атмосферы в предыдущем периоде создаются ус-ловия для повышения эффективности преобразования энергии высокопотенциального источника в следующем периоде. Т. е. в отличие от процесса параллельного присоедине-ния, в котором уменьшается кинетическая энергия эжектирующего потока за счёт пере-распределения его первоначальной энергии на большую массу газа, периодическое нару-шение равновесного состояния атмосферы в эжекторном насадке воздействием пульсирующей активной струи создаёт в нём с заданной частотой разность потен-циалов давлений, обеспечивающую при восстановлении равновесного состояния не только ускорение присоединяемых воздушных масс, но и увеличение кинетической энергии активной струи. А в результате этого дискретного процесса объединённая масса воздействует на лопатки турбины с возросшей (по сравнению с активной струёй) кинети-ческой энергией, увеличивая момент на её валу без дополнительных затрат топлива. При этом для получения одинаковой мощности топлива затрачивается меньше (пропорцио-нально коэффициенту m, скорректированному на величину коэффициента wtm), чем в ГТД традиционных схем.

После начала истечения продуктов сгорания уменьшается их давление в камере, а также перед критическим сечением сопла и, соответственно, степень расширения "хво-стовой" части газовой массы импульса в первом цикле и её скорость. Как следствие, про-исходит снижение степени разрежения в насадке, уменьшение присоединяемой во втором цикле воздушной массы и её скорости. В результате "головная" часть импульса продуктов сгорания следующего периода (имеющая скорость больше, чем Cpj) выталкивает из насад-ка "хвостовую" часть присоединяемой воздушной массы предыдущего периода, имею-щую меньшую скорость. Это приводит к частичному смешению разделённых газовых масс и уменьшению коэффициента wtm (т. е. к снижению эффективности процесса и уменьшению возможного прироста кинетической энергии объединённой реактивной мас-сы).

В экспериментах, проведенных О.И. Кудриным при эжектировании атмосферного воздуха пульсирующей струёй продуктов сгорания, был получен прирост реактивной си-лы до 140% к исходной тяге, т.е. тяга увеличилась в 2.4 раза. Думаю, что основной причи-ной такого относительно небольшого прироста тяги для процесса последовательного при-соединения являются используемые параметры, которые в эксперименте были макси-мально приближены к некоторым конструктивным параметрам выхлопного тракта и тер-модинамическим параметрам выхлопных газов реального поршневого авиационного дви-гателя с воздушным винтом. Причем В.И. Богданов (бывший докторант О.И. Кудрина) уже не так давно, продолжая исследования процесса последовательного присоединения, доказал, что прирост тяги реактивного движителя, в зависимости от параметров процесса, может быть значительно больше, чем прирост в 2.4 раза, полученный О.И. Кудриным экс-периментально более полувека назад.

Численное моделирование процесса последовательного присоединения дополни-тельных масс, проведённое в течение последних 5-ти лет в трёх различных местах высо-коквалифицированными специалистами (независимо друг от друга) подтвердило резуль-таты проведенных теоретических и экспериментальных исследований. При этом исполь-зовались самые современные технические средства и программное обеспечение, учиты-вающее все нюансы нестационарных газовых течений. А уменьшение на полтора - два по-рядка скорости происходящего на экране монитора дало очень наглядную и доказатель-ную картину физики процесса последовательного присоединения, а также возможность анализа динамики изменений давления, температуры, формы и скорости течений газовых масс как вне, так и внутри насадка на всех стадиях процесса, и возможность оптимизации этих параметров.

Не буду описывать зависимость эффективности процесса от изменения значений геометрических и термодинамических параметров - она очень сложная и объёмная. Лишь коротко обрисую картину, наблюдаемую на экране монитора при их оптимальных значе-ниях. При этом я намеренно повторю физику процесса последовательного присоединения, обеспечивающую значительный прирост кинетической энергии реактивной струи:

Внешние газовые массы при восстановлении равновесного состояния, нарушенного "газовым поршнем", "вдавливаются" в насадок, ускоряясь вслед за ним. При этом тепло-вая энергии внешних газовых масс (находящихся вне насадка в равновесном состоянии) преобразуется в кинетическую энергию газового потока, состоящего из этих масс. Причём "газовый поршень" не тратит своей энергии на ускорение присоединяемых газо-вых масс, потому что при оптимальных геометрических пропорциях и термодинамиче-ских параметрах процесса они движутся раздельно - вслед друг за другом практически без смешения и трения. Кроме того, истечение газовой массы "поршней" происходит в область с пониженным давлением (по сравнению с давлением газовых масс вне насадка), которая образуется в насадке за счёт ускорения внешних газовых масс, уже присоединён-ных в предыдущем периоде, поэтому скорость "поршней" (всех кроме первого, выталки-вающего из насадка воздух, находящийся в равновесном состоянии) не только не умень-шается, но и увеличивается.

При моделировании становится совершенно очевидно, что в этом процессе нет и не может быть никаких причин для резкого снижения скорости газовой массы активной струи и, соответственно, кинетической энергии объединённой реактивной массы (если, конечно, не использовать заведомо не подходящие термодинамические параметры и не создавать специальные условия для увеличения турбулентного смешения и трения).

