16+
Регистрация
РУС ENG
Расширенный поиск
http://www.eprussia.ru/epr/86/6247.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 10 (86) сентябрь 2007 года

Бесшумный лайнер и теплый коттедж

Новые технологии Евгений ХРУСТАЛЕВ

Мы продолжаем знакомить читателя с работами москвича М. И. Весенгириева. Сегодня мы представим еще два его изобретения. Одно относится к области двигателестроения и дополняет августовский рассказ о возможных способах использовании воды в качестве топлива. Второе, разработанное совместно с группой авторов, – посвящено новым системам автономного теплоснабжения.

О нецелесообразности использования поршневого двигателя внутреннего сгорания с его многозатратными в производстве и эксплуатации механизмами и токсичными выхлопами ученые и экологи твердят уже более полувека.

Некоторые наши самолеты из‑за чрезмерной шумности газотурбинных двигателей не имеют доступа в Западную Европу. Однако это вовсе не означает, что европейские авиалайнеры летают тише бумажного голубя. Все газотурбинные двигатели шумны, прожорливы и экологически опасны. Это их родовые пороки, искоренить которые могут, по мнению изобретателя, только радикальные изменения, внесенные в саму конструкцию ГТД. А никак не меры шумоизоляции, которые используют наши авиастроители.



Почему гудит самолет?

Изобретение, которое предлагает М. Весенгириев (заявка на патент РФ № 100005 2005 г. и др.), призвано резко повысить экономическую и экологическую эффективность ГТД. Попутно кардинально решаются вопросы их шумности и безопасности в эксплуатации. Кроме того, создается реальная возможность «дать отставку» поршневому ДВС и заменить его газотурбинным.

Но сначала стоит уточнить, что же в ГТД столь нестерпимо шумит. Оказывается, воздухозаборник позволяет себе «дребезжать» приблизительно на 15 процентов от общего уровня шума, осевой многоступенчатый компрессор – на 25 процентов, камера сгорания и турбина вместе – на 30 процентов, остальные 30 процентов приходятся на долю выхлопного устройства.

Что рекомендует сделать автор? Корпус, в котором у существующего газотурбинного двигателя находится воздухозаборник, герметизируется разъемно установленной крышкой. В создавшуюся полость перед компрессором устанавливается электролизер. По линиям А и Б (см. рис.) к его электродам подается постоянный ток от бортового источника питания. Затем, также по линиям А и Б, к направляющим и рабочим лопаткам осевого компрессора подводится ток от того же источника: образуется дополнительный электролизер. Чем удваиваются мощностные характеристики двигателя, а также создается возможность управления электролизерами, с повышением интервала их нагрузочного регулирования.

При создании ГТД для наземных транспортных средств, где не требуется большой мощности двигателя, можно использовать только один электролизер: либо установленный в корпусе, либо выполненный на лопатках компрессора. Это снизит вес и габариты двигателя.

Электроды основного электролизера изготавливаются либо из перфорированного никелевого листа, либо из никелевой сетки в виде электродов‑полублоков, вписывающихя друг в друга своими элементами (пластинами) с зазором – для свободного прохода электролита и продуктов его разложения к направляющим и рабочим лопаткам компрессора.
Электроды дополнительного электролизера (они же лопатки компрессора) и другие элементы газогенераторной части двигателя никелируют для повышения их стойкости при работе в среде электролита. Управляемая и дозируемая подача электролита в электролизер и распыление производятся в направлении проточной части двигателя качающим устройством через форсунку. При этом форсунка установлена на разъемной крышке и выполнена с кавитатором (местным сужением канала форсунки). Камера сгорания двигателя специально устроена для сжигания водорода и кислорода в смеси с водяным паром.



