EA000327B1 - Method of converting energy and a device for applying the said method - Google Patents
Method of converting energy and a device for applying the said method Download PDFInfo
- Publication number
- EA000327B1 EA000327B1 EA199800059A EA199800059A EA000327B1 EA 000327 B1 EA000327 B1 EA 000327B1 EA 199800059 A EA199800059 A EA 199800059A EA 199800059 A EA199800059 A EA 199800059A EA 000327 B1 EA000327 B1 EA 000327B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- energy
- source
- working
- heat
- specified
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K27/00—Plants for converting heat or fluid energy into mechanical energy, not otherwise provided for
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
- Nitrogen And Oxygen Or Sulfur-Condensed Heterocyclic Ring Systems (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области физики преобразования одних видов энергии в другие, может найти широкое применение в энергетике, в частности, в энергомашино- и двигателестроении.The invention relates to the field of physics of the conversion of some types of energy into others, can be widely used in the energy sector, in particular, in power-generating machinery and engine-building.
В настоящее время, практически во всех сферах деятельности человечества используются способы преобразования одних видов энергии в другие, которые разрабатывались на базе существующего мировоззрения, общепризнанных научных основ, в том числе включающих известные, возведенные в ранг законов, основы классической механики и термодинамики.At present, in almost all spheres of human activity, methods are used to transform one type of energy into another, which were developed on the basis of the existing worldview, generally accepted scientific foundations, including those known, elevated to the rank of laws, the foundations of classical mechanics and thermodynamics.
Естественно, только эти, а не другие научные основы, существующие методы и подходы, предопределяют качественное и количественное содержание рабочих процессов преобразования энергии, недостатки и преимущества существующих устройств. Так например, разработанные на базе классической механики и термодинамики энергоустановки, служащие для преобразования теплоты в необходимые виды полезной энергии, обладают весьма серьезными недостатками, к которым относятся:Naturally, only these, and not other scientific bases, the existing methods and approaches, predetermine the qualitative and quantitative content of the energy conversion workflows, the disadvantages and advantages of existing devices. For example, power plants developed on the basis of classical mechanics and thermodynamics, which serve to convert heat into the necessary types of useful energy, have very serious disadvantages, which include:
- повышенная экологическая опасность;- increased environmental hazard;
- большие потери энергии на организацию рабочих процессов;- large energy losses on the organization of work processes;
- большие нагрузки на рабочие органы;- heavy loads on working bodies;
- сложность конструкции;- design complexity;
- большой расход и применение дорогих видов топлива.- high consumption and use of expensive fuels.
Перечисленные недостатки, приведшие к образованию чрезвычайно сложной экологической обстановки на нашей планете, указывают на несовершенство научных методов и подходов, которые в настоящее время не позволяют раскрыть потенциальные возможности используемых в настоящее время источников энергии и систем, служащих для преобразования одних ее видов в другие.These shortcomings, which led to the formation of an extremely complex ecological situation on our planet, indicate the imperfection of scientific methods and approaches, which currently do not allow to reveal the potential possibilities of currently used energy sources and systems serving to convert some of its species into others.
Энергосодержание указанных источников, в системах, с которыми они взаимодействуют в процессах преобразования энергии, гораздо выше, чем то, что учитывается в так называемом энергетическом балансе.The energy content of these sources, in the systems with which they interact in energy conversion processes, is much higher than what is taken into account in the so-called energy balance.
Несовершенство научных методов и подходов, применяемых при разработке и анализе способов преобразования энергии, заключается в отсутствии понятия потерь энергии, связанных со снижением работоспособности (при изменении состояния) источников энергии и систем, служащих для ее преобразования.The imperfection of scientific methods and approaches used in the development and analysis of energy conversion methods is the absence of the concept of energy loss associated with a decrease in the efficiency (when a state changes) of energy sources and systems serving to convert it.
Работоспособность источников энергии и систем, служащих для ее преобразования, непосредственно зависит от комплекса причинноследственных физических факторов, а именно, места или мест, зоны или зон приложения силы или сил воздействия преобразуемой энергии, направлений, величин силовых и динамических параметров указанного воздействия в системах, реагирующих на это воздействие, в том числе включающих параметры колебаний и волн, сопровождающих любой процесс преобразования энергии.The efficiency of energy sources and systems that serve for its transformation directly depends on the complex of causal physical factors, namely, the place or places, zones or zones of application of force or forces of the converted energy, directions, magnitudes of the force and dynamic parameters of the specified effect in the systems reacting on this effect, including the parameters of oscillations and waves that accompany any process of energy conversion.
К сожалению, практически во всех энергоустановках и двигателях, известных в настоящее время, процессы преобразования энергии направлены на понижение работоспособности как используемых источников энергии, так и систем, служащих для ее преобразования. Это обусловлено тем, что указанные процессы разрабатывались без должного учета вышеуказанных факторов и внимания к ним. Такое отношение к названным факторам предопределило высокий уровень потерь, и, соответственно, недостатки современных энергоустановок и двигателей, рабочие процессы преобразования энергии в которых следует квалифицировать как низкоэффективные.Unfortunately, in almost all power plants and engines currently known, energy conversion processes are aimed at reducing the performance of both the energy sources used and the systems used to convert it. This is due to the fact that these processes were developed without due consideration of the above factors and attention to them. Such an attitude to these factors predetermined a high level of losses, and, accordingly, the shortcomings of modern power plants and engines, in which energy conversion workflows should be qualified as inefficient.
Так, например, любое современное тепловое устройство, будь то двигатель внутреннего сгорания или тепловая станция, представляет собой низкоэффективное устройство с низкоэффективными рабочими процессами, потому что в них на источник теплоты, как источник колебаний атомов и молекул, не оказывается должного физического воздействия, которое снижало бы потери энергии, связанные с изменением состояния указанного источника, в процессе передачи от него теплоты рабочему телу или энергоносителю.For example, any modern thermal device, be it an internal combustion engine or a thermal station, is a low-efficiency device with low-efficiency work processes, because the source of heat, as a source of vibrations of atoms and molecules, does not turn out to be a proper physical effect, which reduces energy losses due to changes in the state of the specified source, in the process of transferring heat from it to the working fluid or energy carrier.
Отсутствие должного эффективного воздействия сил преобразуемой энергии на рабочие органы в существующих механических или электромеханических системах привело к значительному снижению работоспособности последних.The lack of effective impact of the forces of the converted energy on the working bodies in the existing mechanical or electromechanical systems has led to a significant reduction in the performance of the latter.
Так, например, работоспособность поршневых двигателей с кривошипно-шатунным механизмом зависит от увеличения плеча приложения сил воздействия используемого рабочего тела на кривошип. Максимальное значение этого плеча, а, следовательно, работоспособность кривошипно-шатунного механизма соответствуют расположению шатуна относительно кривошипа под углом в 90°. К сожалению, при максимальной потенциально возможной работоспособности кривошипно-шатунного механизма в существующих поршневых двигателях воздействие сил рабочего тела на поршень, и соответственно на кривошип, минимальное, потому что в этот момент расширение рабочего тела практически завершилось. Это указывает на необходимость в поршневых двигателях перемещения приложения сил воздействия рабочего тела на кривошипно-шатунный механизм в положении его максимальной работоспособности.For example, the efficiency of piston engines with a crank mechanism depends on the increase in the leverage of the applied forces of the working fluid on the crank. The maximum value of this shoulder, and, consequently, the efficiency of the crank mechanism correspond to the location of the connecting rod relative to the crank at an angle of 90 °. Unfortunately, at the maximum potential operability of the crank mechanism in existing piston engines, the effect of the working body forces on the piston, and accordingly on the crank, is minimal, because at this moment the expansion of the working body is almost complete. This indicates the need for piston engines to move the application of forces of the working fluid on the crank mechanism in the position of its maximum efficiency.
Аналогичная картина просматривается в любом устройстве, используемом в настоящее время, для преобразования одного вида энергии в другой.A similar picture is seen in any device currently used to convert one type of energy into another.
Учитывая то, что способы преобразования энергии, на базе которых были созданы современные энергоустановки и двигатели, по выше3 указанным причинам являются низкоэффективными, цель предлагаемого изобретения заключается в разработке экологически безопасного, высокоэффективного способа преобразования энергии и устройств для его осуществления, которые создали бы научно-технические, технологические и морально-этические предпосылки, необходимые для разрешения чрезвычайно сложных экологических, энергетических, социально-экономических и духовно-этических проблем.Considering that the energy conversion methods on the basis of which modern power plants and engines were created, for the above 3 reasons indicated are inefficient, the purpose of the present invention is to develop an environmentally safe, highly efficient way of energy conversion and devices for its implementation that would create scientific and technical technological and moral and ethical prerequisites necessary to resolve extremely complex environmental, energy, socio-economic and spiritual and ethical issues.
Применяемые в предлагаемом изобретении методы и подходы направлены на обеспечение резонансных режимов, непосредственно влияющих на повышение удельного выхода полезной энергии, образуемой при преобразовании одного ее вида в другой. Это обеспечение предусматривает как на макро-, так и микроуровнях разумное использование комплекса физических факторов, а именно места или мест, зоны или зон приложения силы или сил воздействия преобразуемой энергии, направлений, величин силовых и динамических параметров указанного воздействия в системах, реагирующих на это воздействие. Указанные факторы определяют качественное и количественное содержание практически всех процессов преобразования энергии, известных в настоящее время.Used in the present invention, the methods and approaches are aimed at providing resonant modes that directly affect the increase in the specific yield of useful energy generated when converting one of its forms into another. This provision provides both at the macro and micro levels a reasonable use of a complex of physical factors, namely, places or places, zones or zones of application of force or forces of the converted energy, directions, magnitudes of force and dynamic parameters of the specified effect in systems that react to this effect. . These factors determine the qualitative and quantitative content of almost all energy conversion processes currently known.
К резонансным режимам, непосредственно влияющим на повышение удельного выхода полезной энергии, предрасположены практически все известные в настоящее время способы преобразования энергии и устройства для их осуществления, поэтому в качестве аналога изобретения выбран широко известный способ преобразования исходного вида энергии, например, энергии рабочего тела в жидком или газообразном состоянии, тепловой, электрической энергии или другого ее вида, в необходимый полезный вид энергии, в качестве прототипа - выбраны установка и способ, изложенные в публикациях патента США № 3991574. Этот способ включает преобразование энергии рабочего тела в газообразном состоянии в полезную механическую энергию и резонансный режим, косвенно влияющий на повышение удельного выхода полезной энергии за счет уменьшения потерь, связанных с ускорением и замедлением возвратно-поступательно перемещающихся масс.Practically all currently known methods of energy conversion and devices for their implementation are predisposed to resonant modes that directly affect the increase in the specific yield of useful energy, therefore the well-known method of transforming the original form of energy, for example, the energy of the working fluid into a liquid or gaseous state, heat, electric energy or another kind of it, into the necessary useful type of energy, as a prototype - an installation and method are chosen, described in publications of US patent No. 3991574. This method involves converting the energy of the working fluid in the gaseous state into useful mechanical energy and resonant mode, indirectly affecting the increase in the specific yield of useful energy by reducing losses associated with acceleration and deceleration of reciprocating moving masses.
Одним из недостатков указанного способа является то, что его резонансный режим непосредственно не связан с вводом в резонанс физических факторов, характеризующих, количественно и качественно определяющих содержание указанного преобразования.One of the drawbacks of this method is that its resonant mode is not directly related to the input into the resonance of physical factors that characterize, quantitatively and qualitatively determine the content of the specified transformation.
В основу изобретения, определяющую его единый технический замысел, новизну, уровень техники и промышленную применимость, положена задача, заключающаяся в раскрытии потенциальных возможностей повышения эффективности использования преобразуемых видов энергии и работоспособности систем, служащих для ее преобразования.The basis of the invention, which determines its unified technical concept, novelty, level of technology and industrial applicability, is the task of uncovering the potential for increasing the efficiency of using the converted types of energy and the efficiency of the systems used to transform it.
Поставленная задача достигается в энергоустановке или двигателе способом преобразования одного исходного вида энергии, например, энергии рабочего тела в жидком или газообразном состоянии, тепловой или электрической энергии в другой, необходимый вид полезной энергии, включающем резонансное обеспечение, непосредственно влияющее на повышение удельного выхода полезной энергии.The task is achieved in a power plant or engine by converting one source of energy, for example, the energy of the working fluid in a liquid or gaseous state, thermal or electrical energy into another, the necessary type of useful energy, including resonant provision, directly affecting the increase in specific output of useful energy.
Сущность предлагаемого способа заключается в том, что преобразование одного исходного вида энергии в другой полезнообразуемый вид, осуществляемое с помощью вынуждающего воздействия силы или сил исходной, преобразуемой энергии на, по меньшей мере, один, воспринимающий и преобразующий это воздействие в необходимый полезнообразуемый вид энергии, источник колебаний, входящий в систему преобразования энергии или соединенный с ней, выполняется в резонансном режиме, предназначенном для улучшения использования комплекса физических факторов, сопровождающих этот процесс и непосредственно влияющих на повышение в нем удельного выхода полезной энергии, а в наиболее совершенных системах - и для воспроизводства исходной, преобразуемой энергии. Достигается указанный резонансный режим путем того, что вынуждающее воздействие силы или сил исходного вида энергии на источник колебаний, воспринимающий и непосредственно преобразующий это воздействие в другой полезнообразуемый вид энергии, оказывается в резонансных месте или местах, зоне или зонах и направлении, в которых частота колебаний указанного воздействия приближается к частоте собственных колебаний образуемых указанным источником, причем указанные место или места, зону или зоны и направление определяется по потенциально существующей в системе возможности реализации указанного приближения.The essence of the proposed method lies in the fact that the conversion of one source of energy into another useful form, carried out using the forcing effect of the force or forces of the original, converted energy on at least one, perceiving and transforming this effect into the necessary useful form of energy, the source oscillations included in the energy conversion system or connected to it, is performed in a resonant mode, designed to improve the use of the complex physical factors Accompanying this process and directly influencing increase therein specific yield useful energy, and in the most advanced systems - and for the reproduction of the original, transformed energy. The specified resonant mode is achieved by the fact that the forcing effect of the force or forces of the original form of energy on the source of vibrations, perceiving and directly transforming this effect into another useful form of energy, turns out to be in a resonant place or places, zone or zones and direction in which the oscillation frequency is specified effects close to the natural frequency formed by the specified source, and the specified place or places, zone or zones and direction is determined by potentially existing in the system the possibility of implementing this approximation.
Реализация в способе указанного воспроизводства, достигается путем того, что на источник преобразуемой энергии или в направлении воздействия этой энергии оказывается силовое воздействие со стороны указанного источника колебаний.The implementation in the method of the specified reproduction is achieved by the fact that the source of the converted energy or in the direction of the impact of this energy is affected by the force from the specified source of oscillations.
Реализация предлагаемого способа возможна по нескольким направлениям (группам) повышения работоспособности систем, служащих для преобразования энергии.The implementation of the proposed method is possible in several areas (groups) of increasing the efficiency of systems that serve to convert energy.
1. Направление (группа) повышения работоспособности тепловых и термодинамических систем.1. Direction (group) of improving the performance of thermal and thermodynamic systems.