Как уже отмечалось выше, эксперименты проводились с целью получения макси-мального прироста тяги авиационного движителя, однако, хотел этого О.И. Кудрин или нет, но получив увеличение реактивной тяги в 2,4 раза (при больших величинах коэффи-циента присоединения и отсутствии объективных причин для резкого снижения скорости активной струи), он экспериментально доказал также и возможность увеличения кинети-ческой энергии в этом процессе.

Известно, что величина прироста тяги, получаемая в результате эжекционного про-цесса, зависит от геометрических параметров эжекторного устройства, изменения реак-тивной массы и скорости её истечения. Этот прирост тяги мог быть получен О.И. Куд-риным при различных значениях параметров процесса присоединения. При этом он не со-ответствует приросту кинетической энергии, который может значительно отли-чаться от прироста тяги, так как в большей степени зависит от изменения скоро-сти объединённой массы.

В данном случае, если коэффициент wtm равен 1 (т. е. скорость объединённой массы будет равна скорости активной струи, при её истечении в атмосферу), а m равен 2.4, то оба прироста одинаковы, и кинетическая энергия объединённой реактивной массы Etm= 0.5 (1 + m) C2tm, будет больше, чем кинетическая энергия активной струи Eaj = 0.5 C2aj, также в 2.4 раза. Если коэффициент wtm больше 1, то и прирост кинетической энергии, со-ответственно, больше прироста тяги. Однако скорость объединённой массы в зависимости от параметров процесса может быть меньше скорости активной струи. А для того, чтобы получить такой же прирост тяги (т. е. в 2.4 раза) при wtm меньше 1, присоединяемая воз-душная масса должна быть равна 2.4mn, где n - коэффициент, на который уменьшается Caj и Ctm.(т .е. потери в скорости должны быть возмещены соответствующимувеличением массы). А для получения прироста кинетической энергии, равного приросту тяги, в про-цессе с wtm меньше 1, необходим коэффициент m, увеличенный в n2 раз. Тогда для полу-чения прироста кинетической энергии в 2.4 раза, при предположении, что Ctm будет меньшее, по сравнению с Cpj, например, в 2 раза (что маловероятно в этом процессе), m должен быть 2.4?22 т.е. равен 9.6. А коэффициент m, полученный экспериментально, больше 10, поэтому прирост кинетической энергии и при таком гипотетическом предпо-ложении больше прироста тяги.

Таким образом, значение кинетической энергии, получаемое в результате процесса последовательного присоединения, равное Etm = 0.5 (1 + 2.4mn2) (Ctm /n)2, (при увеличе-нии тяги в 2.4 раза, экспериментально полученном О.И. Кудриным, и гипотетическом предположении о максимально возможном уменьшении wtm), больше, чем в 2.4 раза кине-тической энергии активной струи Eaj = 0.5 C2aj. Т. е. кинетическая энергия газовой струи, истекающей из эжекторного насадка в результате процесса последовательного присоеди-нения, резко увеличивается. Причём она не рассеивается в атмосфере, как при создании тяги движителя, а используется для выполнения механической работы. Следовательно, большая часть мощности данным способом получается за счёт преобразования потенци-альной энергии и низкопотенциальной теплоты сжатых под действием гравитации газов в кинетическую энергию воздушной массы, воздействующей на лопатки турбины. Поэтому эффективность комбинированных струйных ГТД оценивается суммарным КПД, который равен КПД теплового двигателя, увеличенному на произведение коэффициентов m и wtm.

Сегодня возможности повышения эффективности ГТД с циклом при P=const. прак-тически исчерпаны, а значения коэффициента m, полученные экспериментально, в зави-симости от параметров процесса присоединения изменяются от 10 до 50, т. е. эффектив-ность комбинированных двигателей может быть более чем на порядок выше эффективно-сти современных ГТД (с соответствующим уменьшением выброса в атмосферу продуктов сгорания).

Варианты конструкции комбинированных струйных ГТД, в зависимости от схемы привода и его назначения, могут быть различные. Но в любом варианте есть эжекторный сопловой аппарат, состоящий из двух составных частей - струйного устройства для обра-зования газовой массы импульсов активной струи (эту функцию может выполнять, на-пример, реактивное сопло, детонационная камера сгорания, электрореактивное устройство и т. д.) и эжекторного насадка для присоединения дополнительных газовых масс. Сопло-вой аппарат может состоять из одного или нескольких эжекторных элементов, быть ста-ционарным или вращающимся - с одновременным выполнением функции реактивной турбины - "сегнерова колеса". Варианты конструктивных схем и их преимущества описа-ны в Пат. 2188960 RU.

Автором статьи разработан стендовый вариант комбинированного струйного ГТД, который позволяет варьировать и оптимизировать основные параметры процесса после-довательного присоединения, в т.ч. с учетом скорости набегающего потока (совместно с "НПО Машиностроение", г. Реутов подготовлена конструкторская документация этого варианта).

Мы коротко рассмотрели известные стохастический и управляемый процессы пре-образования потенциальной и тепловой энергии атмосферы в кинетическую энергию воз-душных потоков, а также способ её преобразования в комбинированных струйных двига-телях с эжекторным сопловым аппаратом для увеличения мощности на валу без дополни-тельных затрат энергии топлива.

