RU2538230C1 - Vessel running on hydrogen fuel that features small waterline area - Google Patents
Vessel running on hydrogen fuel that features small waterline area Download PDFInfo
- Publication number
- RU2538230C1 RU2538230C1 RU2013137236/06A RU2013137236A RU2538230C1 RU 2538230 C1 RU2538230 C1 RU 2538230C1 RU 2013137236/06 A RU2013137236/06 A RU 2013137236/06A RU 2013137236 A RU2013137236 A RU 2013137236A RU 2538230 C1 RU2538230 C1 RU 2538230C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steam
- hydrogen
- oxygen
- reactors
- plasma
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области морского флота, в котором используются суда с малой площадью ватерлинии, имеющие высокую мореходность и скорость с ГЛАВНЫМИ СИЛОВЫМИ УСТАНОВКАМИ на водородном топливе-продукте термической диссоциации водяного пара - ВОДОРОДЕ и КИСЛОРОДЕ, при этом для работы установок используется пресная ВОДА запасенная в емкостях, являющаяся ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕМ.The invention relates to the field of the navy, in which vessels with a small waterline area, having high seaworthiness and speed with the MAIN POWER PLANTS on hydrogen fuel, the product of thermal dissociation of water vapor - HYDROGEN and OXYGEN, are used, while fresh water stored in tanks is used for the operation of the plants being an ENERGY CARRIER.
Известны морские суда на углеводородном топливе, в основном мазуте.Known ships on hydrocarbon fuels, mainly fuel oil.
Недостатками таких судов является высокая стоимость топлива, токсичность, опасность возгорания, при этом отработанные газы главных силовых установок этих судов загрязняют атмосферу и окружающую среду.The disadvantages of such vessels are the high cost of fuel, toxicity, the risk of fire, while the exhaust gases of the main power plants of these vessels pollute the atmosphere and the environment.
Известны морские суда с атомными реакторами.Famous ships with nuclear reactors.
Недостатками таких судов является наличие атомной радиации, высокая стоимость топлива и силовой установки и невозможность надежного захоронения отходов атомных реакторов.The disadvantages of such vessels are the presence of atomic radiation, the high cost of fuel and a power plant and the inability to reliably dispose of waste from nuclear reactors.
Известна силовая установка по патенту №2386825 от 20.04.2010 г. - паротурбинная установка внутреннего сгорания ПТ УВС - для применения в различных областях техники и экономики.Known power plant according to patent No. 2386825 from 04/20/2010, the steam turbine internal combustion unit PT UVS - for use in various fields of technology and economics.
Она содержит последовательно соединенные между собой реакторы для термической диссоциации водяного пара, цилиндры волновых компрессоров, камеры сгорания, равномерно расположенные по окружности, цилиндры волновых компрессоров, турбину, электрогенератор.It contains series-connected reactors for thermal dissociation of water vapor, wave compressor cylinders, combustion chambers uniformly spaced around the circumference, wave compressor cylinders, a turbine, and an electric generator.
Кроме того установка ПТ УВС имеет парогенератор, в котором циркулирует нагретый в системе охлаждения установки жидкометаллический теплоноситель, с генерацией пара с высокими параметрами температуры и давления и подачей его в реакторы для термической диссоциации при температуре превышающей 2500°C, с получением ВОДОРОДА и КИСЛОРОДА с высокой температурой и давлением, паропровод, коллектор пара, систему возбуждения электрических разрядов.In addition, the PT UVS unit has a steam generator in which a liquid metal coolant heated in the cooling system of the unit is circulated, generating steam with high temperature and pressure parameters and supplying it to thermal dissociation reactors at a temperature exceeding 2500 ° C to obtain HYDROGEN and OXYGEN with high temperature and pressure, steam line, steam collector, electrical discharge excitation system.
Известная силовая установка - паротурбинная установка внутреннего сгорания ПТ УВС - является ближайшим аналогом-прототипом, так как она содержит признаки совпадающие с признаками заявляемого изобретения, в частности:Known power plant - steam turbine internal combustion unit PT UVS - is the closest analogue of the prototype, as it contains signs that match the features of the claimed invention, in particular:
- реакторы равномерно расположены по окружности для термической диссоциации водяного пара и получения водорода и кислорода при температуре превышающей 2500°C.- reactors are evenly spaced around for the thermal dissociation of water vapor and the production of hydrogen and oxygen at temperatures in excess of 2500 ° C.
- реакторы с одной стороны подключены к коллектору пара.- reactors on one side are connected to a steam collector.
- камеры сгорания имеют форсунки для воспламенения ВОДОРОДА в КИСЛОРОДЕ и соединены с цилиндрами волновых компрессоров.- combustion chambers have nozzles for igniting HYDROGEN in OXYGEN and are connected to the cylinders of wave compressors.
- парогенератор для генерации пара с высокими параметрами температуры и давления.- a steam generator for generating steam with high temperature and pressure.
- конденсатор.- capacitor.
- систему возбуждения электрических разрядов - генераторы импульсов для работы форсунок для воспламенения в камерах сгорания ВОДОРОДА в кислороде.- a system for exciting electric discharges - pulse generators for the operation of nozzles for ignition in the combustion chambers of HYDROGEN in oxygen.
Недостатком известной паротурбинной установки внутреннего сгорания ПТ УВС является низкий КПД, по сравнению с заявляемым судном с малой площадью ватерлинии на водородном топливе с ГЛАВНОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКОЙ на продуктах термической диссоциации водяного пара - ВОДОРОДЕ и КИСЛОРОДЕ /гремучем газе/, в связи с низкими параметрами давления и температуры этих газов в камерах сгорания ПТ УВС, вследствии чего в предлагаемом судне с малой площадью ватерлинии на водородном топливе с ГЛАВНОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКОЙ, включающей термодиссоционную газотурбинную и паротурбинную установки,A disadvantage of the known steam turbine internal combustion unit PT UVS is the low efficiency, compared with the claimed vessel with a small area of the waterline on hydrogen fuel with the MAIN POWER PLANT on the products of thermal dissociation of water vapor - HYDROGEN and OXYGEN / explosive gas /, due to low pressure the temperature of these gases in the combustion chambers of the FT UVS, as a result of which, in the proposed vessel with a small area of the waterline using hydrogen fuel with a MAIN POWER PLANT including a thermo-dissociation gas Urbina and steam turbine plant,
термодиссоционная газотурбинная установка для получения полезной мощности и источника энергии - водорода и кислорода - выполнена с плазмохимическими нагревателями, равномерно расположенными по окружности для нагрева водяного пара до температуры превышающей 2000°C, подключенными к источнику питания, соединенными с одной стороны с помощью клапанных механизмов с коллектором пара с высокой температурой и давлением, а с другой - с реакторами для термической диссоциации водяного пара и получения водорода и кислорода с температурой превышающей 2500°C, подключенными к источнику питания, содержащему генератор высокой частоты и конденсаторную батарею, соединенными с расширяющимися соплами и цилиндрами волновых компрессоров, имеющими форсунки для впрыскивания в них воды или жидкого металла, подсоединенные к газовой турбине, укрепленной на валу, соединенном с электрогенератором, и снабжена выпускным патрубком для выпуска отработанных водорода и кислорода в парогенератор, илиThe thermodissociation gas-turbine installation for generating useful power and an energy source - hydrogen and oxygen - is made with plasma-chemical heaters uniformly spaced around the circumference to heat water vapor to temperatures exceeding 2000 ° C, connected to a power source, connected on one side by valve mechanisms with a collector steam with high temperature and pressure, and on the other with reactors for thermal dissociation of water vapor and the production of hydrogen and oxygen with a temperature exceeding 2500 2500 ° C, connected to a power source containing a high-frequency generator and a capacitor bank, connected to expanding nozzles and cylinders of wave compressors, having nozzles for injecting water or liquid metal into them, connected to a gas turbine mounted on a shaft connected to an electric generator , and is equipped with an exhaust pipe for the release of spent hydrogen and oxygen into the steam generator, or