В этом направлении резонансный режим, используемый непосредственно для повышения удельного выхода полезной энергии, в способе достигается при преобразовании теплоты в энергию рабочего тела или ее носителя, путем того, что на источник теплоты, находящийся в рабочей камере и являющийся источником колебаний атомов и молекул, одновременно с процессом передачи от него теплоты рабочему телу или энергоносителю, оказывается управляемое, сжимающее воздействие непрерывного или циклического, объемного или местного характера. Режимом и величиной указанного воздействия поддерживается состояние источника теплоты на резонансном термодинамическом уровне, определяемом замедлением снижения физически связанных между собой частоты колебаний атомов и молекул, давления и температуры этого источника, или определяемом отсутствием снижения физически связанных между собой частоты колебаний атомов и молекул, давления и температуры указанного источника. Резонансные место или зона в термодинамической системе определяется по потенциально существующей в этой системе возможности указанных замедления или исключения.In this direction, the resonant mode used directly to increase the specific yield of useful energy in the method is achieved by converting heat into energy of the working medium or its carrier, by the fact that the source of heat in the working chamber and being the source of atomic and molecular vibrations with the process of transferring heat from it to the working fluid or energy carrier, the controlled, compressive effect of a continuous or cyclic, bulk or local character turns out to be. The mode and magnitude of this effect maintains the state of the heat source at the resonant thermodynamic level, determined by slowing the decrease in physically interconnected vibration frequencies of atoms and molecules, pressure and temperature of this source, or determined by the absence of a decrease in physically interconnected vibration frequencies of atoms and molecules, pressure and temperature specified source. The resonant place or zone in the thermodynamic system is determined by the potential for a given system to decelerate or eliminate.
Например, в процессе регулируемой передачи теплоты рабочему телу или энергоносителю на массу источника теплоты оказывается сжимающее воздействие в режиме постоянного давления величиной 100 кг/см2 и постоянной температуры величиной 4000°С. В этом режиме частота колебаний атомов и молекул используемого источника не снижается.For example, in the process of controlled transfer of heat to the working body or energy carrier, the mass of the heat source is squeezed in a constant pressure mode of 100 kg / cm 2 and a constant temperature of 4000 ° C. In this mode, the oscillation frequency of the atoms and molecules of the source used is not reduced.
В процессе преобразования энергии в качестве источника теплоты может использоваться масса вещества или веществ в любом состоянии, например, газообразном, масса нагретого воздуха и/или масса продуктов сгорания, а в качестве рабочего тела или энергоносителя масса воды или водяного пара.In the process of energy conversion, a mass of a substance or substances in any state, for example, gaseous, a mass of heated air and / or a mass of combustion products can be used as a source of heat, and a mass of water or water vapor as a working fluid or energy carrier.
Передача теплоты от ее источника к рабочему телу или энергоносителю осуществляется либо через поверхности теплопередачи, либо при непосредственном контакте тел.The transfer of heat from its source to the working fluid or energy carrier is carried out either through heat transfer surfaces or by direct contact of the bodies.
По одному из вариантов в процессе преобразования энергии в качестве источника управляемого сжимающего воздействия на источник теплоты используется масса вещества или веществ, поглощающих эту теплоту, при этом выполняется подбор таких веществ, участвующих в процессе, таких соотношений масс этих веществ, и такие параметры их состояния, при которых обеспечивается указанный резонансный термодинамический режим с указанным резонансным обеспечением.In one of the options, in the process of energy conversion, a mass of a substance or substances absorbing this heat is used as a source of controlled compressive impact on the heat source, and the selection of such substances participating in the process, such mass ratios of these substances, and such parameters of their state are performed, which provides the specified resonant thermodynamic mode with the specified resonant software.
В процессе преобразования энергии управляемое сжимающее воздействие на источник теплоты может осуществляться при помощи специального органа, например, поршня, расположенного в рабочем цилиндре.In the process of energy conversion, a controlled compressive effect on the heat source can be carried out with the help of a special body, for example, a piston located in the working cylinder.
Возможно управляемое сжимающее воздействие на источник теплоты осуществлять через непосредственный контакт с массой вещества или веществ, поглощающей эту теплоту и используемой для осуществления указанного воздействия.Possible controlled compressive effects on the source of heat through direct contact with the mass of the substance or substances that absorb this heat and is used to implement the specified effects.
В процессе преобразования энергии теплообмен между массой источника теплоты и массой вещества или веществ, поглощающих эту теплоту, возможно осуществлять при их смешивании в общей рабочей камере, при этом резонансный режим, используемый непосредственно для повышения удельного выхода полезной энергии, достигается путем того, что подбираются такие вещества, такие соотношения масс этих веществ, такие параметры их состояний, при которых скорость повышения давления массы вещества или веществ, поглощающих теплоту, приближается, соответствует или превышает, например, как при управляемом взрыве, скорость изменения давления массы вещества или веществ, выделяющих и передающих эту теплоту, в процессе этой теплопередачи.In the process of energy conversion, heat exchange between the mass of the heat source and the mass of a substance or substances absorbing this heat can be carried out when they are mixed in a common working chamber. substances, such mass ratios of these substances, such parameters of their states, at which the rate of increase in pressure of the mass of a substance or substance that absorbs heat, approaches, em or more, for example, as in a controlled explosion, the rate of change of pressure of the mass of a substance or substances emitting and transmitting this heat in the process of this heat transfer.
По одному из вариантов в процессе преобразования энергии управляемое сжимающее воздействие на массу вещества или веществ, выделяющих и передающих теплоту или участвующих в процессе теплообмена в общей рабочей камере, осуществляется при помощи аккумулятора давления.In one of the options in the process of energy conversion, a controlled compressive effect on the mass of a substance or substances emitting and transmitting heat or participating in the heat exchange process in a common working chamber is carried out using a pressure accumulator.
Для повышения теплового потенциала (температуры) указанного источника целесообразно до начала перехода от него теплоты к массе рабочего тела или энергоносителя, выполнять предварительное сжатие массы источника, например, в тепловой рабочей камере, при этом подбираются такие начальные параметры температуры и давления источника теплоты, при которых наступает значительное или максимально возможное увеличение выхода квант энергии теплоты, или просто удельного выхода теплоты по отношению к подводимой на предварительное сжатие энергии, например, механической, например, осуществляется сжатие массы воздуха с начальными параметрами температуры 1000°С и давления 1 кг/см2 до давления 100 кг/см2 и температуры, соответствующей температуре его газообразного состояния при этом сжатии.To increase the thermal potential (temperature) of the specified source, it is advisable to start pre-compressing the source mass, for example, in a heat working chamber, prior to the start of the transition from it to the mass of the working fluid or energy carrier, and the initial temperature and pressure parameters of the heat source are selected at which there is a significant or maximum possible increase in the output of the quantum of energy of heat, or simply the specific yield of heat in relation to the energy supplied to the preliminary compression, example, mechanical, for example, compression is carried out with the initial mass of air temperature parameters 1000 ° C and a pressure of 1 kg / cm 2 to a pressure of 100 kg / cm 2 and the temperature corresponding to the temperature of its gaseous state at this compression.
Возможен вариант, при котором в процессе преобразования энергии, до начала перехода теплоты от массы ее источника к массе рабочего тела или энергоносителя, осуществляется отвод теплоты на предварительный нагрев масс воздуха и/или топлива, подаваемых в указанную камеру, например, от цилиндрической поверхности удлиненной камеры сгорания, до температуры нагрева воздуха более 600°С и топлива более 100°С, или до параметров, приближающихся к параметрам взрыва.It is possible that in the process of energy conversion, prior to the beginning of the transfer of heat from the mass of its source to the mass of the working fluid or energy carrier, heat is removed to preheat the masses of air and / or fuel supplied to the specified chamber, for example, from the cylindrical surface of the elongated chamber combustion, to an air heating temperature of more than 600 ° C and fuel more than 100 ° C, or to parameters approaching the parameters of the explosion.
Также возможен вариант, когда в процессе преобразования энергии в качестве источника теплоты используется масса продуктов сгорания, а управляемое сжимающее воздействие на эту массу осуществляется в камере сгорания водогрейной или паровой котельной установки, в камере двигателя внутреннего или внешнего сгорания.It is also possible that in the process of energy conversion a mass of combustion products is used as a source of heat, and a controlled compressive effect on this mass is carried out in the combustion chamber of a hot-water or steam boiler installation, in the chamber of an internal or external combustion engine.
По другому варианту в процессе преобразования энергии в качестве источника теплоты используется масса продуктов сгорания, а управляемое сжимающее воздействие на эту массу осуществляется в камере сгорания поршневого двигателя посредством управляемой подачи водяного пара или перегретой воды, с помощью которых двигатель выводят на температурный режим работы до достижения температуры парогазовой смеси в начале процесса расширения рабочего тела в пределах 300-1000%:.Alternatively, in the process of energy conversion, a mass of combustion products is used as a source of heat, and a controlled compressive effect on this mass is carried out in the combustion chamber of a piston engine by means of controlled supply of water vapor or superheated water, by means of which the engine is brought to the temperature mode of operation before reaching the temperature steam-gas mixture at the beginning of the process of expansion of the working fluid in the range of 300-1000% :.
Еще по одному варианту в процессе преобразования энергии в качестве источника теплоты, используется масса продуктов сгорания, а управляемое сжимающее воздействие на эту массу осуществляется в камере сгорания газотурбинного или турбореактивного двигателя путем того, что в эту камеру или перед входом на турбину выполняется управляемая подача водяного пара или перегретой воды, посредством которых двигатель выводят на температурный режим с параметрами температуры на входе в турбину в пределах 300-600%:, при этом, как правило, уменьшают подачу воздуха на охлаждение продуктов сгорания перед указанным входом на турбину.In another embodiment, in the process of energy conversion as a source of heat, a mass of combustion products is used, and a controlled compressive effect on this mass is carried out in the combustion chamber of a gas turbine or turbojet engine by controlling the supply of water vapor to this chamber or before entering the turbine or overheated water, by means of which the engine is brought to a temperature regime with the parameters of the temperature at the turbine inlet in the range of 300-600%: at the same time, as a rule, the flow is reduced air cooling products of combustion in front of the specified entrance to the turbine.
Е> ракетных двигателях также целесообразно выполнять управляемую подачу водяного пара или перегретой воды в камеру сгорания до достижения параметров температуры на выходе из двигателя ниже 1500%:.E> rocket engines it is also advisable to carry out a controlled supply of water vapor or superheated water to the combustion chamber before reaching the parameters at the engine outlet below 1500% :.
Указанные температурные режимы в поршневых, газотурбинных, турбореактивных и ракетных двигателях соответствуют наиболее эффективному резонансному обеспечению, повышающему в них энергию рабочего тела и соответственно удельный выход полезной энергии.The indicated temperature regimes in piston, gas turbine, turbojet and rocket engines correspond to the most efficient resonance supply, which increases the energy of the working fluid and, accordingly, the specific yield of useful energy.
Применительно к поршневым двигателям, в процессе преобразования энергии в качестве тела, поглощающего теплоту и повышающего работоспособность системы, служащей для преобразования энергии, используется масса воды в любом агрегатном состоянии, в качестве источника теплоты масса предварительно нагретого в процессе сжатия воздуха и/или масса продуктов сгорания, а управляемое сжимающее воздействие на указанные массы осуществляется в камере сгорания двигателя посредством вспомогательного или газового поршня, являющегося исполнительным органом аккумулятора давления. При помощи него энергия сжатия массы воздуха аккумулируется, а затем упреждается снижение его давления при передаче теплоты массе топлива, аккумулируется энергия процессов горения и образования парогазовой смеси с одновременным автоматическим сжимающим воздействием на указанные массы, участвующие в указанных процессах.In relation to piston engines, in the process of energy conversion, a body of water in any aggregative state is used as a heat absorbing body and increases the efficiency of the system serving to convert energy, the mass of air preheated during compression and / or the mass of combustion products is used as a source of heat , and controlled compressive effects on these masses are carried out in the engine combustion chamber by means of an auxiliary or gas piston, which is the executive body pressure accumulator. With it, the energy of compressing the mass of air is accumulated, and then its pressure is prevented from decreasing during the transfer of heat to the mass of fuel, the energy of combustion processes and the formation of a vapor-gas mixture with simultaneous automatic compressive effects on these masses involved in these processes is accumulated.
Применительно к парогазовым турбинам в качестве дополнительного источника теплоты используется масса воздуха предварительно нагретого в процессе сжатия в компрессоре и смешиваемого с водяным паром в рабочей камере. Образуемая паровоздушная смесь из камеры подается на парогазовую турбину, при этом управляемое сжимающее воздействие на массу воздуха осуществляется за счет повышения давления водяного пара, образуемого в процессе теплопередачи.As applied to steam-gas turbines, an additional source of heat is the mass of air previously heated during compression in the compressor and mixed with water vapor in the working chamber. The vapor-air mixture formed from the chamber is fed to the steam-gas turbine, with a controlled compressive effect on the mass of air by increasing the pressure of water vapor formed in the heat transfer process.
Как правило, управление сжимающим воздействием в процессе преобразования энергии осуществляется путем регулирования параметров источника этого воздействия, например, давления газообразного рабочего тела аккумулятора давления, используемого для этой цели.Typically, the control of the compressive effect in the process of energy conversion is carried out by adjusting the parameters of the source of this effect, for example, the pressure of the gaseous working fluid of the pressure accumulator used for this purpose.
По одному из вариантов в качестве источника управляемого сжимающего воздействия на источник теплоты используется водяной пар, одновременно являющийся рабочим телом аккумулятора давления.In one of the options, water vapor is used as a source of controlled compressive effect on the heat source, which is also the working fluid of the pressure accumulator.
В случае необходимости, в процессе преобразования энергии одновременно с управлением сжимающим воздействием, осуществляется управление процессом передачи теплоты от ее источника телу, поглощающему теплоту, путем регулирования давления и расхода последнего.If necessary, in the process of energy conversion, simultaneously with the control of the compressive effect, the process of transfer of heat from its source to the body that absorbs heat is controlled by regulating the pressure and flow rate of the latter.
2. Направление повышения работоспособности механических систем.2. The direction of improving the performance of mechanical systems.
