Двигатель внешнего сгорания, паровая машина совершенно нового типа.
Двигатель внешнего сгорания, паровая машина совершенно нового типа.Первый паровой двигатель, способный эффективно использовать, для создания механического вращательного движения, теплоту парообразования (конденсации) пара относительно низкого давления.
Влажность мятого пара на выхлопе двигателя 50%-80%, что обеспечивает высокий КПД.
а) аналогично паровой турбине, для установок выработки электроэнергии.
б) в качестве двигателя движущихся транспортных средств — автомобилей, судов и пр.
Использует любое горючее вещество.
Высокий КПД, простая конструкция, применение обычных конструкционных материалов, применение пара относительно низкого давления. Экологичность.
Главное достоинство паровых машин — непрерывное, спокойное сгорание топлива при относительно невысоком давлении, в противовес взрывному периодическому сгоранию в обычных ДВС. Результат — очень низкое содержание диоксида углерода и оксидов азота в выхлопе паровых машин, даже при использовании такого-же топлива.
При использовании в установках выработки электроэнергии, позволяет уменьшить выброс в атмосферу непроизводительного тепла и продуктов сгорания топлива.
Относительно низкое давление пара позволяет получить высокий КПД парового котла. Меньше тепла уносится газообразными продуктами сгорания.
Высокий процент влажности мятого пара НПД — 50-80% против 13-14% у паровой турбины обуславливают высокий КПД парового цикла. Ожидаемый КПД превышает показатели паровой турбины и бензинового ДВС:
Любая паровая двигательная установка состоит из двух основных частей: парового котла и собственно паровой машины. Поэтому КПД паровой двигательной установки зависит от КПД обеих этих частей.
Паровой котёл готовит «пищу» для паровой машины — пар. Теплоёмкость пара состоит из двух основных частей:
а) теплоты парообразования (конденсации)
б) теплоты перегрева пара
Если говорить в кулинарных терминах, то для паровой машины теплота перегрева пара является полезной легкоусвояемой пищей, а теплота парообразования (конденсации) – пища тяжёлая, плохо перевариваемая.
Паровая турбина способна использовать всю теплоту перегрева пара и примерно 1/8…1/5 часть теплоты парообразования (конденсации).
Поршневая паровая машина «переваривает» теплоту парообразования (конденсации) ещё хуже. Возьму на себя смелость утверждать, что именно из-за этого «хуже» поршневые машины были в своё время вытеснены паровыми турбинами. Существует понятие «мятый пар». Это пар, прошедший паровую турбину, из которого вычерпана вся теплота перегрева пара и 1/8…1/5 часть теплоты парообразования (конденсации). Остающаяся там теплота очень велика, но для создания полезной механической работы не используется. Может быть использована в лучшем случае для нагрева воды в целях отопления и горячего водоснабжения. Основной путь для повышения КПД паровой турбины: повышение температуры и давления пара, с целью увеличения доли теплоты перегрева пара в общей теплоёмкости пара. Действительно, КПД паровой турбины при этом возрастает. Но вот незадача, КПД парового котла при этом падает. Больше тепла уносится в атмосферу газообразными продуктами сгорания топлива. Ведь температура этих газообразных продуктов сгорания не может быть ниже температуры вырабатываемого котлом пара. Общий рост КПД всей паровой двигательной установки получается меньше желаемого. К тому-же стоимость установки резко возрастает. Приходится использовать в конструкции дорогостоящие жаростойкие высокопрочные материалы. Возрастает сложность конструкции уплотнительных узлов. В общем, минусов много.
В НПД высокий КПД достигается иначе: гораздо полнее используется теплота испарения (конденсации), которую так плохо используют паровые машины существующих сейчас типов. Это позволяет использовать пар относительно низкого давления и температуры. Что в свою очередь позволяет получить более высокий КПД котла. А также упрощает и удешевляет конструкцию.
Для справки КПД паровых турбин – 40-45 %; КПД двигателей внутреннего сгорания равен обычно 20—30 %.
Влажность мятого пара 50-80% – достаточно условная граница, возможно и больше, но вот вопрос — насколько целесообразно добиваться максимальной влажности. Повышение влажности на выхлопе достигается повышением геометрической степени расширения пара, что влечёт за собой рост габаритов и веса двигателя. Наивысший КПД может быт не всегда экономически оправдан.
Система охлаждения.
Система охлаждения НПД замкнутого типа, выброс пара в атмосферу не производится. Вода, то в виде пара, то в виде жидкости, циркулирует внутри системы. Котёл нагревает воду (жидк.) и превращает в пар. Пар совершает полезную работу в двигателе, теряя при этом большую часть тепловой энергии. Мятый пар, имеющий небольшую остаточную теплоёмкость, поступает в систему охлаждения. Отдаёт остаточное тепло, конденсируется в жидкую воду и насосом подаётся в котёл для нагрева и испарения. И так по кругу.
