Войти

Всережимный универсальный тепловой двигатель для подводных лодок и торпед сверхмалого калибра.

21 сообщение, отображено с 1 по 20
№1
12.05.2013 20:11
В патентных базах по всему миру хранится просто огромное количество  изобретений тепловых двигателей. Складывается впечатление, что изобрести двигатель довольно просто и что только ленивый не изобретает двигатель. Но впечатление это обманчивое,  99,9% патентов не имеют какой бы то ни было перспективы, т.к.  решают только одну задачу (многие вообще ничего не решают). Из-за одной детали, пусть даже на процент улучшающей показатели двигателя, менять всю отлаженную технологию, никто не  будет. По-хорошему, менять же  надо весь двигатель, а также осуществление термодинамического цикла. Выбрать из всего множества предложений что-то ценное – надо еще постараться.  Вот и стоим на месте, сжигая понапрасну ценный углеводородный ресурс и отравляя атмосферу.
А проблема такая – у нас нет всережимного анаэробного двигателя для неатомных подводных лодок (НАПЛ). Из статьи: «Чиновники Минобороны осознали необходимость строительства в России более современных неатомных подводных лодок, чем существующие дизель-электрические. Эксперты говорят, что в этом деле без очередной покупки лицензий за рубежом не обойтись, и оценивают траты в 1–2 млрд долларов». Если вернуть украденные в МО деньги компанией бывшего министра, то, возможно, денег хватит. Но речь-то идет о покупке технологии германского Электро-химического генератора (ЭХГ). И это при том, что у нас уже несколько десятков лет идет разработка своего  ЭХГ, правда, бес толку.  И если наши ученые не справляются с разработкой собственного ЭХГ, требуют купить её технологию на западе, то какова цена нашей науке? А за рубежом (в Германии) эта технология давно освоена, и что важно – сделан вывод, что это тупиковый путь, и развитие их ВНЭУ пошло по пути разработки для НАПЛ двигателей Стирлинга, причем, старой «шведской» схемы. Их двигатель Стирлинга - это шведский V4-275 – конструкция работоспособная, но явно не из лучших. Поэтому  нам не следует идти в фарватере чужих разработок, т.к. это чревато еще большим отставанием. Специалисты же всего мира отдают решительное предпочтение в пользу анаэробных установок с двигателями Стирлинга, а наши  специалисты, истратив миллиарды бюджетных рублей, не добившись ничего, упорно навязывают ущербную конструкцию. Я даже не могу придумать благозвучного термина  как это называется, на язык лезут всякие непристойности.
События  во взаимоотношениях  основных зарубежных фирм, включившихся в гонку за создание неатомных подводных лодок (НАПЛ), развиваются, как хороший детектив. Спасает нас пока одно – они тоже идут неверным путем в разработке своих двигателей Стирлинга, поэтому мы еще имеем последнюю возможность как-то не остаться в хвосте.
"Современные" конструкции двигателей внутреннего и внешнего сгорания основаны на преобразователе движения типа кривошипно-шатунный механизм (КШМ) или механизм с
косой шайбой (МКШ), которые позволяют снимать крутящий момент синусоидально, т.е. их
эффективный КПД находится на уровне 33%. Кинематика для обеспечения термодинамического цикла на основе КШМ в двигателе Стирлинга работает крайне неэффективно – после подачи вытеснительным поршнем рабочего тела в тепловой преобразователь, сразу же следует откачка этого рабочего тела из теплового преобразователя, а дальнейшая работа по перемещению рабочего поршня осуществляется в большей степени за счет инерции расширяющегося рабочего тела. Это крайне трудно согласовать, поэтому вся теория направлена на высчитывание и согласование скоростей вращения, движения поршня и перемещения рабочего тела, что предполагает строгое соблюдение этих параметров без возможности регулировки. Расчет двигателя Стирлинга – это крайне сложный материал, из-за этого строить такие двигатели могут только технически развитые страны. Мы не можем… В России такая работа когда-то велась многими «высокими» научными организациями, которые считали, что это легкая задачка, но потратив большие ресурсы и не получив никакого результата они теперь и слышать не хотят о двигателе Стирлинга, хотя, как оказалось, и ЭХГ для них не по зубам. Теперь склонить будущих инвесторов к финансированию разработок по двигателю Стирлинга сможет только какой-то убедительный промежуточный результат, например, в виде реально работающего прототипа, тем более, что серьезные инвесторы по своей инвестиционной декларации не могут финансировать такого рода проекты, у которых нет экспериментального образца или прототипа. А создание прототипа – стоит немалых денег. В статье «Идеи старые, а какие могут быть перспективы в XXI веке? Или «стирлинг» опять  в строю» (http://bastion-karpenko.narod.ru/Stirling-2010.pdf) говорится о разработке двигателя Стирлинга в Санкт-Петербургском КБ «Арсенал» им. М.