Содержание
Создан принципиально новый паровой двигатель для судов
Наука
|
Поделиться
Паровой двигатель революционной конструкции, названный авторами изобретения «подводным реактивным двигателем», обеспечивает большую эффективность, экологическую чистоту и безопасность, чем привычные корабельные силовые установки внутреннего сгорания. Автор изобретения — австралийский инженер Алан Бернс (Alan Burns). Прототип двигателя новой конструкции разработан инженерами британской компании Pursuit Dynamics (г. Ройстон, графство Хертфордшир). На прошлой неделе они продемонстрировали прототип мощностью 30 л.с. (при длине двигателя всего 20 сантиметров). Его мощности достаточно для того, чтобы привести в движение моторную лодку.
Компания планирует масштабировать конструкцию и создать компактные двигатели мощностью до 300 л.с.
Новый двигатель приводит судно в движение, используя пар высокого давления. Он приводит в действие водометный двигатель, вода в который поступает через заборные отверстия в носовой части судна, а затем с высокой скоростью испускается из сопла в кормовой его части. Пар сначала поступает через специальное выпускное отверстие в коническую камеру, в которой смешивается с забортной водой. Ударные волны, возникающие при конденсации пара, фокусируются стенками камеры и отбрасывают водяные массы в сопло.
Изюминка изобретения — то, что попадающая в двигатель вода смешивается перед подачей с атмосферным воздухом. Воздушные пузырьки изменяют характер смешения пара с водой, значительно повышая эффективность двигателя. Детали изобретения держатся в секрете, поскольку патент на изобретение пока не выдан.
Пар для двигателя вырабатывается в небольшом котле, нагреваемом с помощью обычных горелок на бензине или солярке.
Если реактивный паровой двигатель используется на судне в качестве вспомогательного, для нагрева котла можно использовать тепло, отводимое от обычных двигательных установок. Заливать в котел можно и морскую воду. Сам котел сделан из коррозионно стойких материалов, а отводимый из котла пар сам выводит образующиеся отложения, т.е. котел самоочищается. Движущихся деталей в конструкции нет, винта, естественно, тоже нет, и в результате конструкция получается исключительно недорогой и крепкой. Даже если водоросли или канат попадут в заборное отверстие — ему все нипочем.
Выбрасываемая из двигателя вода всего на 3-4 градуса теплее окружающей, так что ожогов можно не опасаться. Отсутствие обычных для современных корабельных двигателей утечек масла и опасных для морской фауны винтов делает конструкцию весьма экологически безопасной.
Возможные побочные применения новой конструкции — водяные (и вообще жидкостные) насосы, смесители пищевых продуктов (они не просто смешиваются — еще и размягчаются) и так далее.
Кстати, Pursuit Dynamics сама производить двигатели не собирается. К концу года она начнет продавать лицензии на производство двигателей сторонним производителям.
Источник: по материалам New Scientist.
- Лучшие тарифы на выделенные серверы Dedicated на ИТ-маркетплейсе Market.CNews
Что за паровую ракету создали в США? | Актуальные вопросы | Вопрос-Ответ
Примерное время чтения: 1 минута
2121
Еженедельник «Аргументы и Факты» № 50. Вот такая ОлимпиВАДА 13/12/2017
Категория:
Космос
Вопрос-ответ из газеты:
Еженедельник «Аргументы и Факты» № 50 13/12/2017
В обычных ракетах реактивная тяга создаётся за счёт сгорания ракетного топлива.
В паровой ракете, созданной изобретателем Майклом Хьюзом, тяга образуется за счёт разогретого водяного пара, истекающего под давлением из сопла. В космос на такой ракете не улетишь — не хватит мощности.