В этом направлении способ осуществляется в процессе преобразования любого исходного вида энергии в другой вид энергии, например, механическую, в качестве источника колебаний или волн используется механический источник, включающий, по меньшей мере, один вращающийся орган и соединенные с ним, например, посредством узла или узлов, рабочий орган или рабочие органы, воспринимающие воздействие сил преобразуемой энергии, которое выполняется в резонансном режиме, используемом непосредственно для повышения удельного выхода полезной энергии, в направлении и с частотой, приближающихся к направлению вектора максимальной линейной скорости вращающегося органа и частоте колебаний и механических волн, образуемых, например, указанными узлом (узлами) в указанном процессе, при этом резонансное место или места, зона или зоны приложения указанного воздействия определяется по потенциально существующей механической системе указанного приближения. Приближение воздействия сил преобразуемой энергии к направлению вектора максимальной линейной скорости вращающегося органа в указанном процессе осуществляется с помощью тела или тел, органа или органов, вспомогательного привода или вспомогательной системы, посредством которых перемещают и/или концентрируют указанное воздействие в нужном направлении.In this direction, the method is carried out in the process of converting any source of energy into another form of energy, for example, mechanical, a mechanical source is used as a source of oscillations or waves, including at least one rotating member and connected to it, for example, by means of a node or nodes, the working body or working bodies, perceiving the effects of the converted energy, which is performed in a resonant mode, used directly to increase the specific output of the useful energy, in direction and frequency approaching the direction of the vector of the maximum linear velocity of the rotating body and the frequency of oscillations and mechanical waves formed, for example, by the specified node (s) in the specified process, while the resonant place or places, zone or areas of application of the specified impact existing mechanical system of the specified approximation. Approaching the effects of the converted energy to the direction of the maximum linear velocity vector of the rotating body in the specified process is carried out with the help of a body or bodies, an organ or organs, an auxiliary drive or an auxiliary system, by means of which the specified effect is moved and / or concentrated in the right direction.
Особого внимания заслуживает вариант способа преобразования одного вида энергии в другой осуществляемый с обратной физической связью по обратимому замкнутому рабочему циклу. Этот способ достигается путем того, что механическая энергия преобразовывается в один из существующих видов энергии, например, в энергию рабочего тела в газообразном или жидком состоянии, любым ранее известным путем, затем, в указанном резонансном режиме, выполняется преобразование силы или сил воздействия образуемой при этом энергии обратно в механическую энергию, по меньшей мере, одного вращающегося рабочего органа описываемом ранее путем, с последующим повторением процессов преобразования энергии по указанному обратимому замкнутому рабочему циклу, при котором одна часть необходимого количества механической энергии направляется на повторение процесса преобразования и воспроизводство энергии, вторая часть используется на совершение полезной работы.Particularly noteworthy is a variant of the method of converting one type of energy into another, carried out with physical feedback on a reversible closed working cycle. This method is achieved by converting mechanical energy into one of the existing types of energy, for example, into the energy of a working fluid in a gaseous or liquid state, by any previously known method, then, in the indicated resonant mode, the force or forces generated by this are converted energy back into the mechanical energy of at least one rotating working body described earlier by, with the subsequent repetition of the processes of energy conversion by the specified reversible closed in the working cycle, in which one part of the required amount of mechanical energy is directed at repeating the process of transformation and the reproduction power, the second part is used to perform useful work.
В одном из этих вариантов в процессе обратного преобразования указанных силы или сил воздействия одного из видов энергии в механическую энергию вращающегося рабочего органа, одновременно с приложением воздействия сил в указанном режиме увеличивают плечо приложения этой силы или этих сил к этому рабочему органу.In one of these options, in the process of converting the indicated forces or forces of one of the types of energy into mechanical energy of a rotating working body, simultaneously with the application of forces in the specified mode, the arm of this force or these forces is increased to this working body.
В вариантах способа этого направления, в процессе преобразования энергии рабочего тела, например, в газообразном состоянии, в механическую энергию, в качестве механического источника колебаний или волн используется кривошипно-шатунный механизм и соединенный с ним основной рабочий поршень, на который в рабочем цилиндре посредством рабочего тела оказывается воздействие в резонансном режиме, характеризующимся тем, что воздействие сил указанного рабочего тела на указанный рабочий поршень при помощи вспомогательного поршня, соединенного со вспомогательным приводом, например, механическим или гидравлическим, и расположенным в рабочем цилиндре следом за основным рабочим поршнем, смещается от положения верхней мертвой точки по углу поворота кривошипа более чем на 15°, например, на 70°. Вследствие этого смещения направление вектора указанного воздействия приближается к направлению вектора максимальной линейной скорости кривошипа. В рассматриваемом варианте резонансная зона ограничивается указанными поршнями при их перемещении от положения верхней мертвой точки на указанный угол поворота кривошипа.In embodiments of the method of this direction, in the process of converting the energy of the working fluid, for example, in a gaseous state, into mechanical energy, a crank mechanism and a main working piston connected to it, to which the working cylinder is connected to it, is used as a mechanical source of oscillations or waves. body is affected in the resonant mode, characterized by the fact that the effect of the forces of the specified working fluid on the specified working piston with the help of an auxiliary piston connected with an auxiliary drive, for example, mechanical or hydraulic, and located in the working cylinder after the main working piston, is displaced from the top dead center position by the angle of rotation of the crank by more than 15 °, for example, by 70 °. Due to this displacement, the direction of the vector of the specified action approaches the direction of the vector of the maximum linear velocity of the crank. In the considered variant, the resonance zone is limited by the indicated pistons when they are moved from the position of the top dead center to the indicated angle of rotation of the crank.
В двигателях внутреннего сгорания с энергетическим впрыском пара или воды приложение воздействия сил рабочего тела на основной рабочий поршень, смещается на указанную величину при помощи вспомогательного поршня, соединенного с аккумулятором давления. В этом двигателе аккумулятор давления по сравнению с аналогом используется не только для ограничения давления сгорания при увеличении степени сжатия, но и по новому назначению, а именно для указанного смещения, для снижения потерь, связанных с изменением состояния источника теплоты и для ограничении давления, образуемого при смешивании продуктов сгорания и водяного пара.In internal combustion engines with energy injection of steam or water, the application of the action of the working body forces on the main working piston is shifted by a specified amount by means of an auxiliary piston connected to a pressure accumulator. In this engine, the pressure accumulator is used in comparison with the analogue not only to limit the combustion pressure while increasing the compression ratio, but also for a new purpose, namely for the indicated displacement, to reduce losses associated with changes in the state of the heat source and to limit the pressure generated during mixing products of combustion and water vapor.
К наиболее эффективному варианту этого направления относится преобразование энергии рабочего тела в механическую энергию, осуществляемое в паровой машине, паровом или воздушном двигателе. В этом случае перемещение приложения воздействия сил рабочего тела на основной рабочий поршень в резонансную зону, выполняется при помощи гидравлической, механической или другой следящей системы. Эта система обеспечивает перемещение вспомогательного поршня следом за основным, например, до положения соответствующего положению основного рабочего поршня от его верхней мертвой точки по углу поворота кривошипа, например, на 70°. Вспомогательный поршень в этом положении фиксируется относительно рабочего цилиндра, например, при помощи гидравлического клапана, после чего между вспомогательным и основным поршнями подается рабочее тело, например, с давлением в 100 кг/см2, которое совершает полезную работу на задаваемом угле поворота кривошипа в резонансном режиме, достигаемом при помощи указанного резонансного обеспечения. После прохождения основным рабочим поршнем нижней мертвой точки, вспомогательный поршень расфиксируется относительно рабочего цилиндра и возвращается в исходное положение.The most effective variant of this direction is the conversion of the energy of the working fluid into mechanical energy, carried out in a steam engine, steam engine or air engine. In this case, the movement of the application of the action of the forces of the working fluid on the main working piston in the resonant zone, is performed using a hydraulic, mechanical or other tracking system. This system moves the auxiliary piston after the main one, for example, to the position corresponding to the position of the main working piston from its top dead center in the angle of rotation of the crank, for example, by 70 °. The auxiliary piston in this position is fixed relative to the working cylinder, for example, by means of a hydraulic valve, after which the working fluid is supplied between the auxiliary and main pistons, for example, with a pressure of 100 kg / cm 2 , which performs useful work at a given angle of rotation of the crank in the resonant mode achieved using the specified resonant software. After passing the lower dead center by the main working piston, the auxiliary piston is unlatched relative to the working cylinder and returns to the initial position.
Для обеспечения воспроизводства исходной энергии рабочего тела в виде сжатой массы воздуха, последний сжимается в рабочем цилиндре при положении вспомогательного поршня в верхней мертвой точке и перемещается в рабочий объем аккумулятора давления. После чего из рабочего объема указанного аккумулятора обеспечивается последующая подача и расширение сжатой массы воздуха в вышерассматриваемых резонансной зоне и резонансном режиме. В этом варианте, образуемая при расширении рабочего тела одна часть механической энергии направляется по обратимому замкнутому циклу на повторение процесса сжатия указанной массы, а вторая на совершение полезной работы.To ensure the reproduction of the original energy of the working fluid in the form of compressed air mass, the latter is compressed in the working cylinder at the position of the auxiliary piston at top dead center and moves into the working volume of the pressure accumulator. After that, from the working volume of the specified accumulator, the subsequent supply and expansion of the compressed air mass is provided in the above-considered resonant zone and resonant mode. In this embodiment, formed during the expansion of the working fluid, one part of the mechanical energy is directed through a reversible closed loop to repeat the compression process of the specified mass, and the second to the useful work.
Возможно преобразование одного вида энергии в другой по обратимому замкнутому рабочему циклу осуществить в поршневом двигателе с кривошипно-шатунным механизмом, путем того, что механическая энергия кривошипа, передаваемая через шатун и основной рабочий поршень, преобразуется в энергию газообразного рабочего тела, образуемую в процессе его сжатия в рабочем цилиндре, при движении основного рабочего поршня к положению верхней мертвой точки. Затем это рабочее тело перемещается вспомогательным поршнем, например, при помощи гидравлического привода, по ходу движения основного рабочего поршня в положение, соответствующее вводу системы (рабочее тело - основной рабочий поршень шатун - кривошип) в резонансный режим. Одновременно с перемещением рабочего тела энергия, затрачиваемая при этом, преобразовывается в механическую энергию. После этого вспомогательный поршень фиксируется относительно рабочего цилиндра, и далее энергия рабочего тела, образовавшаяся в процессе его сжатия, преобразовывается в механическую энергию. При этом одна часть образуемой механической энергии направляется на повторение процесса преобразования и ее воспроизводство, вторая часть используется на совершение полезной работы.It is possible to convert one type of energy into another through a reversible closed working cycle in a piston engine with a crank mechanism, so that the mechanical energy of the crank transmitted through the rod and the main working piston is converted into the energy of a gaseous working fluid formed during its compression in the working cylinder, when the main working piston moves to the position of the top dead center. Then this working body is moved by an auxiliary piston, for example, by means of a hydraulic drive, in the direction of movement of the main working piston to the position corresponding to the input of the system (working body - the main working piston connecting rod - crank) to the resonant mode. Simultaneously with the movement of the working fluid, the energy expended in this process is converted into mechanical energy. After that, the auxiliary piston is fixed relative to the working cylinder, and then the energy of the working fluid, formed in the process of its compression, is converted into mechanical energy. In this case, one part of the generated mechanical energy is directed to the repetition of the transformation process and its reproduction, the second part is used to perform useful work.
В поршневых двигателях с обратимыми замкнутыми рабочими циклами в качестве рабочего тела между вспомогательным и основным рабочим поршнями возможно использовать пружину или блок пружин.In reciprocating closed-loop piston engines, it is possible to use a spring or spring assembly as the working fluid between the auxiliary and main operating pistons.
В одном из вариантов в процессе преобразования энергии силовое воздействие исходной энергии, например, объемное, перераспределяется, концентрируется в направлении движения рабочего органа или рабочих органов системы преобразования энергии, воспринимающих и преобразующих это воздействие в полезную энергию, например, путем того, что увеличивают площадь сечения указанного рабочего органа или суммарную площадь сечения рабочих органов указанной системы в направлении их движения, например, перераспределение и концентрацию воздействия сил рабочего тела в газообразном состоянии осуществляется в поршневом двигателе, снабженном ступенчатым рабочим цилиндром с расположенным в нем ступенчатым рабочим поршнем, соединенным с кривошипно-шатунным механизмом, путем того, что рабочее тело, созданное в меньшем рабочем объеме рабочего цилиндра, направляется в больший рабочий объем этого цилиндра со стороны, обеспечивающей перемещение поршня в направлении нижней мертвой точки. В случае полного расширения рабочего тела, указанное резонансное обеспечение достигается путем того, что частота колебаний рабочего поршня соответствует частоте колебаний изменения состояния рабочего тела и соответственно частоте изменения его сил, действующих на указанный поршень.In one of the options in the process of energy conversion, the force effect of the initial energy, for example, volumetric, is redistributed, concentrated in the direction of movement of the working body or working bodies of the energy conversion system that perceive and transform this effect into useful energy, for example, by increasing the cross-sectional area the specified working body or the total cross-sectional area of the working bodies of the specified system in the direction of their movement, for example, the redistribution and concentration of the impact of si l working fluid in a gaseous state is carried out in a piston engine equipped with a stepped working cylinder with a stepped working piston located in it, connected to a crank-connecting rod mechanism, by ensuring that the working body created in a smaller working volume of the working cylinder is directed to a larger working volume this cylinder from the side that provides the piston in the direction of the bottom dead center. In the case of full expansion of the working fluid, the specified resonant provision is achieved by the fact that the oscillation frequency of the working piston corresponds to the oscillation frequency of the change in the state of the working medium and, accordingly, the frequency of change of its forces acting on the specified piston.
В следующем варианте приближение направления воздействия сил преобразуемой энергии, например, энергии рабочего тела в газообразном состоянии, к направлению вектора максимальной линейной скорости вращающегося органа, например, рабочего колеса, осуществляется при помощи специальных камер высокого давления, по величине превышающего в существующих энергоустановках или двигателях, например, реактивных микрокамер процессов горения и/или парообразования или камер ударно-циклического действия. Эти камеры расположены по траектории движения или непосредственно на вращающемся органе таким образом, чтобы направление воздействия сил рабочего тела на рабочие элементы приближалось или совпадало с вектором максимальной линейной скорости мест указанных элементов, располагаемых на вращающемся органе.In the next version, the direction of the influence of the converted energy, for example, the energy of the working fluid in the gaseous state, to the direction of the vector of the maximum linear velocity of the rotating body, for example, the impeller, is approached using special high-pressure chambers exceeding in existing power plants or engines for example, reactive microcameras of combustion and / or vaporization or shock-cycling chambers. These cameras are located along the trajectory of movement or directly on a rotating organ in such a way that the direction of action of the working body forces on the working elements approximates or coincides with the vector of maximum linear velocity of the places of these elements located on the rotating organ.
В этом варианте дальнейшее повышение эффективности способа достигается путем циклического воздействия рабочего тела на рабочие элементы вращающегося органа, что, в свою очередь, достигается путем циклической подачи компонентов, образующих рабочее тело, или циклической подачи непосредственно рабочего тела на рабочие элементы, воспринимающие и преобразующие воздействие сил исходной энергии в механическую энергию.In this embodiment, a further increase in the efficiency of the method is achieved by cyclically influencing the working fluid on the working elements of the rotating body, which, in turn, is achieved by cyclically feeding the components that make up the working fluid, or cyclically feeding the working medium directly to the working elements that perceive and transform the forces initial energy into mechanical energy.
3. Направление повышения работоспособности гидродинамических систем.3. The direction of improving the performance of hydrodynamic systems.
