Эксэрготрансформаторный универсальный двигатель.

1. Эксэрготрансформаторный универсальный двигатель.
Эксэрготрансформаторные двигатели в 21-м веке, заменят
существующие низкоэффективные тепловые двигатели, как на земле,
так и в воздушном пространстве. Преимущество
эксэрготрансформаторных двигателей в том, что они могут
развивать любые мощности и скорости как на земле, так и на высотах
от нуля и до 40км. КПД их в 1.5 ÷2 раза выше существующих типов
двигателей.

2. Существующие способы преобразования тепловой энергии в
механическую работу, открытые в 19 веке, достигли совершенства, и
дальнейшее их усовершенствование становится экономически не
обосновано. Существующие тепловые двигатели сложные в ремонте,
дорогостоящие при изготовлении, не надежные в работе и
экономически неэффективные. Существующие способы преобразования
тепловой энергии в механическую энергию, естественным образом
устарели, поэтому нуждаются в замене.
Рассмотрим проект универсального эксэрготрансформаторного
двигателя, в котором одновременно с горением топлива происходит
дополнительное преобразование тепла в эксэргию за счет горения при
V = Const и разности температуры холодного воздуха и высокой
температуры продуктов горения топлива.
Основой данного проекта являются несколько общеизвестных фактов
термодинамики.
Общеизвестно, что теоретическая тепловая машина способна
выполнять полезную работу только при наличии разницы температур
рабочего тела и окружающей среды.
Общеизвестно, что при получении «холода» в холодильнике,
необходимо затратить полезную работу для разделения воздуха на
холодную и горячую части и чем больше разница температур, тем
больше затрачиваемая работа.
Процесс теоретически обратим.
Обратный процесс « холодильника» - это возвращение полезной работы
и параметров газа в исходное положение, при этом выполняются законы
сохранения и второй закон термодинамики. Выполнение этих условий
возможно только в безударном способе сложения потоков газа.
Открыт способ безударного сложения потоков газов и изготовлено
устройство, в котором он реализуется. Данное устройство названо нами
эксэрготрансформатором.
Цель разработки – создание универсального двигателя, в котором
тепло сгорания топлива преобразуется в эксэргию. Эксэргия, в виде
кинетической энергии потока газовоздушной смеси, выходящая с
диффузора универсального двигателя, может быть в дальнейшем
преобразованная в работу.

3. Универсальный двигатель состоит из двух ступеней:
эксэрготрансформаторной камеры сгорания топлива, являющейся его
первой ступенью и вторая ступень, представляющая собой
эксэрготрансформатор.
В камере сгорания около половины тепла преобразуется в
кинетическую энергию продуктов сгорания, обладающих высокой
температурой. Для доработки остаточного тепла первой ступени газ
направляются в эксэрготрансформатор (вторая ступень), где он
выполняет работу по всасыванию и сжатию наружного воздуха.
Далее потоки продуктов сгорания топлива и воздуха складываются в
один поток, который со сверхзвуковой скоростью поступает в диффузор,
где его скоростной напор преобразуется в давление.
Результат преобразования таков:
Масса газовоздушной смеси на один килограмм топлива - М=121,6 кг,
давление Р. =0.593Мпа,
температура Т.=638°К.
КПД = 74.5%.

4. Планируемый выход на рынок.
Необходимо, не раскрывая Ноу-хау как можно дольше. Разработать и
освоить производство универсальных эксэрготрансформаторных
двигателей различных типов. Смысл в том, что эффект от внедрения
универсальных двигателей огромный, поэтому будут попытки
дальнейшего усовершенствование технологии, поэтому необходимо
быть всегда впереди.
После освоения производства универсальных двигателей, раскрывается
Ноу-хау и патентуется во всех развитых странах мира.

5. Финансовые вопросы.
Заключается договор с инвестором, по которому управление проектом
передается инвестору. Совместно участвуем в проектировании,
изготовлении и испытании рабочих вариантов образцы продукции. По
результатам испытания, образцы направляются в серийное производство.

6. Конкуренты проекта.
Основой универсального двигателя есть эксэрготрансформаторная
камера сгорания топлива, а их в настоящее время нет, поэтому
конкуренции быть не может.
Конкурентами могут быть предложенные ранее проекты:
Гиперзвуковой тепловой двигатель для дальних ударных
безпилотников и крылатых ракет. № 5184.
Энергетика сверхзвуковых скоростей или газовоздушный
термический цикл эксэрготрансформаторного двигателя. № 5239.
Предложенные ранее проекты должны быть модернизированы.

7. Планируемый выход на рынок.
Необходимо, не раскрывая Ноу-хау как можно дольше. Разработать и
освоить производство универсальных эксэрготрансформаторных
двигателей различных типов. Смысл в том, что эффект от внедрения
универсальных двигателей огромный, поэтому будут попытки
дальнейшего усовершенствование технологии, поэтому необходимо
быть всегда впереди.
После освоения производства универсальных двигателей, раскрывается
Ноу-хау и патентуется во всех развитых странах мира.

8. Конкурентные преимущества.
В гиперзвуковом тепловом двигателе первоначальная работа
выполняется топливным парогенератором, где топливо под большим
давлением подаётся на охлаждение стенок камеры сгорания и,
испарившись за счет тепла охлаждения, поступает с высокой
температурой в эксэрготрансформатор для выполнения работы по
всасыванию и сжатию атмосферного воздуха.
Преимущество парогенератора в том, что нет турбокомпрессора.
Недостатки – ненадежный пуск, неустойчивое горение топлива,
низкая экономичность и недостаточная мощность. Дополнив его
относительно не большим турбокомпрессором, подающего 0,05 ÷ 0.3
частей необходимого количества воздуха в запальное устройство,
ликвидирует вышеуказанные недостатки.