Но использовать паровую тягу для воздушных полётов реально. Историки спорят: смог ли в 1882 г. оторваться от земли самолёт Можайского, оснащённый паровыми двигателями в 30 л. с.? Но это точно получилось у американцев братьев Бесслер. Сконструированный ими в 1933 г. паролёт Airspeed мог преодолеть на паровом двигателе мощностью 150 л. с. 600 км. Если бы не бензиновые двигатели, мы бы до сих пор ездили на паре. Ведь современные технологии позволяют создать пародвигатели даже для гоночных авто. Так, пароавтомобиль Inspiration, собранный в 2009 г., смог разогнаться до 239 км/ч. Паровые двигатели долговечны.
Пароход «Н. В. Гоголь», построенный в 1911 г., до сих пор возит туристов по Северной Двине. «Пароходами» на заводском сленге в наши дни называют атомные ледоколы. Новейший атомоход «Арктика», спущенный на воду в 2016 г., имеет два паровых турбогенератора, турбины которых вращает пар, выпаренный из воды ядерными реакторами. Чем не пароход?
Реактивный самолёт XIX в. Русский артиллерист опередил время на 100 лет →
изобретения
Следующий материал
Также вам может быть интересно
Вперёд, в прошлое: автомобили на пару и электричестве
Чем ракета «Ангара» отличается от своих предшественниц?
Что представляет собой космический корабль «Прогресс»?
Что представляет собой ракетный двигатель РД-180?
.
..«Булаву» подводят смежники?
..«Булаву» подводят смежники?Новости СМИ2
Новый тепловой двигатель без движущихся частей так же эффективен, как паровая турбина — ScienceDaily
Инженеры Массачусетского технологического института и Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL) разработали тепловой двигатель без движущихся частей. Их новые демонстрации показывают, что он преобразует тепло в электричество с эффективностью более 40 процентов, что лучше, чем у традиционных паровых турбин.
Тепловая машина представляет собой термофотоэлектрический (TPV) элемент, похожий на фотоэлектрические элементы солнечной панели, который пассивно улавливает фотоны высокой энергии от раскаленного добела источника тепла и преобразует их в электричество. Конструкция команды может генерировать электроэнергию от источника тепла от 1,900 до 2400 градусов по Цельсию или примерно до 4300 градусов по Фаренгейту.
Исследователи планируют включить элемент TPV в тепловую батарею сетевого масштаба. Система будет поглощать избыточную энергию из возобновляемых источников, таких как солнце, и хранить эту энергию в сильно изолированных банках горячего графита. Когда необходима энергия, например, в пасмурные дни, элементы TPV будут преобразовывать тепло в электричество и передавать энергию в электросеть.
С новой ячейкой TPV команда успешно продемонстрировала основные части системы в отдельных небольших экспериментах. Они работают над интеграцией частей, чтобы продемонстрировать полностью работающую систему. Оттуда они надеются масштабировать систему, чтобы заменить электростанции, работающие на ископаемом топливе, и создать полностью обезуглероженную энергосистему, полностью снабжаемую возобновляемой энергией.
«Термофотоэлектрические элементы стали последним важным шагом на пути к демонстрации того, что тепловые батареи являются жизнеспособной концепцией, — говорит Асеган Генри, профессор Роберта Н.
Нойса по развитию карьеры на факультете машиностроения Массачусетского технологического института. «Это абсолютно важный шаг на пути к распространению возобновляемой энергии и переходу к полностью обезуглероженной сети».
Генри и его сотрудники опубликовали свои результаты сегодня в журнале Nature . Соавторами в Массачусетском технологическом институте являются Алина ЛаПотин, Кевин Шульте, Кайл Бузницкий, Колин Келсолл, Эндрю Роскопф и Эвелин Ванг, профессор инженерии Форда и глава факультета машиностроения, а также сотрудники NREL в Голдене, штат Колорадо.
реклама
Как преодолеть разрыв
Более 90 процентов электроэнергии в мире вырабатывается из таких источников тепла, как уголь, природный газ, ядерная энергия и концентрированная солнечная энергия. В течение столетия паровые турбины были промышленным стандартом для преобразования таких источников тепла в электричество.