Рассмотрим второй способ - преобразования энергии атмосферы в бестопливных струйных двигателях

Проведенные эксперименты показали, что оптимальное значение скорости активной струи (Caj) продуктов сгорания в процессе присоединения находится в диапазоне скоро-стей, которые можно получать без дополнительного подогрева сжатого рабочего тела пе-ред его расширением в реактивном сопле. Следовательно, продукты сгорания (с давлени-ем, получаемым при нагреве за счёт сжигания топлива в замкнутом объёме камеры перио-дического сгорания) можно заменить воздухом, сжимаемым в компрессоре, а камеру сго-рания (с рабочим телом для одного цикла) - пневмоаккумулятором с большим объёмом. При истечении воздуха из такого пневмоаккумулятора давление перед критическим сече-нием сопла остаётся постоянным в течение всего цикла. Поэтому "хвостовая" часть газо-вой массы импульсов активной струи, снижающая эффективность процесса присоедине-ния, отсутствует, что практически исключает смешение последовательно движущихся разделённых воздушных масс и, следовательно, потери на их трение. В результате коэф-фициент wtm становится больше 1. Напомню, что это означает - скорость объединённой массы больше скорости реактивной струи, образованной рабочим телом с такими же па-раметрами как при образовании активной струи, но истекающей в область с неизменным давлением. Так как скорость объединённой массы Ctm равна скорости активной струи Caj, то кинетическая энергия объединённой массы будет больше кинетической энергии актив-ной струи, т. е. Etm больше Eaj, и, соответственно, больше потенциальной энергии (Eace) рабочего тела - сжатого воздуха, образующего активную струю, не менее, чем в m раз. Величина m изменяется в зависимости от параметров процесса присоединения в диапазо-не от 10 до 50, поэтому потенциальная энергия рабочего тела Eace, необходимая для обра-зования массы импульсов активной струи при его расширении, составляет лишь 0.1 - 0.02 кинетической энергии объединённой массы Etm, получаемой в результате процесса при-соединения.

Причём для повышения давления воздуха в пневмоаккумуляторе перед его расши-рением в струйном устройстве можно использовать разные способы, в т. ч. сжатие в меха-ническом компрессоре, приводимым в действие за счёт различных источников энергии, а такой баланс энергии позволяет осуществлять привод компрессора за счёт мощно-сти, полученной на валу турбины в результате процессов преобразований энергии атмосферы в предыдущих периодах.

При этом суммарные энергозатраты и потери в процессах преобразований Eexp = Eace + Ece + Ete + Eoe где Ece - потери энергии при сжатии воздуха в компрессоре; Ete - потери энергии при преобразовании Etm в турбине; Eoe - прочие потери энергии.

Общий удельный вес технологических потерь (Ece + Ete + Eoe), не превышает 25% Etm, в том числе: Ece 20% Eace; Ete 15% Etm; Eoe 2% Eaj. (потери означают, что данный способ преобразования энергии не противоречит второму началу термодинамики) В ос-новном величина потерь зависит от КПД турбины, а удельный вес потерь в компрессоре и прочих потерь при больших величинах m незначителен и составляет, соответственно, 1% и 0.1% от Etm, увеличиваясь с уменьшением m.

С учётом энергозатрат и потерь, энергия для использования потребителями Eus = Etm - Eexp.

Если принять Etm равной 100%, то, при среднем значении m равном 20 и wtm равном 1, Eus = 100% - (5% + 1% + 15%+ 0.1%) = 78.9%, т. е. кинетическая энергия для полезного использования потребителями в виде мощности на валу составляет 78.9% от получаемой в результате процесса присоединения кинетической энергии объединённой реактивной мас-сы. А суммарные энергозатраты и потери в этом случае Eexp составят 21.1% Etm. Если ос-новные параметры процесса и/или их соотношения отклоняются от оптимальных величин, то значения m и wtm уменьшаются. При уменьшении коэффициента m до 0.695 и соответ-ствующем изменении уровня технологических энергозатрат и потерь, кинетической энер-гии объединённой массы будет достаточно только для их компенсации, а Eus ? 100% - (69.5% + 13.9% + 15%+ 1.4%) ? 0. Это означает, что для самоподдержания процесса дос-таточно увеличить кинетическую энергию реактивной массы на 44%, т.е. Etm = 100 больше Eaj = 69.5 лишь в 1.44 раза (100/69.5=1.44) и такое соотношение обеспечивает непрерыв-ность процессов бестопливного преобразования энергии атмосферы. Прирост кинетиче-ской энергии за счёт увеличения m сверх этого уровня (0.695) может быть использован для потребления. Например, если m равен всего навсего 1 (при этом присоединяемая мас-са равна массе активной струи), технологические затраты и потери изменяются: Eace до 50%, Ece до 10%, Eoe до 1%, а Eus = 100% - (50% + 10% + 15% + 1%) = 24% Etm. Совер-шенно очевидно, что даже при такой малой величине m, равной 1 (а в процессе последо-вательного присоединения величина коэффициента m = 10 достижима при не самых оп-тимальных параметрах), невысоких КПД турбины (0.85) и компрессора (0.8), для сжатия рабочего тела можно использовать энергию, полученную в предыдущих циклах, при этом оставляя потребителям 24% располагаемой Etm.

Результаты экспериментов также подтверждают возможность преобразо-ваний энергии атмосферы при сжатии рабочего тела за счёт мощности, полученной при её преобразовании в предыдущих периодах. Если экстраполировать увеличение ки-нетической энергии (в 2.4 раза), полученное экспериментально в процессе последователь-ного присоединения с активной струёй из продуктов сгорания, на аналогичный процесс с использованием сжатого воздуха для образования этой струи, то даже без учёта реального снижения потерь на смешение и трение объединяемых масс, повышающего эффектив-ность этого процесса, Eus = 100% - (41.7%+8.3%+15%+ 0.8%) = 34.2% Etm.

