Тепловое расширение жидкостей

В отношении жидкостей имеет смысл говорить лишь об объёмном расширении. У жидкостей оно значительно больше, чем у твёрдых тел. Как показывает опыт, зависимость объёма жидкости от температуры выражается такой же формулой, как и для твёрдых тел.

Если при 0° С жидкость занимает объём V₀, то при температуре t её объём V_t будет:

Для измерения коэффициента расширения жидкости применяется стеклянный сосуд термометрической формы, объём которого известен. Шарик с трубкой наполняют доверху жидкостью и нагревают весь прибор до определённой температуры; при этом часть жидкости выливается из сосуда. Затем сосуд с жидкостью охлаждают в тающем льду до 0°. При этом жидкость заполнит уже не весь сосуд, и незаполненный объём покажет, насколько жидкость расширилась при нагревании. Зная коэффициент расширения стекла, можно довольно точно вычислить и коэффициент расширения жидкости.

Коэффициенты расширения некоторых жидкостей

Вода (от 20° С и выше) – 0,00020

Вода (от 5 и до 8° С) – 0,00002

Расширение воды при нагревании отличается от расширения других жидкостей. Если нагревать воду от 0° С, то можно заметить, что при нагревании до 4° С её объём не увеличивается, а уменьшается. При нагревании же выше 4° С объём воды увеличивается.

Наибольшую плотность, равную 1 г /см 3 , вода имеет при 4° С. Изменение плотности воды в зависимости от температуры изображено графически на рисунке.

Особенностью расширения воды объясняется то, что вода в прудах и озёрах не промерзает зимой до дна. При охлаждении воды осенью верхние остывшие слои опускаются на дно, а на их место снизу поступают более тёплые слои. Так слои перемещаются только до тех пор, пока примет температуру 4° С. При дальнейшем охлаждении слои не опускаются вниз, а, постепенно охлаждаясь, наверху и наконец, замерзают.

Разрешено частичное копирование статей с обязательной ссылкой на источник

Двигатель тепловое расширение жидкости

Эфир или смесь эфира со спиртом (хрен его знает смешиваются ли они или нет) Наверно при +20 эфир уже газообразный.

Наверно система это не удержит.
В принципе если покрасить емкость с маслом в черный цвет, то ее температура на солнце запросто будет выше температуры воздуха градусов на 10. 20. А это еще 20. 40 куб. см на расширение и этого уже достаточно на два гидравлическим амо от крышки багажника тазика.

Наверно система это не удержит.
В принципе если покрасить емкость с маслом в черный цвет, то ее температура на солнце запросто будет выше температуры воздуха градусов на 10. 20. А это еще 20. 40 куб. см на расширение и этого уже достаточно на два гидравлическим амо от крышки багажника тазика.

дык судя по всему надо в теплице температуру регулировать а не солнечное излучение измерять. объем резервуара увеличь.

Может кто подскажет, надо залить гидравлическую систему управления форточками теплицы жидкостью с максимально возможным объемным тепловым расширением. Общий объем 2,5 литра. Планировалось мин. моторное масло, но для данного объема получается расширение всего порядка 20 куб. см для диапазона 20. 30 град.С, что маловато.
Что можно добавить в масло для увеличения расширяемости при росте температуры?

я бы смонстрячил по принципу гидравлического домкрата. В герметичный большой бак с жидкостью, вварил бы штуцер-цилиндр относитеьно небольшого диаметра, в этот штуцер-цилиндр, зафигачил бы поршень, для открытия форточки теплички. Зная коэффициент теплового расширения жидкости и величину хода поршня, нетрудно расчитать объем жидкости и внутренний диамерт цилиндра.

дык судя по всему надо в теплице температуру регулировать а не солнечное излучение измерять.

Оба параметра взаимоувязаны, на солнце температура в теплице почти скачкообразно увеличивается. Без солнца плавно снижается к температуре окружающей среды. Контейнер расположен в потоке сквозняка верхних форточек, форточки с разных сторон крыши.