Калий вместо керосина

Как эта схема работает? Бывший топливный бак самолета заправляют электролитом – например, водным раствором едкого калия (раньше влили бы тонны керосина). При включении зажигания на электроды электролизеров от бортового источника питания подается постоянный ток, так же как и на свечу зажигания в камере сгорания. Затем пусковым устройством раскручивают ротор двигателя. Работой направляющих и рабочих лопаток компрессора в герметизированной полости корпуса, где установлен основной электролизер, создается разрежение, а за компрессором по проточной части двигателя – повышенное давление. Качающее устройство забирает из бака электролит и через форсунку подает его в электролизер. В катализаторе форсунки повышение скорости электролита и падение его давления до критического значения приводит к ударной диссоциации, ионизации и к тончайшему распылению капелек электролита.

Затем благодаря разрежению, созданному компрессором, в корпусе происходит полное и почти без затрат энергии превращение электролита в водяной пар. Этот ионизированный водяной пар последовательно проходит через электролизеры, где разлагается на водород и кислород. Так как рабочее тело в двигателе – водяной пар, то разлагается лишь незначительная часть электролита (скажем, десять процентов), что требует значительно меньших энергозатрат на электролиз воды. В процессе разложения водяного пара компрессор сжимает пар и поднимает его температуру – например, до 200 °С.

При этом, в связи с тем что в водяном паре наличие водорода и кислорода незначительно, исключен взрыв гремучего газа в компрессоре. К тому же процессы, происходящие в двигателе, контролируются и управляются специальным электронным блоком. Электролизеры охлаждаются за счет испарения подаваемого в них электролита. Впрочем, «наземный» вариант ГТД может дополнительно охлаждаться водяной рубашкой, установленной на корпусе. Далее пар поступает в камеру сгорания, дополнительно разлагаясь за счет ударной и термической диссоциаций, что экономит энергию на разложение воды в электролизерах. Затем пар ионизируется и воспламеняется при помощи свечи зажигания. Продукты сгорания, уже в виде парогазовой смеси, совершая полезную работу, расширяются в турбине и через выхлопное устройство направляются в атмосферу. При этом турбина вырабатывает почти весь теплоперепад. К тому же благодаря конденсации паров воды может даже происходить перерасширение газов, когда их давление в выхлопном устройстве будет меньше давления окружающей среды.

При такой системе работы двигателя о шуме можно забыть. Тем более что другой опасный шумоизлучатель – воздухозаборник – вообще ликвидирован. Компрессор? Но он закрыт крышкой и основным электролизером, – что, кстати, исключает попадание инородного тела в проточную часть двигателя и существенно повышает эксплуатационную безопасность. Корпус газотурбинного двигателя для ликвидации шумоизлучения можно дополнительно изолировать либо рубашкой охлаждения (жидкостной – в транспортном двигателе), либо шумоизолирующим капотом (в авиационном двигателе).

Регулирование частоты вращения ротора (мощности) ГТД производят путем перемещения ручки либо педали газа, которая, например, через тот же блок управления повышает или понижает расход подаваемого электролита, увеличивает или уменьшает силу тока, поступающего на электроды электролизеров, и включает в работу или, наоборот, временно отключает один из двух электролизеров.

В заключение стоит отметить, что такой двигатель, помимо перечисленных достоинств, обладает абсолютной экологической безопасностью, – что в наше время особенно существенно.



Как отапливать дом?

Еще одно изобретение нашего автора разработано совместно с В. М. Шклянским и А. М. Весенгириевым (патент РФ № 2198350). Это новый теплогенератор, который может быть использован для автономного теплоснабжения.

Всем известно простое местное печное отопление, устраиваемое на небольших рассредоточенных объектах, которое, говоря техническим языком, содержит теплогенератор, в топочной части которого с помощью подсасывания окружающего воздуха сжигается любой вид топлива. В качестве теплоносителя используются продукты горения, которые по теплопроводу в виде сети каналов или трубопроводу переносят из топочной части к нагревательным частям теплоту.

Недостатками такого отопительного устройства являются низкий КПД (в среднем около 0,5), большая разница температуры в разных частях отапливаемого помещения; загрязнение каналов сажей и золой; высокая и ничем не регулируемая температура нагреваемых частей, оказывающая вредное воздействие на человека; загрязнение окружающей местности неочищенными дымовыми выбросами и высокая температура уходящих газов.

