Термокинетический компрессор

Термокинетический компрессор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к устройству для сжатия воздуха или любого другого газа с небольшой себестоимостью, первичная энергия которого, используемая в цикле сжатия, не является механической или электрической энергией как в большинстве компрессоров, а непосредственно тепловой энергией; этот компрессор не имеет никаких движущихся частей, подверженных износу и потерям энергии в результате трения, кроме того, излишки тепла холодного источника цикла могут быть отобраны для повторного использования в цикле сжатия или для генерации пара под давлением, который, при смешивании со сжатым газом, повышает его расход.

Это устройство находит свое применение для сжатия или частичного создания вакуума любого промышленного газа, однако, его термический цикл лучше всего подходит для реализации теплоэлектростанций высокой производительности, для энергосберегающих систем, таких как повторное механическое сжатие паром или отбор и преобразование остаточной тепловой энергии.

В настоящее время компрессоры состоят из устройств, в которых энергия сжатия газа поставляется в форме механической энергии: объемные компрессоры, центробежные или осевые компрессоры и т.п., где потенциальная или кинетическая энергия другого газа привода также является формой механической энергии: инжекторы.

Вместе с тем, из уровня техники, в частности из ВЕ 537693, GB 928661 и ЕР 0514914, известны устройства типа «инжекторов», в которых механическая энергия сжатия имеет в своей основе приводную кинетическую энергию газа или жидкости, или устройство, осуществляющее смешивание газа без присутствия жидкости, раскрытое в патенте US 3915222, возможность функционирования которого является сомнительной; сами принципы работы и элементы конструкции этих устройств не могут сравниваться с устройством, являющимся предметом настоящей заявки, для которой энергия сжатия не является ни механической, ни кинематической энергией жидкости привода, а только тепловой энергией с необходимой смесью сжимаемого газа с жидкостью, испарение которой позволяет абсорбировать тепло холодного источника цикла, подлежащее удалению.

Компрессоры, соответствующие сегодняшнему развитию технологий, требуют тщательного техобслуживания, с учетом механического трения и вызванного им износа, обладают небольшой энергетической производительностью, а для инжекторов очень низкой, что вызвано, в основном, следующими факторами:

- многочисленными преобразованиями энергии в используемом оборудовании: электроэнергии в механическую, затем в компрессорах - механической энергии в сжимаемый газ;

- относительно низкими используемыми температурами во время первого преобразования тепловой энергии в механическую на электростанциях;

- подогревом сжимаемого газа во время его сжатия, что неотвратимо удаляет сжатие газа от адиабатического сжатия;

- механическим трением и потерями кинетической энергии сжимаемого газа;

- отсутствием рекуперации во всем цикле тепловой энергии, образующейся от сжатия, потерями при трении холодного источника двигателя или турбины;

- механическим износом;

- отложениями и загрязнением воздушных компрессоров: даже частые промывки компрессоров газовых турбин не могут полностью устранить эффект этих отложений и загрязнений.

В основу изобретения поставлена задача создания устройства, лишенного вышеуказанных недостатков, присущих известным из уровня техники компрессорам.

Поставленная задача решается признаками заявленного устройства для сжатия воздуха или газа, включающего в себя элементы, предназначенные для предварительной обработки сжимаемого газа и передачи ему тепловой энергии, если его температура недостаточно высокая, элементы, предназначенные для расширения сжимаемого газа со звуковой скоростью через реактивную трубу расширения для отбора тепла с высокой скоростью и низкой температурой управляемым распылением и испарением жидкости, распределенной в реактивной трубе расширения-охлаждения, позволяющей поддерживать высокую скорость, и элементы, предназначенные для повторного сжатия газа в реактивной трубе адиабатического сжатия для того, чтобы довести скорость до значения, близкого к звуковому; и содержащего:

- линию всасывания, включающую в себя элементы, необходимые для подогрева сжимаемого газа, такие как: генератор горячего газа, теплообменники, горелка, турбина расширения;

- впускную камеру;

- сужающийся конус расширения, позволяющий повысить скорость до звуковой;

- переходную зону;

- сужающуюся реактивную трубу расширения/охлаждения;

- систему охлаждения, состоящую из набора форсунок распыления жидкости, с положением и расходом, регулируемым снаружи устройства, расположенных вдоль переходной зоны и сужающейся реактивной трубы расширения/охлаждения и позволяющих поддерживать оптимальную звуковую или субзвуковую скорость вдоль всей оси трубы;

- расширяющийся конус адиабатического сжатия, предназначенный для сжатия газа посредством снижения его скорости до субзвуковой скорости нормального протекания;

- успокоительную камеру;

- линию удаления, включающую в себя дополнительные элементы, такие как система рециркуляции горячих газов, теплообменники отбора тепла и глушитель, причем данное оборудование может запитываться частью сжатого газа и может устанавливаться после горелки и турбины, если устройство предназначено для производства механической или электрической энергии.

