Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_11562
.pdf
На фиг. 3 представлена схематическая схема общего устройства установки для осуществления процесса
согласно изобретению с повышенной передачей энергии, причем указанная схема включает вертикальное
продольное сечение через камеру взрыва и камеру сжатия, а также через специальный теплообменник.
На рис. 4 представлена схематическая иллюстрация конструкции, несколько отличающейся от рис. 3, в
которой дополнительный теплообменник расположен за камерой сжатия.
На рис. 5 представлена схематическая иллюстрация общего устройства конструкции, в которой для
дальнейшего нагрева сжатой среды предусмотрены печи Каупера, а оставшаяся часть энергии сжимаемой
среды, выходящей из камеры взрыва или камеры сжатия, передается в газовую турбину.
На рисунках 6 и 7, наконец, в вертикальном продольном и поперечном разрезах (линии VII-VII на рисунке 6)
показана особая конструкция камеры сжатия, которая служит для увеличения теплопередачи.
На фиг. 1, 1 обозначает корпус турбинного двигателя внутреннего сгорания с взрывным приводом, имеющего
камеру сгорания 2 и турбинные колеса 13 и 18; камера сжатия обозначена 3, накопитель сжатого воздуха 4,
воздушный компрессор 5 и паровая турбина для привода воздушного компрессора 6. Два турбинных колеса
13 и 18 соединены вместе с электрогенератором 26 для получения вырабатываемой энергии.
Способ эксплуатации установки, обладающей указанными частями в качестве существенных характеристик,
заключается в следующем:
В камеру взрыва 2 сначала подается закачивающий воздух из приемника 4 через зарядный клапан 7 по трубе
27, а горючее вещество вводится через инжекционный клапан 8. В результате в камере взрыва по окончании
процесса зарядки образуется воспламеняющаяся смесь, которая воспламеняется с помощью искровых
свечей 9. После окончания взрыва открывается струйный клапан 10 камеры взрыва, который выпускает
сильно нагретые газы высокого давления, образующиеся в результате сгорания, в сопло 11; Через сопло 11
лопатки 12 ротора турбины 13 первой ступени турбины подвергаются давлению газов. Газы сгорания, лишь
частично расширившиеся в лопатках 12 ротора турбины, затем поступают в длинную и протяженную камеру
сжатия 3 и, благодаря коническому переходу к длинным и протяженным стенкам, испытывают устойчивое
расширение по всему поперечному сечению камеры, так что, подобно поршню, они сжимают воздух в камере,
который уже был несколько предварительно сжат. В момент, когда дополнительное сжатие воздуха в камере
сжатия 3, достигнутое таким образом, окончательного сжатия, клапан 14 открывается, так что сжатый воздух
подается вперед в накопительный резервуар 4 под действием следующих за ним газов сгорания под
давлением. Во время этого действия клапан 15 остается закрытым. Как только воздух будет вытеснен газами
сгорания, 524 Камера давления. Орбиты двух диаграмм представляют давление, а абсциссы, которые
одинаковы для обеих диаграмм, соответствуют времени.
В точке I верхней диаграммы взрыв 70 в камере взрыва 2 завершился, и было достигнуто максимальное
давление. В этот момент открывается струйный клапан. Сначала происходит некоторое падение давления Ap,
вызванное 75 заполнением пространства между клапаном 10 и клапаном 11.