Короче, проверил эту лубуду, 2,5 литра в покрашенном в черный контейнере хватает с запасом, шток выдернуло до упора довольно шустро, запросто потянет несколько таких амо и еще какой-нибудь шаровой вентиль капельного полива.

Далее масло погнало через микронеплотности. Буду переделывать соединения.

Контейнер (труба длиной 2,4 м и дыркой 33мм) на солнце нагревается градусов до 50. Весной реакцию на солнце можно снизить оберткой трубы какой-нибудь фольгой, будет работать чисто по температуре. Залил веретенное масло.

Блин, не гидравлик я, подскажите.
Исходя из всем известной формулировки «жидкость несжимаема» в голову лезут сомнения, вроде подтверждаемые практикой. А именно, система начинает сочить масло по сварным швам. Переваривал раза три. Либо я некачественно варю (что не удивительно, так как я сварщик-любитель), либо глухую наполненную маслом систему бессмысленно делать — порвет при расширении.
Вот второй пункт вводит в тупик. Кто чего может подсказать?
Если это так, то пока вижу два выхода — какой-то расширительный бачок для излишка масла при выдвинутых штоках, либо запуск в систему некоторого объема сжимаемого воздуха.
Есть конечно третий вариант- подгонка объема резервуара для масла под конкретные условия, ну уж очень он трудоемок и требует кучу испытательных вариантов (времени на их обкатку).

Может есть более простые варианты, или это все лишнее и давление масла нормально заваренная труба и амо должны выдержать?

В нужном месте ввернуть перепускной клапан с расширительным бачком: http://photofile.ru/users/menelay/96091244/108706209/
Осталось придумать как при обратном ходе масло в рабочий цилинд вернуть (обратный клапан?)

Регулировать степень открывания можно изменением плеча действия домкрата на створку: http://photofile.ru/users/menelay/96091244/108706223/

P.S. А чтобы солнце не давало резких скачков температуры, поставь защитный экран над цилиндром, и он будет «ориентироваться» на среднюю температуру в теплице.

Есть идея врезать в систему еще один амо (переделанный-подвесочный) с повышенным объемом цилиндра, обеспечивающим необходимый для всего диапазона объемного расширения масла дополнительный объем. Но этот амо нагружен не легкой форточкой, а упругой пружиной, создающей более значительное усилие. То есть, этот амо начинает растягивать пружину только тогда, когда все штоки форточных амо уже выдвинуты полностью.

Проблема с травлением масла, как понял, возникает тогда, когда штоки форточных амо полностью выдвинуты (это примерно при температуре под 28 град), но масло продолжает нагреваться. Я трогал эту трубу с маслом и руку почти обжигает, значит температура под 45 град при внешней под 28. 30. А так как масло вроде несжимаемо, то похоже начинает рвать сварной шов. Третий амо, нагруженный на сильную пружину, даст возможность маслу расширяться дальше без серьезного увеличения давления в трубе.

Изолировать трубу от солнца нельзя, так как нехватает объема расширенного масла. Хотя система рычагов вообще-то вроде решает эту проблему. Наверно попробую обмотать аллюминиевой фольгой резервуар с маслом. Пока это наиболее простое решение.

НЕ надо все усложнять и мудрить, все должно быть макс. просто. Предлагаю следующее решение: через тройник в заливочное отверстие, или отдельно рядом врезать регулируемый сбросной клапан (такой к примеру, как на воздушных рессиверах) зажимаеш его, заливаеш масло, дежуриш возле него, нагревается масло, ждеш, шток выдвигается на максимум, начинаеш ослаблять клапан, чтобы начал травить излишки масла, как только шток сдвинется в обратную сторону, клапан зажимаеш, ставиш заглушку, все: необходимый объем масла подобран. Заглушку не трогаеш до следующей заправки.

P.S. конечно, нагревать масло надо до макс. возможной температуры в теплице.

P.S. конечно, нагревать масло надо до макс. возможной температуры в теплице.

Боюсь, что при сливе излишка масла между температурой полного выдвижения штока и максимальной температурой нагрева, при следующем нагреве шток полностью выдвинется только при более высокой температуре, так как объем масла будет уже ниже.
Или я чего-то недопонял?