По одному из вариантов этого направления способ осуществляется в системах с гидравлическим реактивным вращающимся рабочим органом (колесом). В этих системах направление силы или сил преобразуемой энергии, например, энергии рабочего тела в жидком состоянии, к направлению касательной к траектории, описываемой вращающимся рабочим органом, например, реактивным колесом Сегнера, осуществляется ступенчато, несколько раз, при помощи реактивных камер-ловушек. Эти камеры имеют дренажные отверстия ниже уровня реактивных отверстий или сопел предыдущей ступени и располагаются по окружности следом за отверстиями (соплами) таким образом, чтобы истекающая из каждого сопла (отверстия) реактивная струя попадала в свою камеру-ловушку, которая за счет центробежных сил сжала бы рабочее тело и переместила его в реактивное сопло или отверстие следующей степени, в которой указанный процесс повторился бы снова. В этом варианте резонансный режим обеспечивается приближением частоты колебания и направления воздействия каждой ловушки на рабочее тело к частоте колебания и направления воздействия реактивной силы рабочего тела на эту ловушку.In one of the variants of this direction, the method is carried out in systems with a hydraulic reactive rotating working body (wheel). In these systems, the direction of the force or forces of the energy being converted, for example, the energy of the working fluid in a liquid state, to the direction of the tangent to the trajectory described by the rotating working body, for example, the Segner jet wheel, is carried out stepwise, several times, with the help of jet trap chambers. These chambers have drainage holes below the level of the reactive holes or nozzles of the previous stage and are located around the circumference following the holes (nozzles) so that the jet stream flowing from each nozzle (orifice) falls into its trap chamber, which would compress by means of centrifugal forces the working fluid and moved it to the jet nozzle or orifice of the next degree, in which the process would repeat again. In this embodiment, the resonant mode is provided by approximating the oscillation frequency and the direction of each trap's impact on the working fluid to the frequency of oscillation and the direction of the influence of the reactive force of the working fluid on this trap.
По другому варианту этого направления способ осуществляется в системе, включающей вращающее колесо, на рабочие элементы которого рабочее тело в жидком состоянии под высоким давлением , например. 200 кг/см2, подастся циклически в резонансном режиме.In another variant of this direction, the method is carried out in a system including a rotating wheel, the working elements of which are working fluid in a liquid state under high pressure, for example. 200 kg / cm 2 , served cyclically in a resonant mode.
4. Направление повышения работоспособности электрических и электродинамических систем.4. Direction of increasing the efficiency of electrical and electrodynamic systems.
В этом направлении способ осуществляется в процессе преобразования электрической энергии в другой, необходимый, вид полезной энергии, например, механическую энергию.In this direction, the method is carried out in the process of converting electrical energy into another, necessary, type of useful energy, for example, mechanical energy.
В одном из вариантов этого направления на электрическую цепь, являющуюся источником электромагнитных колебаний и волн, расположенную между источником и потребителем электрической энергии, оказывается циклическое вынуждающее физическое воздействие, посредством которого увеличивают (раскачивают) амплитуду электрического тока, например, путем того, что выполняют периодическое включение и размыкание указанной цепи с частотой, приближающейся к частоте электрического тока, проходящего по указанной цепи.In one of the variants of this direction, an electrical circuit, being a source of electromagnetic oscillations and waves, located between the source and the consumer of electrical energy, is a cyclical forcing physical effect, by means of which the amplitude of the electric current is increased (rocked), for example, by performing periodic switching and opening the specified circuit with a frequency approaching the frequency of the electric current passing through the specified circuit.
По другому варианту этого направления процесс преобразования электрической энергии в другой вид энергии осуществляют в электродвигателе, например, электродвигателе переменного тока. В этом двигателе процесс преобразования энергии вводится в резонансный режим путем того, что частоту колебаний электрического тока в цепи обмоток статора и/или ротора двигателя приближают к частоте колебаний величин электромагнитных сил, действующих на указанный ротор и образующих на нем положительный момент сил. Указанное приближение достигается с помощью резонансных контуров, подсоединяемых к указанным обмоткам.In another variant of this direction, the process of converting electrical energy into another type of energy is carried out in an electric motor, for example, an alternating current electric motor. In this engine, the process of energy conversion is introduced into the resonant mode by bringing the frequency of oscillations of electric current in the stator and / or rotor windings of the motor to the frequency of oscillations of electromagnetic forces acting on the specified rotor and forming positive moment on it. This approximation is achieved using resonant circuits connected to the specified windings.
Устройством для осуществления способа служит энергоустановка (двигатель), которая включает систему для преобразования одного вида энергии в другой, входящий в нее или соединенный с ней, по крайней мере, один источник колебаний, воспринимающий вынуждающее физическое воздействие одного исходного вида энергии и преобразующий ее в другой полезнообразуемый вид, систему подвода массы вещества или веществ для образования рабочего тела или энергоносителя и/или систему подвода исходной энергии в место или места, зону или зоны ее преобразования. Отличительная особенность указанной установки заключается в том, что она содержит рабочий орган или рабочие органы, входящие в источник колебания, и конструктивные элементы, орган или органы, входящие в систему преобразования энергии, исполнение и относительное расположение которых обеспечивает ограничение определяемых (выбираемых) резонансных места или мест, зоны или зон и резонансное воздействие на указанный источник и в том, что система подвода исходной энергии выполнена с обеспечением этого подвода в резонансные место или места, зону или зоны, а также в том, что при необходимости, система преобразования энергии дополнительно содержит привод, обеспечивающий с помощью указанных конструктивных элементов, органа или органов указанные ограничение и воздействие, которые, как правило, соединяют с одним из этих органов или элементов.A device for implementing the method is a power plant (engine), which includes a system for converting one type of energy into another, which is included in it or connected to it, at least one source of oscillations, which perceives the forcing physical effect of one initial type of energy and converts it into another a useful view, a system for supplying a mass of a substance or substances for the formation of a working fluid or energy carrier and / or a system for supplying initial energy to a place or place, zone or zones of its conversion . A distinctive feature of this installation is that it contains a working body or working bodies included in the source of oscillation, and structural elements, a body or organs included in the energy conversion system, the execution and relative location of which provides for the restriction of the (selected) resonant places or places, zones or zones and the resonant effect on the specified source and that the system of supplying the initial energy is made with ensuring this supply to the resonant place or places, well or zone, and also that where appropriate, the energy conversion system further comprises an actuator which provides with said structural elements, said body or bodies and the limiting effects, which usually is connected to one of these bodies or elements.
Устройством для осуществления способа первого направления служит тепловая энергоустановка, включающая систему подвода тела или тел, образующих источник теплоты в газообразном состоянии, камеру для образования (получения) теплоты, систему подвода тела, поглощающего теплоту, и систему для преобразования этой теплоты в энергию рабочего тела или энергоносителя. В предлагаемой установке камера для образования (получения) теплоты дополнительно содержит тело или систему, при помощи которых достигается резонансный режим, за счет управляемого сжимающего воздействия на источник теплоты, вводимым этим воздействием в указанный режим. Практически при помощи указанного дополнительного тела или системы осуществляется управление состоянием источника теплоты и поддерживаются его параметры на резонансном термодинамическом уровне, на котором частота колебаний атомов и молекул источника теплоты не снижается или снижение указанной частоты замедляется. В этой энергоустановке система подвода тела (воды) к системе для образования рабочего тела или энергоносителя предусматривает этот подвод с учетом обеспечения выбираемых в соответствии с задаваемым резонансным режимом, соотношений масс и параметров состояний источника теплоты и водяного пара (воды).A device for implementing the method of the first direction is a thermal power plant, including a system for supplying a body or bodies forming a heat source in a gaseous state, a chamber for generating (receiving) heat, a system for supplying a body that absorbs heat, and a system for converting this heat into energy of the working fluid or energy carrier. In the proposed installation, the chamber for the formation (production) of heat further comprises a body or system, with the help of which a resonant mode is achieved, due to a controlled compressive effect on the heat source introduced by this effect into the specified mode. Practically, with the help of the specified additional body or system, the state of the heat source is controlled and its parameters are maintained at the resonant thermodynamic level at which the oscillation frequency of the atoms and molecules of the heat source does not decrease or the decrease in the indicated frequency slows down. In this power plant, the system for supplying the body (water) to the system for the formation of the working fluid or energy carrier provides for this approach, taking into account the choices of mass ratios and parameters of the source of heat and water vapor (water) chosen according to the specified resonant mode.
В одном из вариантов камера с источником теплоты соединена и имеет общую поверхность теплопередачи с камерой или системой преобразования теплоты в энергию рабочего тела или ее носителя.In one embodiment, a camera with a heat source is connected and has a common heat transfer surface with a camera or a system for converting heat into energy of the working fluid or its carrier.
Указанная камера с источником теплоты может быть совмещена с камерой или системой для преобразования теплоты в энергию рабочего тела.The specified camera with a source of heat can be combined with a camera or system for converting heat into energy of the working fluid.
Во всех трех вариантах энергоустановка может содержать систему преобразования энергии рабочего тела в механическую энергию.In all three variants, the power plant may contain a system for converting the energy of the working fluid into mechanical energy.
В энергоустановке камера с источником теплоты, камера или система для преобразования теплоты в энергию рабочего тела или ее носителя может быть совмещена с рабочей камерой для преобразования энергии рабочего тела в механическую энергию.In a power plant, a camera with a heat source, a camera or a system for converting heat into energy of the working fluid or its carrier can be combined with a working chamber to convert the energy of the working fluid into mechanical energy.
Как частный случай, в качестве камеры с источником теплоты, используется нижняя часть рабочего цилиндра, вторая (верхняя) часть которого служит аккумулятором давления. Рабочим телом аккумулятора служит водяной пар, отделенный от первой части поршнем, используемым в качестве тела, оказывающего управляемое силовое сжимающее воздействие на тело, являющееся источником теплоты. Поршень имеет возможность перемещения вдоль цилиндра. В качестве камеры или системы для преобразования теплоты в энергию рабочего тела или ее носителя используется камера парообразова15 ния, которая, с одной стороны, имеет тепловую изоляцию, с другой стороны, общую поверхность теплопередачи с камерой источника теплоты. В качестве системы подвода тела, поглощающего теплоту, используется емкость высокого давления с находящейся в ней водой. Указанная камера высокого давления нижней своей частью сообщена с камерой парообразования посредством, например, трубопровода, а верхней частью сообщена с верхней частью рабочего цилиндра. В качестве системы подачи образуемого водяного пара к потребителю используется трубопровод, соединенный с верхней частью рабочего цилиндра и снабженный устройством регулирования расхода.As a special case, as the camera with a source of heat, the lower part of the working cylinder is used, the second (upper) part of which serves as a pressure accumulator. The working fluid of the accumulator is water vapor, which is separated from the first part by a piston used as a body that exerts a controlled forceful compressive effect on the body, which is a source of heat. The piston has the ability to move along the cylinder. As a camera or system for converting heat into energy of the working fluid or its carrier, a vaporization chamber is used, which, on the one hand, has thermal insulation, on the other hand, a common heat transfer surface with a heat source chamber. As a system for supplying a body that absorbs heat, a high pressure tank with water in it is used. The specified high-pressure chamber with its lower part communicates with the vaporization chamber through, for example, a pipeline, and the upper part communicates with the upper part of the working cylinder. A pipeline connected to the upper part of the working cylinder and equipped with a flow control device is used as a system for supplying formed steam to a consumer.
В другом случае тепловая энергоустановка представлена в виде поршневого двигателя с автоматически регулируемой степенью сжатия. Двигатель включает систему подачи топлива в камеру сгорания, систему всасывания воздуха, по меньшей мере, один основной рабочий цилиндр с расположенным в нем основным рабочим поршнем, соединенным с кривошипношатунным механизмом, систему выпуска отработанной среды и аккумулятор давления. Аккумулятор давления содержит вспомогательный цилиндр, соединенный одной стороной с верхней частью основного рабочего цилиндра, другой стороной соединенный с емкостью аккумулятора давления. В конце вспомогательного цилиндра со стороны основного расположен вспомогательный поршень, имеющий возможность перемещения вдоль вспомогательного цилиндра в сторону аккумулятора давления под воздействием давления образующихся продуктов сгорания, превышающего величину, определенную заданным режимом двигателя. Отличительными признаками этого двигателя является то, что вспомогательный поршень имеет возможность перемещения в сторону аккумулятора давления в процессе сжатия массы воздуха в основном рабочем цилиндре, при этом часть объема вспомогательного цилиндра, ограниченная со стороны основного цилиндра вспомогательным поршнем, является камерой сгорания, совмещенной с камерой сжатия массы воздуха, поступающего из основного рабочего цилиндра.In another case, the thermal power plant is presented in the form of a piston engine with an automatically controlled compression ratio. The engine includes a fuel supply system into the combustion chamber, an air intake system, at least one main working cylinder with a main working piston located in it, connected to a crank-drive mechanism, an exhaust system and an accumulator of pressure. The pressure accumulator contains an auxiliary cylinder connected by one side with the upper part of the main working cylinder, the other side connected with the capacity of the pressure accumulator. At the end of the auxiliary cylinder from the main side there is an auxiliary piston having the ability to move along the auxiliary cylinder to the side of the pressure accumulator under the influence of the pressure of the resulting combustion products exceeding the value determined by the specified engine mode. Distinctive features of this engine is that the auxiliary piston has the ability to move towards the accumulator pressure in the process of compressing air mass in the main working cylinder, while the part of the volume of the auxiliary cylinder limited from the main cylinder by the auxiliary piston is a combustion chamber combined with a compression chamber mass of air coming from the main working cylinder.
Для повышения эффективности поршневой двигатель дополнительно снабжен системой предварительного наддува воздуха в основной рабочий цилиндр и системой подачи воды или водяного пара в указанную камеру сжатия массы воздуха. В целях снижения тепловых потерь в двигателе этого варианта, камеру парообразования приближают к источнику теплоты. Эта камера имеет с камерой сгорания общие поверхности теплопередачи и возможности подачи в последнюю водяного пара или перегретой воды.To improve the efficiency, the piston engine is additionally equipped with a system of preliminary pressurization of air into the main working cylinder and a system for supplying water or water vapor to the specified air mass compression chamber. In order to reduce heat losses in the engine of this option, the vaporization chamber is brought closer to the source of heat. With the combustion chamber, this chamber has common heat transfer surfaces and the possibility of supplying water vapor or superheated water to the latter.
В одном из вариантов указанного двигателя в качестве поршня во вспомогательном цилиндре используется парогазовый поршень, в качестве аккумулятора давления используется паровой котел или иная камера парообразования, вспомогательный цилиндр сообщен с основным вспомогательным цилиндром, по меньшей мере, посредством одного клапана, открывающего проход во вспомогательный цилиндр из основного цилиндра при достижении в последнем давления, превышающего давление в аккумуляторе давления.In one of the variants of this engine, a vapor-gas piston is used as a piston in the auxiliary cylinder, a steam boiler or other vaporization chamber is used as a pressure accumulator, the auxiliary cylinder communicates with the main auxiliary cylinder, at least through one valve opening the passage to the auxiliary cylinder the main cylinder when it reaches the last pressure exceeding the pressure in the accumulator pressure.
