ЖИЗНЬ В СТИЛЕ ЭКО НАУЧНО-ПОПУЛЯРНЫЙ ПОРТАЛ

Блоги


Практически во всех развитых странах мира, существуют патентные ведомства, где специалисты, представляющие различные области знаний проводят экспертную оценку технических предложений, представляемую гражданами этих стран.
Патентные формулы регистрируются в государственном реестре и по ним выдаются патенты. Основной отличительной особенностью патентного предложения является внесенная новизна, которая предполагает более высокую эффективность относительно прототипа.
В течение нескольких лет на страницах газеты «Энергетика и промышленность России» и журнала «Север промышленный» было опубликовано ряд статей о перспективах реализации технических решений, сформулированных в патентах РФ №№2116465, 38910, 45161, 48586, 48587, 49596, 53374, 53394, 54126, 58612, 58675, 62994, 65910, 69568, 71379, 73067, 86979, 91397, 99064, 99128, 103723.
http://www.watervigorous.com
Энергетика и промышленность России
Как заставить работать на себя тепловую энергию океана? сентябрь 2004г. 9 (49)
Подводная яхта-генератор или как использовать тепловую энергию океана? декабрь 2004 г. 12(52);
Океан энергии декабрь 2009г. 23-24(139-140)
Альтернатива двигателю Ванкеля декабрь 2009г. 23-24(139-140)
Кольцо Лаваля март 2010г. 6 (146)
Особенности роторно- поршневых машин январь 2011г. 1-2 (165-166)
Сото-паутинная технология строительства июнь 2011г. 12 (176);
Трубки малого диаметра: многоцелевое использование июль 2011г. 13-14 (177-178)


Север промышленный

Альтернативы энергетики 2007 11 (15)
Энергия океанской волны может служить человечеству 2008 6-7(22-23)
Энергия океана: перспективы развития 2008 12 (28)

