Природные процессы. бестопливной энергетики
Горелки и камеры сгорания
Горелки котельных топок и камеры сгорания газотурбинных (ГТУ) и других энергоустановок отличаются от камер сгорания двс отсутствием поршня и системой аэродинамических волн давления, ударных и детонационных волн горения, и эфирных ударных волн. Последнее качество явилось решающим отличием для реализации именно в автомобильном двигателе азотного цикла и режима работы с пониженным расходом топлива, а также – полностью бестопливного режима. Впервые и единственно на автомобилях были достигнуты эти режимы благодаря наличию поля разных волн, способствующих разрушению молекул воздуха внутри цилиндров двигателя с освобождением их свободных электронов, которые стали работать генераторами энергии вместо электронов, поставляемых в плазму горения топливом.
Поэтому к горелкам применимы все те технические решения и конструкции, способы и рекомендации, которые даны для двигателей внутреннего сгорания.
Двигатели тоже применяют в качестве камер сгорания. Но это – сложные камеры, имеющие движущиеся и трущиеся детали, существенно снижающие ресурс энергоустановки и увеличивающие эксплуатационные затраты. В годы перестройки в России с 1992 года есть примеры реализации этой идеи не от хорошей жизни. Дизель – генератор заставляют работать в постоянном режиме, как котельный агрегат. Всю непотребленную электрическую и тепловую энергию от утилизации тепла охлаждающих воды, масла и отходящих газов аккумулируют путем нагрева воды в резервуаре. При пиковых нагрузках эту теплоту отдают потребителю. Электрическая и тепловая энергия, полученная по такой схеме, иногда оказывается дешевле, чем от централизованных энергосистем, особенно, в удаленных районах, например, Камчатки. Но по моему мнению – это только от беспредела частных лиц монополий при назначении тарифов.
Приведенная схема с двигателями внутреннего сгорания на азотном бестопливном режиме работы может быть применена и сейчас. В этом случае вычитаются затраты (оплата) топлива ввиду его отсутствия, но увеличенные затраты на ремонт и замену машин ввиду малого ресурса остаются. Впрочем, это все нужно хорошо подсчитать, так как есть тихоходные двигатели с большим моторесурсом, сопоставимым с ресурсом котельных агрегатов и газотурбинных установок.
Конечно, лучше иметь аналогичные традиционным горелки и камеры сгорания с неподвижными деталями, имеющие высокий ресурс работы и малые эксплуатационные затраты.
Общая стратегия создания таких горелок для работы в бестопливном (или – малотопливном) режиме такая же, как и для двигателей внутреннего сгорания, описанная в настоящей книге и /1, 2, 3/. Она состоит в том, что воздух должен пройти докамерную обработку в оптимизаторе, которая заключается в его ионизации в конечном счете, а затем – внутрикамерную обработку с освобождением отрицательных ионов от «сидящих» на них электронов связи, которые становятся свободными электронами – генераторами энергии. Поскольку вся эта идеология, теория и практика изложены подробно ранее, то остановимся только на возможных конструктивных технических решениях грелок. Еще раз скажем, что действующих бестопливных камер сгорания в настоящее время нет, кроме камер сгорания двс, и то только карбюраторных.
Внешне горелка мне представляется в виде прямоточного реактивного двигателя, а проще – в виде работающей паяльной лампы, хотя это и не единственный вариант дизайна, особенно по сути процесса горения (выше уже был вариант камер сгорания двс и будут еще разные варианты горелок).
Докамерную обработку воздуха проводим в оптимизаторе. Оптимизатор, видимо, должен быть магнитным (наиболее удобно, доступно и достаточно эффективно). К нему могут быть добавлены меры усиления эффекта: концентраторы, катализаторы, прерывность действия, резонанс, наложение высокого напряжения, ультразвук, ультрафиолет, электромагнитные волны и т. п.