Таким образом энергетический баланс доказывает возможность бестопливного преобразования энергии атмосферы в мощность на силовом валу даже при использовании отнюдь не самых оптимальных параметров в процессе последовательного присоединения.

Согласно второму началу термодинамики не вся энергия одного неисчерпаемого источника преобразуется в работу - часть превращается в теплоту, которая рассеивается во внешней среде. В рассмотренном способе бестопливного преобразования энергии ат-мосферы при механическом сжатии рабочего тела мы получаем высокопотенциальную теплоту, температуру которой можно регулировать (в зависимости от степени сжатия и охлаждения рабочего тела перед расширением) и полезно использовать в этой среде, на-пример, через теплообменные устройства систем отопления. При расширении сжатого и охлаждённого рабочего тела, например, до атмосферной температуры, значения Caj и Ctm будут находиться в диапазоне величин коэффициента скорости ? до 2.45, достаточном для получения окружных скоростей, обеспечивающих высокий КПД турбомашин. Т. е. одно-временно с бестопливным получением мощности на валу, которую можно использовать не только для генерации электроэнергии, но и для привода различного вида движителей транспортных средств, мы можем получать высокопотенциальное тепло для отопления.

Температура высокопотенциального рабочего тела, а также низкопотенциального - воздуха - в процессах преобразований энергии и выполнения работы понижается. Управ-ляя количеством атмосферного и холодного отработавшего воздуха, возвращаемого в эжекторные насадки в качестве присоединяемых масс, можно получать воздух с регули-руемой температурой, например, для использования в системах кондиционирования. Если отработавший в одном устройстве присоединения или эжекторном сопловом аппарате воздух направлять в качестве присоединяемых масс в другое устройство или следующий сопловой аппарат и т.д., то его можно охлаждать до температур, используемых в криоген-ной технике.

Процесс присоединения дополнительных масс воздуха в рассмотренном бестоплив-ном способе преобразования энергии атмосферы также состоит из повторяющейся с за-данной периодичностью пары последовательно связанных термодинамических циклов со своими источниками энергии и рабочими телами: из обратного цикла Карно (цикла воз-душного теплового насоса - холодильной машины) и цикла - охлаждения атмосферного воздуха при его расширении и ускорении. Часть мощности, полученной в результате пре-образований энергии атмосферы в предыдущих периодах, используется для сжатия атмо-сферного воздуха в обратном цикле Карно. За счёт работы расширения сжатого воздуха (высокопотенциального рабочего тела) создаются условия для начала второго цикла с ис-пользованием энергии низкопотенциального рабочего тела (также как в процессе с про-дуктами сгорания).

Таким образом, за счёт энергии атмосферы осуществляется привод воздушного теплового насоса, в результате работы которого создаются условия для преобразо-вания в эжекторном насадке низкопотенциальной энергии атмосферного воздуха, на-ходящегося вне насадка в равновесном состоянии, в доступную для использования ки-нетическую энергию воздушной струи, высокопотенциальную теплоту и "холод" рас-чётной температуры. Данный бестопливный способ преобразования энергии атмосфе-ры отличается от способа её преобразования в традиционных ветродвигателях управляе-мостью процесса создания воздушной струи в эжекторном насадке и высокой плотностью энергии на единицу рабочей площади. Устройства для осуществления этого способа - атмосферные бестопливные струйные двигатели.

Их эффективность, по сравнению с известными ветровыми, солнечными и геотер-мальными преобразователями даровой и экологически чистой энергии, не зависит от гео-графических, временных и погодных условий, а удельная мощность значительно выше и сопоставима с удельной мощностью ГТД традиционных схем. Отсутствие жаростойких материалов и систем, связанных с использованием топлива, упрощает конструкцию, тех-нологию, снижает себестоимость, повышает надёжность, пожаро- взрывобезопасность и, наряду с возможностью одновременной выработки трёх видов энергии, расширяет сферу применения бестопливных двигателей. Зависит эффективность, в основном, от значений m и wtm, технологических потерь, а также видов используемой потребителями энергии и сферы применения (в энергетических стационарных и мобильных системах, для привода различных устройств и типов движителей с одновременным получением высокопотенци-альной теплоты и/или "холода"). Традиционное понятие КПД теплового двигателя в дан-ном случае не даёт реальной оценки эффективности струйных двигателей. Её можно оце-нивать величиной удельной мощности или отношением Eus/Etm, числитель которого уве-личивается на величину тепла и/или "холода" - "потерь", которые полезно используются одновременно с получаемой мощностью.

Экономический эффект от применения этих двигателей в энергетике, наряду с от-сутствием затрат на топливо, повышается за счёт доступности атмосферы - источника энергии, при котором не нужна концентрация мощностей, необходимая при использова-нии традиционных энергоносителей и, соответственно, не нужны протяжённые коммуни-кации, необходимые для передачи централизованно выработанной энергии потребителям. Применение атмосферных бестопливных струйных двигателей для привода различных движителей делает транспортные системы одновременно и мобильными универсальными автономными источниками энергии для внешнего потребления, а выполнение их основ-ных функций - сколь угодно длительным "без дозаправки". Например, при их использо-вании в авиации время полёта летательного аппарата в атмосфере ограничивается только износостойкостью конструкции такого двигателя и самого аппарата.

