Что такое замкнутый цикл двигателя

Двигатель с замкнутым паровым циклом ШАЙД

Двигатель с замкнутым паровым циклом ШАЙД

Описание двигателя ШАЙД-ДП200.300

ШАЙД-ДП200.300 –паровой двигатель универсального назначения, основанный на замкнутом тепловом «цикле ШАЙД» (цикл Шайдурова А.С.). Предназначен для получения механической энергии через посредство пара, полученного путём сжигания любых видов топлив (все виды жидких и текучих горючих веществ, водные эмульсии из мелкодисперсных порошков любых твёрдых горючих веществ, растительные масла и животные жиры, сиропы и растворы), способных к нагнетанию насосом высокого давления и распыляться через форсунку и, при этом обеспечивается высочайшая устойчивость работы. Цикл ШАЙД обеспечивает максимально достижимый к.п.д., равный 85…95%, что обеспечит сокращение расхода топлива в 4-6 раз по сравнению с двигателями внутреннего сгорания. Двигатель имеет широкий диапазон частоты вращения 0…500 об/сек с возможностью максимального момента вращения вала. Совершенная механика и простота конструкции обеспечивают ему, по сравнению с известными, сверхсвойства: сверхнадёжность, сверхдолговечность, сверхмощность, сверхэкономичность, сверхядность и сверхуниверсальность.

Полное наименование:
Двигательная паровая установка с замкнутым тепловым циклом ШАЙД: ШАЙД-ДП200.300

Сокращённое наименование:
Двигатель паровой ШАЙД-ДП200.300

Рабочее обозначение:
ШАЙД-ДП200.300

Двигатель ШАЙД-ДП200.300 является лишь, пилотным образцом, из широчайшего линейного ряда двигателей аналогичной конструкции и принципа действия. Этот линейный ряд, представляет собой, обширное семейство из двигателей, с мощностью от 1 кВт и массой 0,1 кг, до двигателей с мощностью в несколько десятков МВт и массой в несколько тонн. Они применимы во всех сферах, где возможна подача воздуха на приём двигателя.

Эти двигатели не смогут работать только в условиях отсутствия воздуха или иного окислителя. Они способны работать в загазованной и взрывоопасной среде, при условии оборудования глухим шибером, перед камерой сгорания, для остановки двигателя. Не чувствителен к среде с сильной запылённостью и условиям пылевой бури.

В силу высокой экономичности (расход топлива ниже в разы), всеядности (любые виды топлива, за исключением кусковых и сухих), ресурса безотказной работы в десятки лет, высокой удельной мощности (10…20 кВт/кг массы), превышающей все известные виды двигателей, можно существенно расширить сферы применения, по сравнению с имеющимися приводами на основе: двигателей внутреннего сгорания, электродвигателями, паровыми машинами.

Сферы безусловного применения:

— Все виды авиации (основные или вспомогательные приводы);
— Любые виды наземного транспорта;
— Все виды водного транспорта;
— Нефтегазовая отрасль (приводы техники и оборудования всего спектра, в том числе, на взрывоопасных объектах);
— Проходческая техника и оборудование (шахты, тоннели и метрострой, включая условия сильного запыления и
наличия загазованности взрывоопасными газами);
— Химические производства и пищевая промышленность;
— Утилизация тепла или использование перепадов температур различных источников, в том числе, геотермальных или мерзлотных;
— Все остальные мыслимые сферы применения в остальных отраслях.
Кажущаяся … уязвимость двигателей этого семейства легко преодолевается, в условиях зимы средней полосы и Приполярья – замещением, в качестве рабочего агента, воды – …, чья температура … ниже … …, а применения … … … 50…70 … позволит применять эти двигатели в условиях Арктики и, даже, на географических полюсах.

Конкурентные преимущества:

1. Высокая патентуемость. Каждый узел двигателя семейства ШАЙД-ДП, это уникальная конструкция и десятки уникальных технических решений.
2. Высокая трудность обходного патентования. Применение других устройств и других принципов работы ухудшит в разы показатели аналогичных продуктов.
3. Высокие потребительские свойства. Технические параметры недостижимы ни одним из известных двигателей.
4. Высокие производственные свойства.
5. Низкая себестоимость.
6. Ажиотажный спрос.