В. Фрунзе. Но автор статьи не в курсе, что тот двигатель, который КБ «Арсенал» пытается выдать за инновацию, построен в 60-х годах прошлого века по украденным внешней разведкой СССР чертежам у фирмы «Филипс». При этом никто из конструкторов не знает, как работает этот, построенный по чужим чертежам, двигатель – нет ни расчетов, ни теории, только чертежи. Но за последнее время ничего особо нового в двигатель Стирлинга привнесено не было, поэтому его можно позиционировать как «инновацию». И никого не волнует, что этот двигатель создан в условиях старой технологической базы и морально устарел, и, в результате освоения такой «инновации»  получим технику позавчерашнего дня. А  КБ «Арсенал»   представляет этот двигатель как «уникальный»… В принципе, они правы – для России он уникальный.
Принцип работы двигателя Роберта Стирлинга оказался настолько удачной идеей преобразования разности температур в крутящий момент, что уже почти 200 лет держит в
напряжении умы учёных и разработчиков. Смысл в том, что этот принцип позволяет с  наименьшими издержками применять такой двигатель в абсолютно любой отрасли для всех
целей, где требуется получить крутящий момент, который можно переработать в любой вид
энергии.  Но… инерция мышления разработчиков, основанная на «кривошипно-шатунном»
мировоззрении, не позволила им найти технические решения по оптимизации термодинамического цикла Стирлинга, хотя о проблемах знают все двигателисты, но, к счастью для нас, остались на старых позициях.
Современное состояние мирового стирлингостроения в плане конструкционного совершенства не выявляет в этой области особых успехов ни у одной из стран, и это даёт нам большие преимущества. Все разработки двигателей Стирлинга зиждутся на старых конструкциях. Наличие перспективной конструкции позволит обогнать конкурентов.
Так что можно предложить в этой связи?  Простите за нескромность, но я имею разработку анаэробного теплового двигателя, причем, его характеристики в разы превосходят характеристики конкурентов. Впрочем, каждый изобретатель считает, что его разработка априори самая лучшая. К счастью, я свободен от этого (в этом месте я бы, если бы был читателем, рассмеялся). Прежде, чем опубликовать описание я консультировался с теоретиками и специалистами. Критического материала было немного, в основном, технологического плана, но всё решаемо и лучше, чем у конкурентов.
Предлагаемый Двигатель – это однотактный, многотопливный, полицикличный, анаэробный/аэробный, бесшумный, экологически чистый, универсальный, модульно-секционный двигатель высокой удельной мощности, с последовательным и полным исполнением тактов термодинамического цикла, что дает ему существенные технические преимущества в сравнении с продуктами конкурентов. Кроме этого, конструкция двигателя относительно проста. Всё это существенный фактор для обеспечения надежности установки и ускорения разработки. По понятным причинам раскрывать суть разработки не буду. Можно только сказать, что использован бесшатунный преобразователь с системно замкнутым последовательно прямоугольным законом движения поршней, который кардинально упрощает расчеты термодинамических циклов и гарантирует их протекание в любых условиях. Для коммерческой версии двигатель предельно прост, для военной - содержит дополнительно несколько механизмов и устройств, позволяющих в полной мере использовать его уникальные возможности. Кинематика позволяет работать двигателю по следующим основным (анаэробным/аэробным) термодинамическим циклам:
1. Закрытый цикл с внешним подводом теплоты .
2. Открытый цикл с внешним подводом теплоты.
3. Закрытый цикл с внутренним подводом теплоты.
4. Открытый цикл с внутренним подводом теплоты.
5. Открытый цикл с внутренним и внешним подводом теплоты.
6. Закрытый цикл с внутренним и внешним подводом теплоты.
