Способ работы трубопроводного транспорта и устройство для его осуществления

Способ работы трубопроводного транспорта заключается в том, что разность давления между кормовой и носовой частью создается за счет средств, расположенных в трубопроводном транспорте путем испарения криогенной жидкости, разгона паров в турбине и формирования в сверхзвуковом сопле (соплах) дополнительной динамической составляющей давления за кормой. Трубопроводный транспорт содержит средства, приводящие его в движение, которые установлены внутри корпуса и выполнены в виде емкости, заполненной криогенной жидкостью, например жидким воздухом, снабжен сверхпроводящим аккумулятором электроэнергии, электрически соединенным с криогенным насосом и нагревателем. Емкость с криогенной жидкостью гидро и пневматически соединена с нагревателем и последовательно соединена с турбиной со сверхзвуковым соплом, выведенным за пределы кормовой части корпуса, а пространство между корпусом и трубопроводом снабжено гибкими перегородками, образующими воздушную подушку. Изобретения обеспечивают повышение скорости перемещения трубопроводного транспорта. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области трубопроводного транспорта, в первую очередь для транспортировки грузов и пассажиров.

Известен способ работы двигателя [1] в котором используется попеременный распыл органического топлива и криогенной жидкости. Однако, не смотря на движение подвижного элемента в одну из сторон, такой подход применим только для реализации в замкнутом пространстве цилиндра и малоприменим для работы труботранспорта.

Известней способ работы трубопроводного транспорта с использованием разности давления газовой (воздушной) среды между лобовой и кормовой частью аппарата [2]. Однако в таком варианте аппарат передвигается за счет повышения давления со стороны коровой части аппарата. Это означает, что источник движения находится вне аппарата, а следовательно возможности управления скоростью и другими параметрами в нем ограничены. В нем создается разность давлений между лобовой и кормовой частью трубопроводного транспорта только за счет компрессора, установленного, как правило, вначале трубопровода. Динамическое давление от такого компрессора может быть использовано только на старте, и то в ограниченном варианте. На расстоянии в несколько десятков метров динамическим напором можно смело пренебречь.

В отличие от прототипа [2] в заявленном изобретении разность давления между кормовой и носовой частью создаются за счет средств, расположенных в трубопроводном транспорте путем испарения криогенной жидкости, разгона паров в турбине и формирования в сверхзвуковом сопле (соплах) дополнительной динамической составляющей давления за кормой. К дополнительным признакам способа можно отнести то, что снижают давление перед носовой частью трубопроводного транспорта путем распыления части криогенной жидкости и сбросе части испарившейся жидкости, образующей области повышенного давления, через дополнительные каналы за пределы кормовой части. В качестве криогенной жидкости выбирают жидкий воздух или жидкий азот, а сам трубопровод выполняют с перфорациями.

При рассмотрении устройства в качестве прототипа можно также использовать раскрытый в [2] трубопроводный транспорт, содержащий корпус и средства, приводящие его в движение.

К особенностям устройства можно отнести то, что средства 4 приводящие его в движение установлены внутри корпуса и выполнены в виде емкости 9, заполненной криогенной жидкостью 5, например, жидким воздухом, снабжены сверхпроводящим аккумулятором электроэнергии 10, электрически соединенным 22 с криогенным с насосом 11 и нагревателем 12, емкость с криогенной жидкостью 9 гидро и пневматически 23 соединена с нагревателем 12 и последовательно соединена с криогенной турбиной 6 со сверхзвуковым соплом 7, выведенным за пределы кормовой части 2 корпуса, а пространство между корпусом 1 и трубопроводом 8 снабжено гибкими перегородками 17, образующими воздушные подушки 16.

К особенностям можно отнести и то, что при выполнении трубопроводного транспорта многокорпусным, корпуса 1 соединены гибкими сильфонными соединениями 15, а средства 4 приводящие его в движение установлены преимущественно на последнем по ходу движения корпусе 1, и то, что между нагревателем 12 и криогенной турбиной 6 установлен компрессор 18, соединенный с аккумулятором.

К другим особенностям можно отнести то, что емкость 9, заполненная криогенной жидкостью 5, имеет дополнительные каналы 20, выходящими перед лобовой частью 3 корпуса 1 и снабжены криогенными распылителями 23, и то, что лобовая 3 и кормовая части 2 трубопроводного транспорта соединены дополнительными каналами 20., причем выходы 24 в кормовой части 2 установлены вблизи сверхзвукового сопла 7, образуя эжекторный эффект, а входы 25 в дополнительные каналы 20 лобовой части 3 установлены на удалении от распылителей 19, и то, что между каждой воздушной подушке 16 и дополнительными каналами 20 установлены управляемые клапаны 13.