Целесообразно, чтобы сужающаяся реактивная труба расширения/охлаждения и расширяющийся конус адиабатического сжатия были выполнены в виде сужающейся и расширяющейся реактивной трубы с меняющейся геометрией, что позволяет регулировать сечение выхода сужающейся реактивной трубы расширения/охлаждения и сечение входа расширяющегося конуса адиабатического сжатия и, таким образом, проходное сечение шейки между суживающейся реактивной трубой расширения/охлаждения и расширяющимся конусом адиабатического сжатия; причем упомянутая система выполнена с изменяемой геометрией, управление которой осуществляется снаружи устройства, и снабжена механизмом, позволяющим изменять проходное сечение шейки устройства, например, деформируемых стенок суживающейся реактивной трубы расширения/охлаждения и расширяющегося конуса адиабатического сжатия, или добавлением ядра определенного профиля, которое может перемещаться в переходной зоне, в сужающейся реактивной трубе расширения/охлаждения и расширяющемся конусе адиабатического сжатия, и закрепленного на поперечном валу, пересекающем один или оба конца устройства, позволяющего снаружи регулировать положение ядра.

Предпочтительно, чтобы форсунки распыления использовали в качестве жидкости содействия распылению части сжатого газа, генерируемого устройством, или пар, генерируемый отбором тепла из сжатого газа из задней части успокоительной камеры.

Полезно, чтобы жидкость, используемая в форсунках распыления, подогревалась перед ее подачей в форсунки за счет использования отобранного тепла из сжатого газа в задней части успокоительной камеры и, в случае отсутствия отобранного тепла или в дополнение к нему, использовалось тепло, отобранное от любого другого источника тепла: внутреннее тепло, отобранное из двойной рубашки, или внутреннее тепло устройства.

Целесообразно, чтобы использовалась последовательная или параллельная установка нескольких вышеуказанных устройств, которые могут отличаться одно от другого или быть встроены друг в друга, с установлением ядер параллельно в одной и той же рубашке, либо быть установленными последовательно или быть встроенными одно в другое с общей линией всасывания, впускной камерой, сужающимися конусами и входным ядром, играющим роль ядра для первого субзвукового устройства и ядра для второго сверхзвукового устройства.

Поставленная задача решается также признаками заявленного устройства для сжатия воздуха или газа, включающего в себя элементы, предназначенные для предварительной обработки сжимаемого газа и передачи ему тепловой энергии, если его температура недостаточно высокая, элементы, предназначенные для расширения сжимаемого газа со сверхзвуковой скоростью через реактивную трубу расширения для отбора тепла с высокой скоростью и низкой температурой управляемым распылением и испарением жидкости, распределенной в реактивной трубе расширения-охлаждения, позволяющей поддерживать высокую скорость, и элементы, предназначенные для повторного сжатия газа в реактивной трубе адиабатического сжатия для того, чтобы довести скорость до значения, близкого к звуковому; и содержащего:

- линию всасывания, включающую в себя элементы, необходимые для подогрева сжимаемого газа, такие как: генератор горячего газа, теплообменники, горелка, турбина расширения;

- впускную камеру;

- сужающийся конус расширения, позволяющий повысить скорость до звуковой;

- расширяющуюся реактивную трубу сверхзвукового расширения, после которой располагается:

- переходная зона,

- сужающаяся реактивная труба сжатия/охлаждения,

- сужающаяся реактивная труба адиабатического сжатия;

- систему форсунок распыления, установленную в суживающейся реактивной трубе сжатия/охлаждения и в переходной зоне;

- расширяющийся конус адиабатического сжатия.

Целесообразно, чтобы расход и осевое положение форсунок регулировались снаружи вручную или автоматически.