Внутрикамерную обработку воздуха следует проводить также, как и докамерную и можно дополнить: адресным микродозированием топлива; свечами зажигания разных типов, в том числе, авиационной высокочастотной, а также – калильной; системой электромагнитных, электринных и акустических волн; вращательным движением газа для лучшего катализа молекул за счет разрежения на оси вращения; резонаторами и резонансными колебаниями среды в камере сгорания; эжекторным выхлопом (по Чистову и Пушкину /1/) с объединением нескольких камер на линейный или кольцевой эжектор; электрический разряд: тлеющий, искровой, дуговой; созданием локального разрежения, например, сверхзвуковым расширением и т. п.
Итак, облик горелки для котельных агрегатов отличается от обычных наличием оптимизатора для докамерной обработки воздуха и средств катализа и зажигания для внутрикамерной обработки.
Камеры сгорания газотурбинных установок отличаются от камер сгорания котельных агрегатов, в которых установлены горелки, наличием устройств подвода вторичного воздуха для снижения температуры и компактностью.
Камеры двигателей внешнего сгорания (типа Стирлинга, Сказина /1, 2, 3/) больше похожи на камеры котельных агрегатов. На последнем следует остановиться особо, так как у двигателей Сказина много существенных отличий. Одно из главных отличий – это наличие сверхзвукового нагнетателя Цандера с неподвижными деталями вместо обычного вращающегося турбокомпрессора. А поскольку турбины в ГТУ нужны именно для высокооборотного привода компрессора, то в реактивном двигателе Сказина такой турбины нет, как и турбокомпрессора. Получается уже не прямоточный реактивный двигатель, а как обычный с повышением давления, но без турбины и без турбокомпрессора, что существенно увеличивает ресурс и надежность. А вместе с бестопливным режимом работы двигатель Сказина – это очень неплохой вариант для самолета с неограниченным радиусом действия, дальностью и продолжительностью полета.
Второе отличие двигателя Сказина – это полная утилизация тепла в двигателе по принципу, чем больше потерь, тем лучше кпд. В результате, расчетный кпд близок к единице (как практический кпд у Р. М. Пушкина в его работающем реактивном двигателе /1/). Это не имело бы значения для нашего бестопливного цикла, так как воздуха вокруг океан и его не стоило экономить как органическое топливо. Но кпд, равный единице, дает возможность еще снизить габариты и вес энергоустановок, что для самолетов существенно.
Третье отличие двигателя Сказина в том, что он может работать по замкнутому циклу без потребления воздуха извне за счет его запасов во внутреннем рабочем контуре циркуляции. А это – увеличение и высоты полета и скорости.
Введение импульсной эжекции и смешения позволит за счет разгона звуковой волны природными силами исключить использование воздуха в качестве топлива и сделать двигатель еще более простым и низкотемпературным. Такая задача частично решена в /48, 49,50/.
Элементы горелок
До камеры сгорания
1. Оптимизаторы – ионизация воздуха: магнитные, в т. ч. с катализатором и концентратором, с наложением электрического поля высокого напряжения (ВН), особенно – импульсного. Импульсный магнитный поток.
В камере сгорания
2. Свечи зажигания: электрический разряд – тлеющий, искровой, дуговой; постоянный, частотный, импульсный (в т. ч. сдвоенный: 1-й такт – дополнительная ионизация, 2-й такт – разрушение ® зажигание).
Калильные свечи: шарик, обечайка…
3. Электроды ВН – на всю камеру сгорания, в т. ч. коаксиальные.
4. Ультразвуковой генератор (стоячих волн)
5. Устройство для сброса давления:
5. 1. Сверхзвуковое сопло
5.2. Дозвуковое сопло
5.3. Эжектор: линейный, кольцевой, вихревой.
5.4. Импульсный генератор: перегородки, пластинки, трубки…
5.5. Вихревая камера сгорания (на оси – разрежение).
6. Резонатор. Собственные колебания (объема) резонатора в резонансе с вынужденными колебаниями процесса горения «зажигание – погасание» от электрического разряда или иного источника.
7. Другие инициирующие устройства: ультрафиолет, лампа Чижевского, плазмотроны…
