РЕАКТИВНОЕ СУДНО НА ВОЗДУШНОЙ ПОДУШКЕ Российский патент 2015 года по МПК B60V1/00 F01K23/00 B63H11/12 

Изобретение относится к области морского и речного флота, в которых используются суда на воздушной подушке с реактивными газопаротурбинными установками, при этом для работы установок применяется пресная вода, запасенная в емкостях, являющаяся энергоносителем.

Известны морские и речные суда на воздушной подушке, работающие на углеводородном топливе, с дизельными или газотурбинными установками.

Недостатками таких судов является высокая стоимость топлива, опасность его возгорания, при этом отработанные газы силовых установок загрязняют атмосферу и окружающую среду.

Известны проекты морских судов на воздушной подушке с атомными реакторами /см. В.А. Ильин "Суда завтрашнего дня". - М.: Знание,. 1977/7, стр.39-40/.

Недостатками таких судов является большой вес атомных энергетических установок /АЭУ/ и невозможность надежного захоронения отходов атомных реакторов.

Известна силовая установка для применения в различных областях техники и экономики - паротурбинная установка внутреннего сгорания - ПТ УВС по патенту №2386825 от 20.04.2010 г.

Она содержит последовательно соединенные между собой реакторы для термической диссоциации водяного пара, цилиндры волновых компрессоров, камеры сгорания, равномерно расположенные по окружности, цилиндры волновых компрессоров, турбину, электрогенератор.

Кроме того, установка ПТ УВС имеет парогенератор, в котором циркулирует нагретый в системе охлаждения установки жидкометаллический теплоноситель с высокой температурой, обеспечивающий генерацию водяного пара с высокими параметрами температуры и давления, с подачей пара в реакторы для термической диссоциации его и получением водорода и кислорода с температурой, превышающей 2500°C, и высоким давлением, паропровод, коллектор пара, систему возбуждения электрических разрядов.

Известная силовая установка - паротурбинная установка внутреннего сгорания - ПТ УВС является ближайшим аналогом-прототипом, так как она содержит признаки, совпадающие с признаками заявляемого изобретения, в частности:

- реакторы равномерно расположены по окружности для термической диссоциации водяного пара и получения водорода и кислорода при температуре, превышающей 2500°C.

- реакторы с одной стороны сообщаются с коллектором пара;

- камеры сгорания соединены с цилиндрами волновых компрессоров;

- камеры сгорания имеют форсунки для воспламенения водорода в кислороде и с помощью цилиндров волновых компрессоров подсоединены к паровой турбине;

- парогенератор для генерации пара;

- конденсатор.

Недостатком известной паротурбинной установки внутреннего сгорания - ПТ УВС является низкий КПД, по сравнению с заявляемым реактивным судном на воздушной подушке с реактивными газопаротурбинными установками, в связи с низкими параметрами давления и температуры сгорания водорода в кислороде в камерах сгорания ПТ УВС, вследствие чего в предлагаемом реактивном судне на воздушной подушке:

- реактивная газопаротурбинная установка включает корпус с диффузором для входа атмосферного воздуха, с установленным в нем в обтекателе пусковым двигателем, реактивное сопло для создания силы тяги, с размещенными в нем конусом и форсунками для впрыскивания водорода или углеводородного топлива, для форсирования установки и увеличения силы тяги, и два силовых блока, установленные в корпусе, содержащие термодиссоционную газотурбинную установку и паротурбинную установку, соединенные валом с одной стороны с электрогенератором, включенным на электрощит, а с другой с высоконапорным вентилятором для создания движения воздуха в кольцевом канале между корпусом и силовыми блоками, и центробежным компрессором, подсоединенным к камерам сгорания, равномерно расположенным по окружности для сгорания продуктов диссоциации - водорода и кислорода, и создания силы тяги, термодиссоционная газотурбинная установка для получения источника энергии - водорода и кислорода, и полезной мощности, выполнена с плазмохимическими реакторами, равномерно расположенными по окружности для термической диссоциации водяного пара и получения водорода и кислорода с температурой, превышающей 2500°C, и высоким давлением, подключенные к источнику питания, сообщающиеся с одной стороны с помощью диска-клапана, имеющего отверстия для входа пара и кольцевые лабиринтовые уплотнения, вращающегося с заданной частотой, с коллектором пара, а с другой соединены с расширяющимися соплами и цилиндрами волновых компрессоров, имеющими форсунки для впрыскивания в них воды или жидкого металла, подсоединенные к газовой турбине, укрепленной на валу, соединенном с электрогенератором, снабженной выпускным патрубком для выпуска отработанных водорода и кислорода в парогенератор,

при этом плазмохимические реакторы для термической диссоциации водяного пара и получения водорода и кислорода с температурой, превышающей 2500°C, расширяющиеся сопла и цилиндры волновых компрессоров имеют рубашки для циркуляции охлаждающей жидкости - жидкометаллического теплоносителя и воды, для охлаждения стенок сопел-анодов плазмохимических реакторов,

плазмохимические реакторы содержат корпус с рубашкой, сообщающийся с охлаждаемым соплом-анодом, с расположенным в корпусе на заданном расстоянии от его стенок электродом-катодом, укрепленным в устройстве, подключенным к источнику питания, с размещенной в корпусе форсункой для впрыскивания легкоионизирующей присадки или

несколько плазмохимических реакторов с размещенными в них форсунками для впрыскивания легкоионизирующей присадки расположены в одном блоке, соединенном с расширяющимися соплами волновых компрессоров с одной стороны, а с другой сообщаются с диском-клапаном, имеющим отверстия для входа пара и кольцевые лабиринтовые уплотнения,

или несколько плазмохимических реакторов, расположенных в одном блоке, содержат корпусы с рубашкой, крышкой и колпаком, с укрепленными в корпусах на заданном расстоянии от их стенок в слое электроизоляции электродами-катодами, сообщающиеся с охлаждаемыми соплами-анодами,

при этом на блоке плазмохимических реакторов расположен клапанный механизм с впускным клапаном для впуска водяного пара,

клапанный механизм включает патрубок для входа пара, соединенный с коллектором, подсоединенным к корпусам плазмохимических реакторов, с размещенным на коллекторе впускным клапаном, с ограничителем и пружиной для впуска водяного пара,

паротурбинная установка для сгорания водорода в кислороде и получения полезной мощности выполнена с осевым компрессором, подсоединенным к распределительному устройству, последовательно соединенным с соединительными цилиндрами, камерами сгорания, равномерно расположенными по окружности, включающими форсунки для воспламенения водорода в кислороде за счет впрыскивания газообразных струй продуктов термической диссоциации электропроводной жидкости и комбинированные форсунки для впрыскивания газообразной смеси продуктов термической диссоциации электропроводной жидкости и углеводородного топлива, с расширяющимися соплами и цилиндрами волновых компрессоров, подсоединенные к паровой турбине, укрепленной на валу, соединенном с термодиссоционной газотурбинной установкой и электрогенератором, снабженной выпускным патрубком для выпуска отработанного пара в конденсатор,

при этом осевой компрессор выполнен двухступенчатым с приемной камерой, с шарнирно укрепленной на ней заслонкой для входа атмосферного воздуха, причем вторая ступень снабжена впускным патрубком для входа продуктов диссоциации - водорода и кислорода, из распределительного устройства.

Форсунка для воспламенения водорода в кислороде содержит корпус с патрубками для подачи электропроводной жидкости, соединенными с цилиндрическими каналами, расположенными внутри корпуса в слое электроизоляционного материала, с одной стороны которых установлены электроды, подключенные к генератору импульсов, а с другой выполнены сопла, направленные под углом друг к другу и сообщающиеся с взрывной камерой форсунки, имеющей днище с отверстиями для выхода газовых струй,

при этом комбинированные форсунки содержат корпус с патрубками для подачи электропроводной жидкости, соединенные с цилиндрическими каналами, расположенными внутри корпуса в слое электроизоляционного материала, параллельно размещению топливной форсунки, с одной стороны которых установлены электроды, подключенные к генератору импульсов, а с другой выполнены сопла, направленные под углом друг к другу и сообщающиеся с взрывной камерой форсунки, имеющей сопло для выхода газовых струй.

Изложенная выше совокупность существенных признаков при внедрении обеспечивает реализацию поставленной цели, при этом каждой из данной совокупности приведенных признаков необходим, а все вместе достаточны для получения положительного эффекта - использования реактивной тяги для увеличения скорости движения судна и воды в качестве энергоносителя взамен углеводородного топлива, оздоровление атмосферы и биосферы на планете.

Исходя из приведенных доводов совершенно правомерен вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию изобретения - "изобретательский уровень".

Неоднократная возможность реализации при изготовлении заявляемого технического решения с изложенной выше совокупностью существенных признаков отвечает также в полной мере другому главному критерию изобретения "промышленная применимость".