Предпочтительно, чтобы сужающийся конус расширения и расширяющаяся реактивная труба сверхзвукового расширения были выполнены в виде сужающейся реактивной трубы и последующей расширяющейся реактивной трубы с меняющейся геометрией, что позволяет регулировать сечение шейки между этими двумя реактивными трубами.

Полезно, чтобы сужающийся конус расширения и расширяющаяся реактивная труба сверхзвукового расширения были выполнены в виде сужающейся реактивной трубы и последующей расширяющейся реактивной трубы с меняющейся геометрией, что позволяет регулировать сечение шейки между этими двумя реактивными трубами.

Целесообразно, чтобы сужающаяся реактивная труба сжатия/охлаждения, сужающаяся реактивная труба адиабатического сжатия и расширяющийся конус адиабатического сжатия были выполнены в виде системы с изменяемой геометрией, управляемой снаружи устройства и позволяющей изменять сечение шейки между сужающейся реактивной трубой сжатия/охлаждения и расширяющимся конусом адиабатического сжатия.

Предпочтительно, чтобы использовалась последовательная или параллельная установка нескольких вышеуказанных устройств, которые могут отличаться одно от другого или быть встроены друг в друга, с установлением ядер параллельно в одной и той же рубашке, либо быть установленными последовательно или быть встроенными одно в другое с общей линией всасывания, впускной камерой, сужающимися конусами и входными ядрами для первого и второго сверхзвукового устройства.

Устройство, согласно изобретению, которое для сжатия газа не использует ни механической, ни кинетической энергии привода, а только тепловую энергию, позволяет устранить большую часть недостатков устройств из известного уровня техники посредством использования другого цикла, состоящего в предварительной обработке сжимаемого газа и непосредственной передачи ему тепловой энергии, с последующим расширением газа со звуковой или сверхзвуковой скоростью в реактивной трубе расширения, с отбором тепла с высокой температурой и, следовательно, с низкой температурой, посредством распыления и управляемого испарения жидкости, находящейся в реактивной трубе расширения-охлаждения, позволяющего поддерживать высокую скорость и повторно сжимать этот газ в трубопроводе адиабатической компрессии для возврата скорости к нормальному значению истечения; реактивные трубы расширения, расширения-охлаждения и адиабатической компрессии могут быть оборудованы системой с переменной геометрией сопла, что позволяет регулировать сечение их входных и выходных отверстий для регулирования, кроме всего прочего, расхода и степени сжатия устройства.

Отбор тепла при низкой температуре приводит к значительному падению энтропии в сжимаемом газе, что выражается значительным повышением давления на выходе из устройства, по сравнению с давлением на входе.

В данном устройстве потери энергии, возникающие в результате потери нагрузки сжимаемого газа, а также тепловые потери на стенках устройства повторно подаются в форме тепла в сжимаемый газ, уменьшая тем самым первоначальное поступление тепла.

Точно так же, излишнее тепло от холодного источника отбирается посредством испарения распыляемой жидкости, что также увеличивает расход сжатого газа на выходе из устройства; это увеличение расхода, которое может быть устранено на выходе из устройства при помощи конденсации, удобно для некоторых видов использования устройства и, в частности, для использования на теплоэлектростанциях, где оно может с успехом заменять парогенераторы на паровых станциях и, особенно, на станциях комбинированного цикла.

Ударные волны и волны сжатия, которые могут возникать в сверхзвуковой части потока, могут быть устранены или смещены в сторону выходного отверстия устройства, как это описано в подробных вариантах, приведенных ниже.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием вариантов его осуществления со ссылками на фигуры сопровождающих чертежей, в числе которых:

Фиг.1 изображает устройство для сжатия газа согласно основному варианту 1 осуществления изобретения, использующее поток с дозвуковой скоростью;

Фиг.2 изображает пример конструкции системы охлаждения устройства для сжатия газа по Фиг.1 согласно основному варианту 1;

Фиг.3 изображает разрез А-А согласно Фиг.2;

Фиг.4 изображает второй пример конструкции системы охлаждения заявленного устройства по фиг.1 согласно основному варианту 1;

Фиг.5 изображают реактивную трубу круглого сечения с деформируемыми стенками устройства согласно варианту 2 осуществления изобретения;

Фиг.6 изображает разрез А-А согласно Фиг.5;

Фиг.7 изображает реактивную трубу квадратного сечения устройства согласно варианту 2 осуществления изобретения;

Фиг.8 изображает разрез А-А согласно Фиг.7;