В среднем паровые турбины надежно преобразуют около 35 процентов тепла в электричество, при этом около 60 процентов представляют собой самый высокий КПД любого теплового двигателя на сегодняшний день.
Но механизм зависит от движущихся частей, температура которых ограничена. Источники тепла с температурой выше 2000 градусов по Цельсию, такие как система тепловых батарей, предложенная Генри, были бы слишком горячими для турбин.
В последние годы ученые изучают твердотельные альтернативы — тепловые двигатели без движущихся частей, которые потенциально могут эффективно работать при более высоких температурах.
«Одним из преимуществ твердотельных преобразователей энергии является то, что они могут работать при более высоких температурах с меньшими затратами на техническое обслуживание, поскольку у них нет движущихся частей», — говорит Генри. «Они просто сидят и надежно производят электроэнергию».
Термофотоэлектрические элементы предложили один из путей исследования твердотельных тепловых двигателей. Подобно солнечным элементам, элементы TPV могут быть изготовлены из полупроводниковых материалов с определенной шириной запрещенной зоны — зазором между валентной зоной материала и его зоной проводимости.
Если фотон с достаточно высокой энергией поглощается материалом, он может вытолкнуть электрон через запрещенную зону, где электрон затем может провести, и, таким образом, генерировать электричество — без движения роторов или лопастей.
На сегодняшний день эффективность большинства ячеек TPV составляет всего около 20 процентов, а рекордная — 32 процента, поскольку они были сделаны из материалов с относительно узкой запрещенной зоной, которые преобразуют фотоны с более низкой температурой и низкой энергией и, следовательно, преобразуют энергию менее эффективно.
Ловля света
В своей новой конструкции TPV Генри и его коллеги стремились улавливать фотоны с более высокой энергией из источника тепла с более высокой температурой, тем самым более эффективно преобразовывая энергию. Новая ячейка команды делает это с материалами с большей шириной запрещенной зоны и несколькими соединениями или слоями материала по сравнению с существующими конструкциями TPV.
Ячейка изготовлена из трех основных областей: сплава с высокой шириной запрещенной зоны, который находится поверх сплава с чуть меньшей шириной запрещенной зоны, под которым находится зеркальный слой золота. Первый слой улавливает фотоны с самой высокой энергией источника тепла и преобразует их в электричество, в то время как фотоны с более низкой энергией, проходящие через первый слой, захватываются вторым и преобразуются для добавления к генерируемому напряжению. Любые фотоны, которые проходят через этот второй слой, затем отражаются зеркалом обратно к источнику тепла, а не поглощаются в виде потерянного тепла.
Команда проверила эффективность элемента, поместив его над датчиком теплового потока — устройством, которое напрямую измеряет тепло, поглощаемое элементом. Они подвергали клетку воздействию высокотемпературной лампы и концентрировали свет на ячейке. Затем они меняли интенсивность лампы, или температуру, и наблюдали, как энергоэффективность элемента — количество производимой им энергии по сравнению с поглощаемым ею теплом — изменялась в зависимости от температуры.
В диапазоне от 1900 до 2400 градусов по Цельсию новый элемент TPV сохранял эффективность около 40 процентов.
«Мы можем добиться высокой эффективности в широком диапазоне температур, необходимых для тепловых батарей», — говорит Генри.
Клетка в экспериментах размером около квадратного сантиметра. Генри предполагает, что для системы тепловых батарей масштаба сети ячейки TPV должны будут масштабироваться примерно до 10 000 квадратных футов (около четверти футбольного поля) и будут работать на складах с климат-контролем, чтобы получать энергию от огромных банков хранимых данных. солнечная энергия. Он указывает, что существует инфраструктура для производства крупномасштабных фотоэлектрических элементов, которые также могут быть адаптированы для производства TPV.
«Здесь определенно есть огромное преимущество с точки зрения устойчивости», — говорит Генри. «Эта технология безопасна, экологически безвредна в течение всего жизненного цикла и может оказать огромное влияние на сокращение выбросов углекислого газа при производстве электроэнергии».
