RU98100435A

RU98100435A - Способ и устройство для выработки энергии

Info

Publication number: RU98100435A
Application number: RU98100435/06A
Authority: RU
Inventors: Шоун П. Лоулор
Original assignee: Шоун П. Лоулор
Priority date: 1995-06-07
Filing date: 1996-06-07
Publication date: 1999-10-27

Claims

1. Устройство для выработки энергии, отличающееся тем, что оно включает в себя первую камеру подаваемого воздуха, предназначенную для подачи воздуха на вход устройства для его использования при сжигании топлива; ротор с осью вращения, вытянутый наружу от оси вращения к внешнему его концу; стационарную периферическую стенку, расположенную радиально снаружи оси вращения ротора и радиально снаружи от внешнего конца ротора; один или несколько модулей прямоточного воздушно-реактивного двигателя (ПВРД), которые включают в себя бескорпусной участок сжатия и взаимодействующий с ним участок периферической стенки, причем при работе ПВРД осуществляется окисление топлива, в результате чего вырабатывается тяговое усилие и осуществляется привод во вращение вала, идущего вдоль указанной оси вращения; канал сброса воздуха, имеющий сообщение с камерой подаваемого воздуха и с местом выпуска отработанного воздуха, ограниченный проходным участком указанной периферической стенки и приспособленный для его герметизации при помощи запорного клапана, который имеет возможность перемещения между закрытым положением, в котором впускаемый воздух не может проходить через указанный канал сброса, и открытым положением, при котором по меньшей мере часть воздуха, входящего в ПВРД, может быть выпущена через указанный канал сброса; и выходной канал выхлопа, смежный с периферической стенкой и на своем входе, по меньшей мере частично, образованный в ней, обеспечивающий сообщение по потоку между указанной первой камерой подаваемого воздуха и по меньшей мере одной периферической камерой сбора выхлопных газов, расположенной радиально снаружи относительно оси вращения ротора.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что впуск периферической камеры сбора выхлопных газов дополнительно содержит разделитель, который осуществляет разделение рабочих газов, вытекающих из ПВРД, от проходного воздушного потока, так что рабочие газы не охлаждаются за счет перемешивания с проходным воздушным потоком.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно имеет по меньшей мере один бескорпусной участок на указанном конце тягового модуля, закрепленный на роторе, причем по меньшей мере один участок периферической стенки взаимодействует с внешними вылетами указанного бескорпусного тягового модуля, так что в ходе вращения относительно оси вращения внешние вылеты тягового модуля вращаются в непосредственной близости от указанного участка периферической стенки в состоянии плотной посадки, в результате чего создается тяговый модуль ПВРД из взаимодействующего бескорпусного тягового модуля и периферической стенки.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что указанный взаимодействующий участок периферической стенки имеет один или несколько выпускных каналов для обеспечения сообщения между первой камерой подаваемого воздуха и внешним местоположением снятия давления, которые идут радиально наружу от указанного конца тягового модуля при вращении ротора относительно оси вращения и приспособлены для выпуска через них по меньшей мере части потока, подаваемого от первой камеры подаваемого воздуха, когда такой поток по меньшей мере частично сжимается в указанном модуле ПВРД.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что модуль ПВРД дополнительно имеет частично бескорпусной впуск, причем в модуле ПВРД использован по меньшей мере один участок периферической боковой стенки для сжатия на впуске рабочих газов.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что модуль ПВРД дополнительно имеет частично бескорпусное выпускное сопло, причем в модуле ПВРД использован по меньшей мере один участок периферической боковой стенки для расширения выходящих рабочих газов.

7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что модуль ПВРД работает на скорости по меньшей мере равной 3,0 М.

8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что модуль ПВРД работает на скорости 3,0 - 4,5 М.

9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что модуль ПВРД работает на скорости около 3,5 М.