Фиг.9 изображает разрез В-В согласно Фиг.7;

Фиг.10 изображает пример устройства для сжатия газа круглого сечения согласно варианту 2 осуществления изобретения;

Фиг.11 изображает другой пример устройства для сжатия газа круглого сечения согласно варианту 2 осуществления изобретения;

Фиг.12 изображает устройство для сжатия газа согласно варианту 3 осуществления изобретения, использующее сверхзвуковой поток в зоне охлаждения;

Фиг.13 изображает устройство для сжатия газа согласно варианту 4 осуществления изобретения, использующее одну форсунку;

Фиг.14, 15 изображают два вида второго примера устройства согласно варианту 4 осуществления изобретения с несколькими осевыми форсунками одного типа;

Фиг.16, 17 изображают два вида третьего примера устройства согласно варианту 4 осуществления изобретения с форсунками с регулируемым расходом;

Фиг.18 изображает устройство для сжатия газа согласно варианту 5 осуществления изобретения, полученное на основе устройств согласно вариантам 3 и 4 и позволяющее в любой момент отрегулировать расход сжимаемого газа, степень сжатия и производительность;

Фиг.19 изображает другой пример устройства для сжатия газа согласно варианту 5 осуществления изобретения;

Фиг.20 изображает устройство для сжатия газа согласно варианту 6 осуществления изобретения, полученное на основе устройств согласно вариантам 3 и 4 и позволяющее дополнительно удалить или сместить к выходу устройства возможные колебания давления или ударные нагрузки;

Фиг.21 изображает другой пример устройства для сжатия газа согласно варианту 6 осуществления изобретения;

Фиг.22 изображает устройство для сжатия газа согласно варианту 7 осуществления изобретения, полученное комбинацией устройств согласно вариантам 5 и 6;

Фиг.23 изображает предпочтительный пример выполнения устройства по Фиг.22;

Фиг.24 изображает устройство сжатия газа согласно варианту 8 осуществления изобретения, относящемуся к форсункам распыления дополнительной опции базового варианта 1 или вариантов 2-7;

Фиг.25 изображает устройство сжатия газа согласно варианту 9 осуществления изобретения, относящемуся к форсункам распыления дополнительной опции базового варианта 1 или вариантов 2-8;

Фиг.26 изображает устройство сжатия газа согласно варианту 10 осуществления изобретения, согласно которому используют параллельное или последовательное соединение нескольких устройств согласно базовому варианту и вариантам 2-9 для увеличения степени сжатия;

Фиг.27 изображает пример устройства для сжатия газа высокой мощности согласно варианту 10, использующий параллельную установку двух идентичных устройств, соответствующих приведенному на Фиг.24;

Фиг.28 изображает упрощенную версию установки, изображенной на Фиг.26, в которой два устройства встроены одно в другое;

Фиг.29 изображает упрощенную версию устройства, использующего поток со звуковой скоростью, встроенного в сверхзвуковое устройство для облегчения запуска установки;

Фиг.30 изображает предпочтительный пример выполнения устройств по Фиг.26, 28.

Базовый вариант 1

В самой простой концепции, которая названа «Базовый вариант 1», представленной на фиг.1, заявленное устройство использует поток с дозвуковой или звуковой скоростью; оно имеет линию всасывания для предварительной обработки и подогрева сжимаемого газа, дополнительную впускную камеру 9, предназначенную для успокоения газового потока перед его подачей в расширительный преобразователь, выполненный в виде сужающегося конуса расширения 10, позволяющего повысить скорость потока до звуковой, переходную или нейтральную зоны 11, сужающуюся реактивную трубу расширения/охлаждения 12, систему охлаждения 8, состоящую из набора форсунок распыления воды (или другой жидкости), с регулировкой расхода и/или положения снаружи устройства, расположенных вдоль зоны 11 и трубы 12 и предназначенных для отбора тепла сжимаемого газа посредством испарения впрыскиваемой жидкости, и, наконец, расширяющийся конус адиабатического сжатия 16, предназначенный для сжатия газа посредством снижения его скорости до скорости нормального потока в пределах от 10 до 50 м/сек перед его подачей в успокаивающую камеру 17 и его нагнетания в контур удаления.

Переходная зона 11 обеспечивает непрерывную связь между краевыми участками элементов 10 и 12 с образующей с постоянным уклоном и без углов.