Изложенная сущность технического решения поясняется чертежами, на которых:

- на фиг.1 показан вид сбоку на реактивное судно на воздушной подушке;

- на фиг.2 показан вид по 1-1 на реактивное судно на воздушной подушке;

- на фиг.3 показана схема реактивной газопаротурбинной установки в продольном разрезе, с показом вспомогательных устройств расположенных в корпусе реактивного судна на воздушной подушке, в частности парогенератора, соединенного с паровой турбиной, электрогенератором, конденсатором. На схеме показан электрощит.

На схеме показан также парогенератор, соединенный паропроводом с коллектором пара реактивной газопаротурбинной установки и с холодильником, емкость для пресной воды и криогенный резервуар для жидкого водорода, используемого при применении реактивной газопаротурбинной установки /реактивного газопаротурбинного двигателя/ на самолетах и дирижаблях, расположенных в корпусе судна или самолета и дирижабля.

- на фиг.4 в продольном разрезе показан узел "Н", на котором приведен плазмохимический реактор, диск-клапан и коллектор пара с одной стороны, а с другой он соединен с расширяющимся соплом и цилиндром волнового компрессора.

- на фиг.5 приведен узел Q с показом лабиринтового уплотнений.

- на фиг.6 приведен второй вариант узла Q с лабиринтовыми уплотнениями.

- на фиг.7 показан вид спереди на диск-клапан.

- на фиг.8 в продольном разрезе показан второй вариант устройства электрода-катода, с центральным каналом и узкими каналами для продавливания жидкости и охлаждения электрода-катода.

- на фиг.9 в продольном разрезе показан еще один вариант конструкции электрода-катода.

- на фиг.10 в продольном разрезе показан узел, на котором изображена конструкция блока плазмохимических реакторов, диск-клапан и коллектор пара с одной стороны, а с другой блок соединен с расширяющимся соплом и цилиндром волнового компрессора.

- на фиг.11 в продольном разрезе показан узел, на котором изображена конструкция блока плазмохимических реакторов с клапанным механизмом.

- на фиг.12 в продольном разрезе показана форсунка для воспламенения водорода в кислороде в камере сгорания.

- на фиг.13 в продольном разрезе приведена комбинированная форсунка.

- на фиг.14 показан разрез по 1-1.

- на фиг.15 показано сечение по 2-2.

- на фиг.16 показана схема второго варианта использования тепловой энергии отработанных водорода и кислорода и охлаждающей жидкости - жидкометаллического теплоносителя.

- на фиг.17 показана схема газопаротурбинной установки.

- на фиг.18 в продольном разрезе показана схема двухступенчатого осевого компрессора.

Реактивное судно на воздушной подушке содержит корпус 1, ограждение корпуса /юбка/ 2, реактивные газопаротурбинные установки 3 для движения судна, установленные на палубе судна, при этом в корпусе размещены газопаротурбинные установки 4, с помощью которых работают центробежные вентиляторы /не показаны на чертеже/, обеспечивающие нагнетание под днище корпуса сжатого воздуха для создания воздушной подушки. В корпусе судна размещены также емкости 5 для пресной воды, которая является энергоносителем для работы установок 3 и 4, пассажирские помещения и трюмы для грузов, парогенераторы и др. реактивная газопаротурбинная установка 3 показана на фиг.3. Она выполнена комбинированной и включает два силовых блока - термодиссоционную газотурбинную установку 6 и паротурбинную установку 7, соединенные валом 8 с электрогенератором 9.

Термодиссоционная газотурбинная установка 6 служит для получения источника энергии - водорода и кислорода - продуктов термической диссоциации водяного пара при температуре, превышающей 2500°C, в плазмохимических реакторах 10 и полезной мощности $$H_1^{г}$$ за счет расширения водорода и кислорода, имеющих высокие параметры температуры и давления в расширяющихся соплах 11, цилиндрах 12 волновых компрессоров и на газовой турбине 13.

Термодиссоционная газотурбинная установка 6 содержит коллектор пара 14, вращающийся с заданной частотой диск-клапан 15, плазмохимические реакторы 10, расширяющиеся сопла 11, соединенные с цилиндрами 12 волновых компрессоров, газовую турбину 13, имеющую выпускной патрубок 16. Коллектор пара 14 трубопроводом соединен с парогенератором 17, который в свою очередь соединен с емкостью 5 пресной воды и с выпускным патрубком 16 газовой турбины 13.

Термодиссоционная газотурбинная установка 6 имеет рубашки 18 и 19 /см. фиг.4/ для циркуляции в межстеночных пространствах жидкометаллического теплоносителя с целью охлаждения плазмохимических реакторов 10, расширяющихся сопел 11 и цилиндров 12 волновых компрессоров. При этом рубашки имеют патрубки 20 и 21 для входа и выхода охлаждающей жидкости плазмохимических реакторов и патрубки 22 и 23 для входа и выхода охлаждающей жидкости расширяющихся сопел и цилиндров волновых компрессоров 11, 12. В этих устройствах в качестве охлаждавшей жидкости используется жидкометаллический теплоноситель, например натрий, калий или литий /см. В.Б. Козлов "Жидкие металлы в технической физике". Знание, Физика, 4/1974, стр.10-36 /1/, которые способны эффективно отводить из зон с высокой температурой большие тепловые потоки при сохранении требемых характеристик этих устройств /см.1, стр.34/.

Однако охлаждение стенок сопла-анода 24 осуществляется водой.

Плазмохимический реактор 10 /плазмотрон/ показан на фиг.4 в большом масштабе. Он состоит из корпуса 25, в котором на заданном расстоянии от его стенок установлен электрод-катод 26, подключенный с помощью устройства 27 к источнику питания /см. Б.А. Артамонов "Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов", Высшая школа. т.2, М. 1983 г., стр.69-90 /2/. В устройстве 27 осуществляется крепление электрода-катода 26 на резьбе или с помощью гайки для его возможности замены при износе /не показан/. Источник питания 28. К корпусу 25 через электроизоляционную прокладку крепится сопло-анод 24, имеющее рубашку 29 и патрубки 30 и 31 для прокачки охлаждающей жидкости - воды. Сопло-анод с помощью шины 32 подключено к источнику питания 28. Электроизоляция 33 устройства 27.

Для входа пара в плазмохимический /ие/ реактор /ы/ 10 с заданной частотой - 100 и более циклов в секунду служит диск-клапан 15, вращающийся с заданной частотой с помощью приводного механизма /не показан на чертеже/ и шестерни 34. Диск-клапан вращается между коллектором пара 14, имеющим патрубок 35 для входа пара от парогенератора 17, и торцовыми поверхностями плазмохимических реакторов 10. Для уменьшения утечки пара в зазорах с двух сторон диска-клапана в стенках коллектора пара 14 и плазмохимических реакторов по окружности установлены тонкие кольцевые гребешки 36 и 37 из мягкого металла, образующих ряд камер лабиринтовых уплотнений / см. С.Н. Григорьев "Тепловые двигатели и компрессоры". - М.: Трансжелдориздат, 1959 г., стр.263-264 /3/. Пар поступает в плазмохимические реакторы 10 за счет устройства в коллекторе пара 14 и диске-клапане отверстий 38 и 39, расположенных равномерно по окружности на заданном расстоянии друг от друга, в соответствии с количеством плазмохимических реакторов 10. При совмещении этих отверстий за счет вращения диска-клапана 15 пар поступает в плазмохимические реакторы /плазмотроны/.

На фиг.6 показан второй вариант устройства лабиринтового уплотнения. В этом варианте кольцевые тонкие гребешки устанавливаются как на стенке коллектора пара 40 и стенке плазмохимических реакторов - гребешки 41, так и с двух сторон диска-клапана - кольцевые гребешки 42 и 43. Диск-клапан вращается на подшипнике 44, укрепленном на стойках 45. /см. фиг.3 и 4/. Форсунки 46 в цилиндрах 12 для впрыскивания воды или лития. На фиг.7 показан диск-клапан 15, вид спереди.

На фиг.8 и 9 электроды-катоды выполнены: электрод-катод 26 выполняется в виде заостренного стержня из вольфрама или графита. Для увеличения срока службы на фиг.8 показан электрод-катод 26 с центральным каналом 47 и тонкими каналами 48. В нем, например, вода под высоким давлением поступает по каналу 47 и продавливается через тонкие каналы 48 наружу, при этом вода испаряется с одновременным уменьшением температуры заостренной части электрода-катода.

На фиг.9 электрод-катод 26 выполнен пустотелым с центральной перегородкой 49 и окном 50. Для уменьшения температуры электрода-катода в него под давлением поступает жидкость, например вода или жидкий металл - натрий, калий, литий, которая проходит через окно 50, омывая стенки, что приводит к уменьшению температуры электрода-катода.

