СУДНО С МАЛОЙ ПЛОЩАДЬЮ ВАТЕРЛИНИИ НА ВОДОРОДНОМ ТОПЛИВЕ

Изобретение относится к области морского флота, в котором используются суда с малой площадью ватерлинии, имеющие высокую мореходность и скорость с ГЛАВНЫМИ СИЛОВЫМИ УСТАНОВКАМИ на водородном топливе-продукте термической диссоциации водяного пара - ВОДОРОДЕ и КИСЛОРОДЕ, при этом для работы установок используется пресная ВОДА запасенная в емкостях, являющаяся ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕМ.

Известны морские суда на углеводородном топливе, в основном мазуте.

Недостатками таких судов является высокая стоимость топлива, токсичность, опасность возгорания, при этом отработанные газы главных силовых установок этих судов загрязняют атмосферу и окружающую среду.

Известны морские суда с атомными реакторами.

Недостатками таких судов является наличие атомной радиации, высокая стоимость топлива и силовой установки и невозможность надежного захоронения отходов атомных реакторов.

Известна силовая установка по патенту №2386825 от 20.04.2010 г. - паротурбинная установка внутреннего сгорания ПТ УВС - для применения в различных областях техники и экономики.

Она содержит последовательно соединенные между собой реакторы для термической диссоциации водяного пара, цилиндры волновых компрессоров, камеры сгорания, равномерно расположенные по окружности, цилиндры волновых компрессоров, турбину, электрогенератор.

Кроме того установка ПТ УВС имеет парогенератор, в котором циркулирует нагретый в системе охлаждения установки жидкометаллический теплоноситель, с генерацией пара с высокими параметрами температуры и давления и подачей его в реакторы для термической диссоциации при температуре превышающей 2500°C, с получением ВОДОРОДА и КИСЛОРОДА с высокой температурой и давлением, паропровод, коллектор пара, систему возбуждения электрических разрядов.

Известная силовая установка - паротурбинная установка внутреннего сгорания ПТ УВС - является ближайшим аналогом-прототипом, так как она содержит признаки совпадающие с признаками заявляемого изобретения, в частности:

- реакторы равномерно расположены по окружности для термической диссоциации водяного пара и получения водорода и кислорода при температуре превышающей 2500°C.

- реакторы с одной стороны подключены к коллектору пара.

- камеры сгорания имеют форсунки для воспламенения ВОДОРОДА в КИСЛОРОДЕ и соединены с цилиндрами волновых компрессоров.

- парогенератор для генерации пара с высокими параметрами температуры и давления.

- конденсатор.

- систему возбуждения электрических разрядов - генераторы импульсов для работы форсунок для воспламенения в камерах сгорания ВОДОРОДА в кислороде.

Недостатком известной паротурбинной установки внутреннего сгорания ПТ УВС является низкий КПД, по сравнению с заявляемым судном с малой площадью ватерлинии на водородном топливе с ГЛАВНОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКОЙ на продуктах термической диссоциации водяного пара - ВОДОРОДЕ и КИСЛОРОДЕ /гремучем газе/, в связи с низкими параметрами давления и температуры этих газов в камерах сгорания ПТ УВС, вследствии чего в предлагаемом судне с малой площадью ватерлинии на водородном топливе с ГЛАВНОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКОЙ, включающей термодиссоционную газотурбинную и паротурбинную установки,

термодиссоционная газотурбинная установка для получения полезной мощности и источника энергии - водорода и кислорода - выполнена с плазмохимическими нагревателями, равномерно расположенными по окружности для нагрева водяного пара до температуры превышающей 2000°C, подключенными к источнику питания, соединенными с одной стороны с помощью клапанных механизмов с коллектором пара с высокой температурой и давлением, а с другой - с реакторами для термической диссоциации водяного пара и получения водорода и кислорода с температурой превышающей 2500°C, подключенными к источнику питания, содержащему генератор высокой частоты и конденсаторную батарею, соединенными с расширяющимися соплами и цилиндрами волновых компрессоров, имеющими форсунки для впрыскивания в них воды или жидкого металла, подсоединенные к газовой турбине, укрепленной на валу, соединенном с электрогенератором, и снабжена выпускным патрубком для выпуска отработанных водорода и кислорода в парогенератор, или

