Моноэнергоноситель - 28 Сентября 2013 - Дневник - Изобретения - в жизнь!

Изобретения -в жизнь!



Наш опрос

Оцените мой сайт
Всего ответов: 199

Статистика


Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0

Дневник

Главная » 2013 » Сентябрь » 28 » Моноэнергоноситель
18:22
Моноэнергоноситель
Азотные энергоносители могут использоваться в поршневых, роторных и газотурбинных двигателях. Однако такие двигатели должны быть адаптированы к особенностям азотных топлив. Впрочем, это не исключительная особенность азотных топлив: бензиновые, дизельные, газовые двигатели также имеют свои особенности, характерные для используемого вида топлива. Остановимся на поршневых двигателях. Огромную исследовательскую работу в этом направлении провела достаточно небольшая группа авторов.

При использовании сбалансированных по кислороду сплавов топливных стехиометрий или их растворов может быть применен двухтактный цикл без впуска воздуха (подобный цикл используется, например, в поршневых двигателях морских торпед). Более широкие возможности по диапазону рабочих температур и хранению топлива в жидкой фазе имеют водно-солевые и водно-аммиачные растворы-эвтоники азотных компонентов. В этом случае топливная масса будет содержать 2-4 -кратный избыток горючих веществ (без использования специальных компонентов). Здесь должен применяться двухтактный цикл с впуском и сжатием воздуха, но количество воздуха в таком случае требуется меньшее (до 10-15 раз) по сравнению с подобными циклами на нефтяном топливе, так как часть окислителя содержится в топливной смеси. Следовательно, затраты энергии на предварительное сжатие воздуха для сжигания окислительсодержащих азотных топлив будут меньшими. Учитывая, что для быстрого разложения топливного окислителя-АС необходима температура не менее 300 оС, а объем цикловой дозы и теплоемкость азотных топлив выше, чем нефтепродуктов по дизельному циклу, теплоты сжатого воздуха может быть недостаточно для запуска двигателя. Поэтому в пусковом режиме необходимо применять подогреваемую камеру термолиза. Для этого применимы свечи накаливания. В режиме установившейся работы двигателя камера термолиза разогревается за счет теплоты реакций сгорания. С учетом потенциальной энергонасыщенности азотных топлив возможны технические решения организации запуска двигателя без впуска и сжатия воздуха.

Расширение газов в цилиндре «воздушно-порохового» ДВС целесообразно более полное, до давления выпуска, близкого к атмосферному. Расчеты показывают, что при параметрах сжатия и сгорания, близких к показателям обычных воздушно-тепловых ДВС, термический КПД «воздушно-порохового» цикла может достигать 80-85%.

Теплонапряженность двигателя на водо-нитратных топливах будет существенно ниже ввиду меньших температур процесса (в 1,5-2 раза) по сравнению с обычными ДВС на нефтяном топливе. В связи с этим целесообразен отказ от системы жидкостного охлаждения ДВС; необходимый уровень температуры стенок цилиндров обеспечит организация воздушного охлаждения. Соответственно, потери теплоты будут меньшими, а индикаторный КПД цикла ожидается на уровне 70 - 75%.

Водо-нитратные растворы не допускают контакта топлива с маслом в связи с возможностью эмульгирования и старения масел, с потерей ими смазывающих свойств. Поэтому кинематическая схема двигателя должна предусматривать крейцкопфный узел в механизме преобразования движения и отделение цилиндра от картера двигателя. В качестве такого варианта может применяться кривошипно-кулисный механизм преобразования движения с линейным движением штока поршня, отделением цилиндра от масляного картера и использованием подпоршневого объема в качестве продувочного насоса в двухтактном цикле. Уплотнение поршня в цилиндре может быть сухим с применением компрессионных колец из железо-графита.

В качестве механизма газораспределения применима клапанно-щелевая схема с выпуском отработавших газов через клапаны в головке цилиндра и впуском продувочного воздуха через окна в средней части цилиндра с поворотной гильзой.

Учитывая особенности кривошипно-кулисного механизма, обладающего более высоким механическим КПД по сравнению с традиционным кривошипно-шатунным механизмом, эффективный КПД двигателя на азотных топливах может быть близок к 70%, что примерно в два раза выше, чем для бензиновых или дизельных двигателей.

Все отмеченные конструктивные особенности двигателя технически реализуемы и позволяют выполнить такой двигатель для использования в нем азотных топлив по обычным машиностроительным технологиям.

Следует учитывать, что по объемному расходу азотного топлива двигатель будет уступать показателям расхода горючего нефтяных ДВС до 2– 2,5 раза. Это может отразиться на емкости топливных баков на автомобиле, но не более. Стоимость единицы механической энергии, произведенной с использованием азотных топлив, по сравнению с эксплуатационными расходами на нефтяные моторные топлива будет снижаться примерно в 3 раза (при существующих мировых ценах на бензин около 1500 долл./т или 1,1 долл./л).

Некоторые продукты азотной промышленности могут рассматриваться как компоненты новых видов моноэнергоносителей. Такими веществами являются композиция карбамида (O=C(NH2)2 - горючий компонент) и аммиачной селитры (NH4NO3 - окислитель). Применение смеси этих веществ в виде водного раствора, т. е. в жидком виде, открывает новые возможности. Концентрированные растворы этих веществ вблизи стехиометрической пропорции (80 % аммиачной селитры и 20 % карбамида) в условиях повышенной температуры (более 300 °С) под давлением в присутствии катализаторов реагируют экзотермически с высоким газообразованием и тепловыделением по схеме:

3NH4NO3 + CO(NH2)2 = 8H2O + 4N2 + CO2 

Один килограмм сбалансированной по составу смеси в результате реакции образует 900 л парогаза (смеси водяных паров, азота и углекислого газа), кроме этого выделяется 850 ккал тепловой энергии, повышающей температуру. По энерговыделению отмеченная композиция веществ близка к пироксилиновому пороху и может быть названа "азотным топливом". Азот выделяется в молекулярном виде. 