На фиг.10 показан второй вариант устройства плазмохимических реакторов. Они выполнены в виде блока 51 корпусов 52 и сообщаются с блоком сопел-анодов 53. Сопла-аноды 54 охлаждаются водой, поступающей по патрубку 55 с выходом ее через отверстие 56. В корпусах на заданном расстоянии от их стенок установлены электроды-катоды 57 в устройствах 58, подключенных к источнику питания так же, как и блок сопел-анодов 53 с помощью шины 59. Для охлаждения блока корпусов используется жидкий металл - натрий, литий или вода, поступающая по патрубку 60 с выходом ее через отверстие /не показано/. В корпусах установлены форсунки 61 для впрыскивания легкоионизирующей присадки - натрия, калия и др., в количестве около 1% от веса пара в целях увеличения его электропроводности /см. В.И. Крутов "Техническая термодинамика". - М.: Высшая школа, 1971 г., стр.447-448 /4/.

Для работы волновые компрессоров, содержащих расширяющиеся сопла 11 и цилиндры 12, необходимо вводить в них продукты термической диссоциации воды - водород и кислород, отдельными порциями, при этом они вводятся с частотой 100 циклов в секунду и более, что обеспечивается с помощью вращающегося диска-клапана 15, конструкция которого и способ уменьшения утечки пара рассмотрены выше.

На фиг.11 показан третий вариант устройства плазмохимических реакторов, выполненных также в виде блока 62 корпусов 63 и блока сопел-анодов 64. Сопла-аноды 65. Электроды-катоды 66, шина 67 электродов-катодов и шина 68 сопел-анодов подключены к источнику питания /не показан/. Для ввода в плазмохимические реакторы с корпусами 63 и соплами-анодами 65 пара применен клапанный механизм, содержащий впускной клапан 69, пружину 70, тарелку 71, коромысло 72, соленоид 73, опору 74, коллектор пара 75, патрубок 76 для входа пара. Блок 62 имеет защитный колпак 77.

При открытом впускном клапане 69, что обеспечивается путем включения электронной системой газопаротурбинной установки 3 соленоида 73 пар через коллектор пара 75 и патрубки 78 поступает в корпусы 63 с частотой 100 циклов/сек и более.

Паротурбинная установка 7 служит для сгорания части полученных в термодиссоционной газотурбинной установке 6 водорода и кислорода и получения полезной мощности $$H_2^{п}$$ - основной мощности реактивной газопаротурбинной установки 3.

Паротурбинная установка 7 содержит осевой компрессор 79 /или осевой и центробежный/ соединительные цилиндры /патрубки/ 80, камеры сгорания 81, с установленными в них форсунками 82 для воспламенения сжатых водорода и кислорода и комбинированные форсунки 83 для впрыскивания смеси продуктов термической диссоциации электропроводной жидкости и продуктов термической диссоциации углеводородного топлива, например керосина, в период пуска реактивной газопаротурбинной установки 3, расширяющиеся сопла 84, соединенные с цилиндрами 85 волновых компрессоров, подсоединенных к паровой турбине 86. На валу 8 укреплены также высоконапорный вентилятор 87 и центробежный компрессор 88 для сжатия и нагнетания газов - водорода и кислорода в камеры сгорания 89, имеющие форсунки 90 для воспламенения этих газов, с образованием при сгорании водорода в кислороде реактивного усилий /тяги/ реактивной газопаротурбинной установки 3. Корпус 91, реактивное сопло 92, конус 93, форсунки 94 для впрыскивания керосина или водорода. В этом случае форсунки подсоединяются к криогенному резервуару 95 с жидким водородом. Назначение форсунок 94 - работа их на форсажном режиме установки 3. Обтекатель 96, диффузор 97. Впускной патрубок 98 осевого компрессора 79, выпускной патрубок 99 паровой турбины 86, соединенный с конденсатором 100. Соединительные цилиндры /патрубки/ 80, камеры сгорания 82, расширяющиеся сопла 84 и цилиндры 85 волновых компрессоров имеют рубашки 101 с патрубками для циркуляции в межстеночных пространствах этих узлов охлаждающей жидкости - жидкометаллического теплоносителя - натрия или лития, при этом патрубки 20 и 22, а также 102 соединены со смесительной камерой 103, а патрубки 21, 23 и 104, из которых вытекает нагретая от стенок термодиссоционной газотурбинной установки 6 и стенок паротурбинной установки 7 охлаждающая жидкость, соединены со смесительной камерой 105 /насосы для перекачки охлаждающей жидкости на чертежах условно не показаны/.

Нагретая охлаждающая жидкость - жидкометаллический теплоноситель, с температурой около 580°C /натрий/ из смесительной камеры 105 поступает в парогенератор 106, в котором генерируется нар с температурой около 540°C направляемый на паровую турбину 107, соединенную с электрогенератором 108. Высокая температура пара перед турбиной обеспечивает высокий КПД турбогенератора 107-108 и использует с высокой экономической эффективностью теплоту охлаждающей жидкости реактивной газопаротурбинной установки 3. Отработанный пар поступает в конденсатор 109. /см.1, стр.34/.

Парогенератор 17 "отапливается" за счет теплоты отработанных газов - водорода и кислорода, выходящих из выпускного патрубка 16 термодиссоционной газотурбинной установки, имеющих температуру около 500-550°C /600°C/. Отработанные в парогенераторе водород и кислород с температурой около 160°C / cм. И.И. Кириллов "Газовые турбины и газотурбинные установки". - М.: Машгиз, 1956 г., стр.251 /5/. поступают в холодильник 110, в котором охлаждаются до температуры около 20°С.

Охлажденные газы - водород и кислород, из холодильника 110 поступают в распределительное устройство 111, из которого большая часть газов направляется в паротурбинную установку 7, а меньшая часть газов - водорода и кислорода, идет в центробежный компрессор 88 и камеры сгорания 89, в которых сжатые водород и кислород сгорают с образованием реактивной тяги. Отработанные газы из камер сгорания через реактивное сопло 92 выходят в атмосферу, при этом они смешиваются с воздухом, нагнетаемым высоконапорным вентилятором 87.

На фиг.12 показана форсунка для воспламенения сжатых газов - водорода и кислорода в камерах сгорания 81.

Форсунка состоит из корпуса 112, внутри которого в слое электроизоляции 113 размещены цилиндрические каналы 114 и 115, имеющие с одной стороны сопла 116 и 117, направленные под углом друг к другу, а с другой - электроды 118 и 119, подключенные к генератору импульсов, принципиальная схема которого состоит из конденсатора 120, резистора 121, источника постоянного тока или выпрямителя 122. Патрубки 123 и 124 для входа в цилиндрические каналы электропроводной жидкости под давлением от насосов /не показаны на чертеже/.

Взрывная камера 125, имеющая днище 126 с отверстиями 127 для выхода газовых струй. Фланец 128 для крепления форсунки на камере сгорания.

На фиг.13 показана комбинированная форсунка. Она подобна форсунке по фиг.12. Ее конструкция отличается от конструкции форсунки по фиг.12 только наличием топливной форсунки 129.

Комбинированная форсунка состоит из корпуса 130, внутри которого в слое электроизоляции 131 размещены цилиндрические каналы 132 и 133, имеющие с одной стороны сопла 134 и 135, направленные под углом друг к другу, а с другой электроды 136 и 137, подключенные к генератору импульсов, включающему выпрямитель 138 или источник постоянного тока, резистор 139 и конденсатор 140 или батарею конденсаторов. Взрывная камера 141, сопло 142.

Форсунки по фиг.12 и фиг.13 охлаждаются за счет стенок камер сгорания, которые охлаждаются жидкостью. В некоторых случаях они могут быть снабжены рубашками для автономного охлаждения форсунок.

Патрубки 143 и 144 для входа в цилиндрические каналы электропроводной жидкости от насосов /не показанные на чертеже/, фланец 145 для крепления форсунки на камере сгорания.

В качестве электропроводной жидкости для работы форсунок по фиг.12 и 13 служат концентрированные водные растворы сильных электролитов на основе солей, оснований или кислот, или суспензии порошков /пудры/ графита, или металлов в растворе электролита.

Работает форсунка по фиг.12 следующим образом.

Под давлением от насосов /не показаны на чертеже/ через патрубки 123 и 124 подается электропроводная жидкость, которая из цилиндрических каналов 114 и 115 и сопел 116 и 117 вытекает в виде струй 146 и 147 диаметром D=0,1-0,2 мм или более. Струи в зоне 148 сталкиваются между собой и замыкают разрядную цепь генератора импульсов /ГИ/ 120-122 при включенном ГИ. При этом конденсатор 120 /батарея конденсаторов/ разряжается на струи, нагревает их с образованием электрического взрыва струй. За счет высокой температуры электрических взрывов струй, которая может быть в интервале /1-5/×104 K, электропроводная жидкость термически диссоциирует /разлагается/ на водород, и кислород, и осколки электролита, при температуре, превышающей 2500°C.