В точке II начинается поступление газов сгорания в камеру сгорания 3, так что давление в ней повышается от
точки 11 на нижнем графике, в то время как давление в камере взрыва 2 падает в соответствии с верхним
графиком на рис. 2. В точке III' нижнего графика достигается желаемое конечное сжатие в камере сгорания,
так что клапан 14 открывается, позволяя сжатому воздуху поступать в накопительный резервуар 4. Линия II
1-IV' 90 нижнего графика соответствует перекачке сжатого воздуха в резервуар 4. В точке IVM воздушный
клапан 14 закрывается, и открывается струйный клапан 15. Вследствие открытия клапана 15 сначала
происходит резкое падение давления Ap' от точки M 1 до точки V', поскольку пространство между соплом
клапана 15 и соплом 16 должно быть заполнено. Начиная с точки V', происходит расширение из камеры
сгорания 3. Начинается процесс, который происходит через сопло 16 одновременно с постепенным
расширением из камеры взрыва 2 в соответствии с верхней диаграммой 105. В момент VIP давление в камере
сжатия 3 падает до давления продувочного воздуха роторного компрессора 5 в трубопроводе. Клапан
продувочного воздуха 25 теперь открыт, и выпускной клапан 21 камеры взрыва 2, одновременно закрываясь,
закрывается его сопло 10. Вследствие открытия клапана 21 снова происходит падение давления Ap'115 во
камере взрыва 2, поскольку пространство между клапаном 21 и соплом 23 должно быть заполнено. После
завершения падения давления клапан продувочного воздуха 24 открывается в момент VII. Затем следует
продувка камеры сжатия 3 с помощью продувочного воздуха, который поступает через клапан продувочного
воздуха 25 и выводит газы через клапан 125 15. и сопло 16; одновременно происходит продувка камеры
взрыва 2 с помощью продувочного воздуха; поступающий через клапан продувочного воздуха 24 и
выталкивающий продукты сгорания из камеры сжатия 3, а затем полностью выводимый через открытый
клапан 14 в накопительный резервуар 4, клапан 14 закрывается, а клапан 15 открывается. Газы сгорания,
заполняющие камеру сжатия и подвергающиеся по меньшей мере конечному давлению сжатия воздуха в
накопительном резервуаре 4, теперь поступают к соплу 16 и затем ударяются о лопатку 17 ротора турбины 18.
Одновременно с этим газы сгорания расширяются из камеры взрыва 2 через более широко открытый
сопловой клапан 10 посредством сопла 11 и лопатки 12; при этом они смешиваются с газами сгорания,
расширяющимися в камере сжатия 3, и текут вместе с указанными газами через сопло 16 к лопатке 17, чтобы
покинуть турбину внутреннего сгорания через выходной патрубок 19. Как только давление газов сгорания, все
еще находящихся в камере сжатия 3, снизится примерно до давления продувочного воздуха компрессора 5 в
патрубке 20, сопловой клапан 10 камеры взрыва 2 закрывается, а клапан 21 одновременно открывается.
Газы сгорания из камеры взрыва теперь поступают по соединительной трубе 22 к соплу 23, чтобы также
воздействовать на лопатку 17 ротора турбины 18. Давление газов сгорания на них также снижается в камере
взрыва 2 до давления продувочного воздуха роторного компрессора 5 в трубе 20. Теперь открываются
клапаны 24 и 25. Продувочный воздух, поступающий под давлением продувочного воздуха из трубы 20 в
камеру взрыва 2 и в камеру сжатия 3, теперь выталкивает перед собой остатки газов сгорания в этих камерах
и проталкивает их через соседние сопла 23 или 16 к лопатке 17 ротора турбины 18. После прекращения
продувки, то есть после того, как все газы сгорания будут удалены из камер, клапаны 21 и 15, а также клапаны
продувочного воздуха закрываются. 24 и 25. Как камера взрыва 2, так и камера сжатия 3 заполнены чистым
предварительно сжатым воздухом, так что в камере взрыва путем введения воздуха и горючего вещества
может образоваться воспламеняющаяся смесь, необходимая для следующего взрыва. Следовательно,
описанные выше события повторяются, как и предполагалось.
На рис. 2 схематически показаны изменения во времени давления в камере взрыва и в продуктах сгорания
через клапан 21 и сопло 23. Продувка камеры взрыва завершается примерно в точке VIII, а продувка камеры
сжатия — примерно в точке VI. Следовательно, в моменты VIII и VIII' соответственно клапаны 21, 24 и 15, 25
закрываются. Одновременно открываются клапаны 7 камеры взрыва, которые заполняют камеры,
одновременно впрыскивая горючие вещества через инжекционные клапаны 8. В момент IX в камере взрыва J
5 присутствует воспламеняющаяся смесь, так что воспламенение может произойти с помощью искровых
свечей 9. Происходит взрыв, так что в момент 1 достигается максимальное давление газов сгорания. С этого
момента операции повторяются в соответствии с планом и предписанным образом.