Линия всасывания оборудована элементами, позволяющими подогревать сжимаемый газ, такими как: теплообменники 5, 4,...,n, использующие непосредственно или с помощью промежуточной жидкости остаточное тепло, содержащееся в сжатом газе на выходе из устройства, или любой другой источник тепла, горелка 6, на которую подается горючее, турбина расширения 7; эти элементы предназначены для подогрева сжимаемого газа, если его температура на входе в устройство недостаточно высока; в зависимости от того, для каких целей предназначен сжатый газ, его всасывание может быть оборудовано дополнительными элементами, такими как: фильтр всасывания 1, глушитель 2, первичный компрессор 3, предназначенный для пуска устройства в работу.

Точно также, в зависимости от целей использования устройства, система удаления сжатого газа может быть оборудована такими элементами как: система рециркуляции горячих газов, теплообменники 15, 14,...,n, позволяющие отобрать остаточное тепло, содержащееся в сжатом газе устройства, глушитель 2; данное оборудование может запитываться от сжатого газа только частично и может устанавливаться перед горелкой и турбиной, в случае, если устройство предназначено для производства механической или электрической энергии.

Подогрев газа перед впускной камерой 9 позволяет перегреть его для отдаления его температуры от температуры насыщения с распыляемой жидкостью; в зависимости от степени сжатия и требуемой производительности, температура перегрева газа может варьироваться от 100°С до температуры, превышающей 1500°С.

Во время своего протекания в сужающейся реактивной трубе расширения/охлаждения 12 газ расширяется на каждой ступени, ускоряется в трубопроводе преобразователя и одновременно охлаждается испарением распыленной жидкости, что приводит к его сжатию при звуковой или близкой к звуковой скорости с падением энтропии и увеличением давления, что снижает или устраняет тенденцию увеличения давления в результате преобразования: распределение распыления и испарения вдоль нейтральной зоны 11 и трубы 12 позволяет достичь равновесия между тенденциями увеличения и снижения скорости и, таким образом, осуществить отбор тепла с одновременным поддержанием оптимальной звуковой или близкой к звуковой скорости по всей длине оси трубы 12.

Учитывая это, система охлаждения 8 позволяет отрегулировать распределение охлаждения вдоль оси трубы 12 любым средством, обеспечивающим регулировку расхода и положения каждой форсунки; пример конструкции, показанный на фиг.2, 3, показывает форсунки, расположенные в радиальных лопатках, распределенных вдоль оси трубы 12 с возможностью ручной или автоматической внешней регулировки расхода впрыскиваемой жидкости в каждый ряд форсунок при помощи внешних заслонок; второй пример предпочтительной конструкции, представленный на фиг.4, показывает форсунки распыления, расположенные вдоль оси устройства в зонах размещения элементов 11 и 12 и установленные на конце концентрических труб, скользящих по оси; трубы поддерживаются при помощи подшипников, установленных на резьбе на концах впускной камеры; резьба позволяет снаружи вручную или автоматически регулировать положение каждой форсунки впрыска; внешние заслонки позволяют отрегулировать расход каждой форсунки.

Естественно, что устройство может быть изготовлено с одной форсункой распыления, однако, это приведет к снижению производительности.

Для сокращения длины зоны размещения элемента 12 и, тем самым, уменьшения потерь нагрузки сжимаемого газа при прохождении через устройство желательно, чтобы устанавливаемые форсунки распыления имели высокую скорость впрыска и минимальные размеры образования капель, например, такие как форсунки высокого давления с дополнительным использованием сжатого воздуха или пара и, возможно, с применением ультразвука или микроволн.

Если температура газа на входе впускной камеры 9 ниже 300°С, элементы 9, 10, 11, 12, 16 и 17 могут быть изготовлены из углеродистой стали, нержавеющей стали или любых других материалов, совместимых со сжимаемым газом и имеющих хорошую механическую прочность и устойчивость к истиранию при температуре 300°С; если температура газа на входе впускной камеры 9 превышает 300°С, эти компоненты могут быть выполнены, например, из углеродистой стали с внутренним теплоизолирующим или огнеупорным покрытием, из углеродистой или нержавеющей стали с двойной охлаждающей рубашкой, заполненной водой или сжимаемым газом, из керамики или любого другого материала, имеющего хорошую механическую прочность и устойчивость к истиранию при высоких температурах.