Предлагаемые технические решения направлены в основном на освоение тепловой энергии океана и энергии морских волн, созданию газоподпорного композита и созданию объемных роторных машин.
Устранение недостатков в работе силовых объектов морской энергетики заключается в конструктивных изменениях используемых схем.
Новые схемы предусматривают глубинную установку конденсатора тепловой машины, применение реактивного и многотрубного преобразования энергии морских волн и значительного снижения веса несущих элементов конструкции.
При этом снижение веса несущих элементов конструкции достигается путем использования газоподпорного материала, в котором сжатый газ, заполняющий тонкие трубки и стеклянные микросферы, служит в качестве твердого наполнителя.
Снижение веса достигается так же применением объемных роторных машин, отличающихся высокими оборотами, незначительными тепловыми потерями на трение и высокими массогабаритными характеристиками.
Обеспечив тем самым высокую эффективность работы объектов морской энергетики, можно выйти на новый качественный уровень, т.е. на уровень реальных работ по освоению энергии океана.
Освоение энергии океана и его акватории, наряду с научно техническими достижениями прошлого, освоением околоземного пространства и освоением информационных технологий, стартовавших в последние десятилетия, могут стать платформой устойчивого развития будущего на Планете.
Сегодня условия жизни, определяемые растущим дефицитом сырья, и энергоносителей, постепенным снижением качества окружающей среды и стеснением жизненного пространства угрожают дестабилизацией в обществе. Для снятия угрозы и устойчивого развития нашего мира у воображаемой платформы не хватает опоры способной предоставить энергетические ресурсы и комфортный жизненный простор.
По своему потенциалу Мировой океан способен стать поставщиком энергии, минерального и биологического сырья практически в неограниченных объемах и предоставить комфортные условиях проживания в тропических широтах большей части населения Земли и тем самым занять место этой недостающей опоры.
В последнее время зеленная энергетика, как иногда называют возобновляемые источники энергии (ВИЭ), ускоряет свое развитие, поскольку ряд стран, наконец-то, стали выделять значительные средства на освоение солнечной энергии. Помимо этого повышается эффективность агрегатов ветроэнергетики и солнечных батарей, представляющих на сегодняшний день ее основу.
Однако, низкая концентрация энергии присущая этим источникам требует отчуждения обширных территорий со специфическими условиями, аренда и содержание которых обходится слишком дорого. К сожалению, это сказывается негативно на конкурентные возможности ВИЭ и существенно ограничивает создание крупных энергетических объектов.
Для плавного перехода от традиционных энергоносителей обладающих ограниченными ресурсами и вредным влиянием на среду обитания, к стабильному и чистому источнику, мировой промышленности необходимо вводить до 100ГВт установленных мощностей зеленной энергетики ежегодно.
Это позволит в течение 100 лет выйти на уровень 10 000ГВт установленной мощности, что сопоставимо с мощностями современного производства электроэнергии.
Такой скачок в развитии ВИЭ может произойти только с выходом энергодобывающей отрасли в Океан, где нет проблемы с пространством, и имеется достаточно высокая концентрация энергоносителя, позволяющая создавать точечные энергетические объекты от 1 ГВт установленной мощности.
В соответствие с проведенными расчетами в вышеуказанных материалах, концентрация тепловой энергии при термическом коэффициенте ?=0,07, существующей в Тропическом океане, составляет около 300 кВт/м? °С.
Для энергии морских волн, при высоте волны 2м, концентрация энергии составляет порядка 6кВт/м?. Резюмируя статьи, изложенные в номерах 9 (49), 12(52), 23-24(139-140) газеты «Энергетика и промышленность России», можно сделать следующие выводы;
Океан является аккумулятором солнечной энергии и его энергетический потенциал многократно превышает потребности современной мировой промышленности;
Научно технические институты промышленно развитых стран способны проектировать тепловые машины и оптимизировать их для работы в морских условиях. То же самое можно сказать и по освоению энергии морских волн способных работать практически на всей водной акватории;
Объекты морской энергетики, разработанные в соответствие с приведенными патентами можно создавать в мобильном исполнении, что обеспечит им высокую динамику эксплуатации.
В качестве несущего материала при создании объектов морской энергетики предполагается использовать газоподпорный композитный материал на основе патента РФ № 65910, содержащий свыше 75% объема сжатый газ, остальные компоненты, стекло металл и связующие смолы в различной пропорции.
Применение композитных материалов обладающих высокой прочностью и малым весом растет с каждым годом, проникая во все сферы промышленного производства. Однако высокая цена полиэфирных смол в значительной степени сдерживает их повсеместное применение.
Предложенный композит с использованием сжатого газа в тонких трубках и микросферах позволяет значительно сократить расход смолы и снизить вес материала при сохранении его прочности.
Безопасность эксплуатации сжатого газа под большим давлением обеспечивается незначительным объемом газа в единичных капсулах обладающих, высоким аэродинамическим сопротивлением.
Одним из основных свойств газоподпорного композитного материала для его использования в создании морских объектов является его удельный вес 0.3-0,9 гр/см?, химическая стойкость и незначительная цена исходных материалов, в виде нейтрального газа и стекла, занимающих практически весь объем.
Блоки, изготовленные из такого материала достаточно прочны от 75кг/см?, непотопляемы, способны десятки лет находиться в морской воде и изготовляются в основном из недорогих материалов.
Помимо несущих конструкций важное место в энергетических объектах занимают силовые машины, которые в значительной мере определяют эффективность использования этих объектов.
Основные требования, предъявляемые к силовым машинам, являются КПД, и массогабаритные характеристики. В объектах морской энергетики предполагается использование объемно роторные машины, узлы и детали которых предполагается в основном изготавливать из газоподпорного композита.
Предлагаемые объемно роторные машины (ОРМ) на основе патента №№ 91397, 99064 способны работать на высоких оборотах, практически не имеют трения движущихся деталей и соответственно не имеют тепловых потерь.
Недостатки присущие известным объемным роторным механизмам применяемых в двигателе Ванкеля, выраженные высоким трением ротора, ведущего к повышенному расходу смазки со снижением ресурса и роторно лопастном двигателе Вигриянова выраженные наличием возвратно поступательной составляющей и сложности передачи усилия на выходной вал, в предложенной схеме отсутствуют.
ОРМ является многофункциональной машиной, и с некоторыми доработками может использоваться в виде двигателя, компрессора, насоса и т.д. Более подробно возможности ОРМ и принцип работы изложено в статьях газеты «Энергетика и промышленность России» №№ 23-24(139-140), 1-2 (165-166) и на сайте http://www.b.watervigorous.com
Сегодня энергия морских волн осваивается в основном только на прибрежной полосе, где уверенно скользят сёрфинги.
Однако, на поверхности морей и океанов можно вырабатывать энергию, накапливаемую морскими волнами практически на всей акватории Мирового Океана. Морские волны в основном носят разрушительный характер, размывая береговую линию и находящиеся там постройки.

Существуют множество разработок волновых преобразователей, часть из которых реализуется в той или иной мере. Наиболее известные- поплавковая ГЭУ, плот Коккереля, качающаяся «утка» Солтера, осциллирующий водяной столб, пульсирующий водяной столб Массуды.

В волновых установках с пневматическими преобразователями под действием волн воздушный поток периодически изменяет свое направление. Для этих условий разработана турбина Уэллса, ротор которой обладает выпрямляющим действием, сохраняя неизменным направление своего вращения при смене направления воздушного потока, следовательно, поддерживается неизменным и направление вращения генератора.

Однако перечисленные конструкции являются сравнительно сложными и обладают значительной материалоемкостью, их реализация возможна только в стационарном варианте.

где:

r-плотность воды (102кгс/м^4);

S-площадь поперечного сечения трубы (м?);

A-амплитуда волны относительно уровня подошвы волны (м);

g-ускорение силы тяжести (м/с?)