1. Универсальность (полная)
2. Всеядность (исключение только для этой модели: сухие вещества).
3. Способность работать во взрывоопасной среде.
4. Безотказная работа в течение нескольких лет.
5. Самый высокий к.п.д. из всех существующих (сверхэкономичность)
6. Самая высокая мощность на единицу массы (сверхлёгкость)
7. Сверхширокий диапазон регулирования мощности (момент вращения*частоту вращения) 0…32000 Н*м/сек, поэтому может использоваться без муфты сцепления и коробки передач.
8. Пылестойкость.
9. Взрывобезопасность в загазованной среде.
10. Невидимость в тепловом диапазоне
11. Полная бесшумность.

12. Простота конструкции
13. Простая технология изготовления.
14. Низкая материалоёмкость
15. Короткий цикл изготовления

Не один из этих показателей не достижим для любого из известных двигателей. По всем показателям новый двигатель превосходит известные в несколько раз.

Главные препятствия для реализации проекта

Отсутствие патентов.
Отсутствие собственных средств.
Противоестественное законодательство.
Противоестественное общественное устройство.

Пути преодоления препятствий для реализации проекта

— Подача заявок на патентование.
— Поиск инвесторов.
— Привлечение народного финансирования через сбор пожертвований (краудфандинг).
— Привлечение народного инвестирования через старт-ап платформы (краудинвестинг).
— Обращение в госкорпорацию РОСТЕХ(?).
— Обращение к губернатору края(?).
— Обращение к президенту(?).

Читайте также:  Расход топлива на двигателе 238 кразе

Техническая характеристика

Тип – паровой (Замкнутый цикл ШАЙД)

Момент вращения:
— максимальный 150 Н*м
— номинальный 105 Н*м

Частота вращения выходного вала турбины:
— максимальная 500 об/сек
— номинальная 300 об/сек
— минимальная 1 об/сек

Мощность на выходном валу турбины
— максимальная 300 кВт
— номинальная 200 кВт
— минимальная 0,5 кВт

Теплообменная система – Кокон ШАЙД (к.п.д. теплопередачи – 0,95)

Применяемое топливо – всеядный (Все виды жидких веществ, окисляемых кислородом воздуха и с теплотворной способностью не ниже 10 МДж/кг)

Расход топлива (по бензину, с низшей теплотой сгорания Qсгор = 44 МДж/кг):
— максимальный 7,5 гр/сек
— номинальный 5,0 гр/сек
— минимальный 0,0125 гр/сек

Расход воздуха (теоретический):
— максимальный 120 дм3/сек
— номинальный 80 дм3/сек
— минимальный 0,2 дм3/сек

Объём рабочего агента 1,5 дм3 (1,5 литра)

К.п.д. на выходном валу двигателя 85…95 % (в зависимости от нагрузки)

Превышение температуры выхлопа над температурой окружающей среды 5…10 °С

Габариты двигателя (без воздуховодов, топливопровода, механизма управления и без кронштейнов):
— длина 430 мм
— ширина 300 мм
— высота 300 мм

Масса снаряжённого двигателя (заправленного рабочим агентом и без топливного бака) 20,0 кг

Состав двигателя, основные узлы:

1. Детандер – … … паровая СТП ШАЙД.
2. Топливный насос – насос высокого давления … … регулируемый НВД АКР ШАЙД.
3. Водянной насос – насос высокого давления … …регулируемый НВД АКР ШАЙД.
4. Газосепаратор водянной – газосепаратор центробежный автоматический ГЦА ШАЙД.
5. Газосепаратор топливный – газосепаратор центробежный автоматический ГЦА ШАЙД.
6. Форсунка топливная – распылитель топливный отсекающий РТО ШАЙД.
7. Камера запальная – камера Ранка запальная КРЗ ШАЙД.
8. Камера сгорания – камера сгорания … … КСКС ШАЙД.
9. Воздушный насос – вентилятор центробежный.
10. Жаровой теплообменник – теплообменник жаровой … … ТЖСШ ШАЙД.
11. Утилизатор – теплообмненник … … ТОСУ ШАЙД.

