Транспортная газопаровая силовая установка
Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям внешнего сгорания, и может быть использовано в двигателях для транспортных средств и энергетики. Транспортная газопаровая силовая установка содержит реактор с зоной горения и зоной парообразования, устройство подачи воды, устройство подачи топлива, воспламенительное устройство и сообщенный с реактором газопаровой двигатель. Реактор выполнен в виде камеры сгорания газотурбинного двигателя, где кожух реактора образует полость с установленной в ней жаровой трубой и зоной смешения, отверстиями сообщенной с полостью кожуха. Фронтовые части кожуха и жаровой трубы выполнены герметичными. Подача и распыление воды выполнены в полость кожуха. Подача и распыление смеси водного раствора электролита и топлива выполнены через форсунку с кавитатором в герметичную фронтовую часть жаровой трубы. Воспламенительное устройство выполнено в виде электродов-катализаторов с возможностью зажигания и тушения вольтовой /электрической/ дуги. Установлены электроды во фронтовой части жаровой трубы. Один электрод выполнен перемещаемым, другой - конической формы и с конусным каналом. Зона горения выполнена в конусном канале электрода. Изобретение позволяет упростить конструкцию и повысить экономический эффект и экологический. 1 ил.
Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям внешнего сгорания, и может быть использовано в двигателестроении для транспортных средств и энергетики.
Известен паровой двигатель, содержащий расположенные внутри одного цилиндра камеру для сжигания топлива, камеру для впрыска воды и парообразования, камеру перемещения поршня, отверстия для выхлопа отработавшего пара и преобразователь возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение вала /Патент РФ №2181438, F01К 21/02, 20.04.2002 г./. [1]
Недостатком известного двигателя является низкая эффективность в работе из-за сложности управления и контроля всеми процессами, происходящими в его цилиндре.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является парогазовый реактор для ротопоршневых двигателей, содержащий реактор, имеющий зону горения и зону парообразования, устройство подачи воды, устройство подачи топлива, воспламенительное устройство и сообщенный с реактором газопаровой двигатель /Патент РФ №2123605, F01K 21/00, 20.12.1998 г./. [2]
Недостатком ближайшего аналога является низкая эффективность работы реактора из-за сложности конструкции и из-за сложности управления всеми процессами, происходящими в реакторе.
Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в повышении управляемости всеми процессами, происходящими в устройстве, за счет упрощения его конструкции.
Поставленная техническая задача решается тем, что в транспортной газопаровой силовой установке, содержащей реактор, имеющий зону горения и зону парообразования, устройство подачи воды, устройство подачи топлива, воспламенительное устройство и сообщенный с реактором, например патрубком, газопаровой двигатель, например поршневой. Реактор выполнен в виде камеры сгорания газотурбинного двигателя, где кожух реактора образует полость, в которой установлена жаровая труба, имеющая зону смещения, отверстиями сообщенную с полостью кожуха реактора. Причем фронтовая часть кожуха реактора и фронтовая часть жаровой трубы выполнены герметичными. Устройство подачи воды выполнено с возможностью подачи и распыления, например, через форсунку природной воды в фронтовую часть полости кожуха реактора. Устройство подачи топлива выполнено с возможностью подачи и распыления смеси электролита /водного раствора электролита/ и топлива, например метилового спирта, через форсунку с кавитатором, например, в виде местного сужения ее канала в герметичную фронтовую часть жаровой трубы. Воспламенительное устройство выполнено в виде электродов-катализаторов, например, напыленных платиновой чернью, с возможностью подачи на них постоянного тока, зажигания и тушения вольтовой /электрической/ дуги. Причем электроды установлены в герметичной фронтовой части жаровой трубы и один из них выполнен перемещаемым, например электромагнитом, при зажигании вольтовой дуги, другой выполнен конической формы и с конусным каналом. При этом зона горения вольтовой дуги и смеси электролита и топлива выполнена в конусном канале электрода. Под воздействием вольтовой дуги смесь электролита и топлива в зоне горения диссоциирует на водород и кислород, ионизируется и превращается в плазму.
На чертеже, поясняющем изобретение, представлен схематичный разрез силовой установки.
Пример выполнения предлагаемого решения.
Транспортная газопаровая силовая установка содержит реактор 1, выполненный в виде камеры сгорания газотурбинного двигателя, где кожух 2 образует полость 3, в которой установлена жаровая труба 4, имеющая зону смешения 5, отверстиями 6 сообщенную с полостью кожуха. Причем фронтовая часть 7 кожуха и фронтовая часть 8 жаровой трубы выполнены герметичными. Форсунку 9 подачи и распыления природной воды в полость кожуха. Форсунку 10 с кавитатором, например местное сужение ее канала /не показано/, подачи и распыления смеси водного раствора электролита и топлива, например метилового спирта, в герметичную фронтовую часть жаровой трубы. Воспламенительное устройство, выполненное в виде электродов-катализаторов, например катод 11 и анод 12, напыленных платиновой чернью, с возможностью подачи на них постоянного тока, зажигания и тушения вольтовой /электрической/ дуги, причем электроды установлены в герметичной фронтовой части жаровой трубы и один из них выполнен перемещаемым, например, электромагнитом 13 при зажигании вольтовой дуги. Другой электрод выполнен конической формы и с конусным каналом 14, при этом зона горения смеси электролита и топлива выполнена в конусном канале, где смесь под воздействием вольтовой дуги диссоциирует на водород и кислород, ионизируется и превращается в плазму. Силовая установка также содержит сообщенный с реактором через патрубок 15 и золотник 16 газопаровой двигатель 16, например поршневой.