термодиссоционная газотурбинная установка выполнена с плазмохимическими реакторами для термической диссоциации водяного пара и получения водорода и кислорода с температурой превышающей 2500°C и высоким давлением, соединенными с одной стороны с помощью клапанных механизмов с коллектором пара высокого давления и температуры, а с другой - с цилиндрами, подсоединенными к расширяющимся соплам и цилиндрам волновых компрессоров, имеющим форсунки для впрыскивания воды или жидкого металла, соединенные с газовой турбиной, укрепленной на валу, подсоединенном к электрогенератору, и снабжена выпускным патрубком для выпуска отработанных водорода и кислорода в парогенератор, при этом плазмохимические нагреватели, реакторы для термической диссоциации водяного пара и получения водорода и кислорода с температурой превышающей 2500°C или плазмохимические реакторы, расширяющиеся сопла и цилиндры волновых компрессоров имеют рубашки для циркуляции охлаждающей жидкости - жидкометаллического теплоносителя и воды для охлаждения стенок реакторов для термической диссоциации водяного пара и получения водорода и кислорода с температурой превышающей 2500°C,the thermodissociation gas turbine unit is made with plasma-chemical reactors for the thermal dissociation of water vapor and the production of hydrogen and oxygen with a temperature exceeding 2500 ° C and high pressure, connected on one side by valve mechanisms with a high pressure and temperature steam collector, and on the other with cylinders, connected to expanding nozzles and cylinders of wave compressors having nozzles for injecting water or liquid metal, connected to a gas turbine mounted on a shaft, connected to an electric generator, and equipped with an outlet pipe for discharging spent hydrogen and oxygen into a steam generator, while plasma-chemical heaters, reactors for thermal dissociation of water vapor and production of hydrogen and oxygen with a temperature exceeding 2500 ° C or plasma-chemical reactors, expanding nozzles and cylinders of wave compressors have shirts for the circulation of coolant - liquid metal coolant and water for cooling the walls of reactors for thermal dissociation of water vapor and obtaining hydrogen and oxygen with a temperature exceeding 2500 ° C,
плазмохимические нагреватели или плазмохимические реакторы содержат корпус с рубашкой, крышкой и колпаком, с укрепленным в корпусе в слое электроизоляции электродом-катодом, сообщающийся с охлаждаемым соплом-анодом, установленные под углом к оси реакторов для термической диссоциации водяного пара и получения водорода и кислорода с температурой превышающей 2500°C, или плазмохимические нагреватели или плазмохимические реакторы расположены в одном блоке с размещенными в них форсунками для впрыскивания легкоионизирующей присадки, установленными по оси реакторов, при этом на корпусе плазмохимического нагревателя или плазмохимического реактора расположен клапанный механизм с впускным клапаном для впуска водяного пара высокого давления и температуры,plasma-chemical heaters or plasma-chemical reactors contain a casing with a jacket, a lid and a cap, with a cathode electrode fixed in the casing in the insulation layer, communicating with a cooled anode nozzle, mounted at an angle to the axis of the reactors for thermal dissociation of water vapor and the production of hydrogen and oxygen with temperature exceeding 2500 ° C, or plasma-chemical heaters or plasma-chemical reactors are located in one block with nozzles located in them for injection of a lightly ionizing additive located along the axis of the reactors, while on the body of the plasma chemical heater or plasma chemical reactor there is a valve mechanism with an inlet valve for the inlet of high pressure and temperature water vapor,
клапанный механизм включает корпус с патрубком для подвода пара, впускной клапан с ограничителем и пружиной, выполненный в виде трубчатого ползуна, заглушенного с одной стороны, расположенный в цилиндре, укрепленном на корпусе, имеющем окна в стенках трубчатого ползуна впускного клапана и цилиндра для входа пара в плазмохимический нагреватель или в плазмохимический реактор,the valve mechanism includes a housing with a pipe for supplying steam, an intake valve with a limiter and a spring, made in the form of a tubular slider, muffled on one side, located in a cylinder mounted on a housing having windows in the walls of the tubular slider of the inlet valve and the cylinder for steam to enter plasma chemical heater or in a plasma chemical reactor,
реактор для термической диссоциации водяного пара и получения водорода и кислорода с температурой превышающей 2500°C и высоким давлением выполнен из керамического материала с расположенным на нем кольцевым индуктором из медных труб и рубашкой для циркуляции и охлаждения стенок реактора и индуктора водой,a reactor for thermal dissociation of water vapor and production of hydrogen and oxygen with a temperature exceeding 2500 ° C and high pressure is made of ceramic material with a ring inductor made of copper pipes and a jacket for circulation and cooling of the walls of the reactor and inductor with water,
паротурбинная установка для сгорания водорода и кислорода и получения полезной мощности выполнена с осевым компрессором, последовательно соединенным с удлиненными патрубками, камерами сгорания, равномерно расположенными по окружности, включающими форсунки для воспламенения водорода в кислороде за счет впрыскивания газообразных струй продуктов термической диссоциации электропроводной жидкости, с расширяющимися соплами и цилиндрами волновых компрессоров, подсоединенных к паровой турбине, укрепленной на валу, соединенном с электрогенератором, и снабжена выпускным патрубком для выпуска отработанного пара в конденсатор,a steam turbine installation for the combustion of hydrogen and oxygen and obtaining useful power is made with an axial compressor connected in series with elongated nozzles, combustion chambers uniformly spaced around the circumference, including nozzles for igniting hydrogen in oxygen by injecting gaseous jets of products of thermal dissociation of an electrically conductive liquid, with expanding nozzles and cylinders of wave compressors connected to a steam turbine mounted on a shaft connected to an electric for generators, and is provided with a discharge duct for the exhaust steam released in the condenser,
форсунка для воспламенения водорода в кислороде содержит корпус с патрубками для подачи электропроводной жидкости, соединенными с цилиндрическими каналами, расположенными внутри корпуса в слое электроизоляционного материала, с одной стороны которых установлены электроды, подключенные к генератору импульсов, а с другой - выполнены сопла, направленные под углом друг к другу и сообщающиеся с взрывной камерой форсунки, имеющей днище с отверстиями для выхода газовых струй.the nozzle for igniting hydrogen in oxygen contains a housing with nozzles for supplying electrically conductive fluid connected to cylindrical channels located inside the housing in a layer of insulating material, on one side of which electrodes are mounted connected to a pulse generator, and on the other, nozzles are made angled nozzles communicating with the explosive chamber having a bottom with openings for the exit of gas jets.
Изложенная выше совокупность существенных признаков при внедрении обеспечивает реализацию поставленной цели, при этом каждой из данной совокупности приведенных признаков необходим, а все вместе достаточны для получения положительного эффекта - использование в качестве энергоносителя воды, взамен углеводородных топлив, оздоровление атмосферы и биосферы на планете.The above set of essential features during implementation ensures the achievement of the goal, while each of the given set of characteristics is necessary, and all together are sufficient to obtain a positive effect - the use of water as a fuel carrier, instead of hydrocarbon fuels, and improvement of the atmosphere and biosphere on the planet.
Исходя из приведенных доводов совершенно правомерен вывод о соотвествии заявляемого технического решения критерию изобретения - "изобретательский уровень".Based on the above arguments, the conclusion that the claimed technical solution meets the criteria of the invention is "inventive step".
Неоднократная возможность реализации при изготовлении заявляемого технического решения с изложенной выше совокупностью существенных признаков отвечает также в полной мере другому главному критерию изобретения "промышленная применимость".The repeated possibility of implementation in the manufacture of the claimed technical solution with the above set of essential features also fully meets another main criterion of the invention "industrial applicability".
Изложенная сущность технического решения поясняется чертежами, на которых:The essence of the technical solution is illustrated by drawings, in which:
- на фиг.1 показано судно с малой площадью ватерлинии на водородном топливе - вид с боку по "A",- figure 1 shows a vessel with a small area of the waterline on hydrogen fuel - side view of the "A",
- на фиг.2 показано судно по 1-1,- figure 2 shows the vessel according to 1-1,
- на фиг.3 приведена схема ГЛАВНОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ в продольном разрезе, с показом схем вспомогательных устройств и пусковой паросиловой установки,- figure 3 shows a diagram of the MAIN POWER INSTALLATION in longitudinal section, showing the diagrams of auxiliary devices and the starting steam power plant,
- на фиг.4 в продольном разрезе приведен узел "N",с показом плазмохимических нагревателей, установленных под углом к продольной оси реактора,- figure 4 in longitudinal section shows the node "N", showing the plasma-chemical heaters installed at an angle to the longitudinal axis of the reactor,
- на фиг.5 в продольном разрезе показана форсунка для воспламенения водорода в кислороде,- figure 5 in longitudinal section shows a nozzle for igniting hydrogen in oxygen,
- на фиг.6 в продольном разрезе показан блок плазмохимических нагревателей, прикрепленный к реактору, - второй вариант,- figure 6 in longitudinal section shows a block of plasma-chemical heaters attached to the reactor, - the second option,
- на фиг.7 в продольном сечении показан электрод-катод с центральным каналом для подачи охлаждающей жидкости - второй вариант,- figure 7 in longitudinal section shows the electrode-cathode with a Central channel for supplying coolant - the second option,
- на фиг.8 в продольном сечении показан электрод-катод, в котором циркулирует охлаждающая жидкость, - третий вариант.- on Fig in longitudinal section shows the electrode-cathode, in which the coolant circulates, the third option.