Для осуществления способа по второму направлению энергоустановка или двигатель включает систему подвода исходной преобразуемой энергии, например, рабочего тела в газообразном состоянии, систему, служащую для преобразования исходной энергии в механическую. Последняя включает, по меньшей мере, один вращающийся орган и расположенный на нем или соединенный с ним, например, посредством узла или узлов, рабочий орган или рабочие органы, воспринимающие воздействие сил преобразуемой энергии.For implementing the method in the second direction, the power plant or engine includes a system for supplying the original converted energy, for example, the working fluid in a gaseous state, a system that serves to convert the initial energy into mechanical energy. The latter includes at least one rotating body and located on it or connected to it, for example, by means of a node or nodes, a working body or working bodies perceiving the effect of the forces of the converted energy.
Отличительными признаками этой установки является то, что система, служащая для преобразования энергии, содержит тело или тела, орган или органы, вспомогательный привод или вспомогательную систему, исполнения и относительное расположение которых обеспечивает ограничение резонансных места или мест, зоны или зон приложения, приближение направления и частоты колебаний вынуждающего воздействия силы или сил исходной, преобразуемой энергии к направлению вектора максимальной линейной скорости вращающегося органа и частоте колебаний и механических волн, образуемых, например, указанным узлом (узлами) в указанном процессе, что, по существу, является резонансным обеспечением, непосредственно влияющим на повышение удельного выхода полезной энергии в этом процессе.Distinctive features of this installation are that the system that serves to convert energy contains a body or bodies, an organ or organs, an auxiliary drive or auxiliary system, whose execution and relative location provides for the limitation of resonant places or places, zones or zones of application, approximation of the direction and the oscillation frequency of the forcing force or forces of the original energy to be converted to the direction of the vector of the maximum linear velocity of the rotating body and the oscillation frequency and fur nical waves formed by, e.g., the specified node (nodes) in this process, that is substantially resonant providing, directly affecting the increase in the proportion of useful output energy in the process.
По одному из вариантов этого направления входящая в двигатель система для преобразования энергии газообразного рабочего тела в механическую энергию включает, по крайней мере, один рабочий цилиндр с расположенным в нем основным рабочим поршнем, соединенным с кривошипно-шатунным механизмом. Этот двигатель дополнительно содержит вспомогательный поршень, расположенный следом за основным и соединенный с приводом, например, гидравлическим, обеспечивающим перемещение вспомогательного поршня за основным по ходу движения последнего от положения верхней мертвой точки и по углу поворота кривошипа более чем на 30°. Вспомогательный привод предусматривает фиксирование и расфиксирование вспомогательного поршня относительно рабочего цилиндра в положениях, задаваемых режимом. Система подвода рабочего тела предусматривает этот подвод в резонансной зоне (камере), расположенной между основными и вспомогательными поршнями, в зависимости от выбранного режима, при их поло17 жении от верхней мертвой точки, соответствующем повороту кривошипа на указанный угол. В случае подвода рабочего тела при положении основного рабочего поршня в верхней мертвой точке, вспомогательный привод имеет возможность перемещать это тело в указанную резонансную зону.In one of the variants of this direction, the system entering into the engine for converting the energy of the gaseous working fluid into mechanical energy includes at least one working cylinder with the main working piston located in it, which is connected to the crank-connecting rod mechanism. This engine additionally contains an auxiliary piston located next to the main one and connected to a drive, for example, hydraulic, providing movement of the auxiliary piston behind the main one in the direction of travel of the latter from the position of the top dead center and the angle of rotation of the crank by more than 30 °. The auxiliary drive provides for fixation and release of the auxiliary piston relative to the working cylinder in the positions specified by the mode. The working fluid supply system provides for this approach in the resonant zone (chamber) located between the main and auxiliary pistons, depending on the selected mode, when they are positioned from the top dead center, corresponding to the crank rotation at the specified angle. In the case of supplying the working fluid at the position of the main working piston at the top dead center, the auxiliary drive can move this body to the specified resonance zone.
Как частный случай, энергоустановка включает ступенчатый рабочий цилиндр с расположенным в нем ступенчатым поршнем, соединенным с кривошипно-шатунным механизмом, систему всасывания воздуха, систему подачи топлива и/или воды в жидком или парообразном состоянии и систему выпуска отработанной среды. Система подачи топлива и/или воды и система всасывания воздуха соединены с верхней частью ступени рабочего цилиндра с меньшим диаметром. Эта часть соединена с верхней частью ступени цилиндра с большим диаметром, например, посредством канала, снабженного клапаном. Верхняя часть ступени цилиндра с большим диаметром, по меньшей мере, через один выпускной клапан соединена с системой выпуска отработанной среды.As a special case, the power plant includes a stepped working cylinder with a stepped piston located in it, connected to a crank mechanism, an air intake system, a fuel and / or water supply system in a liquid or vapor state, and an exhaust system. The fuel and / or water supply system and the air intake system are connected to the upper part of the working cylinder stage with a smaller diameter. This part is connected to the upper part of the tread of a cylinder with a large diameter, for example, by means of a channel provided with a valve. The upper part of the cylinder stage with a large diameter, at least through one exhaust valve is connected to the exhaust system of the exhaust medium.
Для повышения эффективности одного из типов энергоустановки органы, приближающие место или места приложения, направление или направления сил воздействия преобразуемой энергии на рабочий орган или рабочие органы, воспринимающие это воздействие, к месту приложения и направлению или совмещающие с местом приложения и направлением вектора максимальной линейной скорости движения указанного вращающегося органа, расположены по периметру траектории движения или непосредственно на указанном вращающемся рабочем органе.To increase the efficiency of one type of power plant, organs that approximate the place or places of application, the direction or directions of the forces of action of the converted energy on the working organ or working bodies that perceive this effect, to the place of application and direction or combining with the place of application and direction of the maximum linear velocity vector the specified rotating body, are located around the perimeter of the trajectory of movement or directly on the specified rotating working body.
Как вариант в такой энергоустановке органы, приближающие место или места приложения, направление или направления сил воздействия преобразуемой энергии на рабочий орган или рабочие органы, воспринимающие это воздействие, к месту приложения и направлению вектора максимальной линейной скорости вращающегося органа, выполнены в виде камер или микрокамер высокого давления, по величине превышающего в существующих энергоустановках и двигателях, расположенных по траектории движения, вращающегося органа, например, реактивных микрокамер, процессов горения и/или парообразования, из которых рабочее тело истекает в направлении касательной к окружности, описываемой этими камерами.As an option, in such a power plant, the organs approximating the place or places of application, the direction or directions of the forces of action of the converted energy on the working body or working bodies that perceive this effect, to the place of application and direction of the vector of the maximum linear velocity of the rotating body are made in the form of high cameras or microchambers pressure, the largest excess in existing power plants and engines located along the path of motion of a rotating body, for example, reactive microcameras, percent combustion and / or vaporization sessors, from which the working fluid expires in a direction tangential to the circumference described by these chambers.
Энергоустановка может быть выполнена в виде паровой или парогазовой турбины, которая кроме основных ступеней дополнительно содержит, по меньшей мере, одну дополнительную резонансную ступень, рабочие органы колеса которой имеют возможность воспринимать циклическое воздействие струй водяного пара, истекающих из камер парообразования высокого давления, по величине превышающего в существующих энергоустановках, например, более чем 200 кг/см2. в направлении касательной к окружности, описываемой указанными органами. Камеры парообразования входят в систему подготовки и подвода рабочего тела к указанным рабочим органам этой установки. Рассматриваемая энергоустановка содержит также систему подачи пара с резонансной ступени на основные ступени турбины.The power plant can be made in the form of a steam or steam-gas turbine, which, in addition to the main steps, additionally contains at least one additional resonant stage, the working bodies of which wheels have the ability to perceive the cyclical effect of water jets emanating from the high-pressure vaporization chambers exceeding in existing power plants, for example, more than 200 kg / cm 2 . in the direction of the tangent to the circle described by these bodies. Chambers of vaporization are included in the system of preparation and supply of the working fluid to the specified working bodies of this installation. The power plant also contains a steam supply system from the resonant stage to the main stages of the turbine.
По одному из вариантов паровая или парогазовая турбина, кроме основных ступеней, может содержать, по меньшей мере, одну дополнительную ступень с паровым реактивным колесом высокого давления, по величине превышающего давление в существующих энергоустановках, например, более 200 кг/см2, и систему подачи отработанного пара с реактивной ступени на основные ступени турбины.In one of the variants, the steam or steam-gas turbine, in addition to the main stages, may contain at least one additional stage with a high-pressure steam jet wheel that exceeds the pressure in existing power plants, for example, more than 200 kg / cm 2 , and the supply system exhaust steam from the reactive stage to the main stages of the turbine.
В энергоустановке для осуществления способа по третьему направлению в качестве вращающегося органа используется гидравлическое реактивное колесо, которое дополнительно содержит одну или несколько последовательно расположенных на колесе реактивных ступеней. Эти ступени представляют собой реактивные камеры-ловушки, расположенные по периметру окружности каждой ступени указанного колеса со стороны выхода реактивных струй из каждого канала каждой ступени. Камеры-ловушки выполнены таким образом, чтобы каждая истекающая реактивная струя улавливалась, дополнительно сжималась за счет центробежных сил, и перемещалась в реактивные отверстия или сопла следующей реактивной ступени для последующего формирования реактивной силы. Каждая ловушка снабжена дренажным отверстием, расположенным ниже выхода реактивной струи. В этом случае резонансное повышение удельного выхода полезной энергии обеспечивается камерами-ловушками с реактивными насадками.In a power plant for carrying out the method in the third direction, a hydraulic jet wheel is used as a rotating member, which additionally contains one or several jet steps arranged on the wheel. These stages are jet-trap chambers located along the perimeter of the circumference of each stage of the specified wheel from the exit side of the jet jets from each channel of each stage. The trap chambers are designed in such a way that each outgoing jet stream is captured, further compressed by centrifugal forces, and moved into the jet holes or nozzles of the next jet stage for the subsequent formation of the reactive force. Each trap is equipped with a drainage hole located below the outlet of the jet stream. In this case, the resonant increase in the specific yield of useful energy is provided by cameras-traps with jet nozzles.
Одна из энергоустановок для осуществления способа по четвертому направлению включает источник переменного электрического тока и его потребитель, соединенные между собой электрической цепью, в которую дополнительно включен размыкатель электрической цепи. Посредством этого размыкателя выполняют периодическое включение и размыкание цепи с частотой, приближающейся к частоте электрического тока, проходящего по указанной цепи.One of the power plants for implementing the method in the fourth direction includes a source of alternating electric current and its consumer, interconnected by an electrical circuit, which additionally includes an electrical circuit breaker. Through this circuit breaker, the circuit is periodically turned on and opened with a frequency approaching the frequency of the electric current passing through the circuit.
По другому варианту этого направления устройство для осуществления способа представляет собой электродвигатель, например, переменного тока, который дополнительно содержит резонансные контуры, подсоединяемые к цепям обмоток статора и/или ротора и настроенные на приближение частоты колебаний электрического тока в обмотках статора и/или ротора электродвигателя к частоте изменения электромагнитных сил, образующих положительный момент сил на роторе.In another variant of this direction, the device for carrying out the method is an electric motor, for example, an alternating current, which further comprises resonant circuits connected to the stator and / or rotor windings and configured to approximate the frequency of oscillations of the electric current in the stator and / or rotor windings of the electric motor the frequency of change of electromagnetic forces forming a positive moment of forces on the rotor.
Из рассматриваемых устройств для осуществления указанного способа видно, что все устройства содержат орган, органы или систему, посредством которых осуществляется резонансное обеспечение, непосредственно влияющее на повышение удельного выхода полезной энергии.From the devices under consideration for the implementation of this method, it is clear that all devices contain an organ, organs or system through which resonant provision is carried out, directly affecting the increase in the specific output of useful energy.
Изобретение поясняется более подробно на примере исполнения при помощи чертежей, на которых представлены:The invention is explained in more detail on the example of execution with the help of drawings, on which are presented:
на фиг.1 - принципиальная схема лабораторной установки теплового реактора с автоматически регулируемой системой подачи воды и водяного пара;figure 1 is a schematic diagram of a laboratory installation of a thermal reactor with an automatically controlled system for supplying water and water vapor;
на фиг.2 - диаграмма процесса непрерывного образования пара;figure 2 - diagram of the process of continuous formation of steam;
на фиг.3, 4, 5 - принципиальная схема парового двигателя с предварительным наддувом и сжатием воздуха в трех положениях кривошипно-шатунного механизма этого двигателя;in figure 3, 4, 5 is a schematic diagram of a steam engine with preliminary supercharging and air compression in three positions of the crank mechanism of this engine;
на фиг.6 - рабочий цикл парового двигателя с аккумулятором давления, предварительным наддувом и сжатием воздуха;figure 6 - the duty cycle of a steam engine with a pressure accumulator, preliminary charging and air compression;
на фиг.7 - принципиальная схема парового двигателя с предварительным наддувом и сжатием воздуха;figure 7 is a schematic diagram of a steam engine with preliminary charging and air compression;
на фиг.8 - принципиальная схема воздушного поршневого двигателя с вспомогательным поршнем и механическим приводом его перемещения;Fig.8 is a schematic diagram of an air piston engine with an auxiliary piston and a mechanical drive for moving it;
на фиг.9, 10, 11 - принципиальная схема импульсно-резонансного парового двигателя;in figures 9, 10, 11 is a schematic diagram of a pulse-resonant steam engine;
на фиг. 12, 13 - принципиальная схема поршневого воздушного двигателя со вспомогательным поршнем и гидравлической системой его перемещения;in fig. 12, 13 is a schematic diagram of a piston air engine with an auxiliary piston and a hydraulic system for moving it;
на фиг. 14 - рабочий цикл парового двигателя с предварительным наддувом и сжатием воздуха;in fig. 14 - working cycle of a steam engine with pre-pressurized air and air compression;
на фиг. 15 - индикаторная диаграмма импульсно-резонансного парового двигателя;in fig. 15 is an indicator diagram of a pulse-resonant steam engine;
на фиг. 16 - принципиальная схема энергоустановки с пульсирующей подачей рабочего тела;in fig. 16 is a schematic diagram of a power plant with pulsating flow of the working fluid;
на фиг. 17 - энергоустановка с трехступенчатым реактивным колесом;in fig. 17 - power plant with a three-stage jet wheel;
на фиг. 18 - разрез трсхступснчатого реактивного колеса.in fig. 18 is a sectional view of a jet propulsion wheel.