Существует также устройство для получения парогазовой смеси, содержащее: топочную камеру с ограждением, соединенную с газоходом и устройством для подачи топлива, экранные трубы с нижним и верхним коллекторами и с распылением горячей воды по ходу дымовых газов из верхнего коллектора. Кроме того, устройство содержит подпиточный насос, дымосос, вентилятор (патент РФ № 2098720 1997 г.).

Недостатками такого устройства являются низкий КПД из‑за невозврата конденсата в цикл, сложность конструкции, наличие электропотребляющих элементов, работа под избыточным давлением и только на одном виде топлива, – что не позволяет запросто применять устройство для теплоэнергосберегающего автономного теплоснабжения рассредоточенных объектов. Кроме того, отсутствует утилизация тепла уходящих газов.

Наиболее близкой ко второму варианту является система водяного отопления низкого давления с температурой горячей воды 95 oC и с естественной ее циркуляцией, содержащая водогрейный котел, трубопроводы, по которым циркулирует вода, нагревательные приборы, расширительный сосуд и воздухосборник.

Недостатком этого устройства является низкий КПД теплогенератора (до 30 процентов теплоты топлива выкидывается в трубу с отходящими газами), кроме того, оно не допускает создания нескольких автономных между собой систем отопления, размещенных на разных уровнях или далеко удаленных от котла.

Близкой к третьему варианту является система напольного отопления, содержащая воздухоподогреватель, подающий канал, распределительный, греющий, сборный, обратный каналы и регулирующий шибер (авт. св. СССР № 563542 1977 г.).

Недостатками системы являются сложность конструкции и низкий КПД: приходится затрачивать электроэнергию и на работу теплогенератора, и на преодоление повышенного аэродинамического сопротивления, – поэтому автономно в экономичном режиме такая система работать на рассредоточенных объектах не может.



Новые способы теплоснабжения

Проанализировав достоинства и недостатки этих и других существующих систем, авторы поставили перед собой задачу создания простого теплоэнергосберегающего теплогенератора для автономного теплоснабжения рассредоточенных жилых и производственных объектов.

В авторском варианте теплогенератор выполнен в виде парогазовой камеры овалообразной, прямоугольной, цилиндрической или любой другой формы, со сферическим, коническим, прямым или другой известной формы дном для нагрева воды через стенку сосуда и получения теплоносителя в виде парогазовой смеси.

Сущность работы авторских систем теплоснабжения показана на чертежах:
фиг. 1 – теплогенератор для систем теплоснабжения с выносной топочной камерой;
фиг. 2 – система теплоснабжения многоэтажного объекта с поэтажной автономной системой водяного отопления и с горячим водоснабжением;
фиг. 3 – топочная камера, выполненная с водяной рубашкой;
фиг. 4‑10 – случаи частного выполнения очистки;
фиг. 4‑11 – система поэтажного напольного теплоснабжения с горячим водоснабжением и случаи частного выполнения теплогенератора;
фиг. 12 – вид А на фиг. 11.

Теплогенератор содержит парогазовую камеру, разделенную на жидкостную и парогазовую полости и установленную над топочной камерой.

Топочная камера может выполняться различным образом: выносной и для приготовления пищи; открытой для работы в качестве камина; с экранным теплообменником (здесь имеются коллектор, водоспускные трубы и устройство подпитки); газоплотной с принудительной подачей воздуха; с золоудалением из жидкости; с водяной рубашкой.
Топливо любого вида сжигается в топочной камере, и продукты горения по специальному каналу или по дымогарной трубе поступают в парогазовую камеру для очистки, охлаждения и смешения с парами жидкости. Парогазовая камера выполнена в виде ряда отсеков, образованных установленными по ширине камеры верхними и нижними направляющими перегородками.

В частных случаях в очистных устройствах применяются такие направляющие перегородки: с наклоном к жидкости, с регулируемым наклоном, только верхние, только нижние, а также имеющие в поперечном сечении вид патрубка. Без направляющих перегородок выполняются парогазовые камеры с установленным решетчатым каплеулавливателем, циклоном или барботером.