термодиссоционная газотурбинная установка выполнена с плазмохимическими реакторами для термической диссоциации водяного пара и получения водорода и кислорода с температурой превышающей 2500°C и высоким давлением, соединенными с одной стороны с помощью клапанных механизмов с коллектором пара высокого давления и температуры, а с другой - с цилиндрами, подсоединенными к расширяющимся соплам и цилиндрам волновых компрессоров, имеющим форсунки для впрыскивания воды или жидкого металла, соединенные с газовой турбиной, укрепленной на валу, подсоединенном к электрогенератору, и снабжена выпускным патрубком для выпуска отработанных водорода и кислорода в парогенератор, при этом плазмохимические нагреватели, реакторы для термической диссоциации водяного пара и получения водорода и кислорода с температурой превышающей 2500°C или плазмохимические реакторы, расширяющиеся сопла и цилиндры волновых компрессоров имеют рубашки для циркуляции охлаждающей жидкости - жидкометаллического теплоносителя и воды для охлаждения стенок реакторов для термической диссоциации водяного пара и получения водорода и кислорода с температурой превышающей 2500°C,

плазмохимические нагреватели или плазмохимические реакторы содержат корпус с рубашкой, крышкой и колпаком, с укрепленным в корпусе в слое электроизоляции электродом-катодом, сообщающийся с охлаждаемым соплом-анодом, установленные под углом к оси реакторов для термической диссоциации водяного пара и получения водорода и кислорода с температурой превышающей 2500°C, или плазмохимические нагреватели или плазмохимические реакторы расположены в одном блоке с размещенными в них форсунками для впрыскивания легкоионизирующей присадки, установленными по оси реакторов, при этом на корпусе плазмохимического нагревателя или плазмохимического реактора расположен клапанный механизм с впускным клапаном для впуска водяного пара высокого давления и температуры,

клапанный механизм включает корпус с патрубком для подвода пара, впускной клапан с ограничителем и пружиной, выполненный в виде трубчатого ползуна, заглушенного с одной стороны, расположенный в цилиндре, укрепленном на корпусе, имеющем окна в стенках трубчатого ползуна впускного клапана и цилиндра для входа пара в плазмохимический нагреватель или в плазмохимический реактор,

реактор для термической диссоциации водяного пара и получения водорода и кислорода с температурой превышающей 2500°C и высоким давлением выполнен из керамического материала с расположенным на нем кольцевым индуктором из медных труб и рубашкой для циркуляции и охлаждения стенок реактора и индуктора водой,

паротурбинная установка для сгорания водорода и кислорода и получения полезной мощности выполнена с осевым компрессором, последовательно соединенным с удлиненными патрубками, камерами сгорания, равномерно расположенными по окружности, включающими форсунки для воспламенения водорода в кислороде за счет впрыскивания газообразных струй продуктов термической диссоциации электропроводной жидкости, с расширяющимися соплами и цилиндрами волновых компрессоров, подсоединенных к паровой турбине, укрепленной на валу, соединенном с электрогенератором, и снабжена выпускным патрубком для выпуска отработанного пара в конденсатор,

форсунка для воспламенения водорода в кислороде содержит корпус с патрубками для подачи электропроводной жидкости, соединенными с цилиндрическими каналами, расположенными внутри корпуса в слое электроизоляционного материала, с одной стороны которых установлены электроды, подключенные к генератору импульсов, а с другой - выполнены сопла, направленные под углом друг к другу и сообщающиеся с взрывной камерой форсунки, имеющей днище с отверстиями для выхода газовых струй.

Изложенная выше совокупность существенных признаков при внедрении обеспечивает реализацию поставленной цели, при этом каждой из данной совокупности приведенных признаков необходим, а все вместе достаточны для получения положительного эффекта - использование в качестве энергоносителя воды, взамен углеводородных топлив, оздоровление атмосферы и биосферы на планете.

Исходя из приведенных доводов совершенно правомерен вывод о соотвествии заявляемого технического решения критерию изобретения - "изобретательский уровень".

Неоднократная возможность реализации при изготовлении заявляемого технического решения с изложенной выше совокупностью существенных признаков отвечает также в полной мере другому главному критерию изобретения "промышленная применимость".