Вообще-то у тех старых конструкций я не припомню каких-то расширительных бачков. Наверно там ход штока соответствует максимальному температурному диапазону нагрева масла. Мне бы хотелось, чтоб форточка максимально открывалась уже при 26. 28 градусах, а не при 35. 40. При этом полное открытие форточек еще не гарантирует, что масло в резервуаре сразу начнет остывать. Как показала жизнь, в безветренную погоду с окрытыми форточками, его температура продолжает расти как и температура в теплице, но уже с пониженным темпом. То есть, при таком развитии событий (без ветра) проблема повышенного давления не снимается даже при охлаждении резервуара свежим воздухом через эти форточки — обратная связь не работает из-за малой площади форточек. Для нормальной обратной связи видимо надо всю крышу приподнимать, после чего нагрев и расширение масла приостанавливается.

Теплицу переделывать никто не будет, а вот обеспечить дополнительный объем для излишков масла (которые излишни только после полного открытия форточки, но при закрытой они нужны) надо. Либо придать маслу свойство упругости, впустив в резервуар немного воздуха, за счет сжатия которого масло и будет расширятся не порвав систему. Видимо приварив сверху колбу нужного объема, который подбирается в зависимости от сил, требующихся для открытия форточек. Колба с расположением сверху не пустит воздух в амортизаторы.
.

При этом полное открытие форточек еще не гарантирует, что масло в резервуаре сразу начнет остывать. Как показала жизнь, в безветренную погоду с окрытыми форточками, его температура продолжает расти как и температура в теплице, но уже с пониженным темпом.
Я только сейчас понял, что ты говоришь про ФОРТОЧКИ, а не про скат крыши :(.

При таком раскладе я вообще не понимаю, зачем городить весь этот «огород», поскольку форточка не оказывает сколько-нибудь серьезного влияния на скорость изменения температуры в теплице. Летом на даче у нас форточка всегда открыта.

Я только сейчас понял, что ты говоришь про ФОРТОЧКИ, а не про скат крыши :(.

При таком раскладе я вообще не понимаю, зачем городить весь этот «огород», поскольку форточка не оказывает сколько-нибудь серьезного влияния на скорость изменения температуры в теплице. Летом на даче у нас форточка всегда открыта.

Форточки в крыше, в районе ее конька, причем на разных скатах по «розе ветров» и в разных концах теплицы. То есть, при наличии ветра температура внутри как и на улице, так как все скопления под крышей просто выдувает, без ветра похуже, но жар сбрасывает. 2 форточки где-то 0,6х1 метр при длине крыши 5 метров, то есть 2\5 от длины крыши. Похоже надо было делать по всей длине крыши.
Есть еще форточка в торцевой стенке, но толку от нее никакого даже с открытыми дверями.

Вот тут глянь: http://www.mastercity.ru/vforum/showthread.php?t=8153
Спасибо, пробежался, есть что почитать. У тамошнего Янна система почти такая же, как и у меня. Кроме одного НО — резервуар мелкий и проблемы с повышенным давлением похоже нет, так как у него шток даже при 30 градусах еще не полностью выдвинут. Ну а так интересно, описывает все возникшие за 2 года проблемы . Буду внимательно анализировать его ошибки, возможно там решение уже найдено. Кстати, там и эскиз подобного амо есть, похоже он требует доработки.

да оставь ты пузырь воздуха скубический сантиметр в напорном резервуаре и не паься больше. если швы нормальные то давление сбросит достаточно чтоб выдержали. а вообще не очень понятно зачем вообще сварка применялась.
Резервуар — труба с заваренными торцами, в которые вворачиваются штуцера шлангов амо. Вот эти торцы рвет. Диаметр трубы вроде под 40 мм (не помню точно) и резьбовую заглушку под нее не найти. По ссылке от Самсона мужики сразу пошли в направлении полудюймовой трубы, которую можно заглушить стандартной водопроводной заглушкой. Там вычитал и еще более простой способ глушения торца — расплющивание и заварка. Но малый объем трубы дает малую чувствительность штока. Как понял, у них даже при 30 град шток еще не полностью выдвинут, а 32 градуса — это уже приговор опыляемости помидоров. Система рычагов конечно решает проблему и полностью открывает форточку при заданной температуре. Но в моем случае порождает новую — порвет форточку если шток пойдет дальше. А он пойдет, так как даже полностью открытые форточки не всегда способны остановить рост температуры масла.
Воздух в резервуар пускал, где-то полстакана. Амо сразу перестал работать, хотя пузырь воздуха в его конец вроде не подавался. Поэтому не понял, то ли много воздуха, то ли амо его хлебнул.