Тепловой реактор с автоматически регулируемой подачей воды и водяного пара, показанный на фиг.1, включает корпус 1, в котором расположена камера 2 накопления пара, камера 2 посредством трубопровода 3 с дроссельным краном 4 подсоединяется к потребителю. В корпусе 1 кроме этого расположен рабочий цилиндр 5 с рабочим объемом 6, в котором, в свою очередь, расположен поршень 7, ограничивающий. с одной стороны, рабочий объем 6, с другой стороны, камеру сжатия 8, совмещенную с тепловой камерой и камерой сгорания. Камера 8 имеет общие поверхности теплопередачи с камерой парообразования 9, расположенной в нижней части корпуса 1. Камера 8 соединена через клапан отсечки 10 посредством трубопровода 11 с системой подачи горючей смеси (на чертеже не показана). Камера парообразования 9 верхней частью посредством каналов 12 соединена с камерой накопления пара 2, которая кроме этого посредством трубопровода 13 соединена с камерой 14, расположенной в верхней части емкости 15 с запасом воды 16. Нижняя часть емкости 15 через клапан отсечки 17 соединена с трубопроводом 18 системы подачи воды (на чертеже не показана), и посредством трубопровода 19 с камерой парообразования 9.Thermal reactor with automatically controlled supply of water and water vapor, shown in figure 1, includes a housing 1, in which the steam accumulation chamber 2 is located, the chamber 2 is connected via a pipeline 3 with a throttle valve 4 to a consumer. In the housing 1, in addition, there is a working cylinder 5 with a displacement of 6, in which, in turn, a piston 7 is located, bounding. on the one hand, the working volume 6, on the other hand, the compression chamber 8, combined with a heat chamber and the combustion chamber. Chamber 8 has a common heat transfer surface with a vaporization chamber 9 located in the lower part of housing 1. Chamber 8 is connected through a shut-off valve 10 through a pipeline 11 to a combustible mixture supply system (not shown in the drawing). The vaporization chamber 9 by the upper part through the channels 12 is connected to the vapor accumulation chamber 2, which is also connected via a pipe 13 to a chamber 14 located in the upper part of the tank 15 with a supply of water 16. The lower part of the tank 15 is connected to the system pipeline 18 via a cut-off valve 17 water supply (not shown), and through a pipeline 19 with a vaporization chamber 9.
Паровой двигатель с предварительным наддувом и сжатием воздуха, показанный на фиг.3-5, включает кривошипно-шатунный механизм, содержащий кривошип 20 и шатун 21, который соединен с расположенным в цилиндре 22 поршнем 23. Рабочий объем 24 ограничен, с одной стороны, днищем поршня 23, с другой стороны, днищем цилиндра 22. На днище цилиндра 22 расположен клапан 25 системы впуска и наддува подаваемого воздуха (на чертеже не показана), клапан 26 выпуска отработавшей паровоздушной смеси. Клапан 27 расположен в нижней части 28 вспомогательного цилиндра 29 с находящимся в его рабочем объеме 30 водяным паром. Цилиндр 29 служит для смешивания пара с предварительно нагретым в процессе сжатия воздухом, поступающим через клапан 27. Верхней частью цилиндр 29 и, соответственно, объем 30, соединены трубопроводом 31с паровым котлом 32, выполняющим роль аккумулятора давления, который соединен трубопроводом 33 с системой подачи воды (на чертеже не показана).Steam engine with pre-pressurized air and compression, shown in Fig.3-5, includes a crank mechanism, which contains crank 20 and rod 21, which is connected to piston 23 located in cylinder 22. Displacement 24 is bounded, on the one hand, by bottom piston 23, on the other hand, the bottom of cylinder 22. At the bottom of cylinder 22 is located a valve 25 of the intake and pressurization system of supplied air (not shown in the drawing), valve 26 of exhaust of a steam-air mixture. The valve 27 is located in the lower part 28 of the auxiliary cylinder 29 with water vapor in its working volume 30. The cylinder 29 serves to mix the steam with the air preliminarily heated during compression through the valve 27. The upper part of the cylinder 29 and, accordingly, the volume 30 are connected by a pipe 31 with a steam boiler 32 acting as a pressure accumulator, which is connected by a pipe 33 to the water supply system (not shown).
Паровой двигатель с предварительным наддувом и сжатием воздуха, представленный на фиг.7, включает кривошип 101, соединенный с шатуном 102, рабочий цилиндр 103, в котором расположен поршень 104, соединенный с шатуном 102. Поршень 104 своим днищем ограничивает рабочий объем 105, ограниченный с другой стороны днищем цилиндра 103. На днище цилиндра 103 расположен клапан 106 впуска воздуха, клапан 107 выпуска паровоздушной смеси и патрубок 108 подачи пара от системы его подготовки (на чертеже условно не показана).The steam engine with pre-pressurized air and compressed air, shown in Fig.7, includes a crank 101 connected to the connecting rod 102, a working cylinder 103 in which the piston 104 is located connected to the connecting rod 102. The piston 104 limits its working volume 105 with its bottom on the other side of the bottom of the cylinder 103. At the bottom of the cylinder 103 there is an air inlet valve 106, a vapor-air outlet valve 107 and a steam supply pipe 108 from its preparation system (not conventionally shown in the drawing).
Воздушный двигатель со вспомогательным поршнем и механическим приводом его перемещения, представленный на фиг.8, включает кривошипно-шатунный механизм, цилиндр 103 с расположенным в нем поршнем 104 и вспомогательным поршнем 110, который снабжен в этом случае роликом 111, расположенным с возможностью взаимодействия с кулачком 112 механического привода (на чертеже не показан) перемещения вспомогательного поршня 110.An air engine with an auxiliary piston and a mechanical drive for moving it, shown in Fig. 8, includes a crank mechanism, a cylinder 103 with a piston 104 located in it and an auxiliary piston 110, which is equipped in this case with a roller 111 arranged to interact with the cam 112 of a mechanical drive (not shown) move the auxiliary piston 110.
Импульсно-резонансный паровой двигатель, представленный на фиг.9, 10, 11, включает кривошипно-шатунный механизм, цилиндр 103 с расположенным в нем поршнем 104 и вспомо21 гательным поршнем 110. Поршень 110 вместе с днищем цилиндра 103 ограничивает в этом случае масляную камеру 113, соединенную трубопроводом 114 через фиксирующий запорный клапан 115 с масляной системой. В цилиндре 103 выполнены отверстия 116, соединенные с системой 117 подачи рабочего тела и предназначенные для подачи рабочего тела из этой системы в полость камеры 109, расположенной между поршнями 104 и 110, в заданном рабочим циклом месте их хода. В верхней части цилиндра 103 имеются окна 118 для выпуска отработанного рабочего тела. Расположение окон 118 соответствует положению камеры 109 между поршнями при положении поршня 104 в верхней мертвой точке. Масляная система включает перепускной клапан 119, масляный насос 120, соединенный с масляным бачком 121, снабженным дренажным патрубком 122. Перепускной клапан 119 с одной стороны соединен с масляной камерой 113, с другой стороны соединен с масляным бачком 121.The pulse-resonant steam engine presented in Figs. 9, 10, 11 includes a crank mechanism, a cylinder 103 with a piston 104 and an auxiliary piston 110 located in it. The piston 110 together with the bottom of the cylinder 103 limits the oil chamber 113 in this case connected by a pipe 114 through a locking check valve 115 with the oil system. In the cylinder 103 there are holes 116 connected to the working fluid supply system 117 and intended to supply the working fluid from this system to the cavity of the chamber 109 located between the pistons 104 and 110 at the location of their stroke, which is specified by the duty cycle. In the upper part of the cylinder 103 there are windows 118 for the release of the spent working fluid. The location of the windows 118 corresponds to the position of the chamber 109 between the pistons at the position of the piston 104 in the top dead center. The oil system includes an overflow valve 119, an oil pump 120 connected to an oil tank 121 equipped with a drainage port 122. An overflow valve 119 is on one side connected to an oil chamber 113, and on the other hand is connected to an oil tank 121.
Воздушный поршневой двигатель со вспомогательным поршнем и гидравлической системой его перемещения, представленный на фиг. 12, 13, включает кривошипно-шатунный механизм, цилиндр 103 с расположенным в нем поршнем 104 и вспомогательным поршнем 110. Поршень 110 вместе с днищем цилиндра 103 ограничивает в этом случае масляную камеру 113, соединенную трубопроводом 114 через фиксирующий запорный клапан 115 с масляной системой. Масляная система включает перепускной клапан 119, масляный насос 120, соединенный с масляным бачком 121, снабженным дренажным патрубком 122. Перепускной клапан 119 с одной стороны соединен с масляной камерой 113, с другой стороны соединен с масляным бачком 121.An air piston engine with an auxiliary piston and a hydraulic system for moving it, shown in FIG. 12, 13, includes a crank mechanism, a cylinder 103 with a piston 104 and an auxiliary piston 110 located therein. A piston 110 together with the bottom of a cylinder 103 in this case limits the oil chamber 113 connected by pipeline 114 through a locking valve 115 to the oil system. The oil system includes an overflow valve 119, an oil pump 120 connected to an oil tank 121 equipped with a drainage port 122. An overflow valve 119 is on one side connected to an oil chamber 113, and on the other hand is connected to an oil tank 121.
Энергоустановка с пульсирующей подачей рабочего тела, представленная на фиг. 16, включает картер-улитку 123, совмещенный с редуктором 124, соединенным входным валом 125 с вращающимся рабочим органом 126. Кроме этого, импульсно-резонансный усилитель мощности снабжен органом 127, направляющим рабочее тело, например, масло, под давлением 200 кг/см2 на вращающийся рабочий орган 126. Орган 127 посредством трубопровода 128 через кран управления 129 циклической резонансной подачи рабочего тела соединен с масляным гидравлическим насосом 130, который, в свою очередь, посредством трубопровода 131 соединен с масляным баком 132. Масляный насос 130 соединен также с баком 132 посредством трубопровода 133 через редукционный клапан 134. Картер (улитка) 123 посредством трубопровода 135 слива масла соединен с масляным баком 132. Вращающийся рабочий орган 126 выполнен в виде рабочего колеса. Орган 127 выполнен с цилиндрическим каналом 136, расположенным в приливе картера-улитки таким образом, чтобы струя масла из канала 136 была направлена по касательной к рабочему органу 126, т.е. перпендикулярно рабочим элементам 137 этого рабочего органа.A power plant with a pulsating feed of the working fluid, shown in FIG. 16, includes a crankcase 123, combined with a gearbox 124, connected by an input shaft 125 to a rotating working body 126. In addition, a pulsed-resonant power amplifier is equipped with a body 127, guiding the working fluid, for example, oil, under a pressure of 200 kg / cm 2 on a rotating working body 126. The body 127 through the pipeline 128 through the control valve 129 cyclical resonant supply of the working fluid is connected to the oil hydraulic pump 130, which, in turn, through the pipe 131 is connected to the oil tank 132. The oil pump 130 oedinen also with the tank 132 through the conduit 133 via a pressure reducing valve 134. Carter (snail) 123 via a conduit 135 coupled to drain oil to the oil tank 132. The rotary actuator 126 is configured as an impeller. The body 127 is made with a cylindrical channel 136 located at the inlet of the crankcase-cochlea so that the oil jet from the channel 136 is directed tangentially to the working body 126, i.e. perpendicular to the work elements 137 of this working body.
Энергоустановка, представленная на фиг. 17, 18, включает электродвигатель 138, муфту 139, соединяющую двигатель 138 с трехступенчатой реактивной турбиной 140. Гидравлический бак 141 соединен с турбиной 140 трубопроводом 142 подачи рабочего тела в полость 143 турбины (см. фиг. 18), сообщенную с приемной полостью трехступенчатого гидравлического реактивного колеса 144. Колесо 144 содержит центробежные рабочие каналы с реактивными насадками или соплами 145. Камеры-ловушки 146 первой ступени, с одной стороны, соединены с соответствующими реактивными соплами 145 первой ступени, с другой - с реактивными соплами 147 второй ступени. Камеры-ловушки снабжены дренажными отверстиями 148, расположенными ниже реактивных сопел предыдущей ступени (145, 147). Камеры-ловушки 149 второй ступени с одной стороны соединены с соответствующими реактивными соплами 147 второй ступени, с другой - с реактивными соплами 150 третьей ступени. Жидкость, вытекшая из сопел 150, собирается кожухом 151 турбины. и далее по обратному трубопроводу 152 попадает назад в бак 141. Энергоустановка с потребителем соединяется посредством вала 153.The power plant shown in FIG. 17, 18, includes an electric motor 138, a coupling 139 connecting the engine 138 to a three-stage jet turbine 140. The hydraulic tank 141 is connected to the turbine 140 by a pipeline 142 supplying the working fluid to the cavity 143 of the turbine (see FIG. 18), communicated with the receiving cavity of a three-stage hydraulic jet wheel 144. The wheel 144 contains centrifugal working channels with jet nozzles or nozzles 145. The first-stage trap chambers 146, on the one hand, are connected to the corresponding first-stage jet nozzles 145, on the other hand, s 147 second stage. Trap chambers are provided with drainage holes 148 located below the jet nozzles of the previous stage (145, 147). The second-stage trap chambers 149 are on the one hand connected to the corresponding second-stage jet nozzles 147, and on the other hand to the third-stage jet nozzles 150. The liquid that has leaked from the nozzles 150 is collected by the turbine housing 151. and then through the return pipeline 152 goes back to the tank 141. The power plant is connected to the consumer by means of the shaft 153.
Запуск представленного парогазового теплового реактора (см. фиг.1) осуществляется путем подачи водяного пара (пусковой порции) от пускового источника (на фигурах не показан) в камеру 2 по трубопроводу 3 через дроссельный кран 4 в рабочий цилиндр 5. Пусковой пар, попав в рабочий объем 6, перемещает в рабочем цилиндре 5 поршень 7, который, в свою очередь, сжимает горючую смесь в камере сжатияThe launch of the combined-cycle thermal reactor (see FIG. 1) is carried out by supplying water vapor (starting portion) from a starting source (not shown) to chamber 2 via line 3 through throttle valve 4 to the working cylinder 5. Starting steam, once in working volume 6, moves in the working cylinder 5 piston 7, which, in turn, compresses the combustible mixture in the compression chamber
8. Горючая смесь воспламеняется, например, за счет сжатия, в камере 8, одновременно служащей тепловой камерой реактора, который после запуска выходит на заданный автоматически поддерживаемый режим работы. Этот режим работы заключается в поддержании постоянного давления в камерах 2 и 8, например, равного 100 ет/см2, что достигается благодаря расчетному задаваемому переходу в водяной пар воды, поступающей в камеру 9 по трубопроводу 19 пропорционально расходу водяного пара через каналы 12 и дроссельный кран 4. Водяной пар, образуемый в камере 9, попав через каналы 12 в камеру 2, упреждает снижение давления в этой камере и, соответственно, падение давления и температуры в камере 8, что является необходимым условием для непрерывного выделения теплоты и непрерывного образования водяного пара в режиме, указанном в пп.2-6 формулы. Как следует из описанного режима работы, процессы передачи теплоты и образования водяного пара выполняются при постоянном давлении и температуре массы тела, являющегося источником теплоты, что является одним из отличительных признаков предлагаемого способа и устройства для его осуществления. Рабочий процесс непрерывного образования пара показан на фиг.2 в координатах Р, Q (кг/см2, м3/с) в виде прямой АВ, указывающей на непрерывное образование водяного пара в кубических метрах в секунду при определенных постоянных параметрах давления и температуры массы вещества, выделяющего теплоту. Постоянные параметры давления и температуры достигаются за счет аккумулирующего эффекта водяного пара в рабочем объеме 6 и автоматически регулируемого выпуска пара из реактора через дроссельный кран 4, которым управляется расход воды и режим работы реактора.8. The combustible mixture is ignited, for example, due to compression, in chamber 8, which also serves as the thermal chamber of the reactor, which, after start-up, enters a predetermined automatically maintained mode of operation. This mode of operation is to maintain a constant pressure in chambers 2 and 8, for example, equal to 100 et / cm 2 , which is achieved due to the calculated specified transition into water vapor, water entering chamber 9 through conduit 19 is proportional to the flow of water vapor through channels 12 and throttle valve 4. The water vapor formed in chamber 9, after entering through channels 12 into chamber 2, prevents pressure reduction in this chamber and, accordingly, pressure and temperature drop in chamber 8, which is a necessary condition for continuous heat generation and discontinuous formation of water vapor in the mode indicated in Formula 2-6. As follows from the described mode of operation, the processes of heat transfer and the formation of water vapor are performed at constant pressure and body mass temperature, which is a source of heat, which is one of the distinguishing features of the proposed method and device for its implementation. The working process of the continuous formation of steam is shown in FIG. 2 in the coordinates P, Q (kg / cm 2 , m 3 / s) in the form of a straight line AB, indicating continuous formation of water vapor in cubic meters per second with certain constant parameters of pressure and mass temperature heat release agent. Constant parameters of pressure and temperature are achieved due to the accumulating effect of water vapor in the working volume 6 and automatically controlled release of steam from the reactor through the throttle valve 4, which controls the water flow and the operating mode of the reactor.