Образующиеся продукты электрических взрывов струй 146 и 147 с высокой температурой - более 2500°C, и высоким давлением выходят через отверстия 127 в виде раскаленных факелов в камеры сгорания и воспламеняют сжатые в них газы - водород и кислород. Повторные электрические взрывы струи 146 и 147 осуществляются с частотой 100 и более циклов в секунду за счет давления поршневых насосов.

Энергия электрических взрывов струй зависит от энергии запасенной в конденсаторе 120 и определяется но формуле: А=CU²/2 /см. 2, стр.100-103 и Б.А. Артамонов "Размерная электрическая обработка металлов", Высшая школа, 1978 г., стр.50 /6/.

Комбинированная форсунка по фиг.13 работает следующим образом.

От насосов /не показаны на чертеже/ через патрубки 143 и 144 под давлением нагнетается электропроводная жидкость, которая в виде струй 149 и 150 вытекает в взрывную камеру 141 комбинированной форсунки и сталкиваются между собой в зоне 151. При этом замыкается разрядная цепь генератора импульсов 138-140 и конденсатор 140 /батарея конденсаторов/ разряжается на струи, а разрядный ток нагревает струи подобно взрыву и с образованием электрического взрыва струй. За счет высокой температуры электрического взрыва струй, превышающей 2500°C, водный раствор электролита струй разлагается на водород и кислород, при этом резко увеличивается давление образовавшихся продуктов взрыва в взрывной камере 141. Одновременно в взрывную камеру 141 впрыскивается углеводородное топливо, например, керосин в виде струй 152, который за счет высокой температуры в взрывной камере 141 продуктов электрического взрыва струй 149 и 150 мгновенно испаряется и термически разлагается на атомы. Образующаяся смесь продуктов термической диссоциации электропроводной жидкости струй 149, 150 и продуктов термической диссоциации жидкого топлива - керосина, под большим давлением "выстреливается" из взрывной камеры 141 комбинированной форсунки в камеры сгорания 81. При этом горючая смесь имеет высокую температуру, превышающую 2500°С, высокую химическую активность и при смешивании, например, с воздухом, быстро сгорает, без задержки воспламенения /см. А.С. Хачиян "Двигатели внутреннего сгорания".- Высшая школа, 1978 г., стр.68 /7/.

На фиг.14 показан разрез по 1-1. На нем приведен вид с торца на осевой компрессор 79, имеющий приемную камеру 153 компрессора. На приемной камере сверху шарнирно установлена заслонка 154, служащая для всасывания осевым компрессором воздуха в период пуска реактивной газопаротурбинной установки 3.

На фиг.16 показана схема второго варианта использования тепловой энергии отработанных в термодиссоционной газотурбинной установки 6 водорода и кислорода - парогенератор 155 водяного пара, и тепловой энергии охлаждающей жидкости (циркулирующей) в корпусах плазмохимических реакторов 51, волновых компрессорах с расширяющимися соплами 11 и цилиндрами 12 термодиссоционной газотурбинной установки 6 и паротурбинной установки 7, омывающей стенки соединительных цилиндров 80, камер сгорания 81, расширяющихся сопел 84 и цилиндров 85, а также камер сгорания 89 /камеры сгорания могут иметь охлаждение стенок жидкостью или воздухом/. Охлаждающая жидкость - жидкометаллический теплоноситель, который широко применяется в атомной энергетики для охлаждения ядерных реакторов и генерации водяного пара с высокими параметрами температуры и давления /см.1, стр.33-39/, например, натрий с температурой 580°С отдает тепло в парогенераторе /теплообменнике/ 156 и пароперегревателе 157 путем разделения потока нагретой охлаждающей жидкости, выходящей из смесительной камеры 105 /см. фиг.3/ в устройстве 158 на два потока /см.1, стр.34/. При этом пар из двух парогенераторов 155 и 156 поступает в пароперегреватель 157, где дополнительно перегревается за счет циркулирующего в нем жидкометаллического теплоносителя до температуры 540°C, давление 140 атм /см.1, стр.34/.

Тепловая мощность перегретого пара, выходящего из пароперегревателя 157 и реализуемая в термодиссоционной газотурбинной установке 6 путем существенного увеличения ее мощности позволяет получить реактивную газопаротурбинную установку 3 мощностью, в разы превосходящую мощность современных турбореактивных двигателей.

Работает реактивная газопаротурбинная установка 3 следующим образом.

Пуск установки 3. Осуществляется с помощью работы паротурбинной установки 7 в режиме газотурбинной установки /ГТУ/.

Наличие осевого компрессора 79 позволяет использовать паротурбинную установку в режиме работы ГТУ. При этом сначала открывается заслонка 154 в вертикальное положение /как показано на фиг.15/. С помощью пускового двигателя небольшой мощности, например, двигателя внутреннего сгорания, размещенного в обтекателе 96 /не показан/, приводится во вращение вал 8, а вместе с ним осевой компрессор 79, все устройства, расположенные и закрепленные на нем, а также вспомогательные механизмы. Атмосферный воздух из корпуса 91 всасывается в приемную камеру 153 компрессора, сжимается в нем, поступает в соединительные цилиндры 80 /патрубки/ и камеры сгорания 81. Включаются с помощью электронной системы управления установки 3 комбинированные форсунки 83, обеспечивающие впрыскивание в сжатый воздух, движущийся в камерах сгорания, смесь продуктов термической диссоциации углеводородного топлива, например, керосина и продуктов термической диссоциации электропроводной жидкости, при температуре, превышающей 2500°C /газообразная смесь углеводородного и водородного топлива/, которая смешивается с сжатым воздухом, образуя химически активную горючую смесь. Следом включаются форсунки 82 для воспламенения горючей смеси с образованием продуктов сгорания.

Продукты сгорания с температурой, превышающей 2000°C, расширяются от давления P₁ в расширяющихся соплах 84 и цилиндрах 85 и, как "поршни" сжимают впереди себя сначала воздух до давления P₂, сообщая столбу воздуха в цилиндрах 85 волновых компрессоров скорость V м/с.

Таким образом, энергия продуктов сгорания при расширении преобразуется в энергию сжатого столба воздуха, движущегося в цилиндрах 85 волновых компрессоров с давлением p₂ и скоростью V м/с, а в следующих рабочих циклах - в энергию отработанных газов, имеющих давление p₂ и скорость V м/с. Сжатый воздух, а в следующих рабочих циклах - сжатые отработанные газы, поступают на паровую /газовую/ турбину 86, расширяются на ней до давления p₃ с одновременной реализацией скорости на лопатках турбины от V м/с до U м/с и получением полезной мощности Н_п на валу 8 и электрической мощности на электрогенераторе 9, поступающей на электрощит 159. Отработанные газы выходят из патрубка 99 в атмосферу с помощью устройства 160, выполненного, например, в виде 3-ходового пробкового крана. С помощью поворота этого крана механизмом /не показан на чертеже/ обеспечивается выброс сгоревших газов в атмосферу или поступление отработанного пара в конденсатор 100.

Следующие рабочие циклы установки 7 в режиме ГТУ осуществляются с частотой 100 и более циклов в секунду на углеводородном топливе с получением электрической мощности НП на электрогенераторе 9.

Отметим, что при сгорании топлива и образовании продуктов сгорания в камерах сгорания 81 они расширяются как в сторону цилиндров 85, так и в сторону осевого компрессора 79, при этом сгоревшие газы при расширении в соединительных цилиндрах 80 /патрубках/ встречают движущийся им навстречу сжатый воздух, который за счет меньшего давления, чем давление сгоревших газов, сжимается в цилиндрах 80, тормозится и препятствует прорыву газов в проточную часть компрессора 79. В этом процессе осуществляется волновой принцип сжатия одного газа A другим газом B /см. "Основы газовой динамики" /Под редакцией Эммонс, 1963 г., раздел "Волновые машины" /7/.

Второй вариант. Для избежания прорыва сгоревших газов устанавливается диск-клапан 161, показанный на фиг.3 пунктиром, который при вращении обеспечивает впуск от компрессора 79 сжатого воздуха в камеры сгорания 81 с частотой 100 и более циклов/сек. Конструкция и принцип работы этого диск-клапана подобна конструкции и принципу работы диска-клапана 15.