7. Разделенный закрытый цикл с внутренним и внешним подводом теплоты.
8. Обратный цикл Стирлинга.
9. Компрессорный цикл (с n-степенями сжатия).
10. Цикл воздушного двигателя.
11. Цикл пневмомашины.
12. Комбинированный цикл (около двух сотен различных комбинаций);
13. Термодинамические циклы с любым количеством тактов - 1,2,3,4,5 и т.д.

– и всё это в одной установке без остановки двигателя для перехода на разные циклы, причем можно маневрировать крутящим моментом для использования в разных целях, заменять неисправные секции без остановки двигателя.
В качестве электрогенератора установка может работать в режиме сверхпроводимости, т.к. часть установки может работать по обратному циклу Стирлинга, что позволяет снижать температуру до 15 градусов Кельвина, это значительно снижает вес установки и повышает её эффективный КПД при выработке электроэнергии.
Для получения высоких эксплуатационных качеств предлагаемого двигателя добавлены компоненты системы управления, позволяющие 7 различными способами регулировать обороты и мощность двигателя без коробки передач, имеется механизм обеспечения высокой и низкой скорости вращения, механизм увеличения мощности, и др. Преобразователь позволяет создавать двигатель любой схемы, а конструкция такова, что позволяет наращивать модули в любом разумном количестве по любой оси координат.
Основной резерв возможностей любого двигателя заключен в правильной организации термодинамического цикла, что в свою очередь зависит от кинематики, которая обеспечивает протекание цикла с максимальной отдачей.   Бесшатунный  преобразователь движения обеспечивает  КПД съема крутящего момента не менее 95% (почти в 3 раза эффективнее, чем КШМ на классических конструкциях), при этом кардинально увеличивается качество цикла по причине строго последовательного осуществления тактов без наложения одного на другой, а это не менее, чем в 2 раза увеличивает эффективный КПД цикла, при этом однотактный цикл позволяет увеличить удельную мощность еще в 2 раза. Эксплуатация двигателя крайне проста по причине отсутствия сложных систем. Сгорание топлива происходит при атмосферном давлении при избытке воздуха (окислителя), это резко снижает выбросы окислов азота и других вредных веществ. Как пишут специалисты, следящие за темой развития двигателей Стирлинга, от всех известных преобразователей энергии прямого цикла (дизелей, паровых и газовых турбин, двигателей внутреннего сгорания Отто, ЭХГ и др.), которые могут использоваться в составе анаэробных установок, двигатели Стирлинга выгодно отличаются целым рядом качеств, которые обуславливают перспективу их применения на НАПЛ.
Анализируя состояние «отрасли» по двигателям Стирлинга, можно сказать, что особых успехов нет ни у кого – все  конструкции двигателей однотипны и стары, т.к. «вылизование» моделей идет давно и почти интуитивно, т.к. из-за большого количества случайных факторов процесс не совсем поддается расчетам. Причем, получается замкнутый круг – улучшить требуется ту конструкцию, которая уже построена, и так до бесконечности.
Желание применить этот двигатель в классическом исполнении для целей гражданского энергоснабжения также велико, но пока дорого обходится разработка двигателя. Пока все силы по разработке этого двигателя направлены на военную область как самую критичную для любого государства. Анализ рынка ПЛ показывает, что в общем объеме выпускаемых подводных лодок (ПЛ) резко возросла доля неатомных ПЛ (НАПЛ), покупатели этих лодок требуют их оснащения воздухонезависимыми энергетическими установками (ВНЭУ). Всережимный двигатель для НАПЛ – это крайне важный фактор в укреплении обороноспособности. Но для этого необходим качественный рывок: требуется повышение качественных характеристик двигателей, прирост которых обусловлен применением новых технологий и конструкций.

Неатомные подводные лодки сегодняшнего дня с ВНЭУ являются субмаринами 4 поколения
(Россия в этом отстала на несколько лет и в состоянии строить, максимум, ПЛ с дизелем
замкнутого цикла, которые относятся к 3 поколению), а предлагаемый мной двигатель позволит создать перспективную конструкцию ВНЭУ уже 5-го поколения, превосходящую почти на порядок по техническим параметрам современные иностранные разработки для неатомных подводных лодок, и позволит использовать его как единую всережимную (для подводного и надводного плавания) тетрагенерационную (вырабатывающую одновременно  электричество, тепло, холод, сжатый воздух) ВНЭУ с техническими показателями кардинально более высокими, даже относительно дизелей.