Сфера применения бестопливных струйных технологий не ограничивается энергети-кой и транспортом. Однако, самый необходимый и большой социально-экономический эффект может быть получен при замене традиционных способов преобразования энергии именно в этих отраслях, и позволит резко сократить их негативное влияние на окружаю-щую среду и биосферу.

Если приведенные экспериментальные данные и энергетический баланс, не смогут стать для Вас достаточно убедительными доказательствами возможности получения мощ-ности на валу бестопливными способами, то ими могут послужить испытания наиболее простого - демонстрационного варианта бестопливного струйного ГТД с использованием открытого цикла.

При этом нет необходимости "с нуля" разрабатывать и изготавливать оригинальную конструкцию - можно использовать уже готовые устройства: в качестве силового элемента - серийный турбинный модуль маломощного (для минимизации затрат) турбовального ГТД, а для подготовки рабочего тела, образующего активную струю, - автономный компрессор любого типа и ресивер с пневмоклапаном. Такую модульную конструкцию можно назвать "ветродвигателем" с управляемым процессом бестопливного ускорения воздушных масс. Оригинален только эжекторный насадок, который в этом случае предельно прост (с точки зрения изготовления). Конечно, описания лишь физической сути преобразований недостаточно для создания даже самого простого стендового варианта. Как уже упоминалось - бестопливные преобразования низкопотенциальной энергии воз-душных масс возможны только при определённых геометрических пропорциях эжектор-ного устройства и соотношениях термодинамических параметров процесса последова-тельного присоединения, без которых в нём нельзя получить необходимый прирост кине-тической энергии реактивной струи. А они непостоянны и зависят от конкретной конст-рукции двигателя - расчётной мощности, параметров проточной части, термодинамиче-ских параметров рабочего тела и других конструктивных и технико-эксплуатационных характеристик. Определение диапазона, а тем более оптимизация соотношений всех пара-метров требуют большого объёма теоретических и экспериментальных исследований и, соответственно, немалых затрат на их проведение.

Однако, при участии автора в этом проекте не надо тратить средства и время на до-полнительные теоретические и экспериментальные исследования для оптимизации пара-метров процесса последовательного присоединения. Более 10 лет занимаясь разработкой струйных технологий, автор сегодня владеет методиками (в т. ч. с использованием чис-ленного моделирования), позволяющими получать величину и скорость объединенной воздушной массы в эжекторных сопловых аппаратах, необходимые ГТД с конкретными технико-эксплуатационными характеристиками.

Необходимо отметить - специфика бестопливных струйных систем заключается в том, что низкопотенциальная энергия внешней среды, доступна для использования в лю-бом месте их эксплуатации, позволяя, наряду с их производством, производить конечный продукт - электроэнергию, тепло и/или "холод", получаемый непосредственно в местах его потребления. То есть, позволяет обеспечивать потребителей необходимыми видами энергии, причём независимо от их метонахождения. При этом затраты на производство таких систем, наряду с затратами на их поставку, монтаж - наладку, фирменное сервисное техническое обслуживание и эксплуатацию, включаются в тарифы на оказываемые услу-ги. Такая организационная схема позволит создать конкуренцию на энергетическом рынке страны и эффективную систему контроля за уровнем тарифов на потребляемую энергию.

Из приведенного выше описания бестопливного способа преобразования энергии и двигателей для его реализации видно, что, наряду с простотой конструкции, они доста-точно эффективны, однако можно дополнительно повысить их эффективность и расши-рить сферы применения, незначительно усложнив конструкцию (см. рисунок).

Принципиальная схема возможных вариантов преобразования низкопотенциальной энергии в бестопливных струйных двигателях

Принципиальная схема возможных вариантов преобразования низкопотенциальной энергии в бестопливных струйных двигателях

В рассматриваемых вариантах эжекторный сопловой аппарат может состоять из су-жающегося реактивного сопла 1 (или струйного устройства любого другого принципа действия, обеспечивающего расчётные параметры импульсов активной струи) и эжектор-ного насадка - устройства присоединения 2. Для уменьшения продольных размеров струйного двигателя проточная часть устройства присоединения и турбин 3 и 4, закреп-лённых на концах силового вала 5, находится внутри этого полого вала, а снаружи вала расположены роторы компрессоров 6,7. Выход ступеней компрессора 30, не закреплённо-го на валу 5, связан через обратный клапан 20 с пневмоаккумулятором 18 рабочего тела. Сжатый воздух в него подаётся через клапаны 19 или 20. Клапан 21 обеспечивает расчет-ную периодичность и длительность истечения сжатого воздуха из реактивного сопла 1. Вслед за воздушной массой импульса в устройстве 2 образуется разрежение. Под действи-ем атмосферного давления присоединяемый воздух через клапаны 26,27, лопатки 22 тур-бины 29, лопатки 23 турбины 3, направляющий аппарат 24 ускоряется вслед за воздушной массой импульса. От геометрических параметров сопла 1, устройства 2, их соотношения и термодинамических параметров реактивной массы импульсов зависит степень получаемо-го в устройстве 2 разрежения и период времени, в течение которого оно сохраняется. А от этого зависит количество присоединяемого воздуха, его скорость и суммарный напор, создающий момент на валу 5 за счёт воздействия втекающей воздушной массы на лопатки 23 турбины 3 и объединённой реактивной массы на лопатки 25 турбины 4, закреплённой на другом конце этого вала. Часть полученной суммарной мощности используется для привода компрессоров 6,7, а часть внешними потребителями.