Изложенная сущность технического решения поясняется чертежами, на которых:

- на фиг.1 показано судно с малой площадью ватерлинии на водородном топливе - вид с боку по "A",

- на фиг.2 показано судно по 1-1,

- на фиг.3 приведена схема ГЛАВНОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ в продольном разрезе, с показом схем вспомогательных устройств и пусковой паросиловой установки,

- на фиг.4 в продольном разрезе приведен узел "N",с показом плазмохимических нагревателей, установленных под углом к продольной оси реактора,

- на фиг.5 в продольном разрезе показана форсунка для воспламенения водорода в кислороде,

- на фиг.6 в продольном разрезе показан блок плазмохимических нагревателей, прикрепленный к реактору, - второй вариант,

- на фиг.7 в продольном сечении показан электрод-катод с центральным каналом для подачи охлаждающей жидкости - второй вариант,

- на фиг.8 в продольном сечении показан электрод-катод, в котором циркулирует охлаждающая жидкость, - третий вариант.

Судно с малой площадью ватерлинии на водородном топливе содержит надводный корпус 1, установленный на опорах 2 обтекаемой формы на подводные корпуса 3, при этом в надводном корпусе размещена паросиловая установка - 4 /пусковая установка/, а в подводных корпусах емкости для пресной воды 5, ГЛАВНЫЕ СИЛОВЫЕ УСТАНОВКИ 6, электродвигатели 7, соединенные с гребными винтами 8. / см. В.А. Ильин. "Суда завтрашнего дня". Знание, Транспорт, 7/1977, стр.49-52.

ГЛАВНАЯ СИЛОВАЯ УСТАНОВКА показана на фиг.3. Она выполнена комбинированной и включает два силовых блока - термодиссоционную газотурбинную установку 9 и паротурбинную установку 10, укрепленные на общем валу 11, соединенном с электрогенератором 12, в которой в качестве ЭНЕРГОНОСИТЕЛЯ используется ВОДА, запасенная в емкости 5.

Термодиссоционная газотурбинная установка 9 служит для получения ПОЛЕЗНОЙ МОЩНОСТИ на валу 11 и - электрогенераторе 12 и ИСТОЧНИКА ЭНЕРГИИ - ВОДОРОДА и КИСЛОРОДА.

Паротурбинная установка 10 служит для получения второй ПОЛЕЗНОЙ МОЩНОСТИ на валу 11 и электрогенераторе 12 за счет сгорания ВОДОРОДА в КИСЛОРОДЕ.

Термодиссоционная газотурбинная установка 9 содержит плазмохимические НАГРЕВАТЕЛИ 13 /плазмотроны косвенного действия/ ВОДЯНОГО ПАРА, имеющего высокие параметры температуры и давления, соединенные с одной стороны с РЕАКТОРАМИ 14, выполненные из керамического материала, например, нитрида кремния, с расположенными на них ИНДУКТОРАМИ 15, выполненные в виде соленоида из медных труб, а с другой стороны они соединены с помощью клапанных механизмов 16 с коллектором пара 17.

Реакторы 14, расположенные равномерно по окружности, соединены с расширяюшимися соплами 18 и цилиндрами 19 ВОЛНОВЫХ КОМПРЕССОРОВ, подсоединенные к ГАЗОВОЙ ТУРБИНЕ 20, имеющей выпускной патрубок 21 для выпуска отработанных ВОДОРОДА и КИСЛОРОДА с температурой 500-550°C в парогенератор 22. Реакторы 14 и ВОЛНОВЫЕ КОМПРЕССОРЫ имеют рубашки 23 и 24 для циркуляции и охлаждения стенок реакторов 14 водой, а стенок ВОЛНОВЫХ КОМПРЕССОРОВ жидкометаллическим теплоносителем, например ЛИТИЕМ или НАТРИЕМ или другими жидкими металлами / см. Б.А. Артамонов. "Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов", т.2, М.: Высшая школа, 1983 г., стр.69-90 /1/, Г.А. Либенсон. "Основы порошковой металлургии". М.: Металлургия, 1987 г., стр.189-190, /2/, Е.Б. Пасхин. "Современные тенденции в конструкции легковых автомобилей". Знание, М.: Транспорт, 1985/4, стр.20 /3/, Б.Н. Голубков. "Теплотехническое оборудование и теплоснабжение промышленных предприятий". М.: Энергия, 1979 г., стр.67-68 /4/.