При сливе масла, ты сливаеш именно излишки. По сути ты без всяких расчетов ты подбираеш именно тот объем масла, кот при макс. температуре будет расширяться именно настолько, чтобы выдвигать шток на заданную глубину и не более. ты же сливаеш не все масло, а только тот объем, кот выпирает и рвет швы на цилиндре. для того и клапан нужен, чтобы стравить под давлением излишки масла, а не давление полностью,но не более,и при этом сохранить рабочее давление, иначе цилиндр работать не будет.
Точно также работает и старый совдеповский цилиндр, тока клапана нет, потому,что заливали на заводе сразу расчетный объем.

НЕ врубаюсь, вроде разные системы получаются.
В случае с бесклапанным вариантом согласованы ход штока, температурный диапазон и расширение масла. То есть, рост температуры вызывает расширение объема масла, который вызывает движение штока. Для этого варианта присущи одновременные изменения всех трех вариантов. Варианта, когда один из трех параметров не меняется просто не получается.
Мне же надо, чтоб один параметр из трех (ход штока) в определенной точке был максимальным и дальше не шел за двумя другими, которые продолжают расти (примерно до 45 град). Если я солью навсегда определенный объем масла, то точка, в которой необходим максимальный выход штока сместиться по шкале температур выше, так как объем масла уменьшился после настройки. Соответственно и его доля в движении штока также ушла вместе с ним.

Ты бы сразу дал схему своей конструкции — были бы точней советы.

Насколько я понял у тебя: емкость-радиатор с маслом из которого при нагреве, через магистраль, идет «излишек» в отдельно-стоящий аммортизатор, где это излишек и приводит в действие поршень.

Нет никаких радиаторов, и шлангов, речь идет о обычном, примитивном гидроцилиндре. Клапан/игольчатый вентиль/ниппель и т.д. нужны только для того, чтобы слить излишки масла(один раз и навсегда) т.к. коллега не может рассчитать необходимый объем первоначальной заправки.

Все в одном? Так там сколько масла получалось, немного вроде?

Тепловые двигатели ХХI века: применение

В апрельском выпуске приложения «Новые технологии» Владимир Романов предложил существенно новый подход к проблеме совершенствования тепловых двигателей.

А где могут применяться такие двигатели? Об этом мы и хотим вам рассказать.

Использование – вместо паровых и газовых турбин промышленных и государственных ТЭС и ТЭЦ (работающих на органическом, углеводородном жидком или газообразном топливе) – газопаровых турбин объемного расширения (ТОР) позволяет резко снизить затраты на оборудование и себестоимость вырабатываемых видов энергии. А также – уменьшить удельный расход топлива, повысить эффективный и тепловой КПД и обеспечить полную экологическую чистоту выхлопа (а соответственно – и чистоту атмосферы). Однако необходимо иметь в виду, что в газопаровом теплоэлектрогенераторе доля тепловой энергии будет, по сравнению с электрической, незначительной – хотя она легко преобразуется в тепловую электронагревательными приборами.

Автономные микро- и мини-ТЭЦ предназначены для автономного обеспечения объектов, не имеющих централизованного тепло- и электроснабжения – таких, как частные дома, коттеджи, дачи, базы отдыха, частные или государственные предприятия, фермерские и приусадебные хозяйства, полярные и метеостанции, мобильные подразделения МЧС, погранзаставы и т. д. А также – в качестве мобильного автономного парогенератора для отогревания и запуска аварийных сетей теплоснабжения, для локального обеспечения теплом и электроэнергией отключенных на период устранения аварии от централизованного снабжения объектов жилфонда и промпредприятий в зимнее время.