В принципе, мой двигатель подойдет и для подводных лодок 6-го поколения - многофункциональных подводных роботизированных платформ-носителей оружия, развитие которых сдерживает отсутствие необходимого двигателя – батареек надолго не хватит. И тот, кто первым создаст единый всережимный неатомный анаэробный двигатель, гарантированно выйдет в лидеры.
Разработанная схема теплового двигателя может быть трансформирована в  линейный двигатель Стирлинга, который можно использовать для мощных торпед сверхмалого калибра - 100-120 мм.
Интересы государства требуют обратить особое внимание на эту разработку. К тому же, это еще и перспективная ниша для выгодных и стабильных продаж выполненных по коммерческой схеме стирлинг-генераторов, потому что лучшего двигателя, чем двигатель Стирлинга, для этой цели пока не предвидится.
Полагаю, что Универсальный двигатель является прорывной революционной технологией, позволяющей получать крутящий момент при значительно меньших количествах и качестве топлив. Новые технические решения в конструкции этого двигателя позволят кардинально превзойти по всем характеристикам существующие устройства подобного назначения для выработки крутящего момента. Он имеет очень большой потенциал совершенствования и может дать толчок для развития двигателе- и стирлингостроения по другому – рациональному пути, и потянуть за собой развитие многих отраслей, начиная от местных промыслов в удалённых селениях Севера или Дальнего востока, до транспортных, подводных, космических, авиационных и ядерных технологий. А у нас впервые появилась возможность значительно обогнать конкурентов и стать законодателем стандартов в развитии этого многообещающего направления.
Можно еще много чего сказать об этом двигателе, но ограничимся этим. В интернете много информации в пользу двигателя Стирлинга, не будем повторяться.
+3
Сообщить
№2
13.05.2013 00:58
Цитата
А проблема такая – у нас нет всережимного анаэробного двигателя для неатомных подводных лодок (НАПЛ)
Есть. Это электродвигатель.
Цитата
И если наши ученые не справляются с разработкой собственного ЭХГ, требуют купить её технологию на западе, то какова цена нашей науке?
А вот надо различать ученых, конструкторов и производственников.
Цитата
"Современные" конструкции двигателей внутреннего и внешнего сгорания основаны на преобразователе движения типа кривошипно-шатунный механизм (КШМ) или механизм с
косой шайбой (МКШ), которые позволяют снимать крутящий момент синусоидально, т.е. их
эффективный КПД находится на уровне 33%.
Есть гидравлические и электрические передачи. А уж как приводили в движение поршни стирлингов - буквально мульен решений.
Цитата
но потратив большие ресурсы и не получив никакого результата они теперь и слышать не хотят о двигателе Стирлинга,
И правильно. Ибо:
1) Окислитель для стирлинга все равно нужен, ведь как-то его греть надо
2) КПД стирлинга меньше КПД дизеля - увы это принципиально
3) Малая удельная мощность стирлинга - куча поршней
4) Бешеные радиаторы
5) Сложность привода
6) Регенератор
7) Уплотнения
Цитата
Принцип работы двигателя Роберта Стирлинга оказался настолько удачной идеей преобразования разности температур в крутящий момент, что уже почти 200 лет держит в
напряжении умы учёных и разработчиков.
Но ездят все на дизелях и турбинах.
Цитата
Расчет двигателя Стирлинга – это крайне сложный материал, из-за этого строить такие двигатели могут только технически развитые страны. Мы не можем…
Эта задача полностью решена в 60-х. Вообще. А то что не строят стирлингов на то есть другие причины...
Цитата
получить крутящий момент, который можно переработать в любой вид
энергии.
Однако...
0
Сообщить
№3
13.05.2013 01:28
Цитата
В качестве электрогенератора установка может работать в режиме сверхпроводимости, т.к. часть установки может работать по обратному циклу Стирлинга, что позволяет снижать температуру до 15 градусов Кельвина, это значительно снижает вес установки и повышает её эффективный КПД при выработке электроэнергии.
Ой-ей-ей. Что это написано?