Работа парового двигателя, показанного на фиг. 3-5, осуществляется по рабочему циклу, изображенному на фиг.6, следующим образом. Перед сжатием массы воздуха с давлением наддува Рн, например, 3 кг/см2, клапаны 25, 26, 27 закрыты. Начало работы цикла осуществляется от точки А, характеризующейся началом перемещения при помощи кривошипа 20 и шатуна 21 поршня 23 к днищу цилиндра 22 (к положению верхней мертвой точки). При этом поршень 23 сжимает массу воздуха в камере 24, не доходя до положения верхней мертвой точки, например, до давления 100 кг/см2, что соответствует температуре примерно 700°С. На диаграмме это положение соответствует точке В. При дальнейшем перемещении поршня к положению верхней мертвой точки клапан 27 открывается под внешним воздействием (например, от кулачка распределительного вала), и нагретый в процессе сжатия воздух перемещается в рабочий объем 30 с находящимся там водяным паром. В процессе смешивания и сопутствующего теплообмена объем парогазовой смеси увеличивается при постоянном давлении, задаваемом режимом работы котла 32. В одном из случаев парогазовая смесь может частично перемещаться в рабочий объем указанного котла. Этот процесс соответствует отрезку кривой от точки В до точки И на фиг.6 и характеризуется аккумулированием энергии расширения паровоздушной смеси в паровом котле. При движении рабочего поршня от положения верхней мертвой точки (на диаграмме точка И) до точки закрытия клапана 27, задаваемой режимом работы двигателя (например, от кулачка распределительного вала), которая на фиг.6 соответствует точке О, происходит перемещение парогазовой смеси в рабочий объем цилиндра 24 с использованием аккумулирующего эффекта энергии расширения паровоздушной смеси в паровом котле 32. Отрезок кривой от точки И до точки О характеризует повышение эффективности парового двигателя за счет увеличения объема парогазовой смеси, образуемого в процессе теплообмена. При дальнейшем перемещении рабочего поршня, что соответствует на диаграмме отрезку кривой от точки О до точки Р, происходит расширение парогазовой смеси, после чего клапан 26 открывается (например, от кулачка распределительного вала), и происходит выпуск отработавшей парогазовой смеси. Площадь фигуры АВИОР характеризует полезную работу, совершаемую рабочим поршнем. Сравнивая эту площадь с площадью фигуры под кривой расширения пара в паровом двигателе без предварительного наддува и сжатия воздуха, показанной на фиг.6 штриховой линией, можно говорить об уровне повышения эффективности описываемого парового двигателя.The operation of the steam engine shown in FIG. 3-5, is carried out on the working cycle shown in Fig.6, as follows. Before compressing the mass of air with a boost pressure P n , for example, 3 kg / cm 2 , valves 25, 26, 27 are closed. The cycle starts from point A, which is characterized by the beginning of movement using the crank 20 and the connecting rod 21 of the piston 23 to the bottom of the cylinder 22 (to the position of the top dead center). When this piston 23 compresses the mass of air in the chamber 24, not reaching the position of the top dead center, for example, to a pressure of 100 kg / cm 2 , which corresponds to a temperature of about 700 ° C. In the diagram, this position corresponds to point B. Upon further movement of the piston to the position of the top dead center, valve 27 opens under external influence (for example, from a camshaft cam), and the air heated during compression moves into working volume 30 with water vapor there. In the process of mixing and the accompanying heat exchange, the volume of the gas-vapor mixture increases at a constant pressure set by the operation mode of the boiler 32. In one of the cases, the gas-vapor mixture may partially move into the working volume of the specified boiler. This process corresponds to a segment of the curve from point B to point I in FIG. 6 and is characterized by the accumulation of the energy of expansion of the steam-air mixture in the steam boiler. When the working piston moves from the top dead center position (in the I-point diagram) to the closing point of the valve 27 defined by the engine operating mode (for example, from the camshaft cam), which in Fig. 6 corresponds to the O point, the vapor-gas mixture moves to the working volume cylinder 24 using the accumulating effect of the expansion of the steam-air mixture in the steam boiler 32. The curve between the point And to the point O characterizes the increase in the efficiency of the steam engine by increasing the volume of the vapor-gas cm B formed in the heat exchange process. Upon further movement of the working piston, which corresponds in the diagram to the segment of the curve from point O to point P, the vapor-gas mixture expands, after which the valve 26 opens (for example, from the camshaft cam), and the exhaust vapor-gas mixture is released. The area of the AVIOR figure characterizes the useful work performed by the working piston. Comparing this area with the area of the figure under the steam expansion curve in a steam engine without prior pressurization and air compression, shown in Fig. 6 by the dashed line, we can talk about the level of efficiency of the described steam engine.
Рабочий цикл парового двигателя с предварительным наддувом и сжатием воздуха, представленного на фиг.7, представлен на фиг. 14 и осуществляется следующим образом. В начале рабочего цикла выполняется процесс сжатия массы воздуха в рабочей камере 105 рабочего цилиндра 103 посредством поршня 104, соединенного с кривошипно-шатунным механизмом. Сжатие выполняется до достижения заданных параметров температуры и давления, например, давления 90 кг/см2 и температуры, соответствующей кривой состояния. Процесс сжатия на диаграмме характеризуется кривой АВ. При этом клапаны 106, 107 закрыты. После этого через патрубок 108 осуществляется регулируемая подача водяного пара в камеру 105. Пар, смешиваясь с предварительно нагретым в процессе сжатия воздухом, нагревается и стремится существенно увеличиться в объеме. Таким образом повышается работоспособность паровоздушной смеси в целом, благодаря которой при расширении совершается полезная работа, показанная на фиг. 14 кривой ВИО. После расширения выпускной клапан 107 открывается и отработавшая среда (паровоздушная смесь) выпускается наружу, что показано на фиг. 14 отрезком ОА. Как видно из описания, в указанном двигателе при помощи регулируемой подачи пара в паровом двигателе с предварительным наддувом и сжатием воздуха осуществляется смещение силового воздействия рабочего тела (паровоздушной смеси) и рабочего процесса в целом в наиболее благоприятную, эффективную, т.е. резонансную зону.The duty cycle of a steam engine with pre-pressurized air and compressed air, shown in Fig.7, is shown in FIG. 14 and as follows. At the beginning of the working cycle, the process of compressing the mass of air in the working chamber 105 of the working cylinder 103 is performed by means of a piston 104 connected to a crank mechanism. Compression is performed to achieve the specified parameters of temperature and pressure, for example, a pressure of 90 kg / cm 2 and a temperature corresponding to the state curve. The compression process in the diagram is characterized by the AB curve. When this valve 106, 107 are closed. After that, through the pipe 108 is an adjustable supply of water vapor into the chamber 105. The steam, mixing with the air preheated during compression, heats up and tends to increase substantially in volume. This increases the efficiency of the vapor-air mixture as a whole, thanks to which, during expansion, the useful work shown in FIG. 14 curve of SIV. After expansion, the exhaust valve 107 opens and the exhaust medium (vapor-air mixture) is discharged to the outside, as shown in FIG. 14 cut OA. As can be seen from the description, in the indicated engine, by means of an adjustable steam supply in a steam engine with preliminary supercharging and air compression, the force action of the working fluid (steam-air mixture) and the workflow as a whole is shifted to the most favorable, effective, i.e. resonance zone.
Рабочий цикл воздушного поршневого двигателя с вспомогательным поршнем и механическим приводом его перемещения, представленного на фиг.8, осуществляется следующим образом. В этом двигателе в начале рабочего цикла масса воздуха, постоянно находящегося в рабочем объеме 109, например, с предварительным сжатием в 2 кг/см2, сжимается в рабочем цилиндре 103 при помощи поршня 104, например, до давления 90 кг/см2, при этом поршень 110 находится в верхнем своем положении. После сжатия массы воздуха и прохождения поршнем 104 верхней мертвой точки, кулачок 112 через ролик 111 перемещает поршеньThe duty cycle of an air piston engine with an auxiliary piston and a mechanical drive for its movement, shown in FIG. 8, is carried out as follows. In this engine, at the beginning of the operating cycle, the mass of air constantly residing in the working volume 109, for example, with a preliminary compression of 2 kg / cm 2 , is compressed in the working cylinder 103 using a piston 104, for example, to a pressure of 90 kg / cm 2 , with this piston 110 is in its upper position. After the air mass has been compressed and the top dead center passes through the piston 104, the cam 112 moves the piston through the roller 111
110 вслед за поршнем 104. Перемещение производится вплоть до достижения поршнем 104 положения, соответствующего положению кривошипа, считая от верхней мертвой точки, например, в 30-60°. После этого перемещение поршня 110 прекращается, и далее воздух в рабочем объеме 109 расширяется и совершает при этом полезную работу. При движении поршня 104 от положения нижней мертвой точки кулачок 112 дает возможность поршню 110 возвратиться в исходное положение, подготавливая таким образом систему преобразования энергии к новому рабочему циклу.110 following the piston 104. The movement is made until the piston 104 reaches the position corresponding to the crank position, counting from the top dead center, for example, at 30-60 °. After that, the movement of the piston 110 is stopped, and then the air in the working volume 109 expands and performs useful work. When the piston 104 moves from the lower dead center position, the cam 112 allows the piston 110 to return to its original position, thus preparing the energy conversion system for a new operating cycle.
Рабочий цикл импульсно-резонансного парового двигателя, представленного на фиг.9, 10, 11, осуществляется следующим образом. В начале рабочего цикла (см. фиг.9) поршни 104 и 110 находятся в положении верхней мертвой точки, при этом кривошип 101 и шатун 102 расположены вдоль оси рабочего цилиндра 103. В предлагаемом двигателе рабочее тело, например, водяной пар, подается в цилиндр 103 не при положении рабочего поршня в верхней мертвой точке, а при его входе в резонансную зону, соответствующую приближению расположения кривошипа по отношению к шатуну в 90°. В этом положении основной рабочий поршень имеет максимальную линейную скорость. В момент запуска двигателя, под воздействием пусковой энергии, посредством кривошипа 101 и шатуна 102, в рабочем цилиндре 103 основной рабочий поршень 104 перемещается от положения верхней мертвой точки в резонансную зону, задаваемую режимом работы двигателя. В это же время вспомогательный поршень 110 при помощи гидравлического привода, например, под давлением 2-10 ет/см2, перемещается следом или следует за основным рабочим поршнем 104, и при достижении указанного резонансного положения фиксируется, например, гидравлическим путем, при помощи запорного клапана 115, относительно цилиндра 103. После этого водяной пар, или другое рабочее тело в газообразном состоянии, например, под давлением 100 кг/см2, подается в камеру 109 между поршнями 104 и 110. При этом рабочее тело через основной рабочий поршень 104 имеет возможность передавать максимальное силовое воздействие кривошипу 101, что и является основной причиной образования значительного дополнительного количества полезной энергии. На фиг. 15 показаны диаграммы силового воздействия рабочего тела, передаваемого кривошипу в традиционном паровом двигателе и в импульснорезонансном двигателе. Увеличение площади под кривой передачи силового воздействия рабочего тела кривошипу указывает на уровень повышения эффективности работы двигателя. После расширения рабочего тела между поршнями 104 и 110 (см. фиг. 11) поршень 110 расфиксируется относительно цилиндра 103 и перемещается в нем одновременно с основным рабочим поршнем к исходному положению в верхнюю мертвую точку, при этом масляная рабочая камера 113 соединяется посредством перепускного клапана 119 с масляным бачком 121. Отработавшее рабочее тело, находящееся между поршнями 104 и 110, выпускается через окна 118 (см. фиг.9), после чего указанные поршни приближаются друг к другу и подготавливаются, таким образом, к последующему импульсно-резонансному циклу преобразования энергии рабочего тела в механическую энергию кривошипа.The duty cycle of the pulse-resonant steam engine, presented in figures 9, 10, 11, is carried out as follows. At the beginning of the working cycle (see Fig. 9), the pistons 104 and 110 are in the position of the upper dead center, while the crank 101 and the connecting rod 102 are located along the axis of the working cylinder 103. In the proposed engine, the working body, for example, water vapor, is fed into the cylinder 103 not when the working piston is in the upper dead center, but when it enters the resonance zone, which corresponds to the approach of the crank position relative to the connecting rod at 90 °. In this position, the main working piston has a maximum linear velocity. At the time of starting the engine, under the influence of starting energy, by means of the crank 101 and the connecting rod 102, in the working cylinder 103, the main working piston 104 moves from the top dead center position to the resonant zone defined by the engine operating mode. At the same time, the auxiliary piston 110 by means of a hydraulic actuator, for example, under a pressure of 2-10 et / cm 2 , follows or follows the main working piston 104, and when the specified resonant position is reached, it is fixed, for example, by hydraulic means, by means of a locking valve valve 115, relative to cylinder 103. Thereafter, water vapor, or another working fluid in a gaseous state, for example, under a pressure of 100 kg / cm 2 , is fed into the chamber 109 between the pistons 104 and 110. At the same time, the working fluid through the main working piston 104 has at zmozhnost maximum transmit power influence crank 101, which is the main cause of significant additional amounts of useful energy. FIG. 15 shows diagrams of the force effect of the working fluid transmitted to the crank in a traditional steam engine and in a pulse-resonant engine. The increase in the area under the transmission curve of the force action of the working fluid to the crank indicates the level of increase in the efficiency of the engine. After expansion of the working fluid between the pistons 104 and 110 (see Fig. 11), the piston 110 is uncoupled relative to the cylinder 103 and moves therein simultaneously with the main working piston to its initial position in the upper dead center, while the oil working chamber 113 is connected by means of a bypass valve 119 with an oil tank 121. A spent working fluid located between the pistons 104 and 110 is discharged through the windows 118 (see FIG. 9), after which the said pistons approach each other and are prepared, thus, to a subsequent pulse-reset ansnomu conversion cycle working fluid energy into mechanical energy of the crank.