Судно с малой площадью ватерлинии на водородном топливе содержит надводный корпус 1, установленный на опорах 2 обтекаемой формы на подводные корпуса 3, при этом в надводном корпусе размещена паросиловая установка - 4 /пусковая установка/, а в подводных корпусах емкости для пресной воды 5, ГЛАВНЫЕ СИЛОВЫЕ УСТАНОВКИ 6, электродвигатели 7, соединенные с гребными винтами 8. / см. В.А. Ильин. "Суда завтрашнего дня". Знание, Транспорт, 7/1977, стр.49-52.A vessel with a small area of the hydrogen-fuel waterline contains a
ГЛАВНАЯ СИЛОВАЯ УСТАНОВКА показана на фиг.3. Она выполнена комбинированной и включает два силовых блока - термодиссоционную газотурбинную установку 9 и паротурбинную установку 10, укрепленные на общем валу 11, соединенном с электрогенератором 12, в которой в качестве ЭНЕРГОНОСИТЕЛЯ используется ВОДА, запасенная в емкости 5.MAIN POWER INSTALLATION is shown in figure 3. It is made combined and includes two power units - a thermodissociation gas turbine unit 9 and a
Термодиссоционная газотурбинная установка 9 служит для получения ПОЛЕЗНОЙ МОЩНОСТИ
Паротурбинная установка 10 служит для получения второй ПОЛЕЗНОЙ МОЩНОСТИ
Термодиссоционная газотурбинная установка 9 содержит плазмохимические НАГРЕВАТЕЛИ 13 /плазмотроны косвенного действия/ ВОДЯНОГО ПАРА, имеющего высокие параметры температуры и давления, соединенные с одной стороны с РЕАКТОРАМИ 14, выполненные из керамического материала, например, нитрида кремния, с расположенными на них ИНДУКТОРАМИ 15, выполненные в виде соленоида из медных труб, а с другой стороны они соединены с помощью клапанных механизмов 16 с коллектором пара 17.The thermodissociation gas-turbine unit 9 contains plasma-
Реакторы 14, расположенные равномерно по окружности, соединены с расширяюшимися соплами 18 и цилиндрами 19 ВОЛНОВЫХ КОМПРЕССОРОВ, подсоединенные к ГАЗОВОЙ ТУРБИНЕ 20, имеющей выпускной патрубок 21 для выпуска отработанных ВОДОРОДА и КИСЛОРОДА с температурой 500-550°C в парогенератор 22. Реакторы 14 и ВОЛНОВЫЕ КОМПРЕССОРЫ имеют рубашки 23 и 24 для циркуляции и охлаждения стенок реакторов 14 водой, а стенок ВОЛНОВЫХ КОМПРЕССОРОВ жидкометаллическим теплоносителем, например ЛИТИЕМ или НАТРИЕМ или другими жидкими металлами / см. Б.А. Артамонов. "Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов", т.2, М.: Высшая школа, 1983 г., стр.69-90 /1/, Г.А. Либенсон. "Основы порошковой металлургии". М.: Металлургия, 1987 г., стр.189-190, /2/, Е.Б. Пасхин. "Современные тенденции в конструкции легковых автомобилей". Знание, М.: Транспорт, 1985/4, стр.20 /3/, Б.Н. Голубков. "Теплотехническое оборудование и теплоснабжение промышленных предприятий". М.: Энергия, 1979 г., стр.67-68 /4/.The
На цилиндрах 19 установлены форсунки 25 для впрыскивания воды или жидкого металла, например лития.On the
На фиг.4 в большом масштабе показана конструкция плазмохимических НАГРЕВАТЕЛЕЙ 13, установленных под углом к оси реактора 14, при этом их может быть ДВА, как показано на чертеже или больше.Figure 4 on a large scale shows the design of plasma-
Назначение плазмохимических нагревателей заключается в нагреве водяного пара до температуры превышавшей 2000°C, с осуществлением небольшой термической диссоциации его на ВОДОРОД и КИСЛОРОД, не превышаюшей 2% / см. Н.Л. Глинка. "Общая химия". Л.: "ХИМИЯ", 1980 г., стр.211 /5/, однако с возможностью регулирования этой температуры.The purpose of plasma-chemical heaters is to heat water vapor to a temperature exceeding 2000 ° C, with the implementation of a small thermal dissociation of it to HYDROGEN and OXYGEN, not exceeding 2% / cm. N.L. Glinka. "General chemistry". L .: "CHEMISTRY", 1980, p. 211/5 /, but with the possibility of regulating this temperature.
Плазмохимический нагреватель 13 содержит корпус 26 с рубашкой 27 для циркуляции и охлаждения корпуса жидким металлом - литием, натрием или другими жидкометаллическими теплоносителями. В корпусе по оси установлен электрод - КАТОД 28, укрепленный в слое электроизоляции в крышке 29. КАТОД с помощью шины 30 подсоединен к источнику питания постоянного тока /не показанному на чертеже/. Колпак 31. Корпус 26 через прокладку крепится на устройстве, содержащем СОПЛО-АНОД 32 и рубашку с патрубком 33 для входа охлаждавшей жидкости - жидкого металла. Выход его через отверстие 34 с патрубком /не показанным на чертеже/.The plasma-
Клапанный механизм 16 содержит корпус 35, внутри которого с небольшим расстоянием от его стенок размещен цилиндр 36, имеющий окна 37 для входа пара. Патрубок 38 служит для входа пара от коллектора 17. В цилиндре 36 скользит трубчатый ползун 39 - впускной клапан, в стенках которого выполнены окна 40. Клапан имеет ограничитель 41 с размещенной между ним и корпусом пружины 42.The
Форсунка 43 служит для впрыскивания легкоионизирующей присадки - натрия, калия или других щелочных металлов в количестве около 1% от веса пара / см. В.И. Крутов. "Техническая термодинамика". М.: Высшая школа, 1971 г., стр.447-448 /6/. Патрубки 44 и 45 служат для входа и выхода охлаждавшей жидкости. Подключение АНОДА к источнику питания постоянного тока через клемму 46.
Кольцевой индуктор 15 подключен к источнику питания, содержащему генератор высокий частоты 47 /машинный или ламповый/ А. Артамонов. "Размерная электрическая обработка металлов." М.: Высшая школа, 1978 г., стр.50-52 /7/, конденсаторную батарею 48, компенсирующую низкий коэффициент мощности индуктора /см.4, стр.67-68/.The
Паротурбинная установка 10, содержит осевой компрессор 49 /или центробежный или два компрессора - осевой и центробежный/, соединенный с помощью удлиненных патрубков 50 с камерами сгорания 51, последовательно соединенными с расширявшимися соплами 52, цилиндрами 53 ВОЛНОВЫХ КОМПРЕССОРОВ и с ПАРОВОЙ ТУРБИНОЙ 54, имевшей выпускной патрубок 55, соединенный с конденсатором 56. Форсунка 57 для воспламенения газа. ГЛАВНАЯ СИЛОВАЯ УСТАНОВКА 6 имеет ДВА парогенератора 22 и 58.The
Первый парогенератор работает за счет ТЕПЛА отработанных ВОДОРОДА и КИСЛОРОДА, имеющих температуру околов 500-550°C с подачей пара высокой температуры около 400-450°С и давления около 12 кг/см2 в плазмохимические НАГРЕВАТЕЛИ 13 /см. В.В. Сумков ."Техническая термодинамика". М.-Л.: "Энергоиздат", 1960 г., стр.352-353 /8/ по паропроводу 59. Вода в парогенератор поступает из емкости пресной воды 5. Отработанные в парогенераторе ВОДОРОД и КИСЛОРОД окончательно охлаждаются в холодильнике 60, с температуры 160°C до температуры 20°C /см. И.И. Кириллов. "Газовые турбины и газотурбинные установки". Машгиз, М. 1956 г., стр.251 /9/. и всасывается через патрубок 61 в осевой компрессор 49 паротурбинной установки 10.The first steam generator operates at the expense of HEAT of spent HYDROGEN and OXYGEN having a temperature of about 500-550 ° C with a steam supply of high temperature of about 400-450 ° C and a pressure of about 12 kg / cm2 in plasma-
Второй парогенератор 58 работает за счет циркуляции в нем охлаждающей жидкости - жидкого металла - натрия или лития, поступающих в него с помощью насосов 62 и 63, а также смесительных камер 64 и 65 из систем охлаждения стенок расширявшихся сопел 18 и цилиндров 19 ВОЛНОВЫХ КОМПРЕССОРОВ термодиссоционной газотурбинной установки 9 с температурой около 580°C, что позволяет перейти на существенно более высокие параметры в энергетическом пароводяном контуре и из системы охлаждения стенок камер сгорания 51, патрубков 50, расширяющихся сопел 52 и цилиндров 53 ВОЛНОВЫХ КОМПРЕССОРОВ паротурбинной установки 10. Вместе с тем нагретый до 580°C жидкий металл поступает в него и из системы охлаждения ПЛАЗМОХИМИЧЕСКИХ НАГРЕВАТЕЛЕЙ 13.The second steam generator 58 operates by circulating coolant in it - a liquid metal - sodium or lithium, supplied to it by pumps 62 and 63, as well as mixing
Высокая температура жидкометаллического теплоносителя в парогенераторе 58 обеспечивает получение перед турбиной 66 пара с температурой 540°C, давление 140 атм. /см. В.Б. Козлов. "Жидкие металлы в технической физике". Знание, Физика, 4/1974 г., стр.34 /10/. При этом за счет работы паровой турбины 66, соединенной с электрогенератором 67 вырабатывается ПОЛЕЗНАЯ МОЩНОСТЬ N3, которая в виде электроэнергии направляется на электрощит 68, на который также поступает электроэнергия от электрогенератора 12, вырабатывающего электрическую энергии за счет работы ГАЗОВОЙ турбины 20 мощностью