Рассмотрение азотного топлива с точки зрения его производства и процессов, происходящих при энерговыделении, показывает, что оно наиболее полно удовлетворяет принципам, заложенным при поиске нового вида энергоносителя. Оно безопасно, не токсично, технологично, производится из доступного сырья по существующим технологиям на действующих предприятиях, имеет в 2…3 раза меньшую стоимость (в расчете на эквивалентное углеводородному топливу энерговыделение). Существует возможность организации производства азотного топлива из возобновляемых видов сырья - воды, воздуха, биомассы. Для такого топлива характерен низкий уровень выброса углекислого газа, возможность снятия большой мощности с очень компактного и простого двигателя.

Азотное топливо как моноэнергоноситель должно рассматриваться как новое направление в получении и использовании альтернативных, возобновляемых и экологически чистых энергоносителей применительно для автомобильного, железнодорожного, речного, морского транспорта, а также для электроэнергетики (в основном, для автономных и локальных энергоустановок), для привода дорожно-строительных и подъемно-транспортных машин и механизмов, для привода двигателей механизмов в шахтах и горных выработках, для снабжения сжатым газом пневматического инструмента и механизмов. Но, учитывая, что в современных условиях автомобильный транспорт является основным потребителем энергии химических топлив, именно автомобильная промышленность может и должна одной из первых освоить применение этого перспективного топлива. Большим преимуществом азотного топлива является то, что оно комбинируется из производимых промышленностью в большом объеме продуктов фиксации атмосферного азота. Здесь уместно отметить, что в Европе достижение нормативов «Евро–4» и «Евро–5» на автотранспорте обеспечивается инжекцией раствора карбамида в отработавшие газы двигателей. Поэтому работа в этом направлении в промышленно развитых странах с высокой степенью автомобилизации требуется при любом сценарии повышения экологичности автомобильного транспорта.

Как сообщается, проведены первые опыты применения растворов азотного топлива на макетном образце установки, генерирующей продукты реакции с высокими параметрами. Опыты имели положительные результаты, и в настоящее время идет отработка технологического оборудования для специализированного варианта промышленного использования азотного топлива.

Имеются перспективы применения моноэнергоноситель в оборонных отраслях. Например, для двигателей «негорючих» танков, бронетехники и автотранспорта. «Негорючесть» топлива – существенный фактор повышения живучести боевых машин. Другая перспектива – применение моноэнергоноситель взамен горючего авиакеросина. Безопасность и экологичность гражданских авиаперевозок возрастут, а истребители и беспилотники смогут взлетать вертикально, форсируя тягу силовой установки. Рост динамики разгона летательных аппаратов до 2-3 g – важное преимущество над противником (с малыми затратами). Применение «холодных» моноэнергоносителей перспективно не только в газотурбинном цикле, но и для винтовых и роторных машин.

В условиях мегаполисов внедрение моноэнергоносителя, в первую очередь, целесообразно для общественного и грузового транспорта, заправляемого горючим на стационарных АЗС. Ёмкость рынка легковых автомобилей со спортивной динамикой по доступной цене «необъёмна», и высокий спрос для всех групп потребителей очевиден. Автономные мини-ТЭС в жилых районах не будут загрязнять воздух, при этом теплота конденсации парогаза будет утилизирована в локальных теплосетях и теплоаккумуляторах.     

В целом, уникальные термодинамические качества моноэнергоносителя делают «пороховой» цикл столь же эффективнее «нефтяных» процессов в ДВС, насколько те превосходят показатели паровых машин IXX века. «Бесплатным бонусом» является рентабельность и практическая реализуемость идей БЕЗОПАСНОЙ ВОДОРОДНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ в гражданских технологиях. Сохраняется инфраструктура транспортирования и хранения горючего, а также обычные операции по заправке транспортных средств (без применения высоких давлений, криогенных температур или других спецмер).

В качестве источника энергии удобно применение легкоплавких смесей («окислитель + горючее + вода») азото-водородных топлив. Смеси промышленных растворов аммиачной селитры NH43, карбамида O=C(NH2)2, гуанидин NH=C(NH2)2 и др. по энергозапасу могут быть сравнимы с бездымным порохом, но при этом – пожаровзрывобезопасны, экологичны и не требуют кислорода воздуха. Можно использовать смеси с перекисью водорода. Существуют эффективные ингибиторы, которые способны замедлить разложение окислителя. Смеси жидкие и двигатель на таких смесях не будет слишком отличаться от ДВС.

Итак, азотное топливо позволяет получать механическую энергию как в поршневых, так и в газотурбинных двигателях, оно дешевле нефтяного, не опасно для человека, а отработавшие газы не содержат токсичных веществ. Особенности азотного топлива позволяют рассматривать перспективные схемы двигателей, в которых реализуются циклы, обладающие рядом преимуществ по сравнению с известными для современных ДВС. Как отмечалось выше, азотное топливо при сбалансированном составе горючего и окислителя не требует использования атмосферного воздуха, а процесс можно вести при температуре не более 500…700 °C. Это дает основание рассматривать возможность применения поточных процессов в двигателях объемного типа.

Просмотров: 370 | Добавил: defaultNick | Теги: КПД двигателя, карбамид, аммиачная селитра, моноэнергоноситель, азотное топливо | Рейтинг: 5.0/1
Всего комментариев: 0

Вход на сайт

Поиск

Календарь

«  Сентябрь 2013  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
      1
2345678
9101112131415
16171819202122
23242526272829
30

Архив записей

Друзья сайта

  • Создать сайт