В качестве примера осуществления, устройство, представленное на фиг.1, позволяет сжимать от 1 бара А до 2,5 баров А около 30000 Нм³/час воздуха и содержит:

- линию всасывания воздуха из углеродистой стали с внутренним диаметром 0,6 м, включающую первичный компрессор запуска, способный создать избыточное давление в 100 мбар, и горелку, работающую на природном газе с внутренним покрытием линии всасывания из огнеупорного бетона перед горелкой и после нее; горелка позволяет подогреть воздух до температуры, близкой к 1200°С;

- цилиндрическую впускную камеру 9 длиной 1,5 м и диаметром около 1,2 м;

- цилиндрическое сопло расширения 10 длиной 0,6 м и выходным диаметром 0,6 м;

- цилиндрическую переходную зону диаметром 0,6 м и длиной 0,3 м;

- сужающуюся реактивную трубу расширения/охлаждения 12 с диаметром входа 0,6 м и диаметром выхода около 0,35 м и общей длиной около 1 м;

- камеру расширения 16 диаметром входа 0,35 м и длиной 0,3 м;

- успокоительную камеру 17 диаметром 0,6 м и длиной 0,7 м;

- теплообменники между сжатым воздухом на выходе камеры 17 и воздухом всасывания.

Впускная камера 9 выполнена из углеродистой стали с внутренней футеровкой огнеупорным бетоном, в то время как элементы 10, 11, 12, 16 и 17 выполнены из углеродистой стали с двойной рубашкой охлаждения циркуляцией воздуха перед его подачей на всасывание; распылительные форсунки, запитываемые и установленные на перемещающихся концентрических трубах из нержавеющей стали с внутренним диаметром 60 мм и пересекающие впускную камеру, распределены в 12 и позволяют впрыскивать около 4,7 кг/сек воды со скоростью 200 м/сек, со средним размером образующихся капель около 10 мкм.

Вариант 2

Вариант 2, касающийся потока, двигающегося со скоростью звука или, близкой к звуковой скорости, представленный на фиг.5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, позволяет регулировать расход сжимаемого газа, степень сжатия и энергетическую производительность устройства. В этом варианте сужающаяся реактивная труба расширения/охлаждения 12 и расширяющийся конус адиабатического сжатия 16 базового варианта 1 заменяются сужающейся и расширяющейся реактивными трубами с меняющейся геометрией, что позволяет регулировать сечение выхода элемента 12 и сечение входа элемента 16 и, таким образом, проходное сечение шейки между элементами 12 и 16; система с изменяемой геометрией, управление которой осуществляется снаружи устройства, обеспечивается любым механизмом, позволяющим изменять проходное сечение шейки устройства, например, деформируемых стенок элементов 12 и 16, как это показано на примере на фиг.5, или добавлением ядра определенного профиля 18 или 22, которое может перемещаться в зонах размещения элементов 11, 12 и 16, и закрепленного на поперечном валу на одном или на обоих концах устройства, позволяющего регулировать положение ядра извне, как это показано на примерах на фиг.7, 8, 9, 10, 11.

Пример, представленный на фиг.5, 6, показывает реактивную трубу круглого сечения с деформируемыми стенками; зоны элементов 12 и зона 16 состоят из гибких стальных пластин, наложенных друг на друга и расположенных на одинаковом расстоянии на образующих устройства, концы пластин приварены к бортам переходной зоны 11 и камеры успокоения; хомуты кольцевого сжатия или любая другая система, такая как домкраты и т.п., позволяют менять центральное сечение устройства, которое образует шейку между зонами элементов 12 и 16.

Другие элементы устройства идентичны элементам, описанным в базовом варианте 1. Пример исполнения, показанный на фиг.5, 6, имеет те же эксплуатационные характеристики, что и в предыдущем примере, касающемся базового варианта 1, с возможностью изменения расхода и степени сжатия сжимаемого газа.

Пример, представленный на фиг.7, 8, 9, показывает реактивную трубу квадратного сечения; в этом примере устройство оборудовано системой регулировки, состоящей из ядра 18, перемещающегося по оси в зонах размещения элементов 11, 12 и 16; ось закреплена на поперечном валу, пересекающем один или оба конца устройства; осевое положение ядра 18 может регулироваться извне вручную или автоматически посредством резьбы, имеющейся на подшипнике, внешним домкратом или любой другой внешней системой.