Суммарная электрическая мощность на электрощите 68 равна сумме мощностей 3-х установок:
Кроме того за счет работы парогенератора 22, обеспечивающего паром с высокими параметрами температуры и давления плазмохимические НАГРЕВАТЕЛИ 13 генерируется ТЕПЛОВАЯ МОЩНОСТЬ, за счет которой существенно увеличивается мощность ГАЗОВОЙ турбины 20 и одновременно значительно снижается расход электроэнергии на плазмохимические НАГРЕВАТЕЛИ 13.In addition, due to the operation of the
Паросиловая установка 4 /пусковая установка/ содержит паровые котлы 69, паровую турбину 70, соединенную электрогенератором 71. Один из котлов соединен паропроводом 72 с паропроводом 59 ГЛАВНОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ 6. Пуск установки 6 осуществляется с помощью работы пусковой паросиловой установки 4.The
На фиг.5 показана форсунка 57, служащая для воспламенения в камерах сгорания 51 сжатой смеси газов - ВОДОРОДА и КИСЛОРОДА.Figure 5 shows the nozzle 57, which serves for ignition in the
Она содержит корпус 73 с патрубками 74 и 75 и взрывной камерой 76.It contains a
Внутри корпуса в слое электроизоляционного материала расположены цилиндрические каналы 77 и 78, соединенные с патрубками, при этом цилиндрические каналы с одной стороны имеют сопла 79 и 80, направленные под углом друг к другу, а с другой электроды 81 и 82, подключенные к генератору импульсов /ГИ/, содержащему конденсатор 83, резистор /сопротивление/ 84, источник постоянного тока 85 /или выпрямитель/. Электроизоляционный материал 86.Inside the housing, in a layer of insulating material, there are
Работает форсунка следующим образом /см. патенты №2387737, №2402630/. От насосов /не показанных на чертеже/ через патрубки 74 и 75 подается электропроводная жидкость в виде концентрированного водного раствора сильного электролита на основе кислот или солей, основания ИЛИ суспензия раствора электролита и порошка /пудры/ графита или металла /меди, алюминия/. Размер частиц порошка до 40 мкм, электролит с удельной электропроводностью 40-70 См.м-1. В это время генератор импульсов 83, 84, 85 включен. Электропроводная жидкость в соплах 79 и 80 формируется в виде струй 87 и 88, которые в зоне 89 сталкиваются между собой и замыкают разрядную цепь генератора импульсов, при этом разрядный ток с конденсатора 83 большой силы разряжается на струи диаметром - 0.087-0,2 мм, нагревает их с осуществлением ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ВЗРЫВА струй, температура которого может достигать /2-5/×104К /см.1, стр.72, 100-103/, а также патенты №2386825, №2387582/.The nozzle works as follows / cm. patents No. 2387737, No. 2402630 /. From the pumps / not shown in the drawing / through the
Для воспламенения смеси ВОДОРОДА и КИСЛОРОДА в камерах сгорания 51 паротурбинной установки температура электрического взрыва струй 87, 88 поддерживается на уровне до 10000°C, при этом водный раствор электролита струй термически диссоциирует на водород и кислород /гремучий газ/. Продукты электрического взрыва в виде водорода, кислорода и осколков электролита под большим давлением выходят через отверстия /сопла/ 90, выполненные в днище 91, и в виде ФАКЕЛОВ с высокой температурой воспламеняют смесь ВОДОРОДА и КИСЛОРОДА в камерах сгорания 51.To ignite the mixture of HYDROGEN and OXYGEN in the
Следующие повторные электрические взрывы струй 87-88 осуществляются за счет давления насосов, подающих электропроводную жидкость через патрубки 74 и 75 с частотой, превращающей 100 цик/сек, при этом струи 87-88 выполняют одновременно функции РАЗРЯДНИКА, при контакте которых в зоне 89 конденсатор 83 /конденсаторная батарея/ разряжается на них, а энергия электрического взрыва зависит от энергии, запасенной в конденсаторе. A=CU2/2 /см.7, стр.50/.The following repeated electrical explosions of the jets 87-88 are carried out due to the pressure of the pumps supplying the electrically conductive liquid through the
На фиг.6 показана конструкция плазмохимических нагревателей 13, размещенных в одном блоке 92, в котором может быть ДВА, ЧЕТЫРЕ или более нагревателей, при этом сопла-АНОДЫ 93 также расположены в одном блоке 94, имеющем рубашку с патрубком 95 для входа охлаждающей жидкости - жидкого металла - лития или натрия. КАТОДЫ 96, выполненные в виде заостренных стержней из вольфрама, установлены в корпусах 97, имеющих рубашку с патрубком 98 для входа охлаждающей жидкости - жидкого металла. Коллектор 99 охватывает снаружи все корпуса с отверстиями 100 для входа в них пара. Подача пара с высокими параметрами температуры и давления осуществляется с помощью клапанного механизма 16. Пар поступает в него по патрубку 101.Figure 6 shows the design of plasma-
Привод в клапанном механизме трубчатого ползуна 39, с помощью которого обеспечивается подача пара в коллектор, осуществляется с помощью соленоида 102, якорь которого 103 воздействует на коромысло 104, размещенного шарнирно на опоре 105. Клемма 106 служит для подключения АНОДА к источнику питания /не показанному на чертеже/, так же как и шина 107.The actuator in the valve mechanism of the
Для увеличения срока службы КАТОДОВ они могут выполняться по фиг.7 с центральным каналом 108 и тонкими каналами 109. При этом по каналу 108 нагнетается жидкость, например, вода или щелочной металл - натрий, которая продавливается через каналы 109 и испаряется на поверхности острия КАТОДА, обеспечивая значительное снижение температуры.To increase the life of the CATHODES, they can be performed according to Fig. 7 with a central channel 108 and
На фиг.8 показано еще одно устройство КАТОДА, выполненного пустотелым с центральной перегородкой 110 и окном 111 для прохода охлаждающей жидкости.On Fig shows yet another device KATODA made hollow with a Central partition 110 and a window 111 for the passage of coolant.
Работает ГЛАВНАЯ СИЛОВАЯ УСТАНОВКА 6 следующим образом.MAIN POWER INSTALLATION 6 works as follows.
Сначала запускается паросиловая установка 4. Начинают работать паровые котлы 69 и паровая турбина 70 с электрогенератором 71. Задвижка 112 закрыта. Задвижка 113 открывается и водяной пар с высокими параметрами температуры, около 450°C и P≈12-16 кг/см2 из котлов 69 по паропроводам 72 и 59 поступает в коллектор 17 ГЛАВНОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ, а из него в клапанные механизмы 16 плазмохимических нагревателей 13. Включаются с помощью электронной системы главной силовой установки впускные клапаны - трубчатые ползуны 39, заглушенные с одной стороны, привод которых осуществляется с помощью механизмов-соленоидов 102 и коромысел 104 /см. фиг.6/, при этом окна 40 трубчатых ползунов совмещаются с окнами 37 цилиндров 36 и пар поступает в корпуса 26 плазмохимических нагревателей 13. Одновременно включается источник 71 питания постоянного тока, с подачей его на КАТОДЫ 28 и СОПЛА-АНОДЫ 32, с образованием электрических дуговых разрядов, с помощью которых осуществляется НАГРЕВ протекающего пара до температуры превышающей 2000°C. При этом пар, начиная c температуры 1000°C, разлагается на водород и кислород в объеме до 2% /см.5, стр.211/ и ионизируется вытекая в реакторы 14.First, the
Для увеличения степени ионизации в корпуса 26 с помощью форсунок 43 впрыскивается легкоионизирующаяся присадка /K, Na и др./ в количестве около 1% от веса пара, что значительно увеличивает электропроводность ПАРА вместе с полученными газами - водородом и кислородом /см.6, стр.447-448/. Образующаяся низкотемпературная ПЛАЗМА в плазмохимических нагревателях 13 поступает из них в реакторы 14, где с помощью индукционного нагрева водяной пар окончательно разлагается при температуре превышающей 2500°C на ВОДОРОД и КИСЛОРОД, имеющие высокую температуру и высокое давление.To increase the degree of ionization, easily ionizing additive (K, Na, etc.) is injected into the
Индукторы 15, выполненные в виде соленоидов /спиральных катушек/ из медных труб, охлаждаются прокачкой через них воды, так же как и стенки реакторов 14 охлаждаются водой, выполненные из керамического материала, например, нитрида кремния, показавшего высокую эксплуатационную надежность при работе японского образца керамического поршневого двигателя /см. 3, стр.20/.