В одном из вариантов (А) отработавшая объединённая масса направляется в центро-бежный диффузор 8, в котором её оставшаяся кинетическая энергия преобразуется в по-тенциальную перед выбросом во внешнюю среду по каналу а через клапан 9 для повыше-ния эффективности процесса присоединения, и/или повторного использования через канал в в качестве присоединяемых масс.

Сжимая отработавшую массу в компрессоре 7 за счёт части Eus, можно повысить эффективность процесса присоединения и стравливать её во внешнюю среду с повышен-ным давлением через клапан 9 и/или повторно использовать, подавая через клапан 10 по каналам в и с. При этом, за счёт разрежения, получаемого перед входом в компрессор 7, увеличивается разность потенциалов давлений при образовании импульсов, а в результате повышаются скорость активной струи и кинетическая энергия объединённой реактивной массы с понижением температуры и увеличением момента на валу 5.

Получать разрежение для увеличения разности потенциалов давлений можно без до-полнительных затрат энергии. Для этого струи, истекающие из лопаток 25 турбины 4 по-сле создания момента, через направляющий аппарат 11 закручиваются по спирали (Б). В вихревой камере 12, в которую происходит истечение, за счёт оставшейся кинетической энергии создается вихревой эффект, образующий в центральной части разрежение, увели-чивающее разность потенциалов давлений при расширении рабочего тела. Одновременно в периферийной части созданного вихря повышается давление объединённой массы, ко-торая через направляющий аппарат 13 воздействует на лопатки 14 турбины 4, а затем (сразу или после сжатия в компрессоре 6) через клапан 16 выбрасывается и/или через кла-пан 17 направляется для повторного использования. В этом случае можно дополнительно увеличивать разность потенциалов давлений за счёт использования части Eus, соединив вихревую камеру12 через направляющий аппарат 15 со входом компрессора 6.

При сжатии низкотемпературной отработавшей массы уменьшаются затраты энер-гии на работу сжатия, по сравнению со сжатием воздуха с атмосферной температурой, по-этому двигатели с открытым циклом, наряду с получением мощности, можно использо-вать в качестве эффективных генераторов высокопотенциального рабочего тела для более мощных бестопливных систем, создания низкотемпературных реактивных струй (в соплах 28) и тяги. Эффективность сжатия можно повысить, используя биротативные компрессо-ры 7 и 30 с вращающимися в противоположные стороны рабочими колёсами без непод-вижных направляющих аппаратов.

Третий способ.

Процесс последовательного присоединения можно использовать для получения мощности, высокопотенциальной теплоты и "холода" также и вне атмосфер-ных условий, преобразуя тепловую энергию внешней среды в замкнутом термодинамиче-ском цикле.

Представим, что атмосферный бестопливный струйный двигатель помещён в изоли-рованный от внешней среды объём, заполненный газом - воздухом или гелием. При рабо-те двигателя, за счёт охлаждения отработавшей массы, в нём понизятся температура и давление. Параметры процесса присоединения изменятся настолько, что в какой-то мо-мент Etm станет недостаточно для создания расчётной мощности компрессора, сжимаю-щего рабочее тело для образования активной струи. В каждом цикле будет уменьшаться степень сжатия и Caj. Процесс присоединения постепенно "затухает" и двигатель, "замо-розившись", остановится. Это не произойдёт, если изолированный объём используется в качестве низкотемпературного теплоприёмника для истечения отработавшей газовой мас-сы и соединён с теплообменным устройством, а выход этого устройства соединён с вхо-дами устройства присоединения и компрессора, образуя замкнутый контур. Под действием неуравновешенной силы давления газов, возникающей при создании разрежения за газовой массой импульсов активной струи, часть отработавшей газовой массы из этого объёма направляется в теплообменное устройство. В нём, получая тепло и понижая тем-пературу внешней среды, масса нагревается до температуры, необходимой для выполне-ния функции присоединяемых масс следующих периодов. Другая часть газовой массы че-рез теплообменное устройство (или минуя его) направляется в компрессор для сжатия и дальнейшего использования в качестве высокопотенциального рабочего тела.

В результате нагрева отработавшей газовой массы в теплообменном устройстве процесс последовательного присоединения в струйных двигателях с замкнутым цик-лом продолжается сколь угодно долго и независимо от давления внешней среды, ко-торая при этом выполняет функции нагревателя - источника теплоты, преобразуе-мой в работу.