Цитата
прямоугольным законом движения поршней, который кардинально упрощает расчеты термодинамических циклов и гарантирует их протекание в любых условиях.
Кошмар. Выбрать такой привод поршней чтобы легче было посчитать почему-то термодинамику.
0
Сообщить
№4
13.05.2013 10:50
nikola,  благодарю вас за то, что обратили внимание на эту разработку, но если вы поглубже вникните  в тему, то вы поймете, что все ваши замечания не соответствуют, ну скажем так, состоянию дел со Стирлингами. Для опровержения ваших заблуждений мне пришлось бы написать еще столько же, но тогда мне пришлось бы раскрыть некоторые секреты, а это пока в мои планы не входлит.  У Стирлингов действительно проблем много, что воспрепятствовало их распространению. Один из главных вопросов - это высокотемпературные уплотнения - до сих пор нормально не решен, поэтому шведы выбрали для своих Стирлингов для подводных лодок схему Рини - громоздкий, из-за устранения возможности температурного короткого замыкания и слабо регулируемый вариант, но позволяющий осуществить уплотния в холодной зоне. Этот двигатель работоспособный, но далеко не лучший вариант. Я решил проблему высокотемпературных уплотнений, поэтому могу позволить использовать другие, более эффективные схемы.
0
Сообщить
№5
24.05.2013 00:59
Цитата
В принципе, мой двигатель подойдет и для подводных лодок 6-го поколения - многофункциональных подводных роботизированных платформ-носителей оружия, развитие которых сдерживает отсутствие необходимого двигателя – батареек надолго не хватит. И тот, кто первым создаст единый всережимный неатомный анаэробный двигатель, гарантированно выйдет в лидеры.
Внимательно прочитал Ваш материал....
Ваш двигатель будет актуальным для многофункциональных подводных роботизированных платформ-носителей оружия.....
+2
Сообщить
№6
06.06.2013 13:32
А почему не делают ... реактивных водяных двигателей?
На пару.
Ведь коэффициент преобразования тепловой энергии в механическую при испарении воды самый высокий.
Самые эффективные и экономичные двигатели всех времен - это паровые.
Но для современных реалий нужна еще и скорость, а в скорости чемпион - реактивные двигатели.
Почему не совместить одно с другим: вода испаряется и пар выталкивает струю воды на большой скорости.
Так можно создать экономичный водяной реактивный двигатель.
-1
Сообщить
№7
10.06.2013 00:34
В описании всё звучит достаточно убедительно...
Однако, каковы перспективы и проблемы с изготовлением демонстратора, способного проиллюстрировать разрешение автором тех самых фундаментальных проблем, упомянутых в публикации?
+1
Сообщить
№8
10.06.2013 17:23
Для инженера  убедиться в принципиальной работоспособности схемы предлагаемого двигателя  достаточно легко - всё логично и просто. Сделать его - это  вопрос друго порядка (финансового, кстати, пока мною не решенного - поэтому и с демонстратором заминочка). Раскрывать схему не желательно, т.к.  во-первых, краткое описание работы по разным циклам и подциклам занимает листов 50 убористого текста - проще на пальцах показать, во-вторых, она не запатентована,  в-третьих, всё-таки имеет оборонный характер. Скажу только, что законы физики не нарушены и воплотить в двигателе все циклы можно, но такого опыта нет ни у кого, поэтому нужны НИОКР.
+1
Сообщить
№9
15.06.2013 00:35
Я за электродвигатель на литиево-ионных батареях.
-1
Сообщить
№10
16.06.2013 15:46
На п.8
Цитата
"...Для инженера  убедиться в принципиальной работоспособности схемы предлагаемого двигателя  достаточно легко..."  --- (?!?...)
--- Это каким-же образом?  ЕСЛИ, по вполне понятным причинам - "Раскрывать схему не желательно"... и "с демонстратором заминочка..." (тоже, по понятным причинам...)?

Аргумент "Скажу только, что законы физики не нарушены" --- явно слабоват...
Ибо, в множестве уже реализованных в металле вариантов двигателя -- "законы физики" тоже "не нарушены"..."
--- Однако, как следует из приведённого вами ализа, образцов с ПЕРСПЕКТИВОЙ, практически нет...