Газопаровой турбодвигатель в варианте теплоэлектрогенератора генерирует механическую энергию для привода электрогенератора и циркуляционного насоса и тепловую – отработавший пар или конденсат – для потребителей тепловой энергии. Турбодвигатель может работать или только в режиме электрогенератора, при отсутствии необходимости в тепловой энергии (система отопления в летний период), или только в режиме теплогенератора, или в режиме теплоэлектрогенератора, генерируя одновременно тепловую и электрическую энергию.

В отличие от современных тепловых двигателей, используемых для автономной генерации электрической и тепловой энергии (дизельные электростанции, бытовые электрогенераторы с ДВС, электрокотлы, бойлерные установки) на 1 кВт мощности газопаровой турбодвигатель обеспечит:
• в 8‑10 раз меньший удельный расход топлива;
• в 8‑10 раз меньшее удельное потребление атмосферного кислорода;
• в 8‑10 раз меньшее удельное выделение в атмосферу выхлопных газов;
• нулевую токсичность выхлопных газов;
• в 10‑15 раз меньшее выделение в атмосферу удельной теплоты при работе в режиме электрогенератора (и в 25‑30 раз – при работе в режиме теплоэлектрогенератора);
• эффективный – до 75 процентов – КПД, что не менее чем в два раза выше, чем обеспечивают лучшие образцы современных тепловых двигателей;
• термический КПД до 80 процентов при работе в режиме электрогенератора и до 90 процентов – при работе в режиме теплоэлектрогенератора.

При работе теплоэлектрогенератора обеспечивается полное отсутствие вибраций и бесшумный выхлоп.

Удельный вес автономного теплоэлектрогенератора в 4‑5 раз меньше удельного веса автономных бытовых бензиновых электрогенераторов.

После рабочего цикла в двигателе жидкость в состоянии пара или горячего конденсата используется в качестве теплоносителя, циркулирующего по системе отопления индивидуального потребителя тепла или по технологической системе предприятия, использующего тепло для производственных нужд.

Генерация пара осуществляется непосредственно в поточной части турбодвигателя, и он используется, прежде всего, с газами – для осуществления рабочего цикла. А затем – в качестве теплоносителя для потребителей тепловой энергии. Механическая энергия при этом используется для создания избыточного давления теплоносителя (пара, горячей воды, конденсата) и для привода электрогенератора и циркуляционного насоса.

При отсутствии необходимости в тепловой энергии отработавший пар не подается в систему отопления, а конденсируется и охлаждается в конденсаторе-охладителе.

При работе газопарового турбодвигателя можно, по желанию потребителя, генерировать перегретый пар или горячий конденсат требуемой температуры, что обеспечивается регулированием подачи топлива и воды или изменением их соотношения.

Турбодвигатель снабжен насосами для подачи топлива и для циркуляции парообразующей жидкости, а также устройствами регулирования их расхода и соотношения.

После прохождения по тепловому контуру (системе отопления) пар конденсируется, конденсат охлаждается в охладителе и вновь подается насосом в турбодвигатель – то есть используется многократно.

Газообразные и твердые продукты сгорания растворяются в водяном паре, а после его конденсации – остаются в конденсате, то есть в замкнутом контуре турбо-двигателя, Они могут затем, при нейтрализации теплоносителя, быть выделены и утилизированы.

Небольшой автономный тепловой контур – и, соответственно, требуемый для его заполнения объем теплоносителя позволяют использовать в качестве теплоносителя антифриз и обеспечить работу теплоэлектрогенератора без обслуживания в течение нескольких лет и исключить вероятность разрушений при остановке в зимнее время.

Газопаровой турбодвигатель теплоэлектрогенератора работает на всех видах углеводородного топлива, используемого для традиционных ДВС, и обеспечивает реализацию всех известных рабочих циклов ДВС (дизель, карбюратор, впрыск).