Рабочий цикл поршневого воздушного двигателя со вспомогательным поршнем и гидравлической системой его перемещения, представленного на фиг.12, 13, осуществляется следующим образом. По этому варианту рабочее тело, например, воздух, постоянно находится между поршнями 104 и 110. В момент запуска указанного двигателя под воздействием пусковой энергии посредством кривошипа 101 и шатуна 102, в рабочем цилиндре 103 воздух, находящийся, например, под давлением 2 кг/см2 между поршнями 104 и 110, сжимается основным рабочим поршнем 104, при этом поршень 110 находится в своем верхнем положении. После сжатия воздуха в рабочем цилиндре 103 поршнем 104, например, до давления 80 кг/см2, рабочее тело при помощи вспомогательного поршня 110 гидравлическим приводом под давлением 80 кг/см2 перемещается в резонансную зону, например, соответствующую повороту кривошипа более чем на 20° от положения верхней мертвой точки, в которой вспомогательный поршень 110 фиксируется относительно цилиндра 103 гидравлическим путем при помощи запорного клапана 115, соединенного с гидравлической системой. Вслед за этим происходит расширение рабочего тела в более эффективной или резонансной зоне, в которой достигается образование дополнительного количества механической энергии. После расширения рабочего тела между поршнями 104 и 110 поршень 110 расфиксируется гидравлическим путем относительно цилиндра 103 посредством клапана 119, при этом масляная камера 113 соединяется посредством этого клапана с масляным бачком 121, что позволяет поршню 110 под воздействием рабочего тела возвратиться в исходное положение, подготавливая, таким образом, систему преобразования энергии к повторению обратимо-замкнутого рабочего цикла.The duty cycle of a piston air engine with an auxiliary piston and a hydraulic system for moving it, shown in FIGS. 12, 13, is carried out as follows. According to this variant, the working fluid, for example, air, constantly resides between the pistons 104 and 110. At the time of starting the specified engine under the influence of starting energy through the crank 101 and the connecting rod 102, in the working cylinder 103 there is air, for example, under a pressure of 2 kg / cm 2 between the pistons 104 and 110, is compressed by the main working piston 104, while the piston 110 is in its upper position. After the air in the working cylinder 103 is compressed by the piston 104, for example, up to a pressure of 80 kg / cm 2 , the working body is hydraulically driven by the auxiliary piston 110 under a pressure of 80 kg / cm 2 and is moved into the resonant zone, for example, corresponding to a crank rotation of more than 20 ° from the position of the top dead center, in which the auxiliary piston 110 is fixed relative to the cylinder 103 in a hydraulic way by means of a check valve 115 connected to the hydraulic system. Following this, the working medium expands in a more efficient or resonant zone, in which the formation of an additional amount of mechanical energy is achieved. After expanding the working fluid between the pistons 104 and 110, the piston 110 is hydraulically released relative to the cylinder 103 by means of a valve 119, and the oil chamber 113 is connected through this valve to the oil tank 121, which allows the piston 110 to return to its original position under the influence of the working fluid thus, the system of energy conversion to the repetition of a reversible-closed working cycle.
Энергоустановка с пульсирующей подачей рабочего тела, представленная на фиг. 16, работает следующим образом. Масло, например, под давлением 200 кг/см2 из насоса 130 через кран управления 129 по трубопроводу 128 направляется в орган 127, из которого подается на рабочие элементы 137 рабочего колеса 126. После достижения рабочим колесом 126 расчетных оборотов, например, 34 тыс. в минуту, энерго27 установка выходит на расчетный рабочий режим. Кран 129 обеспечивает циклическую подачу рабочего тела на элементы 137 рабочего колеса 126 с необходимой в этом случае, а именно - резонансной частотой.A power plant with a pulsating feed of the working fluid, shown in FIG. 16, works as follows. Oil, for example, under pressure of 200 kg / cm 2 from pump 130 through control valve 129, via pipeline 128, is sent to body 127, from which it is fed to working elements 137 of impeller 126. After reaching impeller 126, the calculated speed, for example, 34 thousand. per minute, energy27 installation goes to the calculated operating mode. Crane 129 provides a cyclic supply of the working fluid to the elements 137 of the impeller 126 with the necessary in this case, namely, the resonant frequency.
Энергоустановка, представленная на фиг. 17, 18, работает следующим образом. Электродвигатель 138 через муфту 139 раскручивает и выводит на заданный режим работы трехступенчатую реактивную турбину 140. После вывода турбины 140 на рабочий режим рабочая жидкость из бака 141 по трубопроводу 142 засасывается (подается) в полость 143 турбины, сообщенную с приемной полостью реактивного колеса 144. В рабочих канвдах этого колеса рабочая жидкость сжимается за счет центробежных сил и истекает через реактивные насадки (сопла) 145, в которых создается реактивная сила на первой ступени колеса. После выхода из насадок (сопел) 145, рабочая жидкость за счет центробежных сил сжимается в камерахловушках 146 и перемещается в реактивные насадки (сопла) 147 второй ступени реактивной турбины, после чего истекает из них, создавая при этом реактивную силу на второй ступени колеса. На третьей ступени рабочий процесс повторяется.The power plant shown in FIG. 17, 18, works as follows. The motor 138 through the clutch 139 spins and displays a three-stage jet turbine 140 to a predetermined mode of operation. After the turbine 140 is brought to the operating mode, the working fluid from the tank 141 via the pipeline 142 is sucked (supplied) into the cavity 143 of the turbine, communicated with the receiving cavity of the jet wheel 144. working canvases of this wheel, the working fluid is compressed due to centrifugal forces and expires through jet nozzles (nozzles) 145, in which reactive force is created at the first stage of the wheel. After exiting the nozzles (nozzles) 145, the working fluid due to centrifugal forces is compressed in the chamber traps 146 and moves to the reactive nozzles (nozzles) 147 of the second stage of the jet turbine, after which it expires, creating a reactive force on the second stage of the wheel. At the third stage, the workflow is repeated.
Предлагаемое изобретение может стать основой как для совершенствования существующих энергоустановок, двигателей и движителей, так и для вновь создаваемых. Внедрение указанных устройств позволит восстановить экологическое равновесие в окружающей среде, значительно сократить потребление топливноэнергетических ресурсов и в будущем перейти на нетрадиционные источники энергии, что, в свою очередь, явится основой для разрешения экологических, энергетических и социальноэкономических проблем.The proposed invention can be the basis for the improvement of existing power plants, engines and propulsion, and for the newly created. The introduction of these devices will restore the ecological balance in the environment, significantly reduce the consumption of fuel and energy resources and in the future switch to unconventional energy sources, which, in turn, will be the basis for solving environmental, energy and socio-economic problems.
Источники информации.Information sources.
В.Махалдиани и другие. Двигатели внутреннего сгорания с автоматическим регулированием степени сжатия, Тбилиси, издательство Мецниереба, 1973, с. 5, 6, 50, 51, 67, 68.V.Mahaldiani and others. Internal combustion engines with automatic control of compression ratio, Tbilisi, Metsniereba publishing house, 1973, p. 5, 6, 50, 51, 67, 68.
М.Прохоров и другие. Физический энциклопедический словарь, М., Научное издательство Физическая Российская энциклопедия, 1995, с. 252-254, 270-271, 544-545, 629631.M.Prokhorov and others. Physical Encyclopedic Dictionary, M., Scientific publishing house Physical Russian Encyclopedia, 1995, p. 252-254, 270-271, 544-545, 629631.
А.Веденский и другие. Физический энциклопедический словарь, М., ГНИ Советская энциклопедия, 1962, с. 309-310.A. Vedensky and others. Physical Encyclopedic Dictionary, M., STI Soviet Encyclopedia, 1962, p. 309-310.
М.Прохоров и другие. Физическая энциклопедия, М., ГНИ Советская энциклопедия, 1990, с. 263-264.M.Prokhorov and others. Physical Encyclopedia, M., STI Soviet Encyclopedia, 1990, p. 263-264.
А.Язкин и другие. Журнал Энергетическое строительство, М., Энергоатомиздат, 1990, № 2, с. 67-68.A.Yazkin and others. Journal of Energy Construction, M., Energoatomizdat, 1990, No. 2, p. 67-68.
Патент США № 3991574. Публикация 1976 г. 16 ноября, том 952, № 3.US Patent No. 3991574. Publication 1976. November 16, Vol. 952, No. 3.
Claims (18)
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95117519/06A RU95117519A (en) | 1995-10-16 | METHOD FOR ENERGY CONVERSION AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION | |
RU95117558/06A RU95117558A (en) | 1995-10-16 | METHOD FOR ENERGY CONVERSION AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION | |
PCT/RU1996/000262 WO1997014873A1 (en) | 1995-10-16 | 1996-09-17 | Method of converting energy and a device for applying the said method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EA199800059A1 EA199800059A1 (en) | 1998-10-29 |
EA000327B1 true EA000327B1 (en) | 1999-04-29 |
Family
ID=26653840
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EA199800059A EA000327B1 (en) | 1995-10-16 | 1996-09-17 | Method of converting energy and a device for applying the said method |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
AU (1) | AU7232296A (en) |
EA (1) | EA000327B1 (en) |
WO (1) | WO1997014873A1 (en) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2000031382A1 (en) * | 1998-11-25 | 2000-06-02 | Valentin Semenovich Gorelykh | Energy conversion method and device for realising the same |
EP3198913A4 (en) | 2014-09-24 | 2018-05-23 | Princeton Identity, Inc. | Control of wireless communication device capability in a mobile device with a biometric key |
CA2969331A1 (en) | 2014-12-03 | 2016-06-09 | Princeton Identity, Inc. | System and method for mobile device biometric add-on |
WO2017123702A1 (en) | 2016-01-12 | 2017-07-20 | Princeton Identity, Inc. | Systems and methods biometric analysis |
US10373008B2 (en) | 2016-03-31 | 2019-08-06 | Princeton Identity, Inc. | Systems and methods of biometric analysis with adaptive trigger |
WO2017173228A1 (en) | 2016-03-31 | 2017-10-05 | Princeton Identity, Inc. | Biometric enrollment systems and methods |
US10607096B2 (en) | 2017-04-04 | 2020-03-31 | Princeton Identity, Inc. | Z-dimension user feedback biometric system |
US10902104B2 (en) | 2017-07-26 | 2021-01-26 | Princeton Identity, Inc. | Biometric security systems and methods |
CN109681283A (en) * | 2019-02-18 | 2019-04-26 | 李方耀 | A kind of low temperature thermal gradient energy heat energy utilization device and method |
Family Cites Families (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU11261A1 (en) * | 1927-10-04 | 1929-09-30 | С.П. Сорокин | Engine internal combustion compound with cooling |
SU61582A1 (en) * | 1939-11-03 | 1941-11-30 | И.Ф. Дитякин | Rocket engine for stratospheric aircraft |
SU62307A1 (en) * | 1940-10-25 | 1942-11-30 | Б.Д. Залога | Device for controlling the flow of steam into the cylinders of internal combustion engines |
SU112432A1 (en) * | 1955-12-07 | 1957-11-30 | Бюро нефтяного приборостроения Конструкторское | Device for recording mud parameters |
FR2272267A1 (en) * | 1974-05-21 | 1975-12-19 | Rayne Andre | Controlled cam method of increasing power output of engines - uses secondary piston to increase torque at instant of explosion |
SU527087A1 (en) * | 1974-06-03 | 1977-01-25 | Московский Ордена Ленина Авиационный Институт Им.Серго Орджоникидзе | Gas turbine installation |
JPS5125251A (en) * | 1974-08-27 | 1976-03-01 | Mitsubishi Electric Corp | Erebeeta no seigyosochi |
US3991574A (en) * | 1975-02-03 | 1976-11-16 | Frazier Larry Vane W | Fluid pressure power plant with double-acting piston |
DE2913350A1 (en) * | 1979-04-03 | 1980-10-16 | Messerschmitt Boelkow Blohm | JET ENGINE FOR STEERING AIRCRAFT |
SU985397A1 (en) * | 1981-08-17 | 1982-12-30 | Предприятие П/Я Х-5827 | Turbine engine |
FR2540181B1 (en) * | 1983-01-31 | 1987-03-27 | Guibard Louis | TWO-STROKE VALVE ENGINE WITH OPPOSITE PISTON SUPPLY IN THE SAME CYLINDER |
SU1564372A1 (en) * | 1983-03-22 | 1990-05-15 | Л.Н.Бритвин | Device for conversion of vapour energy to mechanical work and steam power unit for effecting same |
SU1408089A1 (en) * | 1986-06-10 | 1988-07-07 | Киевский Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции | Turbine plant |
SU1749511A1 (en) * | 1990-08-13 | 1992-07-23 | В.Е.Бел ев, А.С.Косой, Е.В.Коротич. А.В.Равич и М.В.Синкевич | Power plant |
-
1996
- 1996-09-17 WO PCT/RU1996/000262 patent/WO1997014873A1/en active Application Filing
- 1996-09-17 EA EA199800059A patent/EA000327B1/en not_active IP Right Cessation
- 1996-09-17 AU AU72322/96A patent/AU7232296A/en not_active Abandoned
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO1997014873A1 (en) | 1997-04-24 |
EA199800059A1 (en) | 1998-10-29 |
AU7232296A (en) | 1997-05-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7191738B2 (en) | Liquid piston internal combustion power system | |
US4209982A (en) | Low temperature fluid energy conversion system | |
US3815555A (en) | Hydraulic heat engine | |
US4100743A (en) | Gravity engine | |
CZ287963B6 (en) | Heat engine for conversion of thermal energy and mechanical power | |
EA000327B1 (en) | Method of converting energy and a device for applying the said method | |
EP0236344A1 (en) | Shaft power generator | |
CN107237657B (en) | It is a kind of can peak regulation energy storage gas-steam combined power device and its control method | |
US2866509A (en) | Apparatus for treating oil bearing formations | |
US5127369A (en) | Engine employing rotating liquid as a piston | |
US5682738A (en) | Heat engines and waste destruction mechanism | |
CN114575951B (en) | Organic Rankine two-stage flash evaporation circulating system with gas-liquid injector | |
DE102009057095A1 (en) | Waste heat supplied heat utilization device | |
Kelly | A Practical Guide to ‘Free-Energy’Devices | |
CN103375373A (en) | Soft power source, soft power transmission device, soft power machine and soft driver | |
WO2000031400A3 (en) | Miniaturized waste heat engine | |
US4259841A (en) | Steam engine | |
KR20160101008A (en) | Thermal power plant with heat recovery, and energy conversion method using such a thermal power plant | |
CN101600855B (en) | Method for production of mixed vapour | |
US3143850A (en) | Supercharged integral compression engine | |
MXPA01001835A (en) | A system for compressing and ejecting of piston engines. | |
US8266884B1 (en) | Asynchronous combustion system | |
EA038808B1 (en) | Heat machine configured for realizing heat cycles and method for realizing heat cycles by means of such heat machine | |
JP6152993B2 (en) | Rotary engine and method | |
RU2076929C1 (en) | Peak power generation process and combined-cycle plant for its implementation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ KG TJ TM |
|
MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): BY KZ MD |
|
MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): RU |