В результате очистки парогазовой смеси накопившуюся в жидкости золу продувают через линию продувки. Очищенная и охлажденная парогазовая смесь за счет естественной тяги по газоходу поступает к потребителю.

Потребителем может быть теплообменник, водоподогреватель, пропарочная камера. В частных случаях парогазовая смесь сначала поступает в парогазоперегреватель, где осушаются унесенные капли, а затем в газоход и к потребителю, где за потребителем устанавливают дымосос перед дымовой трубой. На дымовой трубе выполнено устройство для промывки уходящих газов питательной водой, которой затем вместе с конденсатом от потребителя подпитывают парогазовую камеру.

Поэтажная автономная система теплоснабжения по другому варианту выполнена как теплоизолированный газоход, куда теплоноситель (парогазовая смесь) поступает из парогазовой камеры, сконструированной в виде водогрейного котла с топочной камерой, и затем через запорно-регулирующее устройство, например  шибер, поступает в теплоизолированный теплообменник. Последний трубами для естественной (а в частных случаях – и принудительной) циркуляции воды соединен с нагревательным прибором, в котором имеется расширительный и воздухосборный сосуд. Отработавшая в теплообменнике парогазовая смесь поступает в дымовую трубу, выполненную параллельно газоходу, и естественной (или принудительной) тягой дымососа отводится в атмосферу. Конденсат из теплообменника и питательная жидкость, промывающая дымовые газы, сливаются в дымовую трубу и затем самотеком поступают на подпитку парогазовой камеры. Подогреватель воды горячего водоснабжения подключен через шибер и установлен последним по газоходу. При этом на газоходе после подключенного последнего потребителя установлено запорное устройство в виде шибера.

Система теплоснабжения с напольным отоплением содержит теплогенератор для получения теплоносителя в виде парогазовой смеси. Газоходом он, через запорно-регулирующее устройство (например, шибер), поэтажно или покомнатно соединен с распределительным каналом, и – через греющие каналы, под уклон – со сборным каналом, откуда отработавшая парогазовая смесь вместе с конденсатом сбрасываются в дымовую трубу, выполненную параллельно газоходу. В дымовой трубе отходящие газы промываются питательной жидкостью. Затем естественной тягой или дымососом отходящие газы выбрасываются в атмосферу, а конденсат и подпиточная жидкость самотеком (а в частных случаях – через напольное отопление первого этажа) поступают на подпитку парогазовой камеры. Последним по газоходу устанавливают подогреватель горячего водоснабжения. На газоходе после последнего потребителя установлен шибер. В парогазовой камере также установлено запорное устройство для прямого соединения топочной камеры с газоходом – например, при работе системы в режиме камина.



Принцип работы новых систем

Работают новые системы теплоснабжения следующим образом.

Любой вид топлива сжигается в топочной камере теплогенератора. Продукты горения по каналу или дымогарной трубе, передавая жидкости часть теплоты через стенки парогазовой камеры, естественной тягой, создаваемой дымовой трубой или дымососом, поступают в парогазовую полость. Здесь в камерах очистки за счет изменения направления, скорости, давления, за счет контакта с жидкостью и смешения с парами жидкости продукты горения очищаются от золы и понижают свою температуру до необходимого потребителю значения. При этом часть теплоты аккумулируется жидкостью парогазовой камеры, а зола из жидкостной полости удаляется через линию продувки. Затем очищенные и охлажденные продукты горения, уже в виде парогазовой смеси, поступают в газоход и далее в виде теплоносителя поступают к потребителю. Происходит теплопередача на выгодных для потребителя температурных режимах, за счет чего исключается образование накипи и создаются условия утилизации и возврата в цикл теплоты уходящих газов. Затем парогазовая смесь и ее конденсат поступают в дымовую трубу, где теплота уходящих газов утилизируется питательной водой, которой затем, вместе с конденсатом, самотеком подпитывают парогазовую камеру, а отходящие газы удаляют.