Предлагаемые патентные разработки напротив просты в изготовлении, эффективны в работе, обладают незначительной материалоемкостью и позволяют создавать как стационарные, так и мобильные объекты. Первая разработка это реактивный преобразователь энергии морской волны патент РФ на ПМ №58612. Преобразователь представляет собой вертикально установленную трубу, нижний конец которой снабжен тройниковым наконечником с входным и выходным клапаном.





E=mgH=2rgSA? кГм






Например, при площади сечения трубы 1м?, амплитуде волны 2м и периоде волнения 10 с, потенциальная энергия рабочего объема воды составит 8160кгм, а средняя мощность в течение периода-816кгм/с или около 11 лошадиных сил.

При прохождении волны вода с одного конца входит в трубу, а из другого выходит. Имея однонапрапвленное горизонтальное движение, вода создает реактивную тягу, определяемую массой воды в трубе, высотой волны и скоростью свободного падения (1).

Трубы могут крепиться на борту плавсредства и обеспечивать ему линейное движение (для мобильного объекта) или круговое движение (для стационарного энергетического объекта

Вторая разработка (Рис.3.2)., представляет собой пневматический преобразователь. Группа труб, открытых с нижнего конца, устанавливается вертикально на водной поверхности. В верхней части каждая труба имеет по два клапана, входной и выходной которые также объединены, соответственно, между собой.

Конструкция представляет собой гигантский многоцилиндровый газовый компрессор, поршнями которого является вода, движимая, энергией морских волн по вертикальным трубам вверх и вниз. Морской утюг

Между горизонтально расположенным трубопроводом верхнего давления и трубопроводом нижнего давления установлена воздушная турбина, вращающая электрогенератор для стационарного варианта, или редуктор с винтом для мобильного объекта.

Новым в предложенных разработках является то, что одна воздушная турбина может работать на неограниченное количество труб, играющих роль цилиндров в получившемся компрессоре.

Альтернативные источники энергии становятся все более привлекательными, и уже возникает необходимость приступать к инженерным разработкам силового оборудования по их освоению.


Недавно в сети на многих новостных порталах появилось сообщение о создании нового преобразователя энергии морской волны похожего на гигантского морского змея, который так и называется "Анаконда". Впечатляющий ролик и смотрится с интересом.

К сожалению, авторы не дают расчетов и не совсем ясен принцип возникновения силового сгустка движущегося вдоль трубы, но тем не менее нет никаких оснований сомневаться в полезности разработок и предполагаемых параметров установки.

Наиболее ценным в данном случае является тот факт, что энергия океана все чаще освещается в СМИ, хотя и по поводу зарубежных работ.


Действительно, приходящаяся на единичную поверхность потенциальная энергия ветра вычисляется по формуле:

E=mV?/2=rSV?/2 кгм

где:
r -плотность воздуха (0,13кг сек?/м^4 )
S-площадь поперечного сечения (1м?)
V-скорость ветра (в среднем 10м/сек)

Приходящуюся на единичную поверхность потенциальную энергию морской волны в течение периода можно вычислить по формуле:

E=mgH=2rSgA?кгм

Средняя мощность при этом составит

P=E/t кгм/сек

где:
r -плотность воды (102кг сек?/м^4 )
S-площадь поперечного сечения (1м?)
H-высота волны
А- амплитуда волны в метрах A=H/2
g- ускорение силы тяжести (9,8 м/сек?)
t- период волны (сек)

Данные наблюдений морского волнения дают следующие средние значения:
- при скорости ветра 10 м/сек, в открытом море поднимается волна
высотой около 2-х метров;
-скорость волны составляет 0,8 от скорости ветра;
-длина волны в 20 раз превышает высоту волны.

При высоте волны 2 метра:
V=8м/сек,
L=40м,
t=L/Vволн=40/8=5сек.

Подставляя значения, получим:

Энергетический потенциал ветра на 1м?
вертикальной поверхности
при скорости 10м/сек ………………………… ……650 Вт/ м?

Энергетический потенциал 1м?
горизонтальной морской поверхности при
высоте волны 2м………………………………….. 4000Вт/м?


Если рассматривать эффективность преобразования то похоже, что она к сожалению не очень высокая. Как показывают расчеты концентрация энергии морской волны почти в шесть раз выше чем энергия ветра, который поднимает эту волну и составляет около 4000Вт/м2 в среднем по океану.


Т.е. через единичную площадь воздействия энергоносителя, морская волна почти в 6 раз эффективней ветра.

На основе патента РФ № 69568 спроектирован мобильный преобразователь энергии волн "Морской утюг"

Сайт:
www.watervigorous.com/v1.html
www.watervigorous.com/v2.html

Он выполнен в виде гигантского поршневого компрессора. Вертикально установленные пластиковые трубы являются его цилиндрами, а в качестве поршней используется морская вода.

Энергия волн преобразуется в сжатый воздух, который крутит турбину и винты.