Следующий этан пуска установки 3. В процессе работы установки 7 в режиме ГТУ система охлаждения позволяет нагревать жидкометаллический теплоноситель, который из патрубка 104 поступает в смесительную камеру 105 и парогенератор 106, а из него в смесительную камеру 103 и патрубок 102 системы охлаждения установки 7, при этом в парогенераторе постепенно увеличивается температура и давление пара. Задвижка 162 закрыта, так же, как и задвижка 163.

Следующий этап. Открывается задвижка 163 и нар из парогенератора 106 по обводной магистрали - паропроводу 164, направляется в коллектор пара 14 через главный паропровод 165. Задвижка 166 закрыта.

При совмещении отверстий 39 диска-капана 15 с корпусами 25 плазмохимических реакторов 10 пар под давлением заполняет корпусы и отсекается от коллектора пара 14 за счет непрекращающегося вращения диска-капана 15. Включается источник питания 28, подсоединенный к электрощиту 159, что приводит к зажиганию дуги между электродами-катодами 26, и соплами-анодами 24, и термической диссоциации водяного пара при температуре, превышающей 2500°C, протекающего через сопла-аноды 24 с разложением пара на водород и кислород: 2H₂O→2Н₂+O₂ /см. Н.Л. Глинка "Общая химия.- Л.: Химия, 1980 г., стр.211 /8/ и Г. Мучник "Новые Методы преобразования энергии". Техника. - М.: Знание, 1984 г.стр.47 /9/. Образующиеся продукты диссоциации - водород и кислород, с температурой, превышающей 2500°C и высоким давлением Р₁ выходят в расширяющиеся сопла 11 и цилиндры 12 волновых компрессоров термодиссоционной газотурбинной установки 6. При этом нагретые газы водород и кислород имеют при выходе из сопел-анодов 24 высокую скорость за счет высокой температуры и значительный газодинамический напор, который растет с увеличением силы тока между электродами-катодами 26 и соплами-анодами 24. /см. 2, стр.76/. Эта скорость газов в расширяющихся соплах 11 волновых компрессоров, как это происходит в диффузорах, преобразуется в давление P₂, при этом водород и кислород расширяются в цилиндрах 12 и подобно "поршням" сжимают впереди себя сначала пар, а в следующих рабочих циклах остаточные после расширения "поршней" газы - водород и кислород до давления р₃, сообщая остаточным газам или вначале пару скорость V м/с, с одновременным резким уменьшением температуры "поршней" за счет расширения до 700-900°C /1300°C/.

Сжатые остаточные газы - водород и кислород, с давлением p₃ и температурой в границах 700-900°C и до 1300°C, если газовая турбина имеет охлаждение лопаток /см. О.К. Югов "Согласование характеристик самолета и двигателя. - М.: Машиностроение, 1980 г., стр.48-49/, а также скоростью V м/с расширяются на газовой турбине 13 до давления p₄ и реализацией на ней скорости газов - водорода и кислорода, от V м/с до U м/с с получением дополнительной мощности $$H_1^{г}$$ . При этом "отработанные" водород и кислород за турбиной имеют давление P₄, температуру около 500-550°C /600°C/, которые выходят из выпускного патрубка 16, поступают в парогенератор 17, в котором отдают остаточное тепло /энергию/ до температуры 160°C. С этой температурой водород и кислород охлаждаются в холодильнике 110 забортной водой до температуры 20°C и заполняют накопительную емкость 167 и распределительное устройство 111. Таким образом, в термодиссоционной газотурбинной установке происходит, в плазмохимических реакторах 10, термическая диссоциация водяного пара при температуре, превышающей 2500°C, с получением газов - водорода и кислорода, имеющих высокие параметры температуры - более 2500°C и высокое давление P₁, т.е. обеспечивается получение источника энергий для работы паротурбинной установки 7 и камер сгорания 89 и дополнительной мощности $$H_1^{г}$$ за счет расширения на газовой турбине 13 полученных водорода и кислорода, в полном соотвествии с 1-м законом термодинамики, с частотой 100 циклов/сек и более.

/См. В.В. Сушков "Техническая термодинамика". - М.-Л.: Энергоиздат,. 1960 г., стр.41-43 /11/. Работа термодиссоционной газотурбинной установки 6 в течение заданного промежутка времени обеспечивает прогрев всех систем реактивной газопаротурбинной установки, выход на рабочий режим парогенераторов 17 и 106, благодаря чему открываются задвижка 166, 162, задвижка 163 закрывается, при этом начинают работать паровая турбина 107 с электрогенератором 108, соединенным с электрощитом 159.

Мощность электрической энергии на электрощите 159 существенно увеличивается, а пар по паропроводу 165 поступает в коллектор пара 14. Однако паротурбинная установка 7 все еще работает в режиме ГТУ на углеводородном топливе, например, керосине, и полученные в термодиссоционной газотурбинной установки 6 газы - водород и кислород, за счет открытия крана 168 направляются на установки 4.

На этом режиме работы установок 3 они работают в качестве генераторов гремучего газа - водорода и кислорода, для пуска газопаротурбинных установок 4 /см. ниже/.

С пуском газопаротурбинных установок 4 плавно уменьшается подача топлива - керосина, на комбинированные форсунки 83 реактивных газопаротурбинных установок 3 при закрытом кране 168 и увеличивается подача гремучего газа /водорода и кислорода/ из распределительного устройства 111 в приемный патрубок 98 осевого компрессора 79, при этом прикрывается заслонка 154, что уменьшает подачу атмосферного воздуха в компрессор. С отключением комбинированных форсунок 83 паротурбинная установка 7, а вместе с ней и термодиссоционная газотурбинная установка 6 полностью переходят на рабочий режим, при этом часть гремучего газа из распределительного устройства 111 направляется на центробежный компрессор 88 и в камеры сгорания 89 с воспламенением его за счет включения форсунок 90. Сгоревшие газы - водяной пар выходят из сопел камер сгорания 89 с образованием тяги установки 3.

Таким образом, в новой реактивной газопаротурбинной установки пусковым двигателем является второй силовой блок 7, который в этом режиме работает на углеводородном топливе подобно ГТУ.

Вместе с тем при пуске первого силового блока 6 он становится пусковым двигателем для работы одной из газопаротурбинных установок 4. На фиг.17 показана схема газопаротурбинной установки 4, включающая те же силовые блоки 6 и 7 реактивной газопаротурбинной установки, а также электрогенератор 9, парогенератор 17 и 106 с турбогенератором 107, 108, электрощит 159 и холодильник 110, в которой в качестве энергоносителя также служит вода, запасенная в емкости 5.

Эти установки 4 служат для привода центробежных вентиляторов, нагнетающих сжатый воздух под днище корпуса судна 1.

Рабочие процессы установки 4 идентичны рабочим процессам реактивной газопаротурбинной установки 3, при этом электрическая энергия с электрогенератора/ов/ 9 поступает на электродвигатели, приводящие во вращение центробежные вентиляторы, нагнетающие сжатый воздух под днище корпуса судна 1 /не показаны на чертеже/.

Паротурбинная установка 7 работает следующим образом.

Из распределительного устройства 111 часть полученных в термодиссоционной газотурбинной установки 6 газов - ВОДОРОДА и КИСЛОРОДА, всасывается через приемный патрубок 98 в осевой компрессор 79, сжимается в нем и по патрубкам /цилиндрам/ 80 поступает в камеры сгорания 81, в которых воспламеняется за счет включения форсунок 82. Образующиеся продукты сгорания в виде ПАРА с высокими параметрами температуры, около 2800°C, и высоким давлением Р₁, с большой скоростью расширяются в обе стороны и подобно ′′поршням′′ сжимают впереди себя в расширяющихся соплах 34 и цилиндрах 85 ВОЛНОВЫХ КОМПРЕССОРОВ остаточные от предыдущих циклов газы, а в следующих рабочих циклах - продукты сгорания ВОДОРОДА и КИСЛОРОДА в виде пара до давления P₂, сообщая сжатым газам или пару скорость V м/с, при этом температура продуктов сгорания резко уменьшается с T₁=2800°C до Т₂=700-900°C или до 1300°C, если паровая /газовая/ турбина выполняется охлаждаемой/см. О.К. Югов ′′Согласование характеристик САМОЛЕТА и ДВИГАТЕЛЯ′′. - М.: Машиностроение, 1980 г., стр.48-49 /10/ и 8, стр.345-346/. Температура сжатых газов-ПАРА повышается незначительно и находится в интервале 700-900°C или до 1300°C, если турбина 86 охлаждаемая.

Сжатые газы, а в следующих рабочих циклах сжатый ПАР с этими параметрами поступает на паровую турбину 86, расширяются на ней до давления р₃, с реализацией на ней скорости от V м/с до υ м/с и получением полезной мощности $$H_2^{П}$$ - основной мощности от сгорания водорода в кислороде. Отработанный пар или продукты сгорания ВОДОРОДА и КИСЛОРОДА выходят в конденсатор 100, в котором поддерживается давление р₄=0,04 кг/см².

