F02K1 - Реактивні двигуни, що відрізняються за формою або розташуванням реактивних сопел або соплових насадок; сопла і насадки для них (сопла ракетних двигунів F02K 9/97)
Власники патенту RU 2311552:
Бистров Валентин Васильович (RU)
Винахід відноситься до енергомашинобудування, зокрема до способів підвищення економічності двигунів внутрішнього згоряння і зниження шкідливих викидів в атмосферу двигуна внутрішнього згоряння. Спосіб зниження шкідливих викидів в атмосферу двигуна внутрішнього згоряння полягає в тому, що подається з паливної системи двигуна за допомогою насоса 1 в змішувач 2 паливо в результаті тепломассообмена з нагрітим теплоносієм, що надходять в цей же роздільник 2 за допомогою насоса 4, підігрівається. Після змішувача 2 утворилася суміш палива з теплоносієм і осадкообразованія направляються в роздільник 3, наприклад фільтр-сепаратор, де відбувається поділ складових суміші. З роздільник 3 паливо направляють в камеру згоряння, а теплоносій - в коло циркуляції для його повторного використання. Після змішування палива з теплоносієм отримана суміш може бути нагріта в теплообміннику 5, виконаним, переважно, зовнішнім, або теплоносій після роздільник може бути нагрітий в теплообміннику 5, після чого його направляють для повторного змішування з паливом. При цьому нагрів теплоносія або суміші палива з теплоносієм в зовнішньому теплообміннику виробляють за рахунок відбору тепла від вимагають охолодження систем двигуна. Винахід дозволяє за рахунок підвищення якості спалювання і більш повного використання располагаемой теплової енергії палива підвищити економічність двигуна і знизити викиди шкідливих домішок навіть при застосуванні низькосортного палива. 6 з.п. ф-ли, 2 мул.
Винахід відноситься до енергомашинобудування, зокрема до способів підвищення економічності двигунів внутрішнього згоряння, переважно до способів підвищення повноти згоряння палива в камерах згоряння, при одночасному зниженні викиду в атмосферу шкідливих речовин, що утворюються при згорянні палива.
Недоліком відомого способу є те, що підігрів палива здійснюється через стінки теплообмінника, на яких в процесі роботи двигуна відбувається нагаро- і коксоутворення з подальшим зниженням ефективності теплообміну. Крім того, при підігріві вуглеводневих палив до зазначених температур відбувається їх окислення, що приводить до утворення опадів, які направляються в камеру згоряння і негативно впливають на повноту згоряння палива.
Крім того, подача диспергує газо (повітряно) рідинної суміші в зону горіння вимагає додаткових витрат теплової енергії для її розігріву і випаровування, що призводить до збільшення витрати палива в камеру згоряння для підтримки заданої температури циклу. Це, в свою чергу, негативно впливає на економічність двигуна.
Технічним результатом, на рішення якого направлено заявлений винахід, є підвищення економічності двигуна і зменшення кількості шкідливих домішок шляхом збільшення повноти згоряння палива в камері згоряння двигуна за рахунок підвищення його температури і зниження вмісту шкідливих домішок, що утворюються при нагріванні палива, що надходить в камеру згоряння.
Для досягнення цього результату шляхом підігріву палива перед його подачею в камеру згоряння підігрів палива виробляють шляхом тепломассообмена при його змішуванні з більш нагрітим теплоносієм, причому після підігріву паливо відокремлюють від теплоносія і шкідливих домішок в роздільник, наприклад в фільтрі-сепараторі.
Крім того, в способі може мати наступне:
- після змішування палива з більш нагрітим теплоносієм отриману суміш нагрівають в теплообміннику;
- додаткове підвищення температури суміші палива з теплоносієм виробляють в зовнішньому теплообміннику;
- теплоносій після роздільник нагрівають в теплообміннику і направляють для його повторного змішування з паливом, при цьому нагрів теплоносія виробляють в зовнішньому теплообміннику;
- нагрів теплоносія або суміші палива з теплоносієм в зовнішньому теплообміннику виробляють за рахунок відбору тепла від вимагають охолодження систем двигуна.
Здійснення нагріву палива в середовищі більш нагрітого проміжного теплоносія шляхом тепломассообмена при безпосередньому змішуванні робочих тіл практично виключає нагаро- і коксоутворення на поверхнях теплообмінних апаратів, зважаючи на відсутність теплообміну через його металеві стінки.
Крім того, ефективність теплообміну при безпосередньому змішуванні робочих тел значно вище (коефіцієнт теплообміну # X02248; 1) в порівнянні з теплообміном за допомогою відомих теплообмінних апаратів.
Можливість відділення після змішування від палива зважених фрагментів (смоловідние відкладення, нерозчинні опади і т.п.), що утворюються в результаті терморазложенія в процесі підігріву палива, дозволяє знизити їх кількість під час вступу разом з паливом в камеру згоряння, навіть при застосуванні менш якісного палива, а також значно підвищити термоокислювальну стабільність палива при подальшому підвищенні його температури.
Подальший нагрів суміші палива з теплоносієм після їх змішування в теплообміннику додатково підвищує температуру палива на вході в камеру згоряння, що також сприяє збільшенню повної ентальпії надходить в камеру згоряння палива і повноти його згоряння. Фільтрація суміші палива з теплоносієм дозволяє відокремити від суміші шкідливі домішки, що утворилися при ТЕПЛОМАСООБМІННИХ цих складових.