Форсунки распыления располагаются в зонах элементов 11 и 12. Другие элементы устройства идентичны элементам, описанным в базовом варианте 1.

Ядро 18 - это деталь квадратного сечения, у которой две противоположных стороны, параллельные оси, располагаются рядом со сторонами реактивной трубы; две других стороны ядра имеют аэродинамический профиль, позволяющий снизить потери нагрузки сжимаемого газа; каждая из сторон состоит из передней части 19 с постоянным или возрастающим по направлению течения газа сечением, задней части 21 с сечением, уменьшающимся по направлению течения газа, и средней части 20 с постоянным профилем и без углов, обеспечивающим связь между образующей 19 и образующей 21.

Детали 21 ядра 18 перемещаются в шейке между сужающейся реактивной трубой расширения/охлаждения 12 и расширяющимся конусом адиабатического сжатия 16.

В зависимости от требуемого использования устройства и в зависимости от температуры сжимаемого газа на входе впускной камеры 9, ядро 18 может быть изготовлено из углеродистой стали для температур ниже 300°С, из нержавеющей стали, из стали, охлаждаемой внутренней циркуляцией охлаждающей жидкости, из керамики или из любого другого материала, имеющего хорошую устойчивость к истиранию и к температурам эксплуатации.

Пример, представленный на фиг.6, показывает устройство круглого сечения; оно оборудовано системой регулировки, состоящей из ядра 18, перемещающегося по оси в зонах размещения элементов 11, 12 и 18, ядро закреплено на поперечном валу, пересекающем один или оба конца устройства; осевое положение ядра 18 может регулироваться извне вручную или автоматически посредством резьбы, имеющейся на подшипнике, внешним домкратом или любой другой внешней системой.

Форсунки распыления располагаются в зонах размещения элементов 11 и 12.

Другие элементы устройства идентичны элементам, описанным в базовом варианте 1.

Ядро 18 - это цельная вращающаяся деталь, аэродинамический профиль которой позволяет свести к минимуму потери нагрузки сжимаемого газа; она состоит из передней части 19 с постоянным или увеличивающимся по направлению течения газа сечением, задней части 21 с сечением, уменьшающимся по направлению течения газа, и средней части 20, непрерывная образующая (без углов) которой обеспечивает связь между образующей 19 и образующей 21.

Деталь 21 ядра 18 перемещается в шейке между сужающейся реактивной трубой расширения/охлаждения 12 и расширяющимся конусом адиабатического сжатия 16.

В зависимости от требуемого использования устройства и в зависимости от температуры сжимаемого газа на входе впускной камеры 9, ядро 18 может быть изготовлено из углеродистой стали для температур ниже 300°, из нержавеющей стали, из стали, охлаждаемой внутренней циркуляцией охлаждающей жидкости, из керамики или из любого другого материала, имеющего хорошую устойчивость к истиранию и к температурам эксплуатации.

Пример исполнения, показанный на фиг.6, включает ядро 18, поддерживаемое подшипником, установленным во впускной камере, и вторым подшипником, расположенным на конце успокоительной камеры 17, который имеет резьбу для регулировки положения ядра и форсунок распыления.

Во время тока сжимаемого газа в сужающейся реактивной трубе расширения/охлаждения 12, свободное пространство между деталью 21 и элементом 12 образует реактивную трубу с сужающимся соплом, которая играет ту же роль, что и сужающаяся реактивная труба сжатия/охлаждения 12, описанная в варианте 1; шейка, то есть минимальное сечение прохода этой сужающейся реактивной трубы, располагается немного впереди выходной шейки элемента 12, и ее сечение Ss может быть в любой момент изменено извне посредством регулировки осевого положения ядра 18.

Эта регулировка сечения Ss шейки с регулировкой расхода распыляемой жидкости позволяет изменять расход сжимаемой жидкости, а также изменять степень сжатия и энергетическую производительность устройства посредством изменения температуры подогрева газа на входе впускной камеры.

Пример выполнения, показанный на фиг.10, имеет те же эксплуатационные характеристики, что и в предыдущем примере, касающемся базового варианта 1, со следующими изменениями, позволяющими регулировать расход и степень сжатия сжимаемого газа:

- диаметр переходной зоны 11 стал 0,45 м;

- диаметры входа и выхода сужающейся реактивной трубы расширения/охлаждения 12 стали соответственно 0,45 м и 0,22 м;

- диаметр входа расширительной камеры 16 стал 0,22 м;

- добавление ядра 18 из нержавеющей стали, охлаждаемого внутренней циркуляцией воды, с максимальным диаметром 0,3 м, минимальным диаметром 0,1 м на выходе из 21 и общей длиной 1,0 м с резьбой для регулировки положения.