Частота рабочих циклов паротурбинной установки - 100 и более циклов в секунду, как и в термодиссоционной газотурбинной установке 6. Процессы, происходящие при расширении продуктов сгорания ВОДОРОДА и КИСЛОРОДА в соединительных цилиндрах /патрубках/ 80, изложены выше. В установке 3 на валу 8 укреплен высоконапорный вентилятор 87, обеспечивающий при его вращении движение воздуха с заданной скоростью в кольцевом канале, охватывающий основной /первый/ контур реактивной газопаротурбинной установки 3, которым является камера сгорании 89, расположенные равномерно по окружности. Совместная работа этих устройств позволяет увеличить тягу установки 3 при заданном расходе газов - водорода и кислорода, или уменьшить расход газов при заданной тяге /см.10, стр.48/.

Форсирование реактивной установки 3 выполняется с помощью создания дополнительной тяги за счет сгорания водорода, впрыскиваемого в реактивное сопло 92 с помощью форсунок 94, поступающего из криогенного резервуара 95 или за счет сгорания углеводородного топлива - керосина, также впрыскиваемого с помощью форсунок 94 в поток воздуха, движущегося за счет вращения высоконапорного вентилятора 87, при этом поджигание горючих смесей: водорода с кислородом воздуха или паров керосина осуществляется продуктами сгорания, выходящими из камер сгорания 89. Из распределительного устройства меньшая часть газов - водорода и кислорода, направляется в центробежный компрессор 88, сжимается в нем и поступает в камеры сгорания 89, в которых с помощью форсунок 90 воспламеняется, а продукты сгорания выходят из сопел камер сгорания с образованием реактивного усилия /тяги/ реактивной газопаротурбинной установки 3. Частота рабочих циклов камер сгорания 89 достигает 100 и более циклов в секунду. Такая же частота впрыскивания форсунками, расположенными по окружности, водорода или керосина.

Отметим, что работа установки 3 в форсажном режиме на керосине или другом углеводородном топливе осуществляется только при использовании этих установок на реактивных судах на воздушной подушке, а работа установки 3 в форсажном режиме на водороде осуществляется при применении их на самолетах.

На фиг.18 показана схема компрессора 79 в большом масштабе, который выполнен 2-цилиндровым, включающим первый цилиндр 170 осевого компрессора и второй цилиндр 171 высокого давления. Гремучий газ - водород и кислород всасываются во второй цилиндр компрессора по патрубку 98, а атмосферный воздух при пуске реактивной газопаротурбинной установки всасывается при открытой заслонке 154 и проходит процесс сжатия в 2-х цилиндрах осевого компрессора 170 и 171 для увеличения давления, что позволяет существенно увеличить мощность установки 7 в периоды ее работы в режиме газотурбинной установки /ГТУ/ на углеводородном топливе, когда она используется в качестве пускового двигателя реактивной газопаротурбинной установки 3.

В процессе работы установки 7 на гремучем газе - водороде и кислороде, газы всасываются по патрубку 98 и сжимаются только во втором цилиндре 171 осевого компрессора, при этом с помощью конической муфты 172 первый цилиндр 170 компрессора отключается.

Газопаротурбинные установки 4.

Схема газопаротурбинной установки показана на фиг. 17. Ее конструкция точно такая же, как и конструкция 2-х силовых блоков 6 и 7 РЕАКТИВНОЙ газопаротурбинной установки 3, со вспомогательными агрегатами-парогенератором 17 и парогенератором 106, турбиной 107, электрогенератором 108 и конденсатором 109. Электрогенератор 9, электрощит 159, холодильник 110, емкость для пресной воды 5.

Работает газопаротурбинная установка 4 точно так же, как и ДВА силовых блока 6 и 7 РЕАКТИВНОЙ газопаротурбинной установки на ВОДОРОДЕ и КИСЛОРОДЕ, которые генерируются в термодиссоционной газотурбинной установке 6, а сгорают с получением полезной мощности в паротурбинной установке 7.

ПУСК газопаротурбинной установки 4, имеющей пусковой ДВС.

Выше сказано, что ПУСК газопаротурбинной установки /ок/ 4 осуществляется за счет того, что при работе РЕАКТИВНОЙ газопаротурбинной /их/ установки /вок/ 3 в режиме газотурбинной установки на углеводородном топливе, например, керосине, полученные газы - ВОДОРОД и КИСЛОРОД в термодиссоционной газотурбинной установке 6 направляются из емкости 167 путем открытия крана 168 в установке 4.

При этом в установке 4 газы - ВОДОРОД и КИСЛОРОД поступают в паротурбинную установку 7, в которой сжимаются в осевом компрессоре 79, выполненном в отличии от установки /ок/ 3 одноступенчатым, сгорают в камерах сгорания 81, а продукты сгорания расширяются в расширяющихся соплах 84, цилиндрах 85 ВОЛНОВЫХ КОМПРЕССОРОВ и на паровой турбине 86 с получением полезной мощности $$H_2^{П}$$ на электрогенераторе 9 и электрощите 159. Газопаротурбинная /ые/ установка /ки/ прогревается с подъемом давления пара в парогенераторе 106, пар из которого начинает поступать в коллектор пара 14 и плазмохимические реакторы 10 термодиссоционной газотурбинной установки 6 газопаротурбинной установки 4. Одновременно на электроды-катоды 26 и сопла-аноды 24 с электрощита 159 подается электроэнергия, что обеспечивает термическую диссоциацию водяного , протекающего через плазмохимические реакторы 10, при совмещение отверстий 38 коллектора пара 14 с отверстиями 39 ДИСКА-КЛАПАНА 15 и корпусами 25 плазмохимических реакторов, с получением ВОДОРОДА и КИСЛОРОДА при температуре, превышающей 2500°C и высоком давлении Р₁. Полученные газы - ВОДОРОД и КИСЛОРОД, c высокими параметрами температуры и давления расширяются в расширяющихся соплах 11, цилиндрах 12 ВОЛНОВЫХ КОМПРЕССОРОВ и на газовой турбине 13 с получением дополнительной мощности $$H_1^{Г}$$ .′′Отработанные′′ газы - ВОДОРОД и КИСЛОРОД выходят из выпускного патрубка 16, нагревают воду с получением пара в парогенераторе 17, охлаждаются до температуры около 20°C в холодильнике 110 и ПРЯМО поступают в паротурбинную установку 7, при этом кран 168 в емкости 167 РЕАКТИВНОЙ газопаротурбинной установки 3 закрывается и эти установки 3 и 4 начинают работать в своем рабочем режиме. С пуском установки 4 пар из парогенератора 106 подается на паровую турбину 107, вращающей электрогенератор 108, при этом электрическая энергия поступает с него на общий для установки 4 электрощит 159, что существенно увеличивает ее мощность.

После пуска установок 3 и 4 электрическая энергия с электрощита /ов/ 159 установок 4 подается на электродвигатели, вращающие центробежные вентиляторы для создания воздушной подушки.

ВТОРОЙ ВАРИАНТ ПУСКА установок 4.

Осуществляется точно так же, как и пуск реактивной газопаротурбинной установки 3 на углеводородном топливе, например, керосине.

При этом установки 4 имеют пусковые двигатели внутреннего сгорания небольшой мощности /не показаны на чертеже/, которые работают во время пуска для вращения осевого компрессора 79 и используются как в первом, так и во втором варианте пуска установок. Эти ДВС обеспечивают также работу всех вспомогательных механизмов, необходимых для пуска установок 4.

Особенности конструкции и работы Реактивной газопаротурбинной установки 3 и газопаротурбинной установки 4.

Известно, что если образовавшиеся при высокой температуре продукты диссоциации быстро охладить, то равновесие не успевает сразу сместиться, а затем уже не смещается ввиду крайне малой скорости реакции при низкой температуре. Таким образом, сохраняется соотношение между веществами, существовавшее при высокой температуре" /см.8, стр.211-212/. В рассматриваемых Реактивной газопаротурбинной установке 3 и газопаротурбинной установке 4 в первых силовых блоках - термодиссоционных газотурбинных установок 6 быстрое охлаждение продуктов диссоциации - водорода и кислорода, осуществляется за счет их быстрого расширения в соплах 11, цилиндрах 12 волновых компрессоров и на газовой турбине 13, с понижением температуры газов - водорода и кислорода, за газовой турбиной до 500-550°C /600°C/, при которой водород с кислородом практически не взаимодействуют /см.8, стр.345-346/.

Дополнительным методом сохранения соотношения между веществами, существовавшее при высокой температуре, служит метод впрыскивания воды или жидкого металла, например, лития или висмута, в продукты диссоциации с помощью форсунок 46, установленных в цилиндрах 12 волновых компрессоров. При этом впрыскивание воды или жидкого металла осуществляется в зоны с пониженной температурой газов в цилиндрах 12.