Описание замкнутого парового цикла ШАЙД

Замкнутый паровой цикл ШАЙД представляет собой терморекуперативную систему с завершённым термодинамическим циклом, характерным признаком которого являются:
— Все наружные поверхности устройства имеют температуру, равную температуре окружающей среды или незначительно превышает её;
— Все входящие и выходящие вещества и продукты имеют температуру, равную температуре окружающей среды или незначительно превышает её.

Через воздухозаборник атмосферный воздух всасывается и проходит через все … теплообменника, где встречным потоком … …. Из теплообменника, горячий воздух попадает в одно- или двух-ступенчатый компрессор и, делится на два потока. Меньший поток, нагнетается в запальную камеру Ранка, по касательной к продольной оси камеры, через сопло. Касательная струя воздуха образует в начале запальной камеры вихрь, вращающийся вокруг оси камеры и движущийся к выходу. Второй, основной поток направляется в камеру сгорания, также, по касательной, образуя вихрь, расходящийся по ходу … … и устремляется по … каналам в направлении внешней среды.

Топливо из бака поступает в топливный насос. Насос нагнетает топливо в теплообменник, где оно … … … сгорания, … для лучшего горения и попадает в форсунку, расположенную в начале запальной камеры Ранка. в центр которого, из форсунки, топливо распыляется конусом по всему сечению запальной камеры.

Контур горения, теплообмена и выхлопа

В конце запальной камеры образуется вихревой поток, имеющий в центре перенасыщенный пар из топлива, переходящий по внешнему слою в переобогащённую смесь топлива и воздуха, которая, в свою очередь, по наружным слоям переходит в бедную смесь, которая при приближении к стенкам выходного раструба переходит в преобладание воздушного слоя, прижимаемого центробежной силой. Из раструба запальной камеры, по касательной, переобогащённая горящая смесь поступает в камеру горения, в которой смешивается с нагнетаемым воздухом, поступающим через сопла по касательной к оси камеры сгорания. Та часть воздуха, которая центробежной силой прижимается к стенкам камеры сгорания, осуществляет частичное охлаждение стенок. Из камеры сгорания, «раскалённые» газы, поступают в жаровые каналы теплообменника Бойля, расположенные параллельно каналам, по которым, встречно, движется вода, переходя в пар. Далее, уже «горячие» газы движутся параллельно каналам со … … …. После каналов …, «остывшие» газы проходят через теплообменник … и доостужаются до значения, близкого к температуре окружающей среды. В окончании цикла остуженные газы проходят через фильтр с поглотителем и выбрасываются в окружающую среду.

С испарителя-перегревателя теплообменника пар попадает в приёмник расширительной турбины, в которой расширяясь совершает полезную работу, превращая внутреннюю энергию пара в механическую энергию вращения турбины. Сработанный турбиной пар направляется в …-теплообменник Бойля, где отдаёт внутреннюю энергию встречному потоку … … (…после насоса высокого давления), … в жидкость. На выходе жидкость поступает в насос высокого давления (…-кольцевой насос), который нагнетает охлаждённую воду обратно в …-…, … потоку, выходящему из турбины и, … тепло… до температуры, близкой к …, сработанного турбиной пара, т.е. в диапазоне ………°С, в зависимости от режима работы и температуры кипения рабочего агента. После выхода из конденсатора теплообменника жидкость поступает в испаритель-теплообменник, где нагревается до парообразования, пар догревается до рабочей температуры …°С и, под давлением … кгс/см; снова попадает в турбину.

Читайте также:  Почему вибрация дизельного двигателя

Уравнение теплового баланса для завершённого замкнутого парового цикла (цикла ШАЙД):

Qтопл. = Qсгор;
Qсгор. – Авыход. – Пмех. – Путеч. – Пвыхл. = 0;
Qсгор. – (Qисп-я конд. агента + …+ …) – (Qвнутрен. сраб. пара + Qконденсации + Qохл-я конденс-та – … – … – …+ Пвыхл ) = 0;
Qтопл = Qсгор = Авых. + Пмех. + Путеч. + Пвыхл. = Qисп-я сконд. агента + …+ … – Qвнутрен. сраб. пара – Qконденсации – Qохл-я конденс-та + …+ …+ …– Пвыхл;

