Энергетическая установка

 

Изобретение относится к транспортному двигателестроению, а также к энергоустановкам, работающим на основе тепловых двигателей внутреннего и внешнего сгорания, может быть применено для привода силовых и функциональных бортовых систем различных видов транспорта и позволяет принципиально увеличить КПД установки. Газогенератор 1 энергоустановки выполнен в виде высокопараметрического двухтактного дизельного модуля с кислородными электрофорсунками 7 в головках 6 цилиндров 25, который механически и газодинамически соединен с электрическим генератором 13 и турбиной 8. В криопотоке газообразного водорода на входе дизельного модуля 1 установлен электрический генератор 13, якорная обмотка 14 которого выполнена из сверхпроводящего материала. При функционировании в атмосфере Земли установка снабжена воздухоразделительным модулем, выполненным в виде последовательно соединенных между собой воздушного электротурбокомпрессора 17 с регенеративным теплообменником 18 и магнитоциклонным испарителем-разделителем 19 с тангенциальным дросселем 20, установленным перед насосом дозатором 2 кислорода. Использование высокопараметрического двухтактного дизельного модуля 1, сообщенного с системой 15 охлаждения генератора 13 по водороду и с турбиной 8, позволяет повысить КПД установки. 2 з.п. ф-лы. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИ)!

РЕСПУБЛИН

ÄÄSUÄÄ 1615401

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛВСТВУ

23

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4438918/? 4-06 (22) 09.06 ° 88 (46) 23. 12. 90 ° Внл. В 4 7 (72) А.M.Ðóáàéëo (53) 621 .4 38 (088 . 8) (56) Рубакпо Л. Энергоустановка

"Жюль Верн". — Техника молодежи.

М.: 1!олодая гвардия, 1981, Р 9, с. 38-40. (5!)5 F 01 К 13/00, F 02 В 41/02

2 (54) ЭНЕРГГГИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА (57) Изобретение относится к транспортному двигателестроению, а также к энергоустановкам, работающим на основе тепловых двигателей внутреннего и внешнего сгорания, может быть .рименено для привода силовых и функ;:р ональных бортовых систем различных

: дов транспорта и позволяет принци16154 )1 пчально увеличить КПД установки. Газогенератор 1 энергоустановки выпЬлнен в виде высокопараметрического двухтактного дизельного модуля с кислородными электрофорсунками 7 в головках 6 цилиндров 25, который мехачески и газодинамически соединен с э ектрическим генератором 13 и турбиой 8. В криопотоке газообразного во- 10 дорода на входе дизельного модуля 1 становлен электрический генератор 13, корная обмотка 14 которого выполнена з сверхпроводящего материала. При функционировании в атмосфере Земли 15

l у становка снабжена воздухоразделитель-!

1 ! ! !

Изобретение относится к транспортнЕму днигателестроению, н частности энергоустановкам, предназначенным я привода силовых и функциональных 25 ортовых систем различных видов трачспорта

Целью изобретения является повышеå КПД энергоустановки и улучшение е удельных характеристик.

На чертеже показана энергоуста1 овка, общий вид.

Энергетическая установка для преОбразования химической энергии топли еа окислителя В электрическую энергию содержит газогенератор 1, выполненНый в виде высокопараметрического двухтактного дизельного модуля и подключенный по кислороду и водороду через электронасосы-дозаторы 2 и 3 к . 40 топливному водородному и кислородоокислительному бакам (не показаны) трубопроводами 4 и 5. В головках 6 цилиндра дизельного модуля (газогенератора 1) установлены кислородные 45 электрические форсунки 7, сообщенные с электронасосом-дозатором 2 кислорода. Дизельный модуль 1 по пару подключен к турбине 8, сообщенной с конденсатором-накопителем 9. Вал 10 дизельного модуля 1 соединен с ротором 11 турбины 8 и ротором 12 электрического генератора 13 и якорной обмоткой 14 и системой 15 охлаждения, а последняя сообщена с испарителем 16 водорода. Якорная обмотка 14 выполнена из сверхпроводящего материала.