На фиг. 3 обозначена камера взрыва 28, камера сжатия 29, компрессор для последующей заправки воздухом
30, для продувки воздухом 31, и паровая турбина для привода компрессора 32. Охлаждение деталей,
нагреваемых газами сгорания, осуществляется с помощью воды под давлением, циркулирующей с помощью
насоса 33.
Этот насос забирает воду из парового котла 34 и проталкивает ее через трубу 35, змеевик предварительного
нагрева 36, трубу 37, корпус клапана 38, охлаждающее пространство 39 камеры сжатия 29, пространство
клапана 40 между камерой взрыва 28 и камерой сжатия 29, охлаждающее пространство 41 камеры взрыва 28
и, наконец, через трубу 42 и дроссельный элемент 43 обратно в котел 34. В этой циркуляции вода,
перекачиваемая под давлением, нагревается и передает часть своей массы в виде пара в котел 34,
освобождаясь от давления, возникающего в дроссельном элементе 43. Вода, испарившаяся в котле 34, снова
поступает в трубу 35 с помощью насоса 44 из накопительного бака 45 через трубу 46. Пар, выделяющийся в
котле 34, поступает через трубу 47. Нагревательные змеевики 48 вводятся в трубу 49 и подают пар в паровую
турбину 32, которая приводит в движение компрессоры 30 и 31. После выполнения работы пар осаждается в
конденсаторе 50, а сконденсированная вода стекает в резервуар 45. Процедура работы установки,
материальные части которой обладают указанными выше характеристиками, следующая: камера взрыва 28
сначала заполняется через заправочный клапан 51 воздухом из компрессора 30, тогда как подача
воспламеняемой смеси осуществляется через топливные клапаны 52. В результате в камере взрыва в конце
операции заправки образуется воспламеняемая смесь, которая воспламеняется искровыми свечами 53.
После завершения взрыва клапан 54 камеры взрыва открывается и выпускает сильно нагретые газы высокого
давления, образующиеся в результате сгорания, в вихревую камеру 51. Газы сгорания, частично сброшенные
под давлением в камере сгорания 53 и нагревшиеся до значительно более высокой температуры, при этом их
собственная энергия сжатия была уничтожена, затем поступают через входной патрубок 56, выполненный по
типу сопла Вентури, в удлиненную камеру сжатия 99 и испытывают непрерывное расширение по всему
поперечному сечению камеры, так что они сжимают воздух, находящийся в камере и уже частично
предварительно сжатый и нагретый, подобно поршню. В момент, когда дополнительное сжатие воздуха в
камере сжатия 29 достигает заданной конечной степени сжатия, клапан 57 открывается, так что сжатый
воздух под действием газов сгорания, давящих сзади, выталкивается к месту сгорания, которое не показано
на рисунке. В процессе сжатия и вытеснения стенки камеры сжатия, которые Покрытые термостойкой
облицовкой 58, они воздействуют на горячие газы сгорания и нагреваются ими, так что во время следующего
рабочего цикла они эффективно нагревают подаваемый и сжимаемый воздух за счет излучения и контакта
110. В то же время, вследствие значительного повышения температуры газов сгорания за счет вихревого
движения, происходит эффективная передача тепла от этих газов сгорания к воздуху с помощью излучения и
контакта с поршнеобразным разделительным слоем между двумя средами. Таким образом, воздух может
быть нагрет до температуры, подобной той, которая достигается, например, в хорошо известных устройствах
Кауперса для доменных печей.
В ходе описанной выше процедуры клапан 59 оставался закрытым. Как только воздух был вытеснен 125
газами сгорания из камеры сжатия 29 и полностью вытолкнут через открытый клапан 57 в сторону места
потребления, клапан 57 закрывается, а клапан 59 130 B 407 624 407 524 ' 9 открывается. Газы сгорания,
заполняющие камеру сжатия и подвергающиеся по меньшей мере давлению сжатия воздуха, подаваемого в
место потребления, теперь текут по трубе к теплообменнику 61, откуда выходят через выхлопную трубу 62.