Транспортная газопаровая силовая установка работает следующим образом.
Для пуска силовой установки в работу на электроды-катализаторы 11 и 12 подают регулируемый, например, блоком управления постоянный ток. Затем включают электромагнит 13 и кратковременным контактом концом перемещаемого электрода 11 анод 12 в его конусном канале 14 зажигают вольтовую /электрическую/ дугу. После чего через форсунку 10 с кавитатором /не показано/ в герметичную фронтовую часть 8 жаровой трубы 4, так же под контролем блока управления и под избыточным давлением, например, 3 МПа подают и распыляют смесь электролита, например водного раствора едкого кали, и топлива, например 5% метилового спирта от дозы электролита. Подаваемая смесь за счет кавитации в кавитаторе форсунки 10 частично диссоциирует, ионизируется, ее капельки тончайше распыляются и, охлаждая фронтовую часть 8 жаровой трубы 4 и электроды-катализаторы, превращается в пар. В процессе вода из смеси еще частично диссоциируется за счет протекания постоянного тока через электролит /катод 11, анод 12/, а реакция диссоциации ускоряется наличием катализатора. Затем смесь поступает и проходит через зону горения вольтовой дуги в конусном канале 14 электрода 12 и под воздействием горящей вольтовой дуги смесь окончательно диссоциирует на водород и кислород, ионизируется, воспламеняется, превращается в плазму и, словно из сопла, выходит в зону смешения 5 жаровой трубы 4.
В полость 3 герметизированную фронтовой частью 7 кожуха 2 реактора 1 через форсунку 9 так же под избыточным давлением 3 МПа и под контролем блока управления подают и распыляют чистую природную воду. Эта вода охлаждает стенки жаровой трубы 4, сама превращается в водяной пар и затем через отверстия 6 в стенках жаровой трубы 4 поступает в ее зону смешения 5 и обдуванием охлаждает конической формы электрод 12, изолирует и защищает стенки жаровой трубы 4 от выходящих из зоны горения 14 высокотемпературных /порядка 600°С/ продуктов горения смеси - плазмы и, смешиваясь с этой плазмой, нормализует ее температуру до приемлемого для работы двигателя 17 значения. Далее полученное таким образом в реакторе 1 рабочее тело с избыточным давлением 3 МПа через патрубок 15 поступает в золотник 16, например, поршневого двигателя 17 и, расширяясь в нем, совершает работу. Отработавшие в двигателе 17 продукты либо напрямую, либо через конденсатор - теплообменник выкидываются в окружающую среду.
Для остановки реактора 1 прекращают подачу постоянного тока на электроды 11 и 12, прекращают подачу смеси электролита и топлива через форсунку 10 и прекращают подачу воды через форсунку 9.
Предлагаемая силовая установка имеет простую конструкцию для изготовления и для управления при работе, высоко экономична и экологически безвредна. Найдет применение в двигателестроении для транспортных средств и для энергетики.
Транспортная газопаровая силовая установка, содержащая реактор, имеющий зону горения и зону парообразования, устройство подачи воды, устройство подачи топлива, воспламенительное устройство и сообщенный с реактором газопаровой двигатель, отличающаяся тем, что реактор выполнен в виде камеры сгорания газотурбинного двигателя, где кожух реактора образует полость, в которой установлена жаровая труба, имеющая зону смешения, отверстиями сообщенную с полостью кожуха реактора, причем фронтовая часть кожуха реактора и фронтовая часть жаровой трубы выполнены герметичными, устройство подачи воды выполнено с возможностью подачи и распыления воды в фронтовую часть полости кожуха реактора, устройство подачи топлива выполнено с возможностью подачи и распыления смеси электролита (водного раствора электролита) и топлива через форсунку с кавитатором в герметичную фронтовую часть жаровой трубы, воспламенительное устройство выполнено в виде электродов-катализаторов с возможностью подачи на них постоянного тока, зажигания и тушения вольтовой (электрической) дуги, причем электроды установлены в герметичной фронтовой части жаровой трубы и один из них выполнен перемещаемым при зажигании вольтовой дуги, другой выполнен конической формы и с конусным каналом, при этом зона горения выполнена в конусном канале электрода, под воздействием вольтовой дуги смесь электролита и топлива в зоне горения диссоциирует, ионизируется и превращается в плазму.