Отличие бестопливных струйных двигателей с замкнутым от двигателей с разомкну-тым циклом заключается в организации теплообмена с источником теплоты и возможно-сти варьировать давление и температуру в теплоприёмнике. По способу подвода теплоты их можно сравнить с двигателями Стирлинга. При этом для эффективной работы двигате-лей Стирлинга необходим подвод извне только высокопотенциального тепла, а эффектив-ность струйных двигателей зависит от разности температур между источником теплоты внешней среды и теплоприёмником перед нагревом отработавшей газовой массы, исполь-зуемой в следующих периодах. Поэтому, варьируя параметры процесса присоединения, изменяющие давление и температуру в теплоприёмнике (за счёт частоты, длительности и скорости газовой массы импульсов активной струи, а также повторного использования отработавшей массы без промежуточного подогрева в теплообменном устройстве), можно как управлять мощностью двигателя, так и расширять диапазон температуры используе-мых источников теплоты внешней среды до отрицательных температур. Например, ис-пользовать (также, как и в двигателях с открытым циклом) в качестве внешнего источника энергии теплоту атмосферного низкотемпературного воздуха зимой или на высоте полёта самолётов с крейсерской скоростью. На основе струйных двигателей с замкнутым циклом можно создавать воздухонезависимые бестопливные энергетические системы (с более широкой сферой применения, чем у аналогичных атмосферных систем), способные рабо-тать за счёт низкопотенциальной теплоты в различных экстремальных условиях внешней среды, например под водой, одновременно используя её как источник тепла, преобразуе-мого в необходимый вид энергии, и/или в открытом космосе, преобразуя лучистую энер-гию солнца.

Четвёртый способ.

В двух предыдущих бестопливных способах преобразования низкопотенциальной энергии внешней среды рабочее тело для образования активной струи сжимали в механическом компрессоре. Рассмотрим варианты его подготовки без предварительного механического сжатия - при ускорении в результате нагрева перед расширением за счёт теплоты различных источников энергии. Например, низкопотенци-альным теплом внешней среды в пневмоаккумуляторе. Необходимое давление в замкну-том объёме может быть получено только при расчётной разности температур (перед на-гревом) между источником теплоты и нагреваемым рабочим телом. При нагреве низкопо-тенциальным теплом такую разность можно получать, понижая температуру рабочего те-ла. Для этого пневмоаккумулятор перед нагревом нужно заполнять отработавшей в пре-дыдущих периодах газовой массой, температура которой зависит от многократности её использования в процессе присоединения и может быть на сотни градусов ниже темпера-туры внешнего источника теплоты. Нагревать низкотемпературную отработавшую массу нужно, по меньшей мере, в двух пневмоаккумуляторах, которые должны поочередно со-единяться со струйным устройством после нагрева и отсоединяться для удаления остатков нагретого рабочего тела (при снижении давления ниже расчётного уровня) и очередного заполнения отработавшей массой. Причём в двигателях с открытым циклом при расшире-нии удаляемых остатков можно выполнять полезную работу, например, привод устройств, ускоряющих нагнетание низкотемпературной массы в другой пневмоаккумулятор, а в двигателях с замкнутым циклом - выполнять работу и использовать в следующих перио-дах процесса присоединения в качестве присоединяемых масс. Для данного варианта на-грева необходимы большой объём пневмоаккумуляторов, а также площадь их рабочей по-верхности для теплообмена. Поэтому он может применяться в тех энергетических уста-новках, в которых объём и масса не играют существенной роли, например, в мощных энергетических системах, и не может - в двигателях большинства транспортных средств.

Уменьшить массу бестопливных бескомпрессорных двигателей можно, используя электронагрев рабочего тела в пневмоаккумуляторе высокопотенциальной теплотой - без теплообменного устройства. Электроэнергия для нагрева генерируется за счёт части мощ-ности, получаемой в предыдущих периодах. При этом сокращается время нагрева, масса и габариты электрогенератора меньше, конструкция проще и технологичней, по сравнению с компрессором, а его производство и эксплуатация менее затратны. Потери энергии при получении расчётного уровня давления меньше, чем при механическом сжатии рабочего тела. Такой вариант эффективнее варианта нагрева за счёт низкопотенциальной теплоты и позволяет получить удельную мощность большую, чем при механическом сжатии газов.

В варианте - при использовании электрореактивного устройства для образования ак-тивной струи - низкотемпературную массу в пневмоаккумуляторе нужно нагревать лишь до минимального уровня давления или использовать иной способ, обеспечивающий по-ступление рабочего тела в это устройство, для последующего ускорения за счёт электро-энергии, генерируемой в предыдущих периодах. Для ускорения рабочего тела в импульс-ном электрореактивном устройстве можно применять различные методы (термоэлектри-ческий, электромагнитный и т. д.). При его использовании в процессе последовательного присоединения увеличивается скорость активной струи, повышается коэффициент m и удельная мощность бестопливного струйного двигателя.

Если за счёт мощности, полученной в результате преобразований низкопотенциаль-ной энергии внешней среды генерировать электроэнергию для ускорения активной струи и одновременно для внешнего использования, то получается универсальный источник электроэнергии с неограниченной сферой применения. Электрореактивному устройству для образования активной струи в процессе последовательного присоединения необходи-ма лишь одна часть электроэнергии, генерируемой за счёт мощности, полученной в пре-дыдущих периодах этого процесса, а оставшуюся - большую часть можно использовать не только для внешнего потребления в различных целях, но и для дальнейших её преобра-зований в бестопливных струйных двигателях, обеспечивающих дополнительные свойст-ва, качественные характеристики и сферы их применения. Например, можно использовать в электрореактивном движителе для создания реактивной тяги, в т. ч. с гиперзвуковой скоростью истечения реактивной массы. Если организовать импульсное истечение из электрореактивного движителя, то в атмосфере её можно использовать в эжекторном уст-ройстве этого движителя в качестве активной струи, увеличивая тягу без увеличения мас-сы генератора и т. д. Основное преимущество двигателей, реализующих этот способ, - простота конструкции, надёжность и высокая удельная мощность - качества, необходи-мые двигателям большинства транспортных средств. Однако, наряду с отсутствием массы топлива и топливных систем (как и во всех типах бестопливных струйных двигателей), эти качества дополнительно увеличивают полезную грузоподъёмность, что делает бесто-пливные электрореактивные струйные двигатели особенно эффективными в авиации и системах вывода космических аппаратов на орбиту.