И мне кажется, без демонстратора (если не всего двигателя, то хотя-бы его ключевых проблемных элементов) -- открыть НИОКР будет сложно...
+2
Сообщить
№11
01.07.2013 20:55
Согласен с вами, но вы еще приуменьшаете проблему - НИОКР открыть в нашей стране невозможно, даже если будет демонстратор. Предполагаю, что и в других странах имеются свои ученые, которые тоже мечтают о госзаказах. Наверное, придется раскрываться в интернете для передачи изобретения в общественное достояние. Пока немного подожду с этим.
0
Сообщить
№12
25.07.2013 09:11
жесть! у вас получается оно и ездит и летает и плавает и стреляет и жарит и варит . Вы утверждаете что коммерческая версия проста, вот и реализуйте ее.
0
Сообщить
№13
23.08.2013 12:41
Если Мы уже додумались до двух фазного рабочего тела... А Вы используете "поршни" или тоже отказались от них?
0
Сообщить
№14
24.08.2013 16:43
Двухфазные рабочие тела известны со времен паровых двигателей (например, вода с аммиаком). Я тоже применяю в некоторых циклах рабочие тела с похожим результатом, но работают они по-другому.   По поводу поршней -  имеются разработки роторных двигателей, в которых, как правило, в одном одном объеме статора совмещены горячая и холодная зоны и которые очень сложно  изолировать во избежание теплового короткого замыкания. Имеются разработки и с разделенными статорами (например, двигатель Нисковских - http://www.nkj.ru/archive/articles/9311/), что решает проблему теплового замыкания, но появляются другие проблемы, например, большая площадь трения, большие силы противодавления, уменьшающие крутящий момент, и т.д. Поэтому поршни для однотактных машин Стирлинга, перемещающиеся по прямоугольному закону движения, пока - лучший вариант.
0
Сообщить
№15
25.08.2013 07:18
Для одиночки, нет шансов реализовать свои идеи в "железе"... Если отказаться от "целиндропоршневой группы"... можно использовать в качестве рабочего тела Азот ,причем именно  в двух фазном состоянии...
0
Сообщить
№16
25.08.2013 18:29
Двигатель Нисковских, по моему, очень сложно. Если совместить генератор и двигатель в одном корпусе, отпадает необходимость в уплотнении вращательного движения. Если отказаться от вращательного, уходят любые подшипники. И так по мере упрощения получаем энергоагрегат, достаточно простой и с высоким КПД.
0
Сообщить
№17
01.09.2013 17:47
Оптимально использовать линейный генератор с мембранным однотактным двигателем и двухфазным рабочим телом... Это позволяет использовать его и как генератор и как тепловой насос, упрощается система теплоизоляции, появляется возможность его герметизации под высокое давление...
0
Сообщить
№18
03.09.2013 10:54
К сожалению, мембраны в условиях двигателей Стирлинга - высоких температур и давлений -  отработают очень недолго.
0
Сообщить
№19
04.09.2013 16:18
Поршень к цилиндру подгоняют не одну сотню лет, идеал не получился... Если подобрать подходящий материал и рассчитать геометрию...
0
Сообщить
№20
17.09.2013 14:27
А вот вопрос.
Может ли двигатель Стерлинга использоваться для охлаждения?
Не секрет , что многие вещи требуют охлаждения, ну там атомные реакторы или еще какая техника, при этом тепло бесполезно выбрасывается в окружающую среду.
Может ли применение двигателя Стерлинга ,во первых, ускорить процесс охлаждения, а ,во вторых, получить дополнительную энергию?
Ведь получение энергии из разности температур, должно уменьшать энергию содержащуюся в виде тепла и переводить её в другой вид - т.е. общее количество выбрасываемого тепла должно уменьшиться.

Например, берем газотурбинный двигатель - его КПД тем больше, чем больше разность температур в среде и рабочем теле , но после того, как нагретый газ отработает на вращении лопаток турбины, он все еще остается нагретым, но недостаточно для того, чтоб получать из этого энергию старым способом.
Вот тут можно и применить двигатель стерлинга - отработавший газ (или пар) направляется в этот двигатель и из него получается еще дополнительная энергия.
0
Сообщить
Хотите оставить комментарий? Зарегистрируйтесь и/или Войдите и общайтесь!
  • Обсуждаемое