Установка снабжена последовательно соединенными между собой электротурбоным модулем, выполненным в виде последовательно соединенных между собой воздушного электротурбокомпрессора 17 с регенеративным теплообменником 18 и магнитоциклонным испарителем-разделителем 19 с тангенциальным дросселем

20, установленным перед насосом дозатором 2 кислорода. Использование высокопараметрического двухтактного дизельного модуля 1, сообщенного с системой 15 охлаждения генератора 13. по водороду и с турбиной 8, позволяет повысить КПД установки . 2 з.п .

A-лы, I ил. компрессором 1 7, регенеративным тепс лообменником 18 и магнитоциклонным испарителем-разделителем 19 воздуха с тангенциальным дросселем 20, а по-. следний сообщен с электронасосом-дозатором 2 кислорода. Установка снабжена тепловой изоляцией 21. Дизельный модуль 1 содержит поршень 22 и впускное и выпускное окна 23 и 24 в цилиндре 75. Выпускные окна 24 из-под каждого поршня 22 модуля 1 соединены в коллектор (не показан), сообщенный с турбиной 8.

Магнитоциклонный испаритель-разделитель 19 имеет испарительную полость

26, заключенную в обечайке 27, на которой навит змеевик (теплообменные трубы) 28.

Электроустановка работает следующим образом.

)Кидкий переохлажденный водород из топливоводородного бака по трубопроводу 4 под избыточным давлением поступает в магнитоциклонный испарительразделитель 19, где, пер еохпажцая жидкий кислород, газифицируется. Через электронасос-дозатор 3 газообразный водород подается в якорную обмотку 14, электрического генератора 13, где, нагреваясь и поддерживая температуру генератора 13 в заданном состоянии (например, на уровне температуры сверхпроводящего состояния материала якорной обмотки 14), подается через впускные окна 23 в цилиндры 25 дизельного модуля 1, вытесняя изних водяной газ высоких параметров в турбину 8 и одновременно заполняя при этом

161 5401 цилиндровый объем над поршнем 22.

После отсечки поршнем 22 впус кных окон 23 заканчивается процесс продувки цилиндра 25, а после перекрытия поршнем 22 выпускных окон 24 начина5 ется процесс адиабатического сжатия водорода.

Жидкий кислород, поступающий по трубопроводу 5 из кислородоокислительного бака в магнитоциклонный испаритель-разделитель 19, переохлаждается испаряющимся водородом, подается к электронасосу-дозатору 2 и нагнетается под гипердавлением к кисло- 15 родным электрическим форсункам 7.

Форсунки 7 управляются бортовой электронной системой (не показана), впрыскивают кислород под гипердавлением в соответствующую камеру сгора- 20 ния дизельного модуля 1 таким образом, чтобы процесс соотношения параметров сжатого в цилиндре 25 водорода, впрыскиваемого кислорода, положения поршня 22, температуры горения и нагрузки 25 был всегда оптимальным. Горение производится одновременно с расширением, соотнося доли изометрического и адиабатического расширения таким образом, что на входе в турбину 8 бып практи- Зр чески водяной газ, а водород и кислород в процессе.изотермического расширения прореагировали стехиометрически. При этом тепловая энергия топлива-окислителя в дизельном модуле 1 и турбине 8 преобразуется в механическую энергию вращения ротора 12 генератора 13. Постоянные магниты, например кобальт-самарий-ниобиевые, установленные в роторе 12, создают маг- 40 нитное поле, которое, вращаясь, пересекает якорную обмотку 14 и индуцирует в ней электродвижущую силу генератора 13, преобразуя механическую энергию привода (дизельного модуля 1 и 45 турбины 8) ротора 13 в электрическую энергию.

Высокопараметрический водяной газ из дизельного модуля 1 поступает в турбину 8, где расширяется до состояния отработанного пара при давлении, близком к давлению насыщения, соответствующего оптимальной разнице температур пара и окружающей среды. Отработанный водяной пар из турбины 8 поступает в конденсатор-накопитель 9, где отдает свою скрытую теплоту парообразования охлаждающей окружающей среде (вентилируемому воздуху), кон-, денсируется и накапливается в виде воды.