Вместе с тем необходимость впрыскивания воды или жидкого металла устанавливается только в процессе испытания работы одной из установок.

Применение волновых компрессоров, выполненных с расширяющимися соплами 11 и цилиндрами 12 в термодиссоционной газотурбинной установке 6 и волновых компрессорах, выполненных с расширяющимися соплами 84 и цилиндрами 85 в паротурбинной установке установок 3 и 4 позволяет обеспечить:

- снижение температуры продуктов диссоциации водорода и кислорода с начальной температуры, превышающей 2500°C, до конечной перед газовой 13 и паровой турбиной 86 в интервале 700-900°C или до 1300°C, если турбины выполняются охлаждаемыми. Вместе с тем на газовой 13 и паровой турбине 86 достигается высокий температурный перепад и, как следствие, обеспечивается получение высокого термического КПД термодиссоционной газотурбинной установки 6 и паротурбинной установки 7 в соответствии со вторым законом термодинамики.

- обеспечивается выравнивание давления и скорости газов - водорода и кислорода - продуктов диссоциации перед газовой турбиной 13 и продуктов сгорания водорода в кислороде перед паровой турбиной 86 в длинных цилиндрах 12 и 85 волновых компрессоров, благодаря чему достигается высокий КПД самих турбин.

Отметим, что включение источника питания 28, подсоединенного к электрощиту 159 для зажигания дуги между электродами-катодами 26 и соплами - анодами 24 осуществляется с частотой 100 циклов в секунду и более, например, с помощью электромагнитного ртутного прерывателя /см.1, стр.62/.

Источники питания плазмохимических реакторов могут быль весьма разнообразными по своим параметрам и схемным решениям. Источник питания 28 выбирается при проектировании реактивной газопаротурбинной установки заданной мощности /см. 2, стр.87-90/.

Технико-экономическая часть.

Реактивное судно на воздушной подушке, в котором вода является энергоносителем для работы реактивных газопаротурбинных установок, движущих судно с большой скоростью и газопаротурбинных установок, служащих для работы центробежных вентиляторов, обеспечивающих нагнетание сжатого воздуха под днище корпуса и создания воздушной подушки, имеет ряд преимуществ перед обычными судами на воздушной подушке /СВП/ с силовыми установками на углеводородном топливе или ядерном с атомными реакторами /см. В.А. Ильин "Суда завтрашнего дня/ - М.: Знание,. 1977/7, стр.24-44 /12/.

Во-первых, применение на этого типа судах реактивных силовых установок обеспечивает большую скорость полета судна над водной поверхностью, по сравнению с судами на воздушной подушке, в которых используются воздушные винты.

Во-вторых, достигается чистота атмосферы из-за отсутствия дымовых газов, которые в больших объемах выпускаются в атмосферу обычными СВП.

В-третьих, достигается огромная экономия материальных и денежных ресурсов, так как вода имеет значительно меньшую стоимость и легкодоступна, но сравнению с нефтью или ядерным топливом - ураном.

Новая реактивная газопаротурбинная установка относительно проста по конструкции, а отдельные ее узлы: плазмохимические реакторы /плазмотроны/, турбины, камеры сгорания, компрессоры давно освоены промышленностью и имеют невысокую стоимость.

Широкое применение реактивных газопаротурбинных установок на судах на воздушной подушке позволит постепенно вытеснить суда с силовыми установками на углеводородном топливе или ядерном.

Вместе с тем обеспечивается применение реактивных газопаротурбинных установок на самолетах и дирижаблях, в которых энергоносителем служит вода, что позволит прекратить загрязнять атмосферу выхлопными газами при работе на этих летательных аппаратах турбореактивных двигателей. По существующим оценкам воздушный транспорт создает около 1% общего загрязнения атмосферы. Однако в зонах крупных аэропортов его доля значительно выше.

Вместе с тем применение новых реактивных газопаротурбинных установок, работающих на воде на самолетах и дирижаблях, позволит в разы снизить стоимость полета пассажиров, особенно на дальние расстояния, за время полета которых встречается много рек и озер с пресной водой.

Таким образом, удельный вес воздушного транспорта с новыми реактивными газопаротурбинными установками существенно повысится с увеличением дальности передвижения. Тот же эффект достигается при использование новых реактивных установок на судах на воздушной подушке.

Изобретение относится к области морского и речного флота, в которых используются суда на воздушной подушке с реактивными газопаротурбинными установками. Для работы установок применяется пресная вода, запасенная в емкостях, являющаяся энергоносителем. Реактивное судно на воздушной подушке содержит корпус, ограждение корпуса, размещенные в корпусе емкости для пресной воды, центробежные вентиляторы для нагнетания сжатого воздуха под днище корпуса и создания воздушной подушки и газопаротурбинные установки для работы центробежных вентиляторов, реактивные газопаротурбинные установки для движения судна, установленные на палубе, с использованием в них воды в качестве энергоносителя и получения полезной мощности и силы тяги, установленный в корпусе судна парогенератор на отработанных водороде и кислороде с температурой 500-550°С, соединенный главным паропроводом с коллектором пара реактивной газопаротурбинной установки и холодильником для охлаждения отработанных в парогенераторе водорода и кислорода, подсоединенным к накопительной емкости и распределительному устройству, парогенератор, подключенный к системе охлаждения реактивной газопаротурбинной установки на жидкометаллическом теплоносителе, соединенный с паровой турбиной и с главным паропроводом, подсоединенной к электрогенератору, включенному на электрощит и к конденсатору, источник питания плазмохимических реакторов реактивной газопаротурбинной установки, подключенный к электрощиту. Новым в изобретении является то, что реактивная газопаротурбинная установка включает корпус с диффузором для входа атмосферного воздуха с установленным в нем в обтекателе пусковым двигателем, реактивное сопло для создания силы тяги с размещенными в нем конусом и форсунками для впрыскивания водорода или углеводородного топлива, для форсирования установки и увеличения силы тяги, и два силовых блока, установленные в корпусе, содержащие термодиссоционную газотурбинную установку и паротурбинную установку, соединенные валом с одной стороны с электрогенератором, включенным на электрощит, а с другой - с высоконапорным вентилятором для создания движения воздуха в кольцевом канале между корпусом и силовыми блоками, и центробежным компрессором, подсоединенным к камерам сгорания, равномерно расположенным по окружности для сгорания продуктов диссоциации - водорода и кислорода и создания силы тяги. Новым в изобретении является также то, что термодиссоционная газотурбинная установка для получения источника энергии - водорода и кислорода, и полезной мощности, выполнена с плазмохимическими реакторами, равномерно расположенными по окружности для термической диссоциации водяного пара и получения водорода и кислорода с температурой, превышающей 2500°С, и высоким давлением, подключенные к источнику питания, сообщающиеся с одной стороны с помощью диска-клапана, имеющего отверстия для входа пара и кольцевые лабиринтовые уплотнения, вращающегося с заданной частотой, с коллектором пара, а с другой соединены с расширяющимися соплами и цилиндрами волновых компрессоров, имеющими форсунки для впрыскивания в них воды или жидкого металла, подсоединенные к газовой турбине, укрепленной на валу, соединенном с электрогенератором, снабженной выпускным патрубком для выпуска отработанных водорода и кислорода в парогенератор. Новым в изобретении является также то, что плазмохимические реакторы для термической диссоциации водяного пара и получения водорода и кислорода с температурой, превышающей 2500°С, расширяющиеся сопла и цилиндры волновых компрессоров имеют рубашки для циркуляции охлаждающей жидкости - жидкометаллического теплоносителя и воды, для охлаждения стенок сопел - анодов плазмохимических реакторов. Новым в изобретении является также то, что плазмохимические реакторы содержат корпус с рубашкой, сообщающийся с охлаждаемым соплом - анодом, с расположенным в корпусе на заданном расстоянии от его стенок электродом-катодом, укрепленным в устройстве подключенным к источнику питания, с размещенной в корпусе форсункой для впрыскивания легкоионизирующей присадки или несколько плазмохимических реакторов с размещенными в них форсунками для впрыскивания легкоионизирующей присадки расположены в одном блоке, соединенном с расширяющимися соплами волновых компрессоров с одной стороны, а с другой сообщаются с диском-клапаном, имеющим отверстия для входа пара и кольцевые лабиринтовые уплотнения, или несколько плазмохимических реакторов, расположенных в одном блоке, содержат корпусы с рубашкой, крышкой и колпаком, с укрепленными в корпусах на заданном расстоянии от их стенок в слое электроизоляции электродами-катодами, сообщающиеся с охлаждаемыми соплами-анодами, при этом на блоке плазмохимических реакторов расположен клапанный механизм с впускным клапаном для впуска водяного пара, клапанный механизм включает патрубок для входа пара, соединенный с коллектором, подсоединенным к корпусам плазмохимических реакторов, с размещенным на коллекторе впускным клапаном, с ограничителем и пружиной для впуска водяного пара. Новым в изобретении является также то, что паротурбинная установка для сгорания водорода в кислороде и получения полезной мощности выполнена с осевым компрессором, подсоединенным к распределительному устройству, последовательно соединенным с соединительными цилиндрами, камерами сгорания, равномерно расположенными по окружности, включающими форсунки для воспламенения водорода в кислороде за счет впрыскивания газообразных струй продуктов термической диссоциации электропроводной жидкости и комбинированные форсунки для впрыскивания газообразной смеси продуктов термической диссоциации электропроводной жидкости и углеводородного топлива, с расширяющимися соплами и цилиндрами волновых компрессоров, подсоединенные к паровой турбине, укрепленной на валу, соединенном с термодиссоционной газотурбинной установкой и электрогенератором, снабженной выпускным патрубком для выпуска отработанного пара в конденсатор, при этом осевой компрессор выполнен двухкорпусным с приемной камерой, с шарнирно укрепленной на ней заслонкой для входа атмосферного воздуха, причем второй корпус снабжен впускным патрубком для входа продуктов диссоциации - водорода и кислорода, из распределительного устройства. Новым в изобретении является также то, что форсунка для воспламенения водорода в кислороде содержит корпус с патрубками для подачи электропроводной жидкости, соединенными с цилиндрическими каналами, расположенными внутри корпуса в слое электроизоляционного материала, с одной стороны которых установлены электроды, подключенные к генератору импульсов, а с другой выполнены сопла, направленные под углом друг к другу и сообщающиеся с взрывной камерой форсунки, имеющей днище с отверстиями для выхода газовых струй. Новым в изобретении является также то, что комбинированные форсунки содержат корпус с патрубками для подачи электропроводной жидкости, соединенные с цилиндрическими каналами, расположенными внутри корпуса в слое электроизоляционного материала, параллельно размещению топливной форсунки, с одной стороны которых установлены электроды, подключенные к генератору импульсов, а с другой выполнены сопла, направленные под углом друг к другу и сообщающиеся с взрывной камерой форсунки, имеющей сопло для выхода газовых струй. Достигается увеличение скорости движения. 18 ил.