Как только давление газов сгорания, все еще содержащихся в камере сжатия 29 ', в трубе 60 снизится
примерно до давления продувочного воздуха компрессора 31, клапан 54 камеры взрыва 28 закрывается, а
клапан 64 одновременно открывается. Газы сгорания теперь выходят из камеры взрыва через
соединительную трубу. Аналогично, 65 поступает в теплообменник 61, который одновременно выходит через
выхлопную трубу 62. После этого давление газов сгорания также снижается в камере взрыва 28 до давления
продувочного воздуха роторного компрессора 31 в трубе 66. Теперь открываются клапаны 67 и 68.
Продувочный воздух, поступающий в камеру взрыва 28 под давлением продувочного воздуха из трубы 66, и
продувочный воздух, поступающий в камеру сжатия 29 через трубу 63, теплообменник 61 и труба 69 теперь
выталкивают остатки газов сгорания из этих камер перед собой и проталкивают их в теплообменник через
трубы 65 и 60 через примыкающие клапаны 64 и 69. После завершения процесса продувки, то есть после того,
как все газы сгорания будут удалены из камер, клапаны 64 и 69 открываются. Клапаны 59 закрыты, как и
клапаны продувки воздуха 67 и 68. Как взрывная камера 28, так и камера сжатия 29 заполнены чистым
предварительно сжатым воздухом, так что воспламеняющаяся смесь, необходимая для следующего взрыва,
может быть сформирована во взрывной камере путем подачи сильно сжатого воздуха из компрессора 30 и
путем подачи горючего вещества.
Периодическая подача горючего к клапанам впрыска горючего 52 осуществляется через штуцеры 70 от
насоса горючего 71, который приводится в движение двигателем 73 вместе с маслораспределителем 72,
управляющим механизмом клапанов. Управление клапанами осуществляется известным способом с
помощью масла под давлением, которое образуется в масляном насосе 74, поступает по трубе 75 к
маслораспределителю 72 и распределяется отсюда к различным штуцерам подачи масла под давлением
76-82, которые приводят к соответствующим исполнительным поршням 8-3-89 клапанов 51, 54, 64, 59, 68, 57 и
67. Давление масла воздействует на эти исполнительные поршни известным способом в противовес
давлению пружины.
Конструкция, изображенная на рис. 4, соответствует, за исключением еще не описанных различий, схеме 7j,
показанной на рис. 3; соответственно, те же порядковые номера на этом рисунке обозначают те же детали,
что и на рис. 3. Тем не менее, циркуляция охлаждающей среды имеет 75-е отличие по сравнению с
циркуляцией охлаждающей среды, показанной на рис. 3, в том, что охлаждающая среда, предварительно
нагретая в трубчатом змеевике 36, не поступает непосредственно в охлаждающие пространства 38-39 камеры
сжатия 29, а сначала поступает в охлаждающие пространства 41.
взрывная камера 28; сначала охлаждающая среда, нагретая в охлаждающих пространствах 41 взрывной
камеры, поступает в охлаждающие пространства 38, 39 и 40 камеры сжатия 29 и, нагревшись, выходит из
последней через трубу 42.
Через последний поток поступает обычным способом к редукционному клапану 9 или 43.
Кроме того, в камере взрыва 28 используется не горючий жидкий газ, как в конструктивном примере,
показанном на рис. 3, а горючий газообразный газ. В этом случае горючий газ сжимается в газовом
компрессоре 71, который заменяет собой насос для горючего газа 71, показанный на рис. 3, после чего
сжатый газ подается в камеру взрыва 28 через трубопроводы 70 и специальные порты 52a в элементах 51,
подающих воздух для нагнетания, которые заменяют собой инжекционную форсунку 52, показанную на рис. 3.