Використання зовнішнього теплообмінника дозволяє реалізувати нагрів палива за рахунок відбору тепла від вимагають охолодження систем двигуна, наприклад від стисненого повітря, що направляється в систему охолодження гарячих частин двигуна. Крім того, потенційні можливості палива поглинати тепло від вимагають охолодження елементів конструкції двигуна дозволяють більш повно використовувати располагаемую теплову енергію (енергоємність) палива в циклі двигуна і значно підвищити запас бортового хладоресурса.
Винахід передбачає можливість нагріву теплоносія після його поділу з паливом в теплообміннику з подальшим його направленням для повторного змішування з паливом, що забезпечує організацію замкнутого циклу по нагріванню теплоносія і передачі його тепла палива.
Реалізація запропонованого способу пояснюється графічно, де на фіг.1 представлена схема одноетапного підведення тепла до палива, що надходить на вхід камери згоряння; на фіг.2 представлена схема з двоступінчастим підведенням тепла до палива.
Двигун містить паливний насос 1, з'єднаний з камерою змішання 2, в свою чергу з'єднаної з роздільником 3, який виконаний, наприклад, у вигляді фільтра-сепаратора. Один вихід з роздільник з'єднаний за допомогою трубопроводу з камерою згоряння, а другий вихід - з насосом 4, що забезпечує циркуляцію теплоносія по замкнутому контуру. Двигун також містить теплообмінник 5, переважно зовнішній, який підключений до охолоджувальної середовищі, наприклад до системи охолодження двигуна. Теплообмінник 5 може бути розміщений між насосом 4 і змішувачем 2 (фіг.1) або між змішувачем 2 і роздільником 3 (фіг.2). Перше заповнення системи теплоносієм і заповнення природних витоків замкнутого контуру забезпечується додатковим насосом 6. У разі двоступеневого підведення тепла до палива після змішувача 2 встановлюється фільтр 7 для фільтрації суміші палива з теплоносієм після їх тепломассобмена перед наступним підігрівом в теплообміннику 6.
Пропонований спосіб реалізується в роботі двигуна.
У початковий момент часу контур теплоносія за допомогою насоса 6 заповнюють робочим тілом. Теплоносій за допомогою насоса 4 направляють в теплообмінник 5, де здійснюється його підігрів. Після теплообмінника 5 теплоносій надходить в змішувач 2.
З паливної системи двигуна за допомогою насоса 1 в змішувач 2 подається паливо, де в результаті тепломассообмена з нагрітим теплоносієм відбувається підвищення його температури. У змішувачі 2 відбувається осадкообразованіе продуктів терморазложенія палива. Утворилися фрагменти знаходяться в підвішеному стані в суміші палива з теплоносієм. Паливо і теплоносій можуть в результаті тепломассообмена перебувати в різних агрегатних станах: парожідкостная, рідинному або паровому.
Після змішувача 2 утворилася суміш і осадкообразованія направляються в роздільник 3, наприклад фільтр-сепаратор, де відбувається поділ складових суміші. З роздільник 3 паливо направляють в камеру згоряння, теплоносій - в коло циркуляції для його повторного використання, а осадкообразованія - в дренажну систему або окрему ємність-накопичувач (не показано). Принцип поділу складових суміші в роздільник 3 може бути заснований, наприклад, по відмінності об'ємно-масових характеристик складових суміші, їх теплофізичні стану і ін.
У процесі циркуляції теплоносія незначна його частина може після роздільник 3 потрапляти в камеру згоряння разом з паливом або разом з осадкообразованіе в дренажну систему і ін. Для заповнення можливих витоків теплоносія з замкнутого контуру здійснюють його підживлення через додатковий насос 6.
Пропонований спосіб передбачає здійснення багатоступінчастого підігріву палива, наприклад його двоетапний підігрів. При двоетапному підігріві палива після його первинного підігріву в змішувачі 2 додатково суміш палива з теплоносієм направляють в фільтр 7, після чого очищена суміш направляється в теплообмінник 5 і далі в роздільник 3.
В якості теплоносія можуть бути використані рідини з високими теплофізичними параметрами.
Винахід дозволяє за рахунок підвищення якості спалювання і більш повного використання располагаемой теплової енергії палива підвищити економічність двигуна і знизити викиди шкідливих домішок навіть при застосуванні низькосортного палива, а збільшені при цьому потенційні можливості палива поглинати тепло використовують для підвищення бортового хладоресурса двигуна.
1. Спосіб підвищення економічності двигуна внутрішнього згоряння і зниження його шкідливих викидів в атмосферу, що полягає в підігріві палива перед його подачею в камеру згоряння двигуна, що відрізняється тим, що підігрів палива виробляють шляхом його змішування з більш нагрітим теплоносієм, причому після підігріву паливо відокремлюють від теплоносія і шкідливих домішок в роздільник, наприклад в фільтрі-сепараторі.
2. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що після змішування палива з більш нагрітим теплоносієм отриману суміш фільтрують і додатково підвищують температуру в теплообміннику.
3. Спосіб за п.2, що відрізняється тим, що після змішування палива з більш нагрітим теплоносієм температуру отриманої суміші підвищують в зовнішньому теплообміннику.
4. Спосіб за п.3, що відрізняється тим, що нагрівання суміші палива з теплоносієм в зовнішньому теплообміннику виробляють за рахунок відбору тепла від вимагають охолодження систем двигуна.
5. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що після роздільник теплоносій нагрівають в теплообміннику і направляють для його повторного змішування з паливом.
6. Спосіб за п.5, що відрізняється тим, що нагрівання теплоносія виробляють в зовнішньому теплообміннику.
7. Спосіб за п.6, що відрізняється тим, що нагрівання теплоносія в зовнішньому теплообміннику виробляють за рахунок відбору тепла від вимагають охолодження систем двигуна.