Это исследование было частично поддержано Министерством энергетики США.
Как работает паровая турбина?
Большая часть электроэнергии в Соединенных Штатах производится с помощью паровых турбин — по данным Министерства энергетики США, более 88 процентов энергии в США производится с помощью паротурбинных генераторов на центральных электростанциях, таких как солнечные теплоэлектростанции, угольные и атомные электростанции. Предлагая более высокую эффективность и низкую стоимость, паровые турбины стали неотъемлемой частью многих американских энергетических отраслей.
Первая паровая турбина
Первая современная паровая турбина была разработана сэром Чарльзом А. Парсонсом в 1884 году. Эта турбина использовалась для освещения выставки в Ньюкасле, Англия, и производила всего 7,5 кВт энергии. Теперь паротурбинные генераторы могут производить более 1000 МВт энергии на крупных электростанциях. Хотя со времен Parsons мощность генерации значительно увеличилась, конструкция осталась прежней. Но каким бы интуитивным ни был дизайн Парсонса, он не так прост, как движение пара по лопастям. Он был основан на втором законе термодинамики и теореме Карно (), которая утверждает, что чем выше температура пара, тем выше КПД электростанции. Давайте углубимся в то, как пар помогает питать большинство электростанций страны.
Как из пара извлекается столько энергии?
Возвращаясь к школьной физике, вода кипит при 100°C. В этот момент молекулы расширяются, и мы получаем испарившуюся воду — пар. Используя энергию, содержащуюся в быстро расширяющихся молекулах, пар обеспечивает поразительную эффективность производства энергии.
Учитывая высокую температуру и давление пара, неудивительно, что были случаи несчастных случаев из-за неправильного использования или неправильной установки предохранительных клапанов. Один из самых громких инцидентов произошел на АЭС «Три-Майл-Айленд». Все сводилось к нарастанию давления пара, когда перестали работать насосы, подающие воду к парогенераторам.
Как работает паровая турбина?
Проще говоря, паровая турбина работает, используя источник тепла (газ, уголь, атомную энергию, солнечную энергию) для нагрева воды до чрезвычайно высоких температур, пока она не превратится в пар. Когда этот пар проходит мимо вращающихся лопастей турбины, он расширяется и охлаждается. Таким образом, потенциальная энергия пара превращается в кинетическую энергию вращающихся лопаток турбины. Поскольку паровые турбины генерируют вращательное движение, они особенно подходят для привода электрических генераторов для выработки электроэнергии. Турбины соединены с генератором с осью, которая, в свою очередь, производит энергию через магнитное поле, производящее электрический ток.
Как работают лопасти турбины?
Лопасти турбины предназначены для управления скоростью, направлением и давлением пара, проходящего через турбину. В крупных турбинах к ротору прикреплены десятки лопастей, обычно в разных наборах. Каждый набор лопастей помогает извлекать энергию из пара, сохраняя при этом оптимальное давление.
Этот многоступенчатый подход означает, что лопасти турбины снижают давление пара очень небольшими приращениями на каждой ступени. Это, в свою очередь, снижает усилия на них и значительно улучшает общую мощность турбины.
Важность гибкого управления вращающимися турбинами
Поскольку через паровые турбины проходит так много энергии, необходимы механизмы управления, которые могут регулировать их скорость, управлять потоком пара и изменять температуру внутри системы. Поскольку большинство паровых турбин используются на крупных электростанциях, требующих нагрузки по требованию, возможность регулировать поток пара и общую выработку энергии является необходимостью.
Как системы управления Petrotech могут повысить эффективность вашего паротурбинного генератора
Изобретение паровой турбины изменило нашу способность производить энергию в больших масштабах. И даже с таким, казалось бы, простым, как пар, проходящий через набор лопастей, легко увидеть, что эти механизмы довольно сложны.