Параметры труб при средней волне в 2 метра составляют:

диаметр 5м
высота 2,5 м.

Оптимальный КПД установки порядка 50 процентов.

В пересчете на 200 метровую пластиковую
трубу общим сечением 40 метров
получим для установки "Морской утюг"…. 6,4 МВт

или 50% энергетического
потенциала волн

В стационарном преобразователе "Анаконда"
резиновая труба сечением около 40м?
длиной 200м вырабатывает ………………1 МВт.
или менее 10% энергетического
потенциала волн

Учитывая, что они работают под водой можно предположить, что расчетная высота волны никак не ниже двух метров. Однако, если судить по заявленному диаметру и амплитуде колебаний представленных в ролике, можно предположить что высота волн не менее 10 метров.
Комментариев 2   Оставить комментарий   Последний комментарий 09:25, 12 марта 2013 г.
Освоение тепловой энергии океана

Как известно, из всей энергии существующей в Природе, только небольшая часть доступна для практического использования. Ряд источников, которые накапливались миллионы лет, являются не возобновляемыми и быстро истощаются.
Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) являются более перспективными но, к сожалению, не имеют высокой концентрации и требуют большой территории для размещения оборудования.
Современная промышленность уже сегодня требует не менее 10 000 ГВт установленной мощности для производства электроэнергии. Выработка таких объемов электричества используя только солнечную энергию и энергию ветра, необходимо занять на континентах огромные площади, аренда и обустройство которых потребует значительных расходов.
Приемлемым решением энергетической проблемы, представляется размещения генерирующих мощностей на акватории океана, где сосредоточены мощные источники возобновляемой энергии. Относительно высокая концентрация энергии, определяемой физическими свойствами воды и наличие свободного пространства, является определяющим фактором освоения акватории океана.
Ниже приведенная таблица показывает, что за счет вертикальной разности температур тропического океана, отбирая в процессе преобразования энергию эквивалентную 5% солнечного излучения на площади 4х1013 м2. можно стабильно обеспечить генерирующие мощности на 10 000ГВт.
К настоящему времени в мире имеются патентные разработки и ряд экспериментальных установок изготовленных в США и Японии, которые могут стать основой для развития новой отрасли гидроэнергетики, использующей тепловую энергию, аккумулированную океаном.
Освоение тепловой энергии океана по программе Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC) входит в национальные программы таких стран как США, Франция, Япония, Швеция, Индия. К сожалению, Россия пока в этом списке отсутствует.
Впервые идею использования тепловой энергии океана предложил французский ученый Д Арсонваль, и хотя прошло уже много времени, эта идея так и находится на уровне обсуждения и экспериментальных работ.
Наиболее приемлемой технической основой OTEC принято считать применение тепловых машин работающих по циклу Ренкина (замкнутый цикл).
Являясь эффективными преобразователями тепловой энергии, они способны работать при низком градиенте энергоносителя, который существует в низких широтах океана. В этом случае в качестве рабочего тела используется легкокипящая жидкость, температура кипения которой значительно ниже 0°С .
Это позволяет получить пар с рабочим давлением при тех температурах, которые характерны для поверхности тропического океана. Эффективная конденсация пара осуществляется за счет воды с температурой порядка 4°С. находящейся на глубине около 600 метров.
Основными преградами развития ОТЕС можно считать низкий градиент энергоносителя, требующий большой теплообменной поверхности и большой глубины залегания холодной воды, требующей больших энергетических затрат.
Современные теплообменные элементы, как правило, имеют развитые теплообменные поверхности с высокой удельной теплопередачей и их массовое производство хорошо освоено холодильной промышленностью. Примером тому могут служить бесчисленные кондиционеры, повсеместно висящие на стенах домов
Классический вариант решения проблемы конденсации пара заключается в подъеме холодной воды на поверхность к конденсатору тепловой машины. Для этого используются перекачивающие насосы и 600 метровая пластиковая труба большого диаметра.
Однако, подъем воды практически сводит на нет все затраченные усилия, и создает трудно решаемые проблемы к которым относятся:
• большие энергетические затраты для работы насосов, поднимающих воду;
• выделение растворенных газов из глубинных слоев при снятии давления:
• обрастание теплообменных узлов, постоянно находящихся в теплой воде:
• необходимость иметь технические и энергетические стартовые мощности для запуска станции.