Преимущества автономного теплоэлектрогенератора (микро- и мини-ТЭЦ) перед существующим оборудованием, обеспечивающим автономное снабжение индивидуальных потребителей или только теплом (котельные), или только электроэнергией (дизельные электростанции), и перед теплоэлектроцентралями (ТЭЦ), обеспечивающими централизованно потребителей одновременно и тепловой, и электрической энергией, следующие:
• исключаются большие капитальные затраты на линии электропередач и на теплотрассы, использующиеся только в зимний период и требующие обслуживания в начале отопительного сезона и после его окончания;
• исключаются проблемы, связанные с аварийностью, характерной для ЛЭП (обрыв при обледенении или при ураганах) и теплотрасс (прорыв коммуникаций).

Дополнительные потребительские качества мини-ТЭЦ:
• простота конструкции;
• бесшумный и экологически чистый выхлоп;
• минимальный удельный вес и габариты;
• мобильность;
• многофункциональность.

При появлении на рынке теплоэлектрогенератор обеспечит решение проблемы независимого энергообеспечения потребителей, не имеющих централизованного тепло- и электроснабжения, а также резкое снижение потребления углеводородного топлива, атмосферного кислорода, значительное сокращение выбросов тепла в атмосферу и снижение материальных затрат на производство теплоэнергетического оборудования.

А также – обеспечит значительное снижение затрат на генерацию тепловой и электрической энергии, частичное решение проблемы ограничения токсичных и тепловых выбросов, резкое уменьшение потребления атмосферного кислорода – что очень важно для мегаполисов.

В отличие от атмосферных тепловых двигателей, в ракетных двигателях рабочим телом являются только продукты сгорания ракетного топлива. То есть так называемого балластного газа – увеличивающего массу рабочего тела и общее давление за счет нагревания теплотой продуктов сгорания ракетного топлива – в цикле нет. Соответственно – температура продуктов сгорания очень высокая. Кроме того, рабочий цикл ракетных двигателей характеризуется большими расходами топлива и, как и другие типы тепловых двигателей, большими потерями тепловой энергии с продуктами сгорания. Что является серьезным недостатком, не позволяющим обеспечить высокие термический и эффективный КПД рабочего цикла, экономические показатели и показатели эффективности, такие, как удельная тяга, удельный расход топлива, удельный вес. Не обеспечивается эксплуатационная безопасность (аварийные ситуации) и экологическая безопасность по токсичным выбросам и выбросам тепла.

Рабочие циклы всех известных типов ракетных двигателей, использующих в качестве рабочего тела газообразные вещества, не обеспечивают срабатывания большого теплоперепада, так как характеризуются малым периодом преобразования тепловой энергии в потенциальную давления и затем – в кинетическую энергию высокоскоростного потока газа при расширении в сопле.

Известно, что использование в тепловом двигателе в качестве рабочего тела парообразующей жидкости эффективнее, чем использование газообразного. Работа сжатия парообразующей жидкости ниже, чем газа, и, кроме того, при генерации пара из жидкости обеспечивается возможность при одном и том же количестве подводимого тепла осуществить генерацию рабочего тела пара с более эффективными начальными параметрами, более высоким давлением и меньшей температурой. Например, в паротурбинных установках, характеризующихся максимальной агрегатной мощностью.

Задача была решена путем трансформации тепловой энергии в потенциальную энергию давления рабочего тела, для чего в качестве источника рабочего тела в ракетном двигателе используется парообразующая жидкость (ПЖ) – например, вода; а тепловая энергия источника тепла – продуктов сгорания ракетного топлива или атомной энергии – используется для генерации из нее пара, который используется или с продуктами сгорания в виде газопаровой смеси, или в качестве единственного рабочего тела для создания тяги при расширении в сверхзвуковом сопле.

В газопаровом ракетном двигателе (ГПРДЖТ), работающем на жидких компонентах топлива, горючее и окислитель являются теплогенерирующими компонентами. Они генерируют высокотемпературное газообразное рабочее тело – продукты сгорания. Парообразующая жидкость является компонентом, потребляющим значительную долю тепловой энергии продуктов сгорания, и преобразует ее в энергию давления водяного пара, который с продуктами сгорания образует газопаровую смесь, являющуюся рабочим телом.