На цилиндрах 19 установлены форсунки 25 для впрыскивания воды или жидкого металла, например лития.

На фиг.4 в большом масштабе показана конструкция плазмохимических НАГРЕВАТЕЛЕЙ 13, установленных под углом к оси реактора 14, при этом их может быть ДВА, как показано на чертеже или больше.

Назначение плазмохимических нагревателей заключается в нагреве водяного пара до температуры превышавшей 2000°C, с осуществлением небольшой термической диссоциации его на ВОДОРОД и КИСЛОРОД, не превышаюшей 2% / см. Н.Л. Глинка. "Общая химия". Л.: "ХИМИЯ", 1980 г., стр.211 /5/, однако с возможностью регулирования этой температуры.

Плазмохимический нагреватель 13 содержит корпус 26 с рубашкой 27 для циркуляции и охлаждения корпуса жидким металлом - литием, натрием или другими жидкометаллическими теплоносителями. В корпусе по оси установлен электрод - КАТОД 28, укрепленный в слое электроизоляции в крышке 29. КАТОД с помощью шины 30 подсоединен к источнику питания постоянного тока /не показанному на чертеже/. Колпак 31. Корпус 26 через прокладку крепится на устройстве, содержащем СОПЛО-АНОД 32 и рубашку с патрубком 33 для входа охлаждавшей жидкости - жидкого металла. Выход его через отверстие 34 с патрубком /не показанным на чертеже/.

Клапанный механизм 16 содержит корпус 35, внутри которого с небольшим расстоянием от его стенок размещен цилиндр 36, имеющий окна 37 для входа пара. Патрубок 38 служит для входа пара от коллектора 17. В цилиндре 36 скользит трубчатый ползун 39 - впускной клапан, в стенках которого выполнены окна 40. Клапан имеет ограничитель 41 с размещенной между ним и корпусом пружины 42.

Форсунка 43 служит для впрыскивания легкоионизирующей присадки - натрия, калия или других щелочных металлов в количестве около 1% от веса пара / см. В.И. Крутов. "Техническая термодинамика". М.: Высшая школа, 1971 г., стр.447-448 /6/. Патрубки 44 и 45 служат для входа и выхода охлаждавшей жидкости. Подключение АНОДА к источнику питания постоянного тока через клемму 46.

Кольцевой индуктор 15 подключен к источнику питания, содержащему генератор высокий частоты 47 /машинный или ламповый/ А. Артамонов. "Размерная электрическая обработка металлов." М.: Высшая школа, 1978 г., стр.50-52 /7/, конденсаторную батарею 48, компенсирующую низкий коэффициент мощности индуктора /см.4, стр.67-68/.

Паротурбинная установка 10, содержит осевой компрессор 49 /или центробежный или два компрессора - осевой и центробежный/, соединенный с помощью удлиненных патрубков 50 с камерами сгорания 51, последовательно соединенными с расширявшимися соплами 52, цилиндрами 53 ВОЛНОВЫХ КОМПРЕССОРОВ и с ПАРОВОЙ ТУРБИНОЙ 54, имевшей выпускной патрубок 55, соединенный с конденсатором 56. Форсунка 57 для воспламенения газа. ГЛАВНАЯ СИЛОВАЯ УСТАНОВКА 6 имеет ДВА парогенератора 22 и 58.

Первый парогенератор работает за счет ТЕПЛА отработанных ВОДОРОДА и КИСЛОРОДА, имеющих температуру околов 500-550°C с подачей пара высокой температуры около 400-450°С и давления около 12 кг/см2 в плазмохимические НАГРЕВАТЕЛИ 13 /см. В.В. Сумков ."Техническая термодинамика". М.-Л.: "Энергоиздат", 1960 г., стр.352-353 /8/ по паропроводу 59. Вода в парогенератор поступает из емкости пресной воды 5. Отработанные в парогенераторе ВОДОРОД и КИСЛОРОД окончательно охлаждаются в холодильнике 60, с температуры 160°C до температуры 20°C /см. И.И. Кириллов. "Газовые турбины и газотурбинные установки". Машгиз, М. 1956 г., стр.251 /9/. и всасывается через патрубок 61 в осевой компрессор 49 паротурбинной установки 10.