Однако все эти ограничительные проблемы носят технологический характер, и их устранение возможно путем изменения способа размещения узлов тепловой машины. В случае, если конденсатор тепловой машины располагать в рабочем слое воды на большой глубине, предусматриваемое патентами РФ на изобретение № 2116465 и полезные модели № №, 45161, 48586, 48587, то сокращаются энергетические расходы, и упрощается проблема борьбы с обрастанием. Выделение растворенных газов из глубины и необходимость стартового оборудования полностью утрачивают свою актуальность.
В этом случае к поверхности океана поднимается рабочее тело, обладающее более высокой концентрацией энергии, определяемой не теплоемкостью воды, как в ранних разработках, а теплотой парообразования рабочей жидкости, которая почти на два порядка выше, и это значительно снижает энергетические потери на технологические нужды.
Проблемы обрастания решаются периодическим изменением глубины и температуры работы теплообменных узлов, т.е. теплообменные узлы меняют местами, а периодическая смена условий существования не дает развиваться морским организмам.
Исключая подъем глубинной воды на поверхность исключается и выделение глубинных газов, растворенных в воде.
После установки в районе работы, рабочее тело в теплообменных узлах автоматически приобретает необходимую температуру и готовность к старту, что также снижает энергетические затраты и требования к разности температуры в испарителе и конденсаторе тепловой машины.
В данных разработках, станции получают возможность работать на всей акватории тропического океана, а не только в отдельных наиболее прогретых районах с градиентом температуры выше 22 градусов, что предусматривают старые схемы.
В результате решения технологических проблем связанных со схемой размещения теплообменных узлов, появляется возможность создания мощных электростанций, береговых кондиционеров с дополнительной выработкой пресной воды, надводных и подводных мобильных объектов и т. д.
Схема рабочей установки, работающей по замкнутому циклу Ренкина, приведена на Рис.2.1 .
В этой схеме теплая вода подается на теплообменник-испаритель, где рабочее тело (аммиак, пропан и др.) превращается в пар, в результате чего создается повышенное давление. Проходя через турбину и выделив на ней механическую энергию, пар конденсируется на поверхности второго теплообменника-конденсатора, омываемого холодной водой глубинных слоев.

На Рис.3 показан термодинамический цикл такой тепловой машины в координатах абсолютная температура-энтропия. Полезная работа, совершаемая паром в турбине, определяется ветвью 1-2, на участке 2-3 происходит конденсация, затем насосом рабочее тело подается в испаритель 3-4, где нагревается (ветвь 4-5) и испаряется (ветвь 5-1).
Таким образом, подвод рабочего тела к системе тепла осуществляется на ветви 3-4-5, а отвод – на ветви 2-3. Дополнительную работу приходится затрачивать на закачку конденсата в испаритель (3-4) и на перекачивание воды сквозь нагреватель и холодильник. Максимальный теоретический КПД такой системы определяется разностью температур воды, перекачиваемой через нагреватель и холодильник, как КПД эквивалентного цикла Карно .
Для перепадов температур между поверхностными и глубинными слоями воды в пределах от 15°С до 26°С он соответственно изменяется в диапазоне от 5 до 9 %. Реальный КПД, как правило, существенно ниже. Это связано с конструктивными ограничениями, не позволяющими в реальной установке довести температуру паров и конденсата до температуры теплых и холодных вод, соответственно (на Рис.3 это подчеркнуто с помощью разностей температур) .
Конкретные температуры приведены на Рис.3.2. Можно подсчитать, что при теоретическом коэффициенте ?= 7,3 %, на турбине получаем величину примерно в 2 раза меньшую – 3,6%. Причем она не учитывает потери на собственные нужды станции, которые сведут КПД до величины, порядка 2,5%.
Одним из параметров полученных на экспериментальной установке ОТЕС-1, является коэффициент теплопередачи теплообменных узлов k =2800 Вт/°С сек м2. Исходя из этой величины, расчетного КПД= 2,5% и установившуюся ?Т между энергоносителем (водой) и рабочим телом (около 4°С), получаем величину необходимой теплообменной поверхности S для одного теплообменного узла в расчете на мощность Р=1ГВт :
S= 10 11/ k??Т ?КПД=10 11/ 2800x4x2,5 =3571428 м2

Учитывая, что в схему входят два одинаковых бойлера, получаем общую теплообменную поверхность Sо

Sо = 3 571 428 х 2 = 7 142 856 м2

Теплообменные узлы выполнены из титана,
удельный вес титана - ?=4,8т/ м 3
Примем:
радиус трубки Rтр=0,007м,
толщину стенки t = 0,0005м.

Объем металла :

Vм =St = 7 142 856 х 0,0005=3 572 м3

Чистый вес теплообменных трубок:

m= ? ?Vм=4,8 х 3 572 = 17 146т.

Общая длина трубки:
Lтр = S/2?Rтр=162 000 000м

Объем занимаемый трубкой:

Vнар= ?Rтр2 ? Lтр =3,14х0,0072х162 000 000=25 000м2.

Внутренний объем :

Vвн =(Rтр-t) 2 ? Lтр=3,14х(7-0,5)2 х162 000 000= 21465м2.


Безусловно, расчеты ориентировочные, и показывают лишь доступность современной промышленности создавать энергетические объекты и осваивать акваторию океана.