Где:
Qтопл. – низшая теплота сгорания расходуемого количества топлива;
Qсгор. – выделенная энергия при сгорании топлива;
Авых. – механическая энергия на выходном валу двигателя (турбины);
Пмех. – потери на трение в турбине, потери на трение в топливном насосе, потери на трение в водяном насосе, потери на сопротивление пара, потери на нагнетание воды, потери на нагнетание топлива, потери на нагнетание воздуха;
Путеч. – потери утечек тепла через детали двигателя наружу;
Пвыхл. – потери тепла с выхлопными газами сгорания, безвозвратно сбрасываемые во внешную среду;
Qисп-я сконд.агента – тепло на испарение и перегрев рабочего агента первичной энергией газов сгорания;
… – тепло на … … … энергией газов сгорания;
…– тепло на … и … … … энергией газов сгорания;
Qвнутрен. сраб. пара – остаточная внутренняя энергия сработанного пара, подлежащая … через … … после … тепла от …;
Qконденсации – теплота конденсации, подлежащая … через … … после … от … …;
Qохл-я конденс-та – теплота от охлаждения конденсата, подлежащая … через … агента … насоса;
…– количество теплоты, возвращаемой набранной энергий от сработанного пара, теплотой от конденсации, и теплотой от охлаждения конденсата;
… – тепло на … … … … … сгорания;
…– тепло на … … … … … сгорания;

Принципы проектирования парового ШАЙД:

1. Температура выхлопа рабочего агента после двигателя до температуры, в случае водянного пара, должна составлять ……… °С. Нижняя температура конденсирующего контура должна быть максимально … к … … …, т.е. до …. … °С что гарантирует наличие запаса … на критические режимы.
2. Давление в конденсирующем контуре, от турбины к насосу высокого давления, должно иметь избыточность в … атмосферы.
3. На время остановки двигателя, во избежание образования вакуума в системе парообразования и скопления конденсата … …, на выходе из турбины должен быть установлен обратный клапан.
4. Для освобождения парового контура от воздуха на … конце … должен быть установлен автоматический … …. Автоматический … должен быть центробежного типа, устанавливаться перед … при наличии избыточного давления. Избыточное давление обеспечивается установкой непосредственно перед насосом регулируемого … … и всасывающего клапана из резервного бака.
5. Избыточность … топлива должна составлять …-… атмосфер, во избежание … в … на пути к форсунке и гарантированного распыления в камере.
6. Перенос теплового потока … … тепла внутрь посредством движения испаряемого агента, воздуха и топлива, … газам горения, … …, в направлении … … камеры сгорания.
7. Превышение температуры остуженных газов сгорания, выбрасываемых в окружающую среду, должно составлять +………°С.

Очередность забора тепла, начиная от камеры сгорания:

1. Забор тепла от … … контуром перегрева … и накала …
2. Забор тепла от … … контуром … …, догрева … и … …
3. Забор тепла от … … контуром … … и подогрева … и, параллельно, … …от … … пара из турбины на … … после … … давления
4. Отбор … … от … … и конденсата, поступающим из … …, … и топливом из бака
5. Выброс в окружающую среду продуктов горения с остаточной энергией 5-10% от энергии сгорания топлива.

Указания по проектированию

Подбор материала для парового контура, турбины и водянного насоса.

Пар представляет собой агрессивную среду, агрессивность которой обусловлена тем, что при … … в пар … … связи, основанные на … …. Кроме того, отдельные молекулы, обладающие повышенной кинетической энергией, способны вызывать … …, энергия которых на … …значения характерные для основной массы. В этих … … молекула воды может не … … на атомы, но и отдельные … … терять или … …, т.е. сам пар имеет признаки … … плазмы. Именно, эти свойства … … … …… … излучения. И эти же свойства обуславливают высокую … … пара, … … коррозию особенно усиливающуюся наличием повышенного … …, у которых более активные … … и кислород вызывают … … делают их крайне агрессивными. В этих условиях, способны приобрести агрессивность даже … ….

Читайте также:  Шевроле круз горит лампочка неисправности двигателя

Камера сгорания представляет собой химический реактор, в котором реагируют топливо и окислитель, со скоростями распространения фронта горения от 40 м/сек и не превышающими 100 м/сек, за счёт чего,процесс горения не переходит в детонацию.