Главное отличие, однако, заключается прежде всего в расположении дополнительного теплообменника 61. В
то время как в конструктивном примере, показанном на рис. 3, полностью сжатый воздух отводится через
открытый клапан 57 без дальнейшего нагрева, в примере, показанном на рис. 4. Полностью сжатый воздух 15
подается в теплообменник 61 по трубе 90 после открытия соединительного клапана 57, который
теплообменник выходит по трубе 91 после нагрева. В связи с тем, что в случае конструктивного решения,
показанного на рис. 3, сжимаемый воздух нагревается еще до операции сжатия, он достигает таких высоких
температур по сравнению с конструктивным решением, показанным на рис. 4, в случае сжатия в камере
сжатия 29 под действием прямого контакта со сжимаемой средой и с нагретыми стенками камеры сжатия, что
его нельзя подать в теплообменник 61, сконструированный обычным способом, без опасности его
преждевременного разрушения. Соответственно, конструктивное решение, показанное на рис. 4, благодаря
своей упрощенной конструкции лучше подходит для более низких температур воздуха, тогда как
конструктивное решение, показанное на рис. 3, предназначено для более низких температур воздуха.
Предпочтительнее использовать такой метод, когда воздух необходимо нагреть до более высоких
температур.
В тех случаях, когда, наоборот, желательно объединить простоту конструкции согласно рис. 15 (рис. 4) с
достижением высоких температур воздуха, как в конструкции согласно рис. 3, подходит конструкция согласно
рис. 5.
Порядковые номера снова соответствуют номерам на рис. 3 и 4. Дополнительный теплообменник 61,
напротив, полностью отсутствует, так что газы, выходящие из камеры взрыва 28 и камеры сжатия 29,
подаются в газовую турбину 225 93 через специальные трубы 65 и 60 посредством трубы 92, в которой они
отдают остаток своей энергии: таким образом, газовая турбина 93 вместе с работой паровой турбины 32
обеспечивает необходимую энергию для привода компрессоров 71a, 30 и 31.
Сжатый воздух в камере сжатия 29 подается через открытый клапан 57 и трубу 90 в теплообменник,
выполненный по типу хорошо известных печей Каупера. В таких печах, как известно, горючие материалы и
воздух, подаваемые через 96 и 97, сжигаются с интервалами, так что огнеупорный камень, из которого состоят
такие печи Каупера, нагревается до высокой температуры; продукты сгорания отводятся через 98. Если
теперь сжатый воздух подается через трубу 90 и соединение 95, он сильно нагревается, контактируя с
огнеупорными проводящими каналами печи Каупера 94, и может быть отведен через 91 в этом сильно
нагретом состоянии.
В случае всех вариантов, представленных на чертежах, представляется необходимым максимально
увеличить теплопередачу между сжимаемым воздухом и газами сгорания внутри камеры сгорания. На фиг. 6
и 7 показана конструкция камеры сгорания, гарантирующая эту возможность. Цилиндрическая часть 96
камеры сгорания 29, также снабженная двумя коническими входными и выходными торцами, в данном случае
изображена укороченной, чтобы позволить изобразить ее в большем масштабе.
Камера сжатия снова покрыта материалом 58, который обладает высокой термостойкостью и
теплоизоляцией, и снабжена по периметру охлаждающими пространствами 39. В цилиндрическую часть
камеры сжатия встроены кольца 97, которые 70 концентрически расположены друг внутри друга и состоят из
материалов, обладающих высокой термостойкостью, таких как специальные стали или специальные сплавы,
которые, с одной стороны, значительно увеличивают поверхности теплообмена, не нарушая, с другой
стороны, поток газов, в частности, поршнеобразное постепенное сжатие сжимаемой среды посредством
сжимаемой среды, служащей 80 для выполнения операции сжатия.
Вместо конструкции, в которой детали кольцево и концентрично заключены друг в друга, можно выбрать
любую другую конфигурацию, которая не нарушает поток газов и паров.
Ребра 98 и 99 удерживают отдельные вставки на необходимом расстоянии друг от друга.
Подробно описав и определив природу моего изобретения и способ его осуществления, я заявляю, что то, что
я изобрел,
Соседние файлы в папке патенты