США уже вплотную подошли к созданию энергетической станции повторяющую предложенный вариант конструкции тепловой гидроэлектростанции по патенту РФ №2116465 и др. Испытания, проведенные на Гавайских островах показали практическую возможность преобразования тепловой энергии океана без вертикального перемещения огромной массы воды используемого в качестве первичного энергоносителя.
В ноябре 2009г. НАСА, ВМС, Океанографический институт Скриппса и Калифорнийский университет в Сан-Диего (все — США) продемонстрировали первый подводный аппарат, который получает энергию только за счет разницы температур в океанских глубинах. http://science.compulenta.ru/521563/

http://www.livescience.com/technology/underwater-robot-100406.html


84-килограммовый прототип питается тепловой энергией океана, попеременно всплывая к теплой поверхности и погружаясь в холодные глубины. Ключом к работе аппарата является набор материалов с легким переходом из одной фазы в другую, которые содержатся в десяти внешних трубках. Когда робот поднимается, вещества плавятся и расширяются, а когда ныряет — затвердевают и сокращаются. Расширение воскоподобных материалов создает давление на масло, хранящееся внутри аппарата.

Это масло периодически запускает гидравлический двигатель, который генерирует электроэнергию и подзаряжает батареи робота. Энергия аккумуляторов питает гидравлическую систему, которая изменяет объем аппарата (и, следовательно, его плавучесть), что позволяет ему двигаться по вертикали.

В данном случае активный процесс теплопередачи, определяющий полезную работу, происходит с большими перерывами, а в глубинный слой холодной воды опускается не только рабочее тело, но и вся конструкция аппарата представляющая собой непроизводительный балласт отбирающий практически всю выработнную энергию на вертикальное перемещение аппарата.


Не трудно заметить (рис5), что в предлагаемом варианте российских патентов, вертикальному перемещению подвергается только рабочее тело и процесс теплопередачи происходит непрерывно в оптимальном режиме.
14:27, 7 сентября 2011 г.
Аннотация

Уже около ста лет ведутся попытки создания объемной роторной машины.
Из множества предлагаемых конструкций, широкую известность получили двигатель Ванкеля и двигатель Вигриянова. Несмотря, что это лучшие конструкции объемно роторных машин на сегодняшний день, оба двигателя имеют существенные недостатки принципиального характера, и их будущее не вызывает оптимизма. Предлагаемая кинематическая схема объемно роторной машины (ОРМ) свободна от недостатков присущих этим механизмам и может быть применена при создании практически всех видов силовых машин.





Объемно-роторная машина


Современная промышленность выпускает огромное количество тепловых двигателей, которые представляют основу энергетического хозяйства.

Однако, технические параметры существующего парка не всегда устраивают производителей мобильных объектов, где экологичность, компактность, экономичность и ресурс являются определяющими техническими параметрами двигателя.

Как следует из многочисленных публикаций и патентных разработок, проблемы создания легкого, мощного и экономичного двигателя лежит на пути освоения роторно-поршневой машины, детали которого практически не испытывают трения, не имеют возвратно поступательного движения, являясь при этом экономичной объемной машиной.

Первая схема роторно-поршневой машины в виде двигателя Ванкеля с 1957 года прошла путь от идеи до серийного выпуска и была установлена на автомобиль японской фирмы "Мазда". Модель RX8

По раду параметров она оправдала ожидания. Двигатель получился компактным и сравнительно экономичным.

К сожалению, ресурс двигателя довольно низкий, и это ограничивает его широкое применение.

Малый ресурс двигателя объясняется наличием в кинематической схеме эксцентрикового механизма расположенного в непосредственном контакте с камерой сгорания.

Высокая температура и большое давление между трущимися деталями способствуют быстрому износу двигателя, несмотря на повышенный расход масла.

К сожалению, этот недостаток является принципиальной особенностью двигателя Ванкеля и до сегодняшнего дня приемлемых предложений по ее ликвидации не предложено.

Другой механизм роторного исполнения предполагаемый к установке в Ё-мобиле готовиться к серийному выпуску в бизнес структуре Михаила Прохорова.

В нем применена оригинальная кинематическая схема роторно-лопастного механизма, предложенная в 1973 году инженером Михаилом Степановичем Вигрияновым.

Схема позволяет четырем поршням, вращаясь вокруг общей оси, совершать все циклы присущие традиционному двигателю внутреннего сгорания.

Каковы будут его окончательные параметры пока говорить рано, но некоторые особенности можно анализировать, исследуя кинематическую схему.

Разработчик продемонстрировав машину показал работоспособность предложенной схемы.

Как известно, отличительной особенностью роторного двигателя является отсутствие или значительная минимизация возвратно поступательной составляющей движения силовых узлов.

При возвратно поступательном движении возникают инерционные силы, которые ограничивают быстроходность двигателя.

Можно было бы предположить, что в двигателе Вигриянова вследствие вращения поршней отсутствует возвратно поступательное движение и проблема с инерционными силами решается.

К сожалению, как видно из схемы, вращательное движение поршней не является равномерным. Имеет место торможение и разгон поршней со сложной схемой передачи усилий на вал, поэтому основной недостаток в виде инерционных сил все-таки присутствует.