10. Устройство для выработки энергии, отличающееся тем, что оно включает в себя первый корпус; выходные средства, которые включают в себя по меньшей мере один участок вала, закрепленный с возможностью вращения относительно оси вращения первого корпуса; ротор, закрепленный на выходных средствах, таким образом, что может вращаться совместно с ними; выхлопной канал, смежный со стационарной периферической стенкой и на своем входе, по меньшей мере частично, образованный в ней, обеспечивающий сообщение по потоку между указанной первой камерой подаваемого воздуха и по меньшей мере одной периферической камерой сбора выхлопных газов, расположенной радиально снаружи относительно указанной оси вращения ротора; блок ПВРД, образованный в виде единого целого между бескорпусным тяговым модулем и периферической стенкой, работающий на скорости по меньшей мере равной 1М, причем блок ПВРД имеет, по меньшей мере частично, бескорпусную конструкцию такого типа, в которой периферическая стенка расположена в непосредственной близости от блока ПВРД при его прохождении вблизи от заданного местоположения на стационарной периферической стенке, в результате чего блок ПВРД использует, по меньшей мере частично, один участок периферической стенки для участия в сжатии потока воздуха, направляемого в блок ПВРД; причем указанное устройство приспособлено для осуществления окисления топлива в указанном блоке ПВРД, для получения рабочих газов, создающих тяговое усилие в указанном блоке ПВРД, чтобы вращать блок ПВРД, ротор и выходные средства, в результате чего вырабатывается энергия на выходе устройства.

11. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что блок ПВРД работает на скорости по меньшей мере 3,0 М.

12. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что блок ПВРД работает на скорости 3,0 - 4,5 М.

13. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что указанный блок ПВРД работает на скорости около 3,5 М.

14. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что указанный блок ПВРД дополнительно содержит камеру сгорания из карбида кремния.

15. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что указанная камера сгорания включает в себя монолитный участок из карбида кремния.

16. Устройство по п. 15, отличающееся тем, что сменная вставка камеры сгорания включает в себя литую моноструктуру карбида кремния.

17. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что указанный запорный клапан представляет собой кольцевой запорный клапан, который расположен вдоль по меньшей мере одного участка окружности второго корпуса, в положении радиально снаружи и в непосредственной близости от модуля ПВРД в ходе его вращения, причем указанный запорный клапан выполнен с возможностью для перемещения из открытого положения, в котором часть воздушного потока выше по течению относительно указанного блока ПВРД может вытекать через указанный запорный клапан, а не сжиматься в блоке ПВРД в ходе его вращения в непосредственной близости от него, в закрытое положение, при котором отсутствует истечение воздушного потока через указанный клапан.

18. Способ выработки энергии, отличающийся тем, что он включает в себя (а) использование одного или несколько тяговых модулей, закрепленных с возможностью вращения между первым внутренним корпусом и вторым стационарным наружным корпусом; (b) подачу окисляемого топлива к одному или нескольким тяговым модулям; (с) окисление топлива в одном или нескольких тяговых модулях для выработки рабочих газов, вытекающих из тяговых модулей, и для выработки тягового усилия за счет реакции вытекающих рабочих газов с одним или несколькими тяговыми модулями и по меньшей мере с одним участком второго внешнего корпуса; (d) приведение в движение одного или нескольких тяговых модулей на скорости свыше 1,0 М в потоке подаваемого воздуха за счет указанного тягового усилия, причем тяговый модуль имеет, по меньшей мере частично, бескорпусную конструкцию такого типа, в которой тяговый модуль использует, по меньшей мере частично, один участок второго корпуса для участия в сжатии части подаваемого потока воздуха, когда тяговый модуль проходит вблизи указанного корпуса; (е) приведение во вращение выходного вала, оперативно соединенного с одним или несколькими тяговыми модулями, в результате чего на выходном валу вырабатывается энергия.

19. Способ по п. 18, отличающийся тем, что скорость одного или нескольких тяговых модулей составляет по меньшей мере 3,0 М.

20. Способ по п. 19, отличающийся тем, что скорость одного или нескольких тяговых модулей составляет 3,0 - 4,5 М.

21. Способ по п. 20, отличающийся тем, что операционная скорость одного или нескольких тяговых модулей составляет ориентировочно 3,5 М.

22. Способ по п. 18, отличающийся тем, что указанное топливо выбрано из группы, которая содержит газообразные углеводородные виды топлива.

23. Способ по п. 22, отличающийся тем, что указанное топливо главным образом представляет собой природный газ.

24. Способ по п. 18, отличающийся тем, что операция подачи топлива включает в себя операцию впрыска топлива в воздушный поток между первым и вторым корпусами, в точке, расположенной выше по течению потока относительно тяговых модулей.