В газопаровом твердотопливном ракетном двигателе (ГПРДТТ), работающем на унитарном твердом топливе, парообразующая жидкость также является основным компонентом, а газопаровая смесь – рабочим телом.

В паровом ядерном ракетном двигателе (ПЯРД), работающем на энергии, выделяемой твердыми ТВЭЛ, рабочим телом, создающим реактивную тягу, является водяной пар. При этом вся полость камеры выполняет функцию парогенератора (ПГ).

В газопаровых РД зона подачи компонентов топлива, горения и образования газообразных продуктов сгорания у головки камеры или зона горения у поверхности топливного заряда выполняют функцию камер сгорания (предкамер), обеспечивающих эффективное сгорание топлива и максимальное выделение тепловой энергии. Остальная часть камеры, за зоной полного сгорания топлива (до сопла), в которую осуществляется подача воды и в которой образуется газопаровая смесь, выполняет функцию газопароганератора (ГПГ).

В газопаровых и паровом ядерном ракетных двигателях, предназначенных для перемещения объектов в атмосфере Земли, вода размещается в соответствующей емкости на борту. Подача осуществляется насосной или вытеснительной системами подачи.

В газопаровых ракетных двигателях и в паровом ядерном, предназначенных для водных и подводных транспортных средств, в качестве парообразующей жидкости используется забортная вода.

Подача воды в газопаровые ракетные двигатели осуществляется насосной системой или по каналу, сообщающему зону забортной воды в носовой части объекта с предсопловой зоной ГПГ после воспламенения топлива и выхода процесса горения на устойчивый режим.

После воспламенения топлива стартовая тяга осуществляется на продуктах сгорания. После набора объектом скорости осуществляется подача воды, и маршевая тяга создается газопаровой смесью. Вода поступает в полость ГПГ под динамическим напором и за счет эжекции, создаваемой высокоскоростным потоком газопаровой смеси в предсопловой зоне.

По аналогии с прямоточными воздушно-реактивными двигателями газопаровые и паровой ядерный ракетные двигатели, использующие забортную воду, являются прямоточными.

Для впрыска воды используются форсунки, аналогичные топливным. Впрыск воды осуществляется в продукты сгорания за зоной полного сгорания топлива.

Вода перед подачей в газопарогенератор может использоваться для охлаждения камеры сгорания и проходить по системе ее охлаждения, при этом охлаждения остальной части ГПГ и сопла из‑за низкой температуры газопаровой смеси не требуется.

В газопаровых твердотопливных РД, используемых в воздушных объектах одноразового использования (например, в ракетах), подача воды из бортовой емкости (ампулы) в полость ГПГ обеспечивается простейшими вытеснительными системами подачи с использованием реактивной силы работающего двигателя.

Топливный заряд (шашка) устанавливается в корпусе ГПГ с возможностью перемещения (скольжения) относительно его стенок в направлении движения объекта. В теле шашки выполняются не сквозные параллельные оси каналы, а ампула с водой размещается перед шашкой и выполняется из водостойкого, герметичного, эластичного и сгораемого материала, и также входит в водоподающие каналы шашки, повторяя и заполняя их внутренний контур.

Возможен вариант образования емкости для воды без использования специальной емкости на борту, для чего поверхности шашки, обращенные к воде (передний торец и каналы), покрываются водостойким, герметичным, сгораемым покрытием.

Возможен вариант подачи воды по каналам, выполненным и в теле шашки, и в цилиндрическом корпусе газопарогенератора, или по канавкам, выполненным на наружной цилиндрической поверхности и в теле шашки, что повысит скорость и эффективность парообразования.

Для предотвращения подачи воды в зону горения и исключения снижения теплопроизводительности топлива водоподающие канавки и каналы шашки могут бронироваться от емкости (полости) с водой до предсопловой зоны.

Ракетные двигатели, использующие в качестве дополнительного рабочего тела атмосферный воздух, являются прямоточными воздушно-ракетными двигателями (ПВРД).