По второму варианту теплоснабжения – с автономной поэтажной системой отопления и естественной циркуляцией воды – парогазовая смесь через запорно-регулирующее устройство из газохода поступает в теплообменник и отдает теплоту жидкости, циркулирующей по трубам между теплообменником и нагревательными приборами. Затем конденсат и парогазовая смесь поступают в дымовую трубу, где теплота уходящих газов утилизируется промыванием питательной водой, которой затем, вместе с конденсатом, подпитывают парогазовую камеру, а отходящие газы удаляют в атмосферу. При этом газоход закрыт шибером, а теплоноситель из газохода полностью поступает в водоподогреватель горячего водоснабжения, откуда конденсат и отходящие газы поступают в дымовую трубу.

По третьему варианту теплоснабжения парогазовая смесь через запорно-регулирующее устройство поступает из газохода в распределительный канал, откуда, передавая теплоту полу, по греющим каналам поступает в сборный канал. Из сборного канала парогазовая смесь и конденсат поступают в дымовую трубу, где теплота уходящих газов утилизируется питательной водой, затем уходящие газы удаляются в атмосферу, а питательная вода и конденсат через отопительную систему нижнего этажа идут на подпитку парогазовой камеры. При этом водоподогреватель горячего водоснабжения подключен последним по газоходу, который закрыт шибером.

Предлагаемые системы теплоснабжения просты в устройстве, могут работать на любом виде топлива, имеют высокий КПД. Они долговечны, экономичны и особенно удобны для автономного теплоснабжения рассредоточенных жилых и производственных объектов.

Отправить на Email

Для добавления комментария, пожалуйста, авторизуйтесь на сайте

Также читайте в номере № 10 (86) сентябрь 2007 года:

  • АЭС «Белене» застрахована

    Страховая группа «СОГАЗ» застраховала на 2007–2012 гг. гражданскую ответственность при осуществлении инженерных изысканий, проектных работ, архитектурной деятельности ЗАО «Атомстройэкспорт» при строительстве АЭС «Белене» в Болгарии. ЗАО «Атомстройэкспорт» является победителем тендера Национальной электрической компании Болгария на сооружение АЭС «Белене» с двумя энергоблоками мощностью по 1000 МВт. Комментируя заключение данного ...

  • МОЭК и реформа ЖКХ

    ОАО МОЭК приняло участие в работе II Всероссийской конференции-выставки «Реформа ЖКХ. Управление недвижимостью в жилищной сфере». С докладом «Структурная реформа ОАО Московская объединенная энергетическая компания» как инструмент повышения эффективности системы теплоснабжения города Москвы» выступил заместитель Генерального директора по корпоративному развитию и инвестициям ОАО МОЭК Олег Горелов. В своем выступлении он подчеркнул, чт...

  • Блиц

    ОАО ЮЭСК начинает договорную кампанию в районах Корякского округа. С 1 января 2008 г. компания возобновляет деятельность на принадлежащих обществу семи электростанциях, расположенных в северной части Камчатского края. Такое решение было принято руководством «Дальневосточной энергетической управляющей компании» и советом директоров ОАО «Южные электрические сети Камчатки» в связи с образованием Камчатского края с целью проведения единой...

  • Блиц

    Правительство Москвы намерено продать свой пакет акций «Мосэнерго» «Газ- прому». Последний готов заплатить по 6,5 руб. за акцию (текущая рыночная цена – 6,24 руб.). На сегодняшний день правительство Москвы владеет примерно 8 процентами акций Московской энергокомпании. РАО ЕЭС (владеет 37 процентами акций «Мосэнерго»), со своей стороны, заявило, что не намерено продавать свой пакет «Газпрому». Группа «Газпром» в настоящее время...

  • Бюджет борется с хулиганами

    Шесть миллионов рублей выделено из бюджета Северодвинска на ремонт электроустановок наружного освещения. Основной объем капитального ремонта, запланированного в 2007 г., северодвинское предприятие «Горсвет» уже выполнило. Заменено 11 км самонесущего изолированного провода, устойчивого к внешним воздействиям, вместо обычных светильников установлено 614 новых, которые при меньшем потреблении энергии дают больше света, восстановлено 40 о...