Простая камера сгорания

Камера сгорания имеет внутреннюю поверхность, обращённую к центру и оси камеры, и наружную поверхность. Внутренняя и наружная поверхность разделены средними слоями, которые участвуют в теплопередаче от внутренней поверхности к наружной.
Что происходит с простейшей камерой, представляющей из себя … …?
В любой камере, где уже продолжается непрерывный процесс сгорания, происходит нагрев стенок этой самой камеры. Этот нагрев происходит под действием контакта с горящими газами, а также под действием электромагнитного излучения, которое выделяется при горении. Степень нагрева стенок камеры зависит от степени поглощения излучения. Степень поглощения теплового излучения зависит от того, из какого материала изготовлена внутренняя поверхность камеры.
Чем больше излучения отражает внутренняя поверхность, тем меньшая его часть участвует в нагреве поверхности. Но, если внутренняя поверхность имеет высокую степень «черноты» (абсолютна поверхность, теоретически, полностью поглощает излучение, обращая его в тепло), то максимально большая часть излучения горящих газов участвует в нагреве стенок камеры. К этому, добавляется тепло, передаваемое, за счёт контакта, от раскалённых горящих газов.
Такая камера хороша в качестве печки для обогрева внешней среды, т.к. большая часть энергии сгорания расходуется на утечку во внешнюю среду через, раскалённые излучением и горячими газами, стенки камеры.

Камера сгорания теплового двигателя

Камера сгорания теплового двигателя непрерывного действия в корне отличается от простой камеры для обогрева внешней среды. Камера непрерывного действия тепловых двигателей должна максимально сохранять энергию сгоревших газов и, сам процесс сгорания, в камере, должен оказывать минимальное негативное действие на стенки
камеры. Минимальное негативное действие означает: наиболее продолжительное для стенок камеры сопротивление коррозии, сохранение максимально высоких механических свойств несущих стенок камеры, как можно более низкую температуру наружной оболочки камеры.
Забор тепла от наружных поверхностей стенки камеры допустим только в случае, если оно будет совершать полезную работу. Забор наружного тепла может осуществляться посредством поглощения топливом, поступающим в камеру, если это не вызовет коксования и отложений в нагнетательном контуре, воздухом или иным окислителем, направляемым в камеру, при условии, что это не окажет негативного влияния на его свойства, увеличение объёма, сжимаемость.
Защита от коррозии может обеспечиться только сверхстойкими покрытиями, нанесённые высокоскоростным потоком плазмы. Максимально высокие механические свойства, прочность на сжатие и растяжение, вибро- и ударостойкость, обеспечиваются только правильной конструкцией камеры. Правильная конструкция подразумевает, что каждая часть должна выполнять определённые функции, которыми будет обусловлено рациональное использование материалов, выражающееся максимальной эффективностью работы камеры и её дешевизной.

Такая конструкция должна иметь:

1. … …, защищающий, находящие снаружи от него, … … от … …топлива. … … омываться … … с обеих сторон, или только с внутренней стороны, омываясь … … рабочим телом (атмосферный реактивный двигатель), … …, … … (паровой или парогазовый двигатель). … …, может иметь головное … … в камеру, или, быть выполнен, … … газов. Обязательно, покрытие внутренней поверхности … … материалом, также желательно такое же покрытие, … … с обоих сторон, нанести и с наружной стороны. Тело … … быть выполнено … …. … …должен быть стоек к температурному короблению, противостоять … … и вибрации.
2. Может иметь … …, одну или несколько … …, между … …циркулировать различные жидкие и …
…. Внутренние … … должны иметь … … или … ….
3. … … оболочку, состоящую из … …, изготовленного из … …, даже, … …, защищённого от экстремальных температур, … … слоем из жаропрочного материала. … … оболочки, по внутренней поверхности должен иметь покрытие … …-… …, если контактирует с горячим газом, … ….
4. Все, … …, поверхностные … …, … … камеры по возможности, должны … …, обеспечивающую высокие … … (лучшие показатели получаются после … … головкой … … или … …).
5. Выходной … …, в … …своей, должен … …, подобное … ….

Автор – Шайдуров А.С.
Январь 2018 год.

Источник