При использовании НПД для привода автомобиля система охлаждения подобна системе охлаждения автомобиля с ДВС. Конструктивные отличия малозначительны.
Принцип действия НПД преобразует потенциальную энергию давления пара в механическую работу на валу.
Конструкция:
Изобретение на применение по новому назначению. Прототип известен из уровня развития техники. Изменены свойства некоторых деталей, что обеспечивает высокий КПД за счёт способности НПД работать на влажном пару.
Циклограмма работы НПД сходна с циклограммой поршневой паровой машины.
Фазы работы НПД:
I. Фаза заполнения камеры расширения свежим паром. Отсечка заполнения по углу поворота вала.
II. Фаза расширения рабочего тела с совершением механической работы.
III. Фаза выхлопа мятого пара. В течение фазы выхлопа из камеры расширения удаляется рабочее тело полностью. Удаляется не только мятый пар, но и сконденсировавшаяся жидкость. В конце такта выхлопа стенки камеры расширения сухие. Обеспечивается конструкцией НПД.
Имеется два варианта конструкции НПД:
а) С фиксированным углом отсечки заполнения. Мощность и обороты регулируются изменением давления подаваемого пара.
б) С регулируемым углом отсечки заполнения. Мощность и обороты регулируются изменением количества впускаемого в камеру расширения пара.
Сравнения с паровой турбиной
НПД преобразует потенциальную энергию давления пара в механическую работу на валу. В отличии от паровой турбины, которая в механическую работу преобразует кинетическую энергию потока пара. Таким образом, по принципу действия новый паровой двигатель ближе к поршневой паровой машине, чем турбине.
В паровой турбине и поршневой паровой машине главная действующая энергия – теплота перегрева пара и лишь частично теплота парообразования (конденсации). В НПД наоборот, главная действующая энергия — теплота парообразования (конденсации) и лишь частично теплота перегрева пара.
Сравнения с поршневой паровой машиной
Для поршневых паровых машин характерна проблема борьбы с преждевременным капле образованием в поршневой полости. Решается выбором рабочих режимов в области перегретого пара, без перехода в область влажного пара. В НПД ставиться обратная задача: достичь максимальной влажности пара на выхлопе двигателя, чтобы отобрать у пара максимальную часть теплоты парообразования, вплоть до перехода пара в переохлаждённое состояние (туман). Достигается это высокой степенью (геометрической кратностью) расширения пара. Образовавшаяся жидкая вода вместе с мятым паром удаляется из камеры расширения в течение фазы выхлопа. К началу фазы заполнения камеры (расширения) свежим паром жидкой воды в камере расширения уже нет. Стенки камеры расширения сухие. Нагрев стенок камеры расширения, как в поршневых паровых машинах, в НПД не применяется. Как достигается – основное Ноу-Хау изобретения.
Для поршневых паровых машин также характерна проблема вредного влияния большой разницы между температурой стенок цилиндра после выпуска отработавшего пара и температурой свежего пара, впускаемого в цилиндр из котла. Это побуждает строить машины с несколькими (чаще — двумя) рабочими цилиндрами, через которые последовательно проходит пар, испытывая в каждом цилиндре расширение при постепенно падающей температуре. Этим достигается в каждом цилиндре меньшая разность температуры между свежим паром, поступающим в цилиндр, и отработавшим.
В НПД эта проблема решена мерами по ограничению теплообмена между рабочим телом (паром) и стенками камеры расширения.
Роль ТРИЗ в создании изобретения
Новая функция в конструкции двигателя, обеспечивающая высокий КПД, (имеется в виду способность НПД избавляться в течении фазы выхлопа от сконденсировавшейся воды), получена путём:
а) Использованием одного из свойств прототипа, которое для самого прототипа является лишь побочным. Собственно, именно из-за этого свойства прототип был выбран.
б) Приданием некоторым деталям конструкции новых свойств, без увеличения количества деталей.
А результат — получена новая функция конструкции, обеспечивающая высокий КПД. Всё в соответствии с принципом ТРИЗ: конструкция сама обеспечивает выполнение новой функции без введения новых деталей.
Готовится патентование изобретения. Отсутствуют денежные средства на патентование и НИОКР. Цель создания сайта-поиск средств.
Цель размещения
автор:Инженер-механик, конструктор с большим опытом. Гражданин России. В настоящее время проживаю в Чешской республике, г. Прага.
Ищу единомышленников и союзников. Надеюсь получить поддержку в продвижении изобретения от:
-Людей и организаций, желающих, чтобы такой двигатель первыми создали русские.
-«Зелёных» партий разных стран, стремящихся улучшить экологию в мире.
-Экологических фондов, поддерживающих исследования в области создания новой техники с лучшими экологическими показателями.
Источник информации 74.ru