Сущность индукционного нагрева на основе токов высокой частоты, генерируемых в ГЛАВНОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКЕ с помощью генераторов 47, состоит в том, что переменное магнитное поле в спиральной катушке 15, вызванное током высокой частоты, возбуждает переменное магнитное поле в нагреваемом теле - низкотемпературной плазме, поступающей в реакторы 14 с температурой превышающей 2000°C. При этом в нем индуцируется электродвижущая сила /эдс/, вызывающая появление электрического тока. Тепловая энергия, выделяемая этим током, нагревает низкотемпературную плазму /проводник/, с окончательным разложением водяного пара на ВОДОРОД и КИСЛОРОД при температуре превышающей 2500°C /см. 4, стр.67 и Г. Мучник. "Новые методы преобразования энергии". Знание, Техника, 1984/4, стр.47 /11/.The essence of induction heating based on high-frequency currents generated in the MAIN POWER
Впрыскивание легкоионизирующей присадки в корпуса 26 плазмохимических нагревателей 13 - форсунки 43 может осуществляться с помощью форсунок, по фиг.5 с электрическими взрывами струй 87 и 88 из жидкого металла - натрия, калия и др., выполненные без днищ 91, или обычными форсунками для впрыскивания жидкости, применяемыми, например, в двигателях /дизелях/.Injection of a lightly ionizing additive into the
Окончательное разложение водяного пара на ВОДОРОД и КИСЛОРОД в реакторах 14 при температуре превышающей 2500°C и давлении около 30-40 кг/см2 /см. 8, стр.24-25/, обеспечивает получение продуктов термической диссоциации с высокими параметрами температуры и давления, которые РАСШИРЯЮТСЯ в соплах 18 и цилиндрах 19 ВОЛНОВЫХ КОМПРЕССОРОВ с понижением температуры перед ГАЗОВОЙ турбиной 20 до 700-900°C, нормальной для работы лопаток турбины без охлаждения.The final decomposition of water vapor into HYDROGEN and OXYGEN in
Впускные клапаны 39 /трубчатые ползуны/ снова включаются с частотой 100 цикл/сек и более и следующие порции пара, а затем продукты диссоциации его в виде РАСКАЛЕННЫХ ВОДОРОДА и КИСЛОРОДА выходят из реакторов 14 с высокой температурой превышающей 2500°C и высоком давлении "P", расширяются в соплах 18 и цилиндрах 19 ВОЛНОВЫХ КОМПРЕССОРОВ подобно "поршням", сжимают впереди себя остаточный от предыдущего цикла газ - те же ВОДОРОД и КИСЛОРОД, до давления "p" и разгоняют его в цилиндрах 19 до скорости V м/с, при этом температура сжатых газов увеличивается незначительно - в пределах 700-900°C, с которой ВОДОРОД и КИСЛОРОД поступают на газовую турбину 20, расширяются на ней с понижением давления от "p" до p1 и реализацией скорости V м/c до U м/с, температуры за ней до 500-550°C и получением ПОЛЕЗНОЙ МОЩНОСТИ
Отработанные ВОДОРОД и КИСЛОРОД с температурой 500-550°C по трубопроводу направляются в парогенератор 22, нагревают и испаряют в нем воду, поступающую в него из емкости пресной воды 5, с генерацией пара с температурой около 400-450°C, давление около 12 кг/см2. Водяной пар с высокими параметрами температуры и давления подготовлен для подачи его по паропроводу 112 в коллектор 17.The spent HYDROGEN and OXYGEN with a temperature of 500-550 ° C are piped to a
Отработанные ВОДОРОД и КИСЛОРОД в парогенераторе 22 направляются в холодильник 60, в котором окончательно охлаждаются с температурой 160°C до температуры 20°C и всасываются осевым компрессором 49 в паротурбинную установку 10. Охлаждение забортной водой.The spent HYDROGEN and OXYGEN in the
Сжатые в осевом компрессоре газы - ВОДОРОД и КИСЛОРОД /гремучий газ/ поступают в камеры сгорания 51, воспламеняются форсунками 57, сгорают при температуре около 2800°C /см. 5, стр.345-346/, а продукты сгорания РАСШИРЯЮТСЯ подобно "поршням" в расширяющихся соплах 52 и цилиндрах 53 ВОЛНОВЫХ КОМПРЕССОРОВ, с понижением температуры перед паровой турбиной 54 до 700-900°C - нормальной для работы лопаток турбины без охлаждения. Вместе с тем продукты сгорания расширяются и в сторону осевого компрессора, сжимают в удлиненных патрубках 50 движущие им навстречу газы - ВОДОРОД и КИСЛОРОД, которые после снижения давления продуктов сгорания снова расширяются в сторону камер сгорания, благодаря чему обеспечивается защита лопаток осевого компрессора от прорыва раскаленных продуктов сгорания /см. "Основы газовой динамики", 1963 г., редактор Эммонс, раздел "Волновые "машины" /12/. Снова из компрессора 49 сжатые ВОДОРОД и КИСЛОРОД поступают в камеры сгорания 51 и воспламеняются с помощью форсунок 57 с частотой 100 цикл/сек и более, а продукты сгорания с высокой температурой и давлением РАСШИРЯЮТСЯ подобно поршням в соплах 52 и цилиндрах 53, сжимая до давления "P" и разгоняя до скорости V м/c остаточные от предыдущего цикла продукты сгорания в виде ПАРА, которые с температурой 700-900°C, давлением "P" и скоростью V м/c поступают на паровую турбину 54 и расширяются в ней с понижением давления до p1, скорости до U м/с, температуры около 80°C за счет выпуска отработанного пара в конденсатор 56 с давлением p=0,04 кг/см2 /см. 8, стр.309-310/, при этом КОНДЕНСАТ через патрубок 114 сбрасывается в море и повторно в рабочих процессах ГЛАВНОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ 6 не участвует, при этом получаемая мощность на паровой турбине 54
Для работы форсунок 57 используются плунжерные насосы, нагнетающие электропроводную жидкость в патрубки форсунок 74 и 75 с частотой 100 циклов в секунду и более.For the operation of nozzles 57, plunger pumps are used that inject electrically conductive fluid into
Суммарная мощность ДВУХ установок - термодиссоционной газотурбинной 9 и паротурбинной 10 - равна
Во время пуска ГЛАВНОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ и прогрева всех ее систем начинает работать и парогенератор 58 за счет циркуляции в нем охлаждающей жидкости - жидкого металла из систем охлаждения стенок расширяющихся сопел 18 и цилиндров 19 ВОЛНОВЫХ КОМПРЕССОРОВ термодиссоционной газотурбинной установки 9 с температурой около 580°С и из системы охлаждения стенок удлиненных патрубков 50, камер сгорания 51, расширяющихся сопел 52 и цилиндров 53 ВОЛНОВЫХ КОМПРЕССОРОВ паротурбинной установки 10 с температурой около 580°С, а также из системы охлаждения ПЛАЗМОХИМИЧЕСКИХ НАГРЕВАТЕЛЕЙ 13. При этом генерируется водяной пар с температурой 540°С и давлением 140 атм, что позволяет перейти на существенно более высокие параметры в энергетическом пароводяном контуре с работой паровой турбины 66 и электрогенератора 67 и генерацией ими ПОЛЕЗНОЙ МОЩНОСТИ N3, направляемой на электрощит 68. Суммарная электрическая мощность на электрощите 68 равна сумме мощностей 3-х установок
Таким образом все системы ГЛАВНОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ начинают работать в рабочем режиме, благодаря чему пусковая паросиловая установка 4 отключается путем закрытия задвижки 113 и открытия на паропроводе 59 задвижки 112, с генерацией от электрощита 68 энергии на электродвигатель 7, вращающий гребной винт 8 для движения СУДНА с малой площадью ватерлинии, работающего на ВОДОРОДНОМ ТОПЛИВЕ.Thus, all MAIN POWER PLANT systems begin to operate in the operating mode, as a result of which the steam-powered
При этом часть электрической энергии с электрощита 68 отбирается для работы плазмохимических нагревателей 13 и реакторов 14, а также для работы насосов для перекачки жидкометаллического теплоносителя - поз. 62, 63 в системах охлаждения установок 9 и 10 и парогенератора 58 и другие цели.In this case, part of the electric energy from the electrical panel 68 is selected for the operation of plasma-
Немалое значение в рабочем процессе термодиссоционной газотурбинной установки 9 имеет работа парогенератора 22 на отработанных ВОДОРОДЕ и КИСЛОРОДЕ, обеспечивающего установку ПАРОМ с высокими параметрами температуры и давления, благодаря чему существенно увеличивается МОЩНОСТЬ газовой турбины 20 и значительно снижается расход электроэнергии на ТЕРМИЧЕСКУЮ ДИССОЦИАЦИЮ ВОДЯНОГО ПАРА в плазмохимических нагревателях 13 и реакторах 14.Of considerable importance in the workflow of a thermo-dissociation gas-turbine unit 9 is the operation of a
Известно, что "если образовавшиеся при высокой температуре продукты диссоциации быстро охладить, то равновесие не успевает сразу сместиться, а затем уже не смещается ввиду крайне малой скорости реакции при низкой температуре. Таким образом сохраняется соотношение между веществами, существовавшее при высокой температуре" /см. 5, стр.211-212/. В рассматриваемой установке 9 - термодиссоционной газотурбинной быстрое охлаждение продуктов диссоциации - ВОДОРОДА и КИСЛОРОДА осуществляется за счет их быстрого расширения в соплах 18, цилиндрах 19 ВОЛНОВЫХ КОМПРЕССОРОВ и на ГАЗОВОЙ турбине 20, с понижением температуры газов за газовой турбиной до 500-550°C, при которой ВОДОРОД с КИСЛОРОДОМ практически не взаимодействуют /см. 5, стр.345-346/.It is known that “if the products of dissociation formed at a high temperature are quickly cooled, then the equilibrium does not have time to immediately shift, and then does not shift due to the extremely low reaction rate at low temperature. Thus, the ratio between substances existing at a high temperature is maintained / cm. 5, pp. 211-212 /. In the installation under consideration 9 — a thermodissociation gas turbine, the rapid dissociation products — HYDROGEN and OXYGEN — are rapidly cooled through their rapid expansion in
Дополнительным методом сохранения соотношения между веществами, существовавшее при высокой температуре служит метод впрыскивания ВОДЫ с ЖИДКОГО МЕТАЛЛА, например лития, в продукты диссоциации с помощью форсунок 25, установленные в цилиндрах 19 ВОЛНОВЫХ КОМПРЕССОРОВ.An additional method of maintaining the relationship between substances that existed at high temperature is the method of injecting WATER from a LIQUID METAL, for example lithium, into dissociation products using nozzles 25 installed in
При этом впрыскивание жидкости-воды или жидкого металла для осуществления быстрого охлаждения газов - ВОДОРОДА и КИСЛОРОДА и сохранения соотношения между веществами существовавшее при высокой температуре, осуществляется в зонах пониженной температуры газов в цилиндрах 19.In this case, the injection of liquid-water or liquid metal for the rapid cooling of gases - HYDROGEN and OXYGEN and maintaining the relationship between the substances that existed at high temperature, is carried out in areas of low temperature gases in the
Вместе с тем необходимость впрыскивания воды или жидкого металла устанавливается только экспериментальным путем.However, the need for injection of water or liquid metal is established only experimentally.