При работе установки в атмосфере

Земпи атмосферный воздух засасывается и сжимается электротурбокомпрессором

17, а затем охлажпается до субкритических температур обратным потоком обедненного кислородом воздуха в регенеративном теплообменнике 18 . Затем холодный воздух поступает в магнитоциклонный испаритель-разделитель

19, где ожижается и через тангенциальный дроссель ?О подается для последующего расширения и испарения.

Потенциальная энергия давления потока, разгоняясь в тангенциальном дросселе 20, превращается в кинетическую энергию струи жидкого воздуха, тангенциально входящей и раскручивающей себя, а кубовой остаток — в вихревой циклон обогащенного кислородом жщкого воздуха.

Тепло, подводимое к вращающемуся жидкому воздуху, от конденсирующегося воздуха прямого потока через змеевик 28, от вязкостного трения слоев циклонного вращения жидкости и от тепла подкручивающей циклон электрической обмотки (не показана) вращающегося магнитного поля передается преимущественно легко кипящей компоненте жидкого воздуха — азоту. Поэтому по мере перемещения по испарительной полости 26 от тангенциального дросселя

20 к выходу из полости 26, жидковоздушный циклон обедняется азотом и по пути становится жидким кислородом, который и переохлажден испаряющимся здесь же в змеевике 28 на обечайке 27 жидким водородом. амадее жидкий переохлажденный кислород (трубопровод 5 перекрыт, а кислородоокислительный бак отсутствует) посредством электронасоса-дозатора 2 под гипердавлением поступает в дизельный модуль 1, а испарившийся азот (с захваченным в процессе бурного испарения кислородом) в виде холодного и обедненного кислородом воздуха поступает в теплообменник 18.

В магнитоциклонном испарителе-разделителе 19 разделение воздуха на кислород и обедненный кислородом воздух происходит аналогично разделению воздуха в ректификационных колонках установок воздухоразделения. Высокая эффективность однократного испарения

1615401

Формула изобретения

Составитель В . Гуторов

Техред И. Ходанич Корректор N.Øàðîøè

Редактор А.Мотыль

Заказ 3972 Тираж 421 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,101 достигается высокой скоростью потока и центробежным ускорением., Далее установка работает аналогичн 1 режиму экологически чистого функонирования. Однако при этом обрат5 нь поток обедненного кислородом кол,диого воздуха (испарившийся газообразный азот), отдав свою энергию воздуху прямого потока в регенеративном тфълообменнике 18 и подогреваясь, поступает в конденсатор-накопитель 9.

Здесь, принимая на себя скрытую теплоту парообразования конденсирующегося пса, выбрасывается в атмосферу в с стоянии, близком к параметрам окружающей среды. При тепловом разбалансе расходов о ратного потока и конденсирующегося п ра по сигналу бортовой электронной с стемы управления может быть произв ено байпасирование прямого потока воздуха непосредственно в конденсаторн копи тел ь 9 .

1. Энергетическая установка, содержащая газогенератор, подключенный пО кислороду и водороду через элект- 30 р насосы-дозаторы к топливному водородному и кислородоокислительному бакам, а по пару - к турбине, сообщенной с конденсатором-накопителем, испаритель водорода и электрический генератор с якорной обмоткой, снабженной системой охлаждения, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения КПД, газогенератор выполнен

1 в виде высокопараметрического двухтактного дизельного модуля, в головках цилиндра которого установлены кислородные электрические форсунки, вал которого соединен с роторами турбины и генератора, а система охлаждения последнего сообщена с испарителем водорода.

2. Установка по и. 1, о т л ич а ю щ а я с я тем, что с целью улучшения удельных характеристик, установка снабжена последовательно соединенными между собой воздушчым электротурбокомпрессором, регенеративным теплообменником и магнитоциклонным испарителем-разделителем воздуха с тангенциальным дросселем, а последний сообщен с электронасосомдозатором кислорода.

3. Установка по п. 1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что якорная обмотка электрического генератора выполнена из сверхпроводящего маТериала.