Второй парогенератор 58 работает за счет циркуляции в нем охлаждающей жидкости - жидкого металла - натрия или лития, поступающих в него с помощью насосов 62 и 63, а также смесительных камер 64 и 65 из систем охлаждения стенок расширявшихся сопел 18 и цилиндров 19 ВОЛНОВЫХ КОМПРЕССОРОВ термодиссоционной газотурбинной установки 9 с температурой около 580°C, что позволяет перейти на существенно более высокие параметры в энергетическом пароводяном контуре и из системы охлаждения стенок камер сгорания 51, патрубков 50, расширяющихся сопел 52 и цилиндров 53 ВОЛНОВЫХ КОМПРЕССОРОВ паротурбинной установки 10. Вместе с тем нагретый до 580°C жидкий металл поступает в него и из системы охлаждения ПЛАЗМОХИМИЧЕСКИХ НАГРЕВАТЕЛЕЙ 13.

Высокая температура жидкометаллического теплоносителя в парогенераторе 58 обеспечивает получение перед турбиной 66 пара с температурой 540°C, давление 140 атм. /см. В.Б. Козлов. "Жидкие металлы в технической физике". Знание, Физика, 4/1974 г., стр.34 /10/. При этом за счет работы паровой турбины 66, соединенной с электрогенератором 67 вырабатывается ПОЛЕЗНАЯ МОЩНОСТЬ N3, которая в виде электроэнергии направляется на электрощит 68, на который также поступает электроэнергия от электрогенератора 12, вырабатывающего электрическую энергии за счет работы ГАЗОВОЙ турбины 20 мощностью и ПАРОВОЙ турбины 54 мощностью .

Суммарная электрическая мощность на электрощите 68 равна сумме мощностей 3-х установок: .

Кроме того за счет работы парогенератора 22, обеспечивающего паром с высокими параметрами температуры и давления плазмохимические НАГРЕВАТЕЛИ 13 генерируется ТЕПЛОВАЯ МОЩНОСТЬ, за счет которой существенно увеличивается мощность ГАЗОВОЙ турбины 20 и одновременно значительно снижается расход электроэнергии на плазмохимические НАГРЕВАТЕЛИ 13.

Паросиловая установка 4 /пусковая установка/ содержит паровые котлы 69, паровую турбину 70, соединенную электрогенератором 71. Один из котлов соединен паропроводом 72 с паропроводом 59 ГЛАВНОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ 6. Пуск установки 6 осуществляется с помощью работы пусковой паросиловой установки 4.

На фиг.5 показана форсунка 57, служащая для воспламенения в камерах сгорания 51 сжатой смеси газов - ВОДОРОДА и КИСЛОРОДА.

Она содержит корпус 73 с патрубками 74 и 75 и взрывной камерой 76.

Внутри корпуса в слое электроизоляционного материала расположены цилиндрические каналы 77 и 78, соединенные с патрубками, при этом цилиндрические каналы с одной стороны имеют сопла 79 и 80, направленные под углом друг к другу, а с другой электроды 81 и 82, подключенные к генератору импульсов /ГИ/, содержащему конденсатор 83, резистор /сопротивление/ 84, источник постоянного тока 85 /или выпрямитель/. Электроизоляционный материал 86.

Работает форсунка следующим образом /см. патенты №2387737, №2402630/. От насосов /не показанных на чертеже/ через патрубки 74 и 75 подается электропроводная жидкость в виде концентрированного водного раствора сильного электролита на основе кислот или солей, основания ИЛИ суспензия раствора электролита и порошка /пудры/ графита или металла /меди, алюминия/. Размер частиц порошка до 40 мкм, электролит с удельной электропроводностью 40-70 См.м^-1. В это время генератор импульсов 83, 84, 85 включен. Электропроводная жидкость в соплах 79 и 80 формируется в виде струй 87 и 88, которые в зоне 89 сталкиваются между собой и замыкают разрядную цепь генератора импульсов, при этом разрядный ток с конденсатора 83 большой силы разряжается на струи диаметром - 0.087-0,2 мм, нагревает их с осуществлением ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ВЗРЫВА струй, температура которого может достигать /2-5/×104К /см.1, стр.72, 100-103/, а также патенты №2386825, №2387582/.