В паровых ядерных ракетных двигателях (ПЯРД), используемых для мобильных, перемещающихся в атмосфере или в безвоздушном пространстве объектов или для стационарных – например, используемых для генерации теплоносителя, вода подается в атомный реактор насосом из соответствующей емкости (бака) под избыточным давлением, превышающим рабочее давление в ПГ.

При использовании для генерации пара забортной воды двигатель является прямоточным, а забортная вода – условным рабочим контуром.
По аналогии с известными газовыми ЯРД в ПЯРД источники ядерной тепловой энергии атомного реактора ТВЭЛы и управляющие реакцией стержни могут располагаться непосредственно в парогенераторе, при этом реализуется простая, эффективная и экономичная высокоэнергетическая одноконтурная схема.

Кроме того, ПЯРД может быть выполнен по двухконтурной схеме, аналогичной двухконтурной схеме АЭС. Теплоноситель первого контура водо-водяного реактора прокачивается по теплообменнику, расположенному в полости парогенератора, передавая теплоту теплоносителя первого контура рабочему телу второго условного контура – забортной воде.

Вода в зону ТВЭЛов реактора, находящуюся под высоким рабочим давлением образующегося сухого перегретого пара, подается насосом через систему охлаждения реактора или непосредственно в реактор. После разгона объекта забортная вода подается за счет динамического напора и за счет эжекции за реактор в предсопловую зону парогенератора, омывая и дополнительно охлаждая реактор, или непосредственно в предсопловую зону.

Вместе с тем, одноконтурный вариант ПЯРД с использованием высокотемпературного пара, генерируемого в реакторе, для создания тяги из‑за скоротечности цикла генерации и расширения пара не обеспечивает полного использования его тепловой энергии и, соответственно, максимального термического КПД. Кроме того, отработавший радиоактивный пар, поступая после выхлопа и конденсации в забортную воду, наносит вред окружающей среде.

Для достижения максимальных термического и эффективного КПД за счет максимального использования ядерной тепловой энергии и расширения диапазона срабатываемого двигателем теплоперепада генерация пара при одноконтурной и двухконтурной схемах может осуществлятся в два этапа.

Полость парогенератора содержит две зоны генерации.

В первой, в которой установлены ТВЭЛы реактора (одноконтурная схема) или теплообменник первого контура (двухконтурная) и в которую подается лишь часть поступающей в двигатель воды, генерируется сухой перегретый пар. Во второй зоне, в которую дополнительно подается вода, за счет теплоты сухого перегретого пара генерируется насыщенный пар, который и является окончательным рабочим телом, создающим тягу при расширении в сопле.

Для более полного использования кинетической энергии выходящего за пределы сопла высокотемпературного скоростного потока пара и ускорения его конденсации и гашения парового колокола, например, с целью маскировки, в поток пара за соплом через водозаборники может осуществляться подача дополнительной забортной воды для генерации дополнительного пара и создания пароводометной тяги.

В ПЯРД расход воды определяется заданной тягой, мощностью атомного реактора и с учетом схемы – одноконтурная или двухконтурная. Для водных и подводных судов с ПЯРД, для исключения радиационного загрязнения акватории порта стоянки и прибрежной зоны, выход за их пределы может первоначально осуществляться по двухконтурной схеме с последующим переходом на одноконтурную схему.

Давление продуктов сгорания без изменения расхода подаваемого топлива и, соответственно, их количества в газовой зоне, примыкающей к головке, увеличится до давления газопаровой смеси за счет подпора образующейся газопаровой смесью. Соответственно, объем газов уменьшится, при этом дополнительно возрастет за счет сжатия их температура в зоне горения, что будет способствовать более полному сгоранию топлива с максимальным выделением тепловой энергии.
Все варианты ракетных и ядерных двигателей защищены патентом РФ № 2380563.

«> Тепловые двигатели ХХI века: применение Код PHP » data-description=»В апрельском выпуске приложения «Новые технологии» Владимир Романов предложил существенно новый подход к проблеме совершенствования тепловых двигателей.