9. Эксэрготрансформаторные универсальные двигатели без дополнения,
заменят существующие авиационные двигатели: турбовинтовые,
турбореактивные и прямоточные воздушно - реактивные двигатели, в
связи с их неэффективностью. Дополнив универсальный двигатель
воздушной турбиной, установленной на выходе газа из диффузора,
получим простые, идеальные, энергоэффективные двигатели, в которых
кинетическая энергия будет преобразована в механическую работу.
Будут заменены, не только двигатели внутреннего сгорания, но и вся
большая энергетика.

11. Расчет второй ступени эксэрготрансформаторного
универсального двигателя.
Начальные условия.
С первой ступени двигателя поступают продукты горения топлива со
следующими параметрами:
массой 25.66 кг/сек, температурой. Т=1948°К, Р=0.7938МПа.
Наружные параметры воздуха примем следующие:
Т=288°К, Ра=0.1МПа, V=0,8352м3/кг.
Теплоемкость воздуха и продуктов горения примем:
Ср = 1,015КДж/кг×град.
Иллюстрация расчета происходящих процессов изменения состояния
газа, показаны в T-S диаграмме.
Энергия продуктов его сгорания (рабочей газ) выполняет во второй
ступени двигателя работу, по всасыванию и сжатию атмосферного
воздуха.
Работа адиабатного процесса 1-2 создает в камере критическое
разряжение процесс 2-3. Назовем это разряжение «потенциальной
ямой».
Реальная работа процесса 1-2
Аа. = Ср×(Т1- Т2) m = 1,015×(1948 - 1078) = 883КДж.
Работа потенциала «потенциальной ямы».
Ар. = Ср×(Т2- Т3) m = 1,015×(1078 – 898,3) = 182,4КДж.
Работа всасывания процесс 4-5 одного килограмма воздуха.
Авсас. = Ср×(Т4 – Т5) = 1,015×(288 – 240) = 48,7 КДж.
Масса всасываемого воздуха на один кг. рабочего газа.
Ар /Ав = 182,4 : 48,7= 3,74
Масса всасываемого атмосферного воздуха.
Мв. = 25,66 ×3,74 = 96кг.
Общая масса газа на один кг топлива, проходящая через двигатель.
Моб. = 25,66 + 96 = 121,6кг.
Наружный воздух, реализуя разряжение «потенциальной ямы»,
со звуковой скоростью поступает в неё, где происходит встреча с
рабочим газом, создавшим её.

12. Свойства газа таковы, что при звуковых скоростях в процессах
температурного сложения и разделения газа наблюдается
максимальная величина разности температур при получении «холода» и
максимальная величина затраты работы. Обратный процесс –
получение работы от разности температур холодного воздуха и
продуктов горения топлива.
Процесс энергообмена состоит в следующем: Рабочий газ в процессе
изотермического сжатия процесс - 2, отдает тепло холодному воздуху и
выходит из потенциальной ямы. Холодный воздух, получив тепло в
процессе 5-4, возвращается в исходное состояние, т.е. его давление,
удельный объём соответствуют первоначальному состоянию т.4.
Результат этих процессов:
Восстановилась симметрия между первым и вторым законами
термодинамики.
Возросла кинетическая энергия рабочего газа процесс 1- 0, за счет
преобразования тепла в эксэргию. (Обратный процесс (холодильника),
когда полезная работа была преобразована в «холод»).
Далее вступает в свои права первый закон термодинамики,
устанавливающий
Равенство: Сумма тепловой энергии изохорных процессов 4-8 должна
быть равна сумме тепловой энергии изобарному процессу 2-8,
отсутствие равенства компенсируется эксэргией.
Процесс 4-8: Эизох. = 1× (545 – 288)×3,74 = 961
Процесс 8-10: Эизоб. =545 + 961 = 1506°К.
Расчет тепла, изобарный процесс 8-2: 1078 – 545 = 533.
Найдем точку 7 на изохоре 4-8. 533/3.74 = 142.5, 288 + 142.5 = 430.5
Расчет давления в точке 7.
Р. = (Т×R): V, Р = (430.5×290): 0.8352 = 165070 Па.
Адиабатное расширение газа процесс 7-6 определит параметры точки 6
Т=384°К.
Для достижения изотермы Т. = 545°К, необходимо использовать
кинетическую энергию газа, процесс 10-2.
(1506 – 1078) : 3.74 = 115, 430 + 115 = 545.
Оставшаяся кинетическая энергия рабочего газа распределяется по
общей массе взаимодействующего вещества. Процесс 8 – 9.
( 1948 – 1506) : (3.74 + 1) =93
Параметры точки т 9.
Т9. = 545 +93 = 638°К, Р. = 528640Па.

13. Расчет КПД эксэрготрансформаторного универсального двигателя.
Определим эксэргию газа, выходящего с диффузора двигателя.
Экс. = Ср ×(Т9 – Т6) × Моб. = 1,015 (638 – 384) × 121,6 = 313500КДж.
Затраты работы на привод компрессора.
Ак = Ср ×(498 – 288) × 3 = 640КДж.
КПД = (Экс – Ак)/ Q = (313500 – 640)/ 42000 = 0.745. КПД = 74.5%.
Q – теплота сгорания одного кг. топлива.