Пример, представленный на фиг.11, также показывает устройство круглого сечения; принцип работы идентичен варианту по фиг.10, но здесь ядро установлено в передней части устройства.

Устройство оборудовано ядром 18, перемещающимся по оси в зонах размещения элементов 11, 12, 16 и 17, ось которого закреплена на поперечном валу, пересекающем один или оба конца устройства; осевое положение ядра 18 может регулироваться извне вручную или автоматически посредством резьбы, имеющейся на подшипнике, внешним домкратом или любой другой внешней системой.

Форсунки распыления располагаются в зонах размещения элементов 11 и 12.

Другие элементы устройства идентичны элементам, описанным в базовом варианте 1.

Ядро 22 - это цельная вращающаяся деталь, аэродинамический профиль которой позволяет свести к минимуму потери нагрузки сжимаемого газа; она состоит из передней части 23 увеличивающегося сечения по направлению течения газа, задней части 25 постоянного или уменьшающегося по направлению течения газа сечения и промежуточной детали 24, непрерывная образующая которой, без углов, обеспечивает связь между образующей 23 и образующей 25.

Деталь 23 ядра 22 перемещается в шейке между сужающейся реактивной трубой расширения/охлаждения 12 и расширяющимся конусом адиабатического сжатия 16.

В зависимости от требуемого использования устройства и в зависимости от температуры сжимаемого газа на входе впускной камеры 9, ядро 22 может быть изготовлено из углеродистой стали для температур ниже 300°, из нержавеющей стали, из стали, охлаждаемой внутренней циркуляцией охлаждающей жидкости, из керамики или из любого другого материала, имеющего хорошую устойчивость к истиранию и к температурам эксплуатации.

Пример исполнения, показанный на фиг.11, показывает вал, пересекающий насквозь ядро 22 и опирающийся на подшипники, размещенные во впускной камере и в успокоительной камере, второй подшипник имеет резьбу для регулировки положения. Во время тока сжимаемого газа в зоне размещения элемента 12, свободное пространство между элементами 22 и 12 образует реактивную трубу с сужающимся соплом, которая играет ту же роль, что и сужающаяся реактивная труба сжатия/охлаждения 12, описанная в базовом варианте 1; шейка, то есть минимальное сечение прохода перед этой сужающейся реактивной трубой, обычно располагается немного впереди выходной шейки элемента 12, и ее сечение Ss может быть в любой момент изменено извне посредством регулировки осевого положения ядра 22. Эта регулировка сечения Ss шейки с регулировкой расхода распыляемой жидкости позволяет изменять расход сжимаемой жидкости, а также изменять степень сжатия и энергетическую производительность устройства посредством изменения температуры подогрева газа на входе впускной камеры.

В качестве примера осуществления, устройство, показанное на фиг.11, имеет те же эксплуатационные характеристики, что и в примере реализации, касающемся базового варианта 1, со следующими изменениями, позволяющими регулировать расход и степень сжатия сжимаемого газа:

- диаметры входа и выхода реактивной трубы с сужающимся соплом расширения/охлаждения 12 стали соответственно 0,60 м и 0,36 м,

- диаметр входа расширительной камеры 16 стал 0,36 м, и ее длина стала 0,5 м;

- добавление ядра 18 из нержавеющей стали, охлаждаемого внутренней циркуляцией воды, с максимальным диаметром 0,35 м и минимальным диаметром 0,07 м на входе 19 и на выходе 21, общей длиной 1,0 м, поддерживаемого валом диаметром 70 мм, зафиксированным на подшипниках, установленных в 9 и 17, с резьбой для регулировки положения,

- система форсунок распыления идентична примеру реализации базового варианта 1, но здесь перемещающиеся трубы располагаются в опорном вале ядра.

Вариант 3

Вариант 3, представленный на фиг.12, касается сверхзвукового потока в зоне охлаждения; такой поток позволяет повысить энергетическую производительность устройства, как это описано в базовой версии 1, посредством получения большой разницы температуры жидкости между температурой на входе впускной камеры 9 и температ