Для воспламенения смеси ВОДОРОДА и КИСЛОРОДА в камерах сгорания 51 паротурбинной установки температура электрического взрыва струй 87, 88 поддерживается на уровне до 10000°C, при этом водный раствор электролита струй термически диссоциирует на водород и кислород /гремучий газ/. Продукты электрического взрыва в виде водорода, кислорода и осколков электролита под большим давлением выходят через отверстия /сопла/ 90, выполненные в днище 91, и в виде ФАКЕЛОВ с высокой температурой воспламеняют смесь ВОДОРОДА и КИСЛОРОДА в камерах сгорания 51.

Следующие повторные электрические взрывы струй 87-88 осуществляются за счет давления насосов, подающих электропроводную жидкость через патрубки 74 и 75 с частотой, превращающей 100 цик/сек, при этом струи 87-88 выполняют одновременно функции РАЗРЯДНИКА, при контакте которых в зоне 89 конденсатор 83 /конденсаторная батарея/ разряжается на них, а энергия электрического взрыва зависит от энергии, запасенной в конденсаторе. A=CU2/2 /см.7, стр.50/.

На фиг.6 показана конструкция плазмохимических нагревателей 13, размещенных в одном блоке 92, в котором может быть ДВА, ЧЕТЫРЕ или более нагревателей, при этом сопла-АНОДЫ 93 также расположены в одном блоке 94, имеющем рубашку с патрубком 95 для входа охлаждающей жидкости - жидкого металла - лития или натрия. КАТОДЫ 96, выполненные в виде заостренных стержней из вольфрама, установлены в корпусах 97, имеющих рубашку с патрубком 98 для входа охлаждающей жидкости - жидкого металла. Коллектор 99 охватывает снаружи все корпуса с отверстиями 100 для входа в них пара. Подача пара с высокими параметрами температуры и давления осуществляется с помощью клапанного механизма 16. Пар поступает в него по патрубку 101.

Привод в клапанном механизме трубчатого ползуна 39, с помощью которого обеспечивается подача пара в коллектор, осуществляется с помощью соленоида 102, якорь которого 103 воздействует на коромысло 104, размещенного шарнирно на опоре 105. Клемма 106 служит для подключения АНОДА к источнику питания /не показанному на чертеже/, так же как и шина 107.

Для увеличения срока службы КАТОДОВ они могут выполняться по фиг.7 с центральным каналом 108 и тонкими каналами 109. При этом по каналу 108 нагнетается жидкость, например, вода или щелочной металл - натрий, которая продавливается через каналы 109 и испаряется на поверхности острия КАТОДА, обеспечивая значительное снижение температуры.

На фиг.8 показано еще одно устройство КАТОДА, выполненного пустотелым с центральной перегородкой 110 и окном 111 для прохода охлаждающей жидкости.

Работает ГЛАВНАЯ СИЛОВАЯ УСТАНОВКА 6 следующим образом.

Сначала запускается паросиловая установка 4. Начинают работать паровые котлы 69 и паровая турбина 70 с электрогенератором 71. Задвижка 112 закрыта. Задвижка 113 открывается и водяной пар с высокими параметрами температуры, около 450°C и P≈12-16 кг/см2 из котлов 69 по паропроводам 72 и 59 поступает в коллектор 17 ГЛАВНОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ, а из него в клапанные механизмы 16 плазмохимических нагревателей 13. Включаются с помощью электронной системы главной силовой установки впускные клапаны - трубчатые ползуны 39, заглушенные с одной стороны, привод которых осуществляется с помощью механизмов-соленоидов 102 и коромысел 104 /см. фиг.6/, при этом окна 40 трубчатых ползунов совмещаются с окнами 37 цилиндров 36 и пар поступает в корпуса 26 плазмохимических нагревателей 13. Одновременно включается источник 71 питания постоянного тока, с подачей его на КАТОДЫ 28 и СОПЛА-АНОДЫ 32, с образованием электрических дуговых разрядов, с помощью которых осуществляется НАГРЕВ протекающего пара до температуры превышающей 2000°C. При этом пар, начиная c температуры 1000°C, разлагается на водород и кислород в объеме до 2% /см.5, стр.211/ и ионизируется вытекая в реакторы 14.