На рис. 1 изображен трубопроводный транспорт, работающий с применением данного способа. Он состоит из многих соединенных между собой корпусов 1. Первый корпус 1 технологический и служит для распыла криогенной жидкости и понижения давления у носовой части трубопроводного транспорта. Последний по ходу движение корпус 1 - также технологический и предназначен для создания повышенного давления за кормовой частью транспорта. Между первым и последним корпусами 1 располагаются корпуса с пассажирами. Назначение этих корпусов в переброске части испарившейся криогенной жидкости из носовой в кормовую часть трубопроводного транспорта и поддержании давления в воздушных подушках 16 всех корпусов 1.

На рис. 2 приведен только первый корпус 1, находящийся в носовой части 3 трубопроводного транспорта.

Для увеличения разности между лобовой 3 и кормовой 2 частями трубопроводного транспорта 1 снижают давление перед носовой частью 3 трубопроводного транспорта 1 путем распыления части криогенной жидкости 5 и сбросе части испарившейся жидкости, образующей области повышенного давления, через дополнительные каналы 20 за пределы кормовой части 2. Распыл осуществляется за счет турбины небольшой мощности в корпусе 1 лобовой части 3 и компрессора 18 и криогенных распылителей 19. Турбина запитывается от низкотемпературного накопителя энергии 10 с использованием сверхпроводящих элементов. Сверхпроводящий аккумулятор 10 располагается в емкости 9 с криогенной жидкостью 5, которая поддерживает нужную температуру для сверхпроводящих элементов.

Распыленные капли криогенной жидкости создают область сильно охлажденного воздуха, а следовательно и низкого давления. Но это временный эффект, поскольку трубопроводный транспорт, продолжая двигаться вперед, толкает впереди себя и охлажденный воздух, который от трения от стенки трубопровода может нагреваться с соответствующим повышением давления. Благодаря постоянному распылу криогенной жидкости вблизи носовой части 3 создается пониженное давление. Со временем зона повышенного давления может возрастать, снижая эффект распыла. Необходимо применять средства для снижения части разогретого воздуха у носовой части 3. Для этого части испарившейся жидкости, образующей области повышенного давления, через дополнительные каналы 20, расположенные вдоль всех корпусов 1 направляются за пределы кормовой части 2. Конечно, часть повышенного давления в носовой части может вытекать через перфорации 21 в трубопроводе 8, но это не очень выгодно и может быть использовано в виде подстраховки. Большая часть из зоны повышенного давления в носовой части целесообразно перемещать в зону кормовой части трубопроводного транспорта, смешивать ее с продуктами испарения и сбрасывать всю массу в турбину 6 и набор сопел 7 Для эффективности этого процесса выходы 24 дополнительных каналов 20 в кормовой части 2 можно устанавливать вблизи сверхзвукового сопла 7, образуя эжекторный эффект. И увеличение тяги.

На рис 3 приведен последний технологический корпус 1, расположенный в кормовой части трубопроводного транспорта. Он во многом повторяет набор элементов, имеющих в лобовой части 3 за исключением того, что турбина 6 намного мощней, чем в первом лобовом корпусе 1, По своей сути эта турбина 6 и сопло 7 в последнем корпусе 1, пользуясь ракетной терминологией, можно назвать маршевым двигателем трубопроводного транспорта.

На рис. 4 приведен один из корпусов 1, предназначенный для перевозки пассажиров и грузов. Основным элементом этих корпусов можно признать дополнительные каналы 20, позволяющие «подкачивать» воздушные подушки 16, а часть криогенных паров 14 перебрасывать от лобовой части 3 к кормовую часть 4 трубопроводного транспорта.

Трубопроводный транспорт содержит корпус 1 и средства 4, приводящие его в движение. Особенностью данного устройства можно признать то, средства 4, приводящие его в движение установлены внутри корпуса 1 и выполнены в виде емкости 9, заполненной криогенной жидкостью 5, например, жидким воздухом, снабжен сверхпроводящим аккумулятором 10 электроэнергии, электрически соединенным 22 с криогенным насосом 11 и нагревателем 12, емкость 9 с криогенной жидкостью гидро и пневматически соединена с нагревателем 12 и последовательно соединена турбиной 6 со сверхзвуковым соплом 7, выведенным за пределы кормовой части 2 корпуса 1, а пространство между корпусом 1 и трубопроводом 8 снабжено эластичными перегородками 17, образующими воздушную подушку 16.