Реактивное судно на воздушной подушке содержит корпус, ограждение корпуса, размещенные в корпусе емкости для пресной воды, центробежные вентиляторы для нагнетания сжатого воздуха под днище корпуса и создания воздушной подушки и газопаротурбинные установки для работы центробежных вентиляторов, реактивные газопаротурбинные установки для движения судна, установленные на палубе, с использованием в них воды в качестве энергоносителя и получения полезной мощности и силы тяги, установленный в корпусе судна парогенератор на отработанных водороде и кислороде с температурой 500-550°C, соединенный главным паропроводом с коллектором пара реактивной газопаротурбинной установки, емкостью для пресной воды и холодильником для охлаждения отработанных в парогенераторе водорода и кислорода, подсоединенным к накопительной емкости и распределительному устройству, парогенератор подключенный к системе охлаждения реактивной газопаротурбинной установки на жидкометаллическом теплоносителе, соединенный с паровой турбиной и с главным паропроводом, подсоединенной к электрогенератору, включенному на электрощит и к конденсатору, источник питания плазмохимических реакторов реактивной газопаротурбинной установки, подключенный к электрощиту,
реактивная газопаротурбинная установка включает корпус с диффузором для входа атмосферного воздуха, с установленным в нем в обтекателе пусковым двигателем, реактивное сопло для создания силы тяги, с размещенными в нем конусом и форсунками для впрыскивания водорода или углеводородного топлива, для форсирования установки и увеличения силы тяги, и два силовых блока, установленные в корпусе, содержащие термодиссоционную газотурбинную установку и паротурбинную установку, соединенные валом с одной стороны с электрогенератором, включенным на электрощит, а с другой с высоконапорным вентилятором для создания движения воздуха в кольцевом канале между корпусом и силовыми блоками, и центробежным компрессором, подсоединенным к камерам сгорания, равномерно расположенным по окружности для сгорания продуктов диссоциации - водорода и кислорода и создания силы тяги,
термодиссоционная газотурбинная установка для получения источника энергии - водорода и кислорода и полезной мощности, выполнена с плазмохимическими реакторами, равномерно расположенными по окружности для термической диссоциации водяного пара и получения водорода и кислорода с температурой, превышающей 2500°С, и высоким давлением, подключенными к источнику питания, сообщающимися с одной стороны с помощью диска-клапана, имеющего отверстия для входа пара и кольцевые лабиринтовые уплотнения, вращающегося с заданной частотой, с коллектором пара, а с другой соединены с расширяющимися соплами и цилиндрами волновых компрессоров, имеющими форсунки для впрыскивания в них воды или жидкого металла, подсоединенные к газовой турбине, укрепленной на валу, соединенном с электрогенератором, снабженной выпускным патрубком для выпуска отработанных водорода и кислорода в парогенератор,
при этом плазмохимические реакторы для термической диссоциации водяного пара и получения водорода и кислорода с температурой, превышающей 2500°C, расширяющиеся сопла и цилиндры волновых компрессоров имеют рубашки для циркуляции охлаждающей жидкости - жидкометаллического теплоносителя и воды, для охлаждения стенок сопел-анодов плазмохимических реакторов,
плазмохимические реакторы содержат корпус с рубашкой, сообщающийся с охлаждаемым соплом-анодом, с расположенным в корпусе на заданном расстоянии от его стенок электродом-катодом, укрепленным в устройстве, подключенным к источнику питания, с размещенной в корпусе форсункой для впрыскивания легкоионизирующей присадки или
несколько плазмохимических реакторов с размещенными в них форсунками для впрыскивания легкоионизирующей присадки расположены в одном блоке, соединенном с расширяющимися соплами волновых компрессоров с одной стороны, а с другой сообщаются с диском-клапаном, имеющим отверстия для входа пара и кольцевые лабиринтовые уплотнения,
или несколько плазмохимических реакторов, расположенных в одном блоке, содержат корпусы с рубашкой, крышкой и колпаком, с укрепленными в корпусах на заданном расстоянии от их стенок в слое электроизоляции электродами-катодами, сообщающимися с охлаждаемыми соплами-анодами,
при этом на блоке плазмохимических реакторов расположен клапанный механизм с впускным клапаном для впуска водяного пара,
клапанный механизм включает патрубок для входа пара, соединенный с коллектором, подсоединенным к корпусам плазмохимических реакторов, с размещенным на коллекторе впускным клапаном, с ограничителем и пружиной для впуска водяного пара,
паротурбинная установка для сгорания водорода в кислороде и получения полезной мощности выполнена с осевым компрессором, подсоединенным к распределительному устройству, последовательно соединенным с соединительными цилиндрами, камерами сгорания, равномерно расположенными по окружности, включающими форсунки для воспламенения водорода в кислороде за счет впрыскивания газообразных струй продуктов термической диссоциации электропроводной жидкости и комбинированные форсунки для впрыскивания газообразной смеси продуктов термической диссоциации электропроводной жидкости и углеводородного топлива, с расширяющимися соплами и цилиндрами волновых компрессоров, подсоединенные к паровой турбине, укрепленной на валу, соединенном с термодиссоционной газотурбинной установкой и электрогенератором, снабженной выпускным патрубком для выпуска отработанного пара в конденсатор, при этом
осевой компрессор выполнен двухкорпусным с приемной камерой, с шарнирно укрепленной на ней заслонкой для входа атмосферного воздуха, причем второй корпус снабжен впускным патрубком для входа продуктов диссоциации - водорода и кислорода, из распределительного устройства,
форсунка для воспламенения водорода в кислороде содержит корпус с патрубками для подачи электропроводной жидкости, соединенными с цилиндрическими каналами, расположенными внутри корпуса в слое электроизоляционного материала, с одной стороны которых установлены электроды, подключенные к генератору импульсов, а с другой выполнены сопла, направленные под углом друг к другу и сообщающиеся с взрывной камерой форсунки, имеющей днище с отверстиями для выхода газовых струй,
при этом комбинированные форсунки содержат корпус с патрубками для подачи электропроводной жидкости, соединенные с цилиндрическими каналами, расположенными внутри корпуса в слое электроизоляционного материала, параллельно размещению топливной форсунки, с одной стороны которых установлены электроды, подключенные к генератору импульсов, а с другой выполнены сопла, направленные под углом друг к другу и сообщающиеся с взрывной камерой форсунки, имеющей сопло для выхода газовых струй.