Утверждение некоторых специалистов о том, что энергия движущейся массы заднего поршня передается переднему, словно после удара стальных шаров, не кажется убедительным. В случае удара поршней схема взаимодействия значительно сложней, здесь в процесс взаимодействия включено множество различных сил.

В конструкции имеются так же стопорные механизмы, сопротивление которых необходимо преодолевать с усилием, вызывающим износ деталей и невозвратный механизм, который, так или иначе, внесет свою отрицательную лепту.

Если инерционные силы все-таки окажутся значительными, то двигатель Вигриянова планируемый для установки в Ё-мобиль, конкуренцию с отработанным криво шатунным механизмом скорей всего не выдержит ввиду своей сложности. Наличие электросиловой части не имеет принципиального значения, поскольку ее можно установить на любой двигатель.

Третий вид роторно-поршневого двигателя можно создать на основе патентов РФ №№ 91397, 99064.

В данном случае в кинематической схеме двигателя полностью устранена возвратно поступательная составляющая.

Поршень, сформированный на поверхности равномерно вращающегося ротора, так же как и в роторно-лопастном двигателе, может без смазки вращаться в корпусе.

Так же как у газотурбинного двигателя, сгорание топливной смеси происходит в постоянном режиме и компрессор с двигателем выделены в отдельные узлы, что способствует оптимизации тепловых нагрузок.

Незначительное трение возникает только в опорных подшипниках качения, которые вынесены на периферию и при необходимости могут легко охлаждаться.

Двигатель состоит из двух роторно-поршневых машин собранных по трехфазной схеме.

Трехфазная схема сглаживает пульсации рабочего тела и упрощает балансировку ротора.

В случае двигателя внешнего сгорания рабочее тело может находиться под высоким давлением, а нагрев и охлаждение происходить в теплообменных узлах.

Наиболее простой вариант объемной роторной машины представляют шестеренчатые насосы (НШ), которые применяются во многих областях техники. Они хорошо зарекомендовали себя для перекачки всевозможных жидкостей с различной степенью вязкости, таких как вода, топливо, масла и т.д.

Шестеренчатые насосы, благодаря своей конструкции обладают, высокой эффективностью и длительным сроком службы.

Конструкция представляет собой корпус, в котором размещены две взаимно сцепленные шестерни. Между зубьями шестеренок и корпусом образуется пространство, которое заполняется перекачиваемой жидкостью. Вращаясь, шестерни создают однонаправленный поток жидкости, движущийся в объеме между зубьями.

При приближении зубьев к зоне зацепления свободный объем между ними уменьшается и поток выдавливается в выходное отверстие, а зубья, проворачиваясь, вновь оказываются в зоне входного отверстия, где поступающая жидкость заполняет расширяющееся пространство.

Нетрудно заметить, что устройство представляет собой преобразователь вращательного движения шестеренок в поступательное движение потока жидкости. НШ от аналогичных машин, таких как винт или турбина отличается способностью создавать высокое давление, поскольку являются по существу объемной машиной.

Однако, преобразования вращательного движения рабочих элементов в поступательное движение потока с помощью шестеренчатого механизма при больших скоростях потока применяется довольно редко, несмотря на простоту конструкции.

Это объясняется тем, что высокая скорость потока, требует высокой скорости вращения шестеренок, вызывающих в зоне зацепления зубьев турбулентность, которая сопровождается энергетическими потерями. В свою очередь, турбулентность возникает вследствие того, что плоскость зуба имеющего плохую обтекаемость, в зоне зацепления меняет направление и относительно жидкости движется с большой скоростью.

Вследствие этого, НШ находит широкое применение в основном там, где не требуется высокой скорости потока, например в гидравлике. Исключение составляют пожарные насосы, где давление и скорость струи определяет длину шланга и дальность подачи воды.

Предложенная схема роторно-поршневого насоса на основе Патента РФ № 99064 также, по существу является шестеренчатым насосом, с той лишь разницей, что на поверхности шестеренки (ротора) сформирован только один зуб.

В этом случае переходный процесс, вызывающий турбулентность потока возникает на короткое время, что позволит машине работать на более высоких оборотах и со значительно меньшими потерями.

Схема роторно-поршневого насоса приведена на рисунке. Не трудно заметить, что практически нагрузка воспринимается только ротором, что так же благоприятно сказывается на работе машины.

Помимо этого, при соответствующих доработках предложенную схему можно применить и для создания других силовых машин (двигатель, компрессор, гидроагрегат и т. д.)
Комментариев 1   Оставить комментарий   Последний комментарий 17:16, 27 декабря 2012 г.
14:24, 7 сентября 2011 г.
Можно с уверенностью предположить, что в XXI веке основой машиностроения и капитального строительства станут облегченные композиты. Похоже, трудно найти твердый материал, вес которого легче воздуха. Особенностью предлагаемого композитного материала является использование газа в вместо твердого наполнителя, который в композитах занимает наибольший объем, обеспечивая жесткость и упругость. Задача может быть решена созданием автоматизированной линии по производству дешевых трубок малого диаметра, наполненных сжатым газом под высоким давлением.