К особенностям можно отнести и то, что при выполнении трубопроводного транспорта многокорпусным, корпуса 1 соединены между собой сильфонными соединителями 15, а средства 4, приводящие его в движение, установлены преимущественно на последнем по ходу движения корпусе 1 и то, что между нагревателем 12 и криогенной турбиной 6 установлен компрессор 18, соединенный с аккумулятором 10. К особенностями можно признать и то, что емкость 9, заполненная криогенной жидкостью 5, имеет дополнительные каналы 20, имеющими вход 24 перед носовой частью 3 корпуса 1 и снабжены криогенными распылителями 19 и то, и то, что носовая 3 и кормовая 2 части трубопроводного транспорта соединены дополнительными каналами 20., причем выходы в кормовой части 2 установлены вблизи сверхзвукового сопла 7, образуя эжекторный эффект, а входы 25 в дополнительные каналы 20 носовой части 3 установлены на удалении от распылителей 19, и то, что дополнительные каналы 20 на участках между корпусами также снабжены гибкими сильфонными соединителями 15.

Работает данный способ и устройство следующим образом. Основной запас энергии при старте трубопроводного транспорта сосредоточен в запасе криогенной жидкости, находящейся в емкости 9, которая выделяется при фазовом пере0де жидкость - пар (теплота испарения жидкости) и электрической энергии, запасенной в аккумуляторе 10. При подаче первой порции жидкости в нагреватель 12 в нем благодаря превращению жидкости в пар, резко повышается давление. Если давление пара на выходе из нагревателя 12 невелико, то его можно поднять с помощью компрессора 18. Пар попадая на лопатки турбины 6 и систему сопел 7 (или одного сопла) разгоняется для больших скоростей, создавая дополнительную динамическую составляющую давления за кормой.

Для увеличения разности между лобовой 3 и кормовой 2 частями трубопроводного транспорта 1 снижают давление перед лобовой частью 3 трубопроводного транспорта 1 путем распыления части криогенной жидкости и сбросе части испарившейся жидкости, образующей области повышенного давления, через дополнительные каналы за пределы кормовой части 2.

Распыленные капли криогенной жидкости создают область сильно охлажденного воздуха, а следовательно и низкого давления. Но это временный эффект, поскольку трубопроводный транспорт, продолжая двигаться вперед, толкает впереди себя и охлажденный воздух, который от трения от стенки трубопровода может нагреваться с соответствующим повышением давления. Благодаря постоянному распылу криогенной жидкости вблизи носовой части 3 создается пониженное давление. Со временем зона повышенного давления может возрастать, снижая эффект распыла. Необходимо применять средства для снижения части разогретого воздуха у носовой части 3. Для этого части испарившейся жидкости, образующей области повышенного давления, через дополнительные каналы 20 направляются за пределы кормовой части 2. Конечно, часть повышенного давления в носовой части может вытекать через перфорации 21в трубопроводе, но это не очень выгодно и может быть использовано в виде подстраховки. Большая часть из зоны повышенного давления в носовой части целесообразно перемещать в зону кормовой части трубопроводного транспорта, смешивать ее с продуктами испарения и сбрасывать всю массу в турбину 6 и сопло 7 (набор сопел). Для эффективности этого процесса выходы дополнительных каналов 20 в кормовой части 2 можно устанавливать вблизи сверхзвукового сопла 7, образуя эжекторный эффект, а входы 25 в дополнительные каналы 20 носовой части 3 установлены на удалении от распылителей 19. Такое решение позволяет не временно, а постоянно (при условии постоянного процесса распыла криогенной жидкости) создавать перед носовой частью 3 создавать пониженное давление. Другими словами турбина 6 в лобовом корпусе предназначена в первую очередь для подпитки давления в воздушных подушках 16 и периодических сбросов избыточного давления за кормовую часть 2 трубопроводного транспорта. Управляемые клапана 13 позволяют регулировать этот процесс.

Таким образом, предложен способ работы трубопроводного транспорта и устройство для его осуществления, позволяющие перемещать грузы и пассажиров со скоростями, сравнимыми с авиацией. Поскольку маршрут движения трубопроводного транспорта неизменяем, то его движение может быть запрограммировано (двигаться ускоренно на прямолинейных участках и сбрасывать скорость на поворотах, тормозиться в нужных местах и т д.) и отказаться от ручного управления. Он может быть выполнен как в наземном, так и подземном исполнении с небольшим углублением (иногда нужен сброс избыточного давления испарившегося жидкого воздуха). По сравнению с трубопроводным транспортом в чисто вакуумном исполнении с полной откачкой воздуха из трубопровода или варианте трубопроводного транспорта на магнитной подушке с использованием сверхпроводящих магнитов, предложенный вариант на воздушной подушке не требует больших первоначальных затрат, экологически чист (испаряющий продукт - чистый воздух) и безопасен.