Реакторы 14, выполненные из керамического материала, например нитрида кремния, так же как и индукторы 15, выполненные в виде соленоидов из медных труб, охлаждаются водой с помощью насоса 115, причем дистиллированной, во избежание ее нагрева током высокой частоты. Для снижения потерь тепловой энергии нагретая вода по патрубку 116 и трубопроводам /не показаны на чертеже/ используется для подогрева пресной воды в емкости 5.
Особенности конструкции и работы ГЛАВНОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ.Features of the design and operation of the MAIN POWER UNIT.
В этой установке применение ВОЛНОВЫХ КОМПРЕССОРОВ, размещенных в термодиссоционной газотурбинной между реакторами 14, в которых достигается окончательное разложение водяного пара на ВОДОРОД и КИСЛОРОД с температурой превышающей 2500°C и высоким давлением, и ГАЗОВОЙ турбиной 20 позволяет осуществлять следующее:In this installation, the use of WAVE COMPRESSORS placed in a thermodissociation gas turbine between
- сжатие остаточного газа - ВОДОРОДА и КИСЛОРОДА до давления "P" с разгоном его до скорости V м/с в расширяющихся соплах 18 и цилиндрах 19 продуктами термической диссоциации водяного пара - теми же ВОДОРОДОМ и КИСЛОРОДОМ, имеющими высокую температуру превышающую 2500°C и высокое давление, с понижением температуры до 700-900°C перед ГАЗОВОЙ турбиной, что обеспечивает ее нормальную работу без охлаждения лопаток.- compression of the residual gas - HYDROGEN and OXYGEN to a pressure of "P" with its acceleration to a speed of V m / s in expanding
Для уменьшения длины цилиндров 19 ГАЗОВАЯ турбина может выполняться с охлаждением, при этом температура газов перед ней около 1400-1600 К /см. О.К. Югов "Согласование характеристик САМОЛЕТА и ДВИГАТЕЛЯ". М. Машиностроение, 1980 г., стр. 48-49 /13/. Сжатые газы - ВОДОРОД и КИСЛОРОД с этими параметрами расширяются на газовой турбине до температуры 500-550°С, с получением полезной мощности
Вместе с тем обеспечивается выравнивание давления газов и их скорости перед входом в ГАЗОВУЮ турбину, причем газов - ВОДОРОДА и КИСЛОРОДА с большой массой в длинных цилиндрах 19 ВОЛНОВЫХ КОМПРЕССОРОВ, благодаря чему достигается высокий кпд самой ГАЗОВОЙ турбины за счет значительного снижения потерь кинетической энергии за рабочим колесом и незначительным изменением углов атаки при обтекании газами рабочих лопаток /см. 9. стр. 63, 70-71/.At the same time, equalization of gas pressure and their speed before entering the GAS turbine is ensured, moreover, gases - HYDROGEN and OXYGEN with a large mass in the long cylinders of 19 WAVE COMPRESSORS, due to which a high efficiency of the GAS turbine itself is achieved due to a significant reduction in the kinetic energy loss behind the impeller and a slight change in the angle of attack when the gases flow around the blades / cm. 9. p. 63, 70-71 /.
В ВОЛНОВОМ КОМПРЕССОРЕ 18, 19 один газ "А" - продукты диссоциации водяного пара - ВОДОРОД и КИСЛОРОД с высокой температурой и давлением РАСШИРЯЮТСЯ в соплах 18 и цилиндрах 19 и сжимают другой газ "В" - те же ВОДОРОД и КИСЛОРОД, при этом сжатые газы до давления "Р" имеют большой объем и массу, но невысокую скорость V м/с, что обеспечивает при обтекании ими рабочих лопаток ГАЗОВОЙ турбины достижение высокого кпд самой турбины /см. 12, раздел "Волновые машины"/.IN
Ту же конструкцию имеют ВОЛНОВЫЕ КОМПРЕССОРЫ 52, 53 паротурбинной установки 10, благодаря чему обеспечивается получение высокого эффективного КПД ГЛАВНОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ и надежность ее работы на новом энергоносителе - ВОДЕ /см. патент №2386825 от 20.04.2010 г/. Для справки. Известной волновой машиной является, например, установка "КОМПРЕКС" швейцарской фирмы "Броун Бовери", служащая для сжатия воздуха в газотурбинной установке с помощью отработанных газов.The
На стр. 12 описания сказано, что "конденсат сбрасывается в море и повторно в рабочих процессах ГЛАВНОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ не участвует". Следует учитывать, что ВОДА получается после охлаждения пара в известных паросиловых установках, например, на ТЭС, ТЭЦ и др., работающих совершенно по другому принципу.On
Вместе с тем известно, что вода H2O - это смесь 18 различных веществ, с учетом наличия в ней изотопов водорода и кислорода, при этом в ней в небольших количествах находятся: тяжелая вода Д2О и сверхтяжелая вода T2O. Кроме того не только тепловые свойства воды необычны, механические и электрические особенности также, способствуют репутации воды как самой НЕОБЫЧНОЙ СУБСТАНЦИИ ВСЕЛЕННОЙ / см. М.Л. Белая, В.Г. Левадный. "Молекулярная структура воды", Знание, Физика, М. 1987/11, стр.5, 9 /14/.However, it is known that H 2 O water is a mixture of 18 different substances, taking into account the presence of hydrogen and oxygen isotopes in it, while it contains in small quantities: heavy water D 2 O and superheavy water T 2 O. In addition not only the thermal properties of water are unusual, mechanical and electrical features also contribute to the reputation of water as the most UNUSUAL SUBSTANCE OF THE UNIVERSE / see M.L. White, V.G. Levadny. "The molecular structure of water", Knowledge, Physics, M. 1987/11, p. 5, 9/14 /.
Отметим, что применение комбинированной конструкции для термического разложения воды в плазмохимических нагревателях 13 и реакторах 14 с индукционным нагревом низкотемпературной плазмы-смеси паров воды, ионизированных газов-ВОДОРОДА и КИСЛОРОДА и легкоионизирущей присадки в виде натрия или калия, поступающих в реакторы с частотой 100 цикл/сек и более, снижает КПД получения ВОДОРОДА и КИСЛОРОДА с высокими параметрами температуры превышающей 2500°C и высоким давлением. Однако в целях эффективной стабилизации дуговых разрядов между КАТОДАМИ 28 и СОПЛАМИ-АНОДАМИ 32 и снижения напряжения при температуре пара Т≥2000°C применена данная схема.It should be noted that the use of a combined design for thermal decomposition of water in plasma-
Вместе с тем параметры напряжения дуговых разрядов при тех или иных параметрах ПАРА в плазмохимических нагревателях 13, процессы протекания их могут устанавливаться только экспериментальным путем, при этом ГЛАВНАЯ СИЛОВАЯ УСТАНОВКА может работать так же, как с комбинированной конструкцией - плазмохимические нагреватели 13 и реакторы 14, так и только с плазмохимическими нагревателями /плазмохимическими реакторами 13/, в которых осуществляется полное разложение водяного пара в соплах-АНОДАХ 32 с получением ВОДОРОДА и КИСЛОРОДА при температуре превышающей 2500°C и высоком давлении, с накоплением их в цилиндрах, подобных реакторам 14, соединенных с расширяющимися соплами 18 и цилиндрами 19 ВОЛНОВЫХ КОМПРЕССОРОВ.At the same time, the parameters of the voltage of arc discharges for various parameters of PAIR in plasma-
Таким образом ГЛАВНАЯ СИЛОВАЯ УСТАНОВКА может работать по двум ВАРИАНТАМ конструкции устройств для термического разложения или термической диссоциации водяного пара с получением ВОДОРОДА и КИСЛОРОДА, с высокими параметрами температуры превышающей 2500°C и высоким давлением. Рубашка 117 системы охлаждения паротурбинной установки, конденсатор 118 паротурбинной установки 66, 67.Thus, the MAIN POWER PLANT can operate according to two OPTIONS of the design of devices for thermal decomposition or thermal dissociation of water vapor to produce HYDROGEN and OXYGEN, with high temperature parameters exceeding 2500 ° C and high pressure.