25. Способ по п. 18, отличающийся тем, что он дополнительно включает в себя операцию выработки электроэнергии.

26. Способ по п. 25, отличающийся тем, что операция выработки электроэнергии предусматривает оперативное подключение электрического генератора к указанному выходному валу.

27. Способ по п. 18, отличающийся тем, что он дополнительно включает в себя операцию восстановления тепловой энергии из указанных рабочих газов.

28. Способ по п. 27, отличающийся тем, что операция восстановления тепловой энергии предусматривает перенос тепловой энергии из указанных рабочих газов во вторичную рабочую жидкость.

29. Способ по п. 28, отличающийся тем, что вторичной рабочей жидкостью является вода, причем при нагревании воды получают пар.

30. Способ по п. 28, отличающийся тем, что операция восстановления тепловой энергии предусматривает косвенный нагрев воды рабочими газами в секции восстановления теплоты.

31. Способ по п. 26, отличающийся тем, что он дополнительно включает в себя операцию направления пара к паровой турбине для выработки энергии за счет вращения указанной паровой турбины указанным паром, с получением работы на валу от указанной паровой турбины.

32. Способ по п. 31, отличающийся тем, что он дополнительно включает в себя операцию выработки электроэнергии за счет работы на валу указанной паровой турбины.

33. Способ по п. 18, отличающийся тем, что он дополнительно включает в себя операцию управления сопротивлением пограничного слоя, когда ротор вращается при сверхзвуковой скорости.

34. Способ по п. 33, отличающийся тем, что операция управления сопротивлением пограничного слоя дополнительно включает в себя операцию инжекции воздуха по касательной к поверхности вращения указанного ротора.

35. Способ по п. 33, отличающийся тем, что он дополнительно включает в себя операцию создания такого расхода подаваемого воздушного потока, который достаточен для охлаждения сегментированных колпачков ротора.

36. Способ по п. 18, отличающийся тем, что операция создания определенного расхода подаваемого воздушного потока дополнительно включает в себя операцию подачи наружного воздуха в камеру подаваемого воздуха, образованную между внутренним корпусом и внешним корпусом, для осуществления ввода в эту камеру при помощи одного или нескольких модулей ПВРД свежего воздуха, свободного от турбулентности, при проходе следующих одного или нескольких модулей ПВРД через заданное ротационное местоположение.

37. Устройство для выработки энергии, отличающееся тем, что оно включает в себя первый корпус; выходной вал, закрепленный с возможностью вращения относительно центральной оси первого корпуса; блок ротора, который дополнительно включает в себя сплошной внутренний участок, закрепленный на указанном выходном валу, участок бескорпусного тягового модуля, стационарный второй корпус и по меньшей мере один модуль ПВРД, выполненный, по меньшей мере частично, бескорпусным, причем наклонные плоскости полного сжатия локализованы на внутренней позиции, а для образования у внешней позиции наклонной плоскости частичного сжатия требуется, чтобы второй корпус действовал как удерживающая поверхность для поступающего воздуха, сжимаемого на впуске модуля ПВРД.

38. Устройство по п. 37, отличающееся тем, что ПВРД работает на скорости, по меньшей мере равной 3,0 М.

39. Устройство по п. 38, отличающееся тем, что ПВРД работает на скорости 3,0 - 4,5 М.

40. Устройство по п. 38, отличающееся тем, что ПВРД работает на скорости ориентировочно 3,5 М.

41. Устройство по п. 37, отличающееся тем, что средство крепления с возможностью вращения выходных средств к модулю ПВРД содержит ротор, который представляет собой конструкцию из композитного материала сверхвысокой прочности.

42. Устройство по п. 37, отличающееся тем, что средство крепления с возможностью вращения выходных средств дополнительно включает в себя композитные материалы из углеродного волокна.

43. Способ по п. 37, отличающийся тем, что рабочие газы содержат менее десяти частей на миллион оксидов азота.

44. Способ по п. 37, отличающийся тем, что рабочие газы содержат менее пяти частей на миллион оксидов азота.

45. Способ по п. 37, отличающийся тем, что окисление топлива происходит за 0,24 мкс или менее.