В заключение, необходимо отметить, что не вся теплота внешних источников пре-образуется в работу, часть её (согласно второму началу термодинамики) в разной степени, но во всех способах рассеивается во внешней среде в процессах преобразования энергии. Кроме того, важно ещё раз подчеркнуть - реактивная тяга и кинетическая энергия объеди-нённой массы, получаемые в результате процесса последовательного присоединения, мо-гут быть значительно больше тяги и кинетической энергии активной струи. Такие резуль-таты были получены экспериментально и подтверждены современными методами чис-ленного моделирования. Рассмотренные управляемые и бестопливные способы преоб-разования низкопотенциальной энергии внешней среды отличаются лишь организацией теплообмена с этой средой, различными вариантами подготовки рабочего тела для обра-зования активной струи и её ускорения, а также сферами применения. Они принципиаль-но отличны от традиционных способов, но для их реализации не требуются какие-либо новые, ранее не освоенные производственные технологии. Принцип увеличения кинети-ческой энергии одинаков во всех способах: прирост происходит при восстановлении газовыми массами низкопотенциального рабочего тела равновесного состояния, на-рушаемого газовой массой импульсов активной струи в эжекторном насадке. Величи-на прироста кинетической энергии зависит от соотношений основных параметров процес-са последовательного присоединения, а также соотношения конструктивных параметров и пропорций эжекторного устройства.

Таким образом, использование процесса последовательного присоединения допол-нительных масс в энергетических системах позволяет без ущерба для экологии преобра-зовывать неисчерпаемую, даровую природную энергию в любом месте и независимо от условий внешней среды в необходимый вид энергии, доступный для потребления непо-средственно в местах выработки. Используя в качестве источника тепловой энергии воду, лёд, атмосферу, можно изменять их термодинамические параметры и управлять агрегат-ным состоянием, а при масштабном применении бестопливных струйных технологий - влиять на климатические условия и не допустить глобального потепления климата. Бестопливные струйные двигатели могут иметь широкий диапазон мощностей и сферы применения. В зависимости от используемых циклов и назначения, они способны работать в любых условиях внешней среды: в атмосфере, космосе, под водой. Их произ-водство проще, эффективнее аналогичных традиционных и возможно на большинстве машиностроительных предприятий.

Список принятых обозначений:

" m - коэффициент присоединения дополнительных масс.

" Caj - скорость активной струи.

" TM - объединённая реактивная масса.

" wtm - коэффициент скорости объединённой реактивной массы.

" Ctm - скорость объединённой реактивной массы.

" Cpj - скорость пульсирующей реактивной струи.

" Etm - кинетическая энергия объединённой реактивной массы.

" Eaj - кинетическая энергия активной струи.

" Eexp - затраты и потери энергии в процессах преобразования.

" Eace - энергия для сжатия воздуха, образующего активную струю

" Ece - потери энергии при сжатии воздуха в компрессоре.

" Ete - потери энергии при преобразовании Etm в турбине.

" Eoe - прочие потери энергии.

" Eus - энергия, используемая потребителями. в т. ч. в схеме бестопливного струйного двигателя:

1 - сужающееся реактивное сопло;

2 - эжекторный насадок - устройство присоединения дополнительных масс эжекторного соплового аппарата;

3 - первая турбина силового вала;

4 - вторая турбина силового вала;

5 - силовой вал;

6 - центробежный компрессор силового вала;

7 - осевой компрессор силового вала;

8 - центробежный диффузор;

9 - выпускной пневмоклапан;

10 - пневмоклапан;

11 - направляющий аппарат;

12 - объём вихревой ка-меры - низкотемпературного теплоприёмника;

13 - направляющий аппарат на входе вто-рой ступени турбины 4;

14 - лопатки второй ступени турбины 4;

15 - направляющий аппа-рат на входе компрессора 6;

16 - выпускной пневмоклапан;

17 - пневмоклапан;

18 - пнев-моаккумулятор рабочего тела;

19 - обратный клапан для подачи рабочего тела, сжатого внешними устройствами;

20 - обратный клапан для подачи рабочего тела, сжатого в ком-прессоре двигателя;

21 - электромагнитный клапан для периодической подачи рабочего тела;

22 - турбинные лопатки - направляющий аппарат на входе в турбину 3;

23 - турбин-ные лопатки турбины 3;

24 - направляющий аппарат на выходе турбины 3;

25 - лопатки первой ступени турбины 4;

26, 27 - клапаны впускные;

28 - реактивное сопло;

29 - турби-на, не закреплённая на силовом валу;

30 - компрессор, кинематически не связанный с си-ловым валом.

Кондрашов Борис Михайлович,

Тел (495) 433-3189,

E-mail kbm@mail.ru


Бренд Legrand на ЭлектроПрофи

Ждём вас за покупками со скидкой -20% в "АВС-электро" вашего города.

Перейти на сайт