Для увеличения степени ионизации в корпуса 26 с помощью форсунок 43 впрыскивается легкоионизирующаяся присадка /K, Na и др./ в количестве около 1% от веса пара, что значительно увеличивает электропроводность ПАРА вместе с полученными газами - водородом и кислородом /см.6, стр.447-448/. Образующаяся низкотемпературная ПЛАЗМА в плазмохимических нагревателях 13 поступает из них в реакторы 14, где с помощью индукционного нагрева водяной пар окончательно разлагается при температуре превышающей 2500°C на ВОДОРОД и КИСЛОРОД, имеющие высокую температуру и высокое давление.

Индукторы 15, выполненные в виде соленоидов /спиральных катушек/ из медных труб, охлаждаются прокачкой через них воды, так же как и стенки реакторов 14 охлаждаются водой, выполненные из керамического материала, например, нитрида кремния, показавшего высокую эксплуатационную надежность при работе японского образца керамического поршневого двигателя /см. 3, стр.20/.

Сущность индукционного нагрева на основе токов высокой частоты, генерируемых в ГЛАВНОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКЕ с помощью генераторов 47, состоит в том, что переменное магнитное поле в спиральной катушке 15, вызванное током высокой частоты, возбуждает переменное магнитное поле в нагреваемом теле - низкотемпературной плазме, поступающей в реакторы 14 с температурой превышающей 2000°C. При этом в нем индуцируется электродвижущая сила /эдс/, вызывающая появление электрического тока. Тепловая энергия, выделяемая этим током, нагревает низкотемпературную плазму /проводник/, с окончательным разложением водяного пара на ВОДОРОД и КИСЛОРОД при температуре превышающей 2500°C /см. 4, стр.67 и Г. Мучник. "Новые методы преобразования энергии". Знание, Техника, 1984/4, стр.47 /11/.

Впрыскивание легкоионизирующей присадки в корпуса 26 плазмохимических нагревателей 13 - форсунки 43 может осуществляться с помощью форсунок, по фиг.5 с электрическими взрывами струй 87 и 88 из жидкого металла - натрия, калия и др., выполненные без днищ 91, или обычными форсунками для впрыскивания жидкости, применяемыми, например, в двигателях /дизелях/.

Окончательное разложение водяного пара на ВОДОРОД и КИСЛОРОД в реакторах 14 при температуре превышающей 2500°C и давлении около 30-40 кг/см2 /см. 8, стр.24-25/, обеспечивает получение продуктов термической диссоциации с высокими параметрами температуры и давления, которые РАСШИРЯЮТСЯ в соплах 18 и цилиндрах 19 ВОЛНОВЫХ КОМПРЕССОРОВ с понижением температуры перед ГАЗОВОЙ турбиной 20 до 700-900°C, нормальной для работы лопаток турбины без охлаждения.

Впускные клапаны 39 /трубчатые ползуны/ снова включаются с частотой 100 цикл/сек и более и следующие порции пара, а затем продукты диссоциации его в виде РАСКАЛЕННЫХ ВОДОРОДА и КИСЛОРОДА выходят из реакторов 14 с высокой температурой превышающей 2500°C и высоком давлении "P", расширяются в соплах 18 и цилиндрах 19 ВОЛНОВЫХ КОМПРЕССОРОВ подобно "поршням", сжимают впереди себя остаточный от предыдущего цикла газ - те же ВОДОРОД и КИСЛОРОД, до давления "p" и разгоняют его в цилиндрах 19 до скорости V м/с, при этом температура сжатых газов увеличивается незначительно - в пределах 700-900°C, с которой ВОДОРОД и КИСЛОРОД поступают на газовую турбину 20, расширяются на ней с понижением давления от "p" до p₁ и реализацией скорости V м/c до U м/с, температуры за ней до 500-550°C и получением ПОЛЕЗНОЙ МОЩНОСТИ .