Судно с малой площадью ватерлинии на водородном топливе, в котором ВОДА является энергоносителем для работы ГЛАВНОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ при внедрении имеет ряд преимуществ перед судами на углеводородном топливе и атомной энергии.A vessel with a small area of a hydrogen-fueled waterline, in which WATER is the energy carrier for the operation of the MAIN POWER PLANT, when implemented, has several advantages over vessels using hydrocarbon fuel and nuclear energy.
Во-первых, достигается чистота атмосферы, из-за отсутствия дымовых газов, которые в больших объемах выпускаются в атмосферу судами на углеводородном топливе.Firstly, a clean atmosphere is achieved due to the absence of flue gases, which in large volumes are released into the atmosphere by ships using hydrocarbon fuels.
Во-вторых, достигается огромная экономия материальных и денежных ресурсов, так как ВОДА имеет значительно меньшую стоимость и легко доступна по сравнению с нефтью и ядерным топливом - ураном.Secondly, huge savings in material and financial resources are achieved, since WATER has a significantly lower cost and is easily available in comparison with oil and nuclear fuel - uranium.
Суда с малой площадью ватерлинии на водородном топливе могут использоваться на реках, озерах, морях и океанах, благодаря чему обеспечивается освоение ранее недоступных районов земли. Ведь пресную воду можно получать для работы ГЛАВНЫХ СИЛОВЫХ УСТАНОВОК на опреснительных установках. При этом эти установки устанавливаются на судах с малой площадью ватерлинии.Vessels with a small area of hydrogen waterline can be used on rivers, lakes, seas and oceans, which ensures the development of previously inaccessible areas of the earth. After all, fresh water can be obtained for the operation of the MAIN POWER PLANTS in desalination plants. Moreover, these installations are installed on ships with a small area of the waterline.
Вторым важным направлением использования ГЛАВНЫХ СИЛОВЫХ УСТАНОВОК судов с малой площадью ватерлинии, является применение их для генерирования ВОДОРОДА и КИСЛОРОДА /гремучего газа/ с помощью работы только термодиссоционной газотурбинной установки 9, при этом отработанные ВОДОРОД и КИСЛОРОД из холодильника 60 направляются не в паротурбинную установку 10, а потребителям гремучего газа, который менее взрывоопасен, чем природный газ метан, для использования в коммунальном хозяйстве, промышленности, сельском хозяйстве и многих других отраслях экономики.The second important direction of using MAIN POWER PLANTS of vessels with a small waterline area is to use them to generate HYDROGEN and OXYGEN / explosive gas / by using only a thermodissociation gas turbine unit 9, while the spent HYDROGEN and OXYGEN from the
Новая ГЛАВНАЯ СИЛОВАЯ УСТАНОВКА относительно проста по конструкции, а отдельные ее узлы: плазмохимические нагреватели 13 /плазмотроны/, реакторы, турбины, камеры сгорания, компрессоры давно освоены промышленностью и поэтому имеют невысокую стоимость.The new MAIN POWER INSTALLATION is relatively simple in design, and its individual components: plasma-
Широкое применение ГЛАВНЫХ СИЛОВЫХ УСТАНОВОК судов с малой площадью ватерлинии позволит постепенно вытеснить суда на атомной энергии и углеводородном топливе, при этом обеспечивается рождение и всплеск новых технологий в различных областях экономики:The widespread use of MAIN POWER INSTALLATIONS of vessels with a small waterline area will gradually displace ships using nuclear energy and hydrocarbon fuel, while ensuring the birth and surge of new technologies in various areas of the economy:
- в круглогодичном выращивании и изготовлении продуктов питания стратегического продукта людей с помощью широкого строительства тепличных хозяйств, в том числе с многоэтажными теплицами-небоскребами,- in year-round cultivation and manufacture of food products of a strategic product of people through the widespread construction of greenhouses, including multi-story greenhouses, skyscrapers,
- осуществление перевода всего пассажирского транспорта городов и сел на электрическую энергию, в том числе и грузового и легкового транспорта,- the transfer of all passenger transport in cities and villages to electric energy, including freight and passenger transport,
- в строительстве путем изготовления домов из пластмассы.- in construction by manufacturing houses from plastic.
Claims (1)
термодиссоционная газотурбинная установка для получения полезной мощности и источника энергии - водорода и кислорода выполнена с плазмохимическими нагревателями, равномерно расположенными по окружности для нагрева водяного пара до температуры превышающей 2000°C, подключенными к источнику питания, соединенными с одной стороны с помощью клапанных механизмов с коллектором пара с высокой температурой и давлением, а с другой - с реакторами для термической диссоциации водяного пара и получения водорода и кислорода с температурой превышающей 2500°C, подключенными к источнику питания, содержащему генератор высокой частоты и конденсаторную батарею, соединенными с расширяющимися соплами и цилиндрами волновых компрессоров, имеющими форсунки для впрыскивания в них воды или жидкого металла, подсоединенные к газовой турбине, укрепленной на валу, соединенном с электрогенератором, и снабжена выпускным патрубком для выпуска отработанных водорода и кислорода в парогенератор, или
термодиссоционная газотурбинная установка выполнена с плазмохимическими реакторами для термической диссоциации водяного пара и получения водорода и кислорода с температурой превышающей 2500°C и высоким давлением, соединенными с одной стороны с помощью клапанных механизмов с коллектором пара высокого давления и температуры, а с другой - с цилиндрами, подсоединенными к расширяющимся соплам и цилиндрам волновых компрессоров, имеющим форсунки для впрыскивания воды или жидкого металла, соединенные с газовой турбиной, укрепленной на валу, подсоединенном к электрогенератору, и снабжена выпускным патрубком для выпуска отработанных водорода и кислорода в парогенератор,
при этом плазмохимические нагреватели, реакторы для термической диссоциации водяного пара и получения водорода и кислорода с температурой превышающей 2500°C или плазмохимические реакторы, расширяющиеся сопла и цилиндры волновых компрессоров имеют рубашки для циркуляции охлаждающей жидкости - жидкометаллического теплоносителя и воды - для охлаждения стенок реакторов для термической диссоциации водяного пара и получения водорода и кислорода с температурой превышающей 2500°C,
плазмохимические нагреватели или плазмохимические реакторы содержат корпус с рубашкой, крышкой и колпаком, с укрепленным в корпусе в слое электроизоляции электродом-катодом, сообщающийся с охлаждаемым соплом-анодом, установленные под углом к оси реакторов для термической диссоциации водяного пара и получения водорода и кислорода с температурой превышающей 2500°C, или плазмохимические нагреватели или плазмохимические реакторы расположены в одном блоке с размещенными в них форсунками для впрыскивания легкоионизирующей присадки, установленными по оси реакторов, при этом на корпусе плазмохимического нагревателя или плазмохимического реактора расположен клапанный механизм с впускным клапаном для впуска водяного пара высокого давления и температуры,
клапанный механизм включает корпус с патрубком для подвода пара, впускной клапан с ограничителем и пружиной, выполненный в виде трубчатого ползуна, заглушенного с одной стороны, расположенный в цилиндре, укрепленном на корпусе, имеющем окна в стенках трубчатого ползуна впускного клапана и цилиндра для входа пара в плазмохимический нагреватель или в плазмохимический реактор,
реактор для термической диссоциации водяного пара и получения водорода и кислорода с температурой превышающей 2500°C и высоким давлением выполнен из керамического материала с расположенным на нем кольцевым индуктором из медных труб и рубашкой для циркуляции и охлаждения стенок реактора и индуктора водой,
паротурбинная установка для сгорания водорода и кислорода и получения полезной мощности выполнена с осевым компрессором, последовательно соединенным с удлиненными патрубками, камерами сгорания, равномерно расположенными по окружности, включающими форсунки для воспламенения водорода в кислороде за счет впрыскивания газообразных струй продуктов термической диссоциации электропроводной жидкости, с расширяющимися соплами и цилиндрами волновых компрессоров, подсоединенных к паровой турбине, укрепленной на валу, соединенном с электрогенератором, и снабжена выпускным патрубком для выпуска отработанного пара в конденсатор,