Целесообразней всего запас криогенных жидкостей (жидкого воздуха или жидкого азота) нарабатывать на стационарных турбодетандерах в ночное время, когда стоимость электроэнергии минимальна. В некотором смысле весь трубопроводный транспорт становится аккумулятором тепловой энергии, которая используется для транспортировки пассажиров и грузов и позволяет полностью исключать затраты электроэнергии при пиковых дневных нагрузках в электрических сетях.

Список позиций

1 - корпус

2 - кормовая часть

3 - лобовая часть

4 - средства, приводящие в движение

5 - криогенная жидкость

6 - турбина

7 - сопло

8 - трубопровод

9 - емкость с криогенной жидкостью

10 - сверхпроводящий аккумулятор

11 - криогенный насос для жидкой фазы

12 - нагреватель (испаритель)

13 - управляемые клапана между воздушными подушками 16 и дополнительными каналами

14 - пары криогенной

15 - сильфонные соединители между корпусами 1

16 - воздушные подушки

17. - гибкие перегородки, образующие воздушные подушки 16

18 - компрессор

19 - криогенный распылитель

20 - дополнительные каналы

21 - перфорации в трубопроводе 8

22 - электрические соединения

23 - гидро и пневматические соединения.

24 - выходы дополнительных каналов 20

25 - входы дополнительных каналов 20

Источники информации

1. RU №2552621 С2, 10.06.2015;

2. SU 1364581 А1, 07.01.1988.

1. Способ работы трубопроводного транспорта, заключающийся в создании разности давления между кормовой (2) и лобовой (3) частями перемещаемого средства в трубопроводе (8) трубопроводного транспорта, отличающийся тем, что разность давления между кормовой и лобовой частью указанного средства создают за счет средств (4), расположенных в перемещаемом средстве и обеспечивающих испарение криогенной жидкости (5), разгона паров (14) в турбине (6) и формирования в сверхзвуковом сопле или соплах (7) дополнительной динамической составляющей давления за кормовой частью (2).

2. Способ по п. 1., отличающийся тем, что снижение давления перед лобовой частью (3) регулируется путем распыления части криогенной жидкости (5) и сброса части испарившейся жидкости, образующей области повышенного давления, через дополнительные каналы (20) за пределы кормовой части (2).

3. Способ по. п. 1, отличающийся тем, что в качестве криогенной жидкости выбирают жидкий воздух или жидкий азот, а сам трубопровод (8) выполняют с перфорациями. (21).

4. Трубопроводный транспорт, содержащий трубопровод (8), корпус (1) перемещаемого средства и средства (4), приводящие его в движение, отличающийся тем, что средства (4), приводящие его в движение, установлены внутри корпуса и выполнены в виде емкости (9), заполненной криогенной жидкостью (5), например жидким воздухом, снабжены сверхпроводящим аккумулятором электроэнергии (100), электрически соединенным с криогенным насосом (11) и нагревателем (12), емкость с криогенной жидкостью (9) гидро и пневматически соединена с нагревателем (12) и последовательно соединена с криогенной турбиной (6) со сверхзвуковым соплом (7), выведенным за пределы кормовой части (2) корпуса (1).

5. Трубопроводный транспорт по п. 4, отличающийся тем, что при выполнении трубопроводного транспорта многокорпусным корпуса (1) соединены гибкими сильфонными соединениями (15), а средства (4) установлены преимущественно на последнем по ходу движения корпусе (1).

6. Трубопроводный транспорт по п. 4, отличающийся тем, что между нагревателем (12) и криогенной турбиной (6) установлен компрессор (18), соединенный с аккумулятором (10).

7. Трубопроводный транспорт по п. 4, отличающийся тем, что емкость (9), заполненная криогенной жидкостью (5), имеет каналы (20), выходящие перед лобовой частью (3) корпуса (1), снабженные криогенными распылителями.

8. Трубопроводный транспорт по п. 4, отличающийся тем, что лобовая (3) и кормовая части (2) перемещаемого средства соединены каналами (20), причем выходы (24) в кормовой части (2) установлены вблизи сверхзвукового сопла (7), образуя эжекторный эффект, а входы (25) в дополнительные каналы (20) лобовой части (3) расположены на удалении от распылителей.