Композиционный материал (композит, КМ) - это искусственно созданный неоднородный сплошной материал, состоящий из двух или более компонентов с четкой границей раздела между ними.

Преимуществами композиционных материалов являются:
высокая удельная прочность (прочность 3500 МПа);
высокая жёсткость (модуль упругости 130...140 - 240 ГПа);
высокая износостойкость;
высокая усталостная прочность;
из КМ возможно изготовить размеростабильные конструкции;
легкость.

Наряду с преимуществами у композитных материалов имеются и недостатки, такие как:
высокая стоимость;
анизотропия свойств;
повышенная наукоёмкость производства, необходимость специального дорогостоящего оборудования и сырья, а следовательно развитого промышленного производства и научной базы страны.

Как видно, присущие композитам недостатки сдерживают их широкое применение особенно в капитальном строительстве, где требуется большой объем материалов.

Очевидно, что в дальнейшем КМ, учитывая огромное многообразие возможных компонентов и их свойств, предела совершенству не имеют.

Одним из возможных улучшений параметров существующих композитов может стать идея, предложенная в техническом решении в патенте РФ №65910. Идея заключается в том, что в качестве твердого наполнителя можно использовать сжатый газ.

Эта идея по существу не такая уж и новая. Сжатый газ при небольшом давлении применяется в колесах автомобиля в качестве твердого наполнителя. Им также наполняются спортивные мячи и т.д.

Использование сжатого газа в качестве твердого наполнителя обеспечивает снижение веса деталей, что является одной из основных задач в проектировании практически любой конструкции.

Однако небольшое давление газа ограничивает область его применения использованием в мягких оболочках, обладающих незначительной удельной нагрузкой. Для более высокой нагрузки, которую предусматривают композиты, необходимо использовать газ высокого давления.

К сожалению, использование газа под высоким давлением в качестве твердого наполнителя, требует соблюдения ряда условий, которые еще в достаточной мере не исследовались. Одним из важных условий является обеспечение безопасной эксплуатации сжатого газа.

В изложенном в патенте предложении это достигается малыми объемами хранения в тонкостенных трубках с высоким аэродинамическим сопротивлением. Проведенные испытания с трубками из нержавеющей стали показали возможность и перспективность создания нового композитного материала с хорошими массогабаритными характеристиками при снижении стоимости.

К примеру, металлическая трубка диаметром 7 мм с толщиной стенки 0,1 мм, наполненная азотом под давлением 7,5 МПа, занимая объем 39 см3, имеет вес 16 гр. при прочности 75 кг/см3.

Если освоить промышленное производство газонаполненных трубок согласно Патенту РФ на ПМ №65910, экспериментальные образцы которых прошли испытания на производстве ООО "МедСпецТруб", можно создать новый конструкционный и строительный материал с прочностью от 7 МПа при удельном весе менее 1 гр/см3, основной объем которого будет составлять сжатый газ.

Нагрузочную способность трубки можно представить, если ее установить вертикально. При этом только при высоте трубки 75000/0,4?1800 м будет скомпенсировано 75 атм. внутреннего давления.

Эти параметры материала позволяют проводить строительство легких сооружений высотой свыше 1000 м. Применение газонаполненных трубок в различном сочетании со стеклянными микросферами и полиэфирными смолами может обеспечить широкий диапазон конструкционных материалов для многих областей промышленного производства включая авиастроение, морские и космические технологии.

Ниже приведена формула объемного наполнения единичного элемента:

V=V1 V2 V3 V4 V5 V6

Где:
V - объем элемента
V1 - объем металла
V2 - объем сжатого газа в трубках
V3 - объем стекла
V4 - объем газа в стекле
V5 - объем связующего
V6 - объем воздуха в связующем
  • 10 оригинальных пешеходных мостов со всего мира 10 оригинальных пешеходных мостов со всего мира
  • Чудо инженерной мысли: судоходные мосты-каналы Чудо инженерной мысли: судоходные мосты-каналы
  • Мини-садики, которые легко можно сделать собственными руками Мини-садики, которые легко можно сделать собственными руками
  • Самые низкие точки планеты Земля Самые низкие точки планеты Земля
  • 10 крупнейших и красивейших водопадов мира 10 крупнейших и красивейших водопадов мира
  • PocketPower - карманное складное солнечное зарядное устройство
  • Красота и бренность бытия в лэнд-арте Джима Деневана
  • Революционная ветротурбина Tyer Wind, напоминающая парящую колибри
  • Навес Sun&Shade обеспечивает тень и способствует сбору солнечной энергии
  • SolPad расширяет возможности использования солнечной энергии в быту
Ошибка при вводе логина или пароля!