форсунка для воспламенения водорода в кислороде содержит корпус с патрубками для подачи электропроводной жидкости, соединенными с цилиндрическими каналами, расположенными внутри корпуса в слое электроизоляционного материала, с одной стороны которых установлены электроды, подключенные к генератору импульсов, а с другой - выполнены сопла, направленные под углом друг к другу и сообщающиеся с взрывной камерой форсунки, имеющей днище с отверстиями для выхода газовых струй. A vessel with a small area of hydrogen-fuel waterline, containing a surface hull mounted on streamlined supports on underwater hulls, a steam-powered launcher placed in a surface hull, fresh water tanks, main power units with steam condensers for using water as an energy carrier and obtaining useful power, including TWO power units - a thermodissociation gas turbine unit and a steam turbine unit connected by a shaft with an electric generator connected to an electric panel steam generators on spent hydrogen and oxygen of thermodissociation gas turbine units connected by steam lines to steam collectors and plasma-chemical heaters of the main power plants and refrigerators for cooling the hydrogen and oxygen spent in them, steam generators connected to the cooling system on the liquid metal coolant of the main power plants connected to steam turbines connected to electric generators connected to electrical panels and to capacitors, plasma power supplies imicheskih heaters and reactors, motors connected to propellers, installed on the underwater hull,
The thermodissociation gas-turbine installation for obtaining useful power and an energy source - hydrogen and oxygen is made with plasma-chemical heaters uniformly spaced around the circumference to heat water vapor to temperatures exceeding 2000 ° C, connected to a power source, connected on one side by valve mechanisms with a steam collector with high temperature and pressure, and on the other with reactors for the thermal dissociation of water vapor and the production of hydrogen and oxygen with a temperature exceeding 2500 ° C, connected to a power source containing a high frequency generator and a capacitor bank, connected to expanding nozzles and cylinders of wave compressors having nozzles for injecting water or liquid metal into them, connected to a gas turbine mounted on a shaft connected to an electric generator, and equipped with an exhaust pipe for the release of spent hydrogen and oxygen into the steam generator, or
the thermodissociation gas turbine unit is made with plasma-chemical reactors for the thermal dissociation of water vapor and the production of hydrogen and oxygen with a temperature exceeding 2500 ° C and high pressure, connected on one side by valve mechanisms with a high pressure and temperature steam collector, and on the other with cylinders, connected to expanding nozzles and cylinders of wave compressors having nozzles for injecting water or liquid metal, connected to a gas turbine mounted on a shaft, dsoedinennom to generator and provided with an outlet pipe for discharging the exhaust hydrogen and oxygen into a steam generator,
in this case, plasma-chemical heaters, reactors for thermal dissociation of water vapor and production of hydrogen and oxygen with a temperature exceeding 2500 ° C or plasma-chemical reactors, expanding nozzles and cylinders of wave compressors have jackets for the circulation of coolant - liquid metal coolant and water - for cooling the walls of reactors for thermal dissociation of water vapor and the production of hydrogen and oxygen with a temperature exceeding 2500 ° C,
plasma-chemical heaters or plasma-chemical reactors contain a casing with a jacket, a lid and a cap, with a cathode electrode fixed in the casing in the insulation layer, communicating with a cooled anode nozzle, mounted at an angle to the axis of the reactors for thermal dissociation of water vapor and the production of hydrogen and oxygen with temperature exceeding 2500 ° C, or plasma-chemical heaters or plasma-chemical reactors are located in one block with nozzles located in them for injection of a lightly ionizing additive located along the axis of the reactors, while on the body of the plasma chemical heater or plasma chemical reactor there is a valve mechanism with an inlet valve for the inlet of high pressure and temperature water vapor,
the valve mechanism includes a housing with a pipe for supplying steam, an intake valve with a limiter and a spring, made in the form of a tubular slider, muffled on one side, located in a cylinder mounted on a housing having windows in the walls of the tubular slider of the inlet valve and the cylinder for steam to enter plasma chemical heater or in a plasma chemical reactor,
a reactor for thermal dissociation of water vapor and production of hydrogen and oxygen with a temperature exceeding 2500 ° C and high pressure is made of ceramic material with a ring inductor made of copper pipes and a jacket for circulation and cooling of the walls of the reactor and inductor with water,
a steam turbine installation for the combustion of hydrogen and oxygen and obtaining useful power is made with an axial compressor connected in series with elongated nozzles, combustion chambers uniformly spaced around the circumference, including nozzles for igniting hydrogen in oxygen by injecting gaseous jets of products of thermal dissociation of an electrically conductive liquid, with expanding nozzles and cylinders of wave compressors connected to a steam turbine mounted on a shaft connected to an electric for generators, and is provided with a discharge duct for the exhaust steam released in the condenser,
the nozzle for igniting hydrogen in oxygen contains a housing with nozzles for supplying electrically conductive fluid connected to cylindrical channels located inside the housing in a layer of insulating material, on one side of which electrodes are mounted connected to a pulse generator, and on the other, nozzles are made angled nozzles communicating with the explosive chamber having a bottom with openings for the exit of gas jets.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013137236/06A RU2538230C1 (en) | 2013-08-08 | 2013-08-08 | Vessel running on hydrogen fuel that features small waterline area |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013137236/06A RU2538230C1 (en) | 2013-08-08 | 2013-08-08 | Vessel running on hydrogen fuel that features small waterline area |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2538230C1 true RU2538230C1 (en) | 2015-01-10 |
Family
ID=53288017
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013137236/06A RU2538230C1 (en) | 2013-08-08 | 2013-08-08 | Vessel running on hydrogen fuel that features small waterline area |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2538230C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1627445A1 (en) * | 1988-01-05 | 1991-02-15 | Предприятие П/Я В-8662 | Ship with small waterline area |
RU56959U1 (en) * | 2006-03-09 | 2006-09-27 | Александр Николаевич Киченков | STEAM INSTALLATION |
RU2008114241A (en) * | 2008-04-15 | 2009-10-20 | Юрий Евгеньевич Виноградов (RU) | THERMODYNAMIC CYCLE OF THE LOW-POTENTIAL HEAT UTILIZER |
RU2009121483A (en) * | 2009-05-27 | 2010-12-10 | Сергей Нестерович Белоглазов (RU) | STEAM ENGINE |
-
2013
- 2013-08-08 RU RU2013137236/06A patent/RU2538230C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1627445A1 (en) * | 1988-01-05 | 1991-02-15 | Предприятие П/Я В-8662 | Ship with small waterline area |
RU56959U1 (en) * | 2006-03-09 | 2006-09-27 | Александр Николаевич Киченков | STEAM INSTALLATION |
RU2008114241A (en) * | 2008-04-15 | 2009-10-20 | Юрий Евгеньевич Виноградов (RU) | THERMODYNAMIC CYCLE OF THE LOW-POTENTIAL HEAT UTILIZER |
RU2009121483A (en) * | 2009-05-27 | 2010-12-10 | Сергей Нестерович Белоглазов (RU) | STEAM ENGINE |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2017091880A1 (en) | System, method and device to optimize the efficiency of the combustion of gases for the production of clean energy | |
US20100101942A1 (en) | Electrolytic cell with cavitating jet | |
RU2386825C2 (en) | Method to operate multi-fuel thermal engine and compressor and device to this effect (versions) | |
RU2538230C1 (en) | Vessel running on hydrogen fuel that features small waterline area | |
RU2537663C1 (en) | Jet hovercraft | |
KR20120111356A (en) | Combustion apparatus | |
RU2188084C2 (en) | Device for excitation of acoustic radiation | |
RU2549847C1 (en) | Thermodissociating hydrogen and oxygen generator | |
KR102543425B1 (en) | Micro-burning device for power generation | |
RU2154738C2 (en) | Energy conversion process and device (design versions) | |
RU2277643C1 (en) | Plasma power source | |
US8901757B2 (en) | System and method for converting a gas product derived from electrolysis to electricity | |
RU2637787C2 (en) | Method of low-thrust rocket engine operation | |
Singla et al. | Analysis of HHO gas generation rate under KOH & NaOH electrolytic solution | |
RU2794396C1 (en) | Krishtop detonating power unit (kdpu) and kdpu operation method (embodiments) | |
RU2446310C1 (en) | Wind-driven thermal power plant | |
RU70965U1 (en) | KNOCK POWER INSTALLATION | |
RU2377397C1 (en) | Oil production complex | |
CA3208609A1 (en) | Energy cell | |
RU2625885C2 (en) | Gas-compressor unit | |
WO2010123391A1 (en) | An apparatus for utilizing flue gases | |
RU2161717C2 (en) | Device to increase efficiency of heat engine | |
RU2572258C2 (en) | Process for increasing gas turbine engine efficiency and gas turbine engine | |
RU2610631C1 (en) | Gas compressor unit | |
Sharif et al. | Experimental Investigation of the Hydroxy Gas Generation as a Clean Energy Source for Spark Ignition Engine Operation Using Different Electrolytes |