Отработанные ВОДОРОД и КИСЛОРОД с температурой 500-550°C по трубопроводу направляются в парогенератор 22, нагревают и испаряют в нем воду, поступающую в него из емкости пресной воды 5, с генерацией пара с температурой около 400-450°C, давление около 12 кг/см2. Водяной пар с высокими параметрами температуры и давления подготовлен для подачи его по паропроводу 112 в коллектор 17.

Отработанные ВОДОРОД и КИСЛОРОД в парогенераторе 22 направляются в холодильник 60, в котором окончательно охлаждаются с температурой 160°C до температуры 20°C и всасываются осевым компрессором 49 в паротурбинную установку 10. Охлаждение забортной водой.

Сжатые в осевом компрессоре газы - ВОДОРОД и КИСЛОРОД /гремучий газ/ поступают в камеры сгорания 51, воспламеняются форсунками 57, сгорают при температуре около 2800°C /см. 5, стр.345-346/, а продукты сгорания РАСШИРЯЮТСЯ подобно "поршням" в расширяющихся соплах 52 и цилиндрах 53 ВОЛНОВЫХ КОМПРЕССОРОВ, с понижением температуры перед паровой турбиной 54 до 700-900°C - нормальной для работы лопаток турбины без охлаждения. Вместе с тем продукты сгорания расширяются и в сторону осевого компрессора, сжимают в удлиненных патрубках 50 движущие им навстречу газы - ВОДОРОД и КИСЛОРОД, которые после снижения давления продуктов сгорания снова расширяются в сторону камер сгорания, благодаря чему обеспечивается защита лопаток осевого компрессора от прорыва раскаленных продуктов сгорания /см. "Основы газовой динамики", 1963 г., редактор Эммонс, раздел "Волновые "машины" /12/. Снова из компрессора 49 сжатые ВОДОРОД и КИСЛОРОД поступают в камеры сгорания 51 и воспламеняются с помощью форсунок 57 с частотой 100 цикл/сек и более, а продукты сгорания с высокой температурой и давлением РАСШИРЯЮТСЯ подобно поршням в соплах 52 и цилиндрах 53, сжимая до давления "P" и разгоняя до скорости V м/c остаточные от предыдущего цикла продукты сгорания в виде ПАРА, которые с температурой 700-900°C, давлением "P" и скоростью V м/c поступают на паровую турбину 54 и расширяются в ней с понижением давления до p₁, скорости до U м/с, температуры около 80°C за счет выпуска отработанного пара в конденсатор 56 с давлением p=0,04 кг/см2 /см. 8, стр.309-310/, при этом КОНДЕНСАТ через патрубок 114 сбрасывается в море и повторно в рабочих процессах ГЛАВНОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ 6 не участвует, при этом получаемая мощность на паровой турбине 54 .

Для работы форсунок 57 используются плунжерные насосы, нагнетающие электропроводную жидкость в патрубки форсунок 74 и 75 с частотой 100 циклов в секунду и более.

Суммарная мощность ДВУХ установок - термодиссоционной газотурбинной 9 и паротурбинной 10 - равна вала 11 и электрогенератора 12,направляемой на электрощит 68.

Во время пуска ГЛАВНОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ и прогрева всех ее систем начинает работать и парогенератор 58 за счет циркуляции в нем охлаждающей жидкости - жидкого металла из систем охлаждения стенок расширяющихся сопел 18 и цилиндров 19 ВОЛНОВЫХ КОМПРЕССОРОВ термодиссоционной газотурбинной установки 9 с температурой около 580°С и из системы охлаждения стенок удлиненных патрубков 50, камер сгорания 51, расширяющихся сопел 52 и цилиндров 53 ВОЛНОВЫХ КОМПРЕССОРОВ паротурбинной установки 10 с температурой около 580°С, а также из системы охлаждения ПЛАЗМОХИМИЧЕСКИХ НАГРЕВАТЕЛЕЙ 13. При этом генерируется водяной пар с температурой 540°С и давлением 140 атм, что позволяет перейти на существенно более высокие параметры в энергетическом пароводяном контуре с работой паровой турбины 66 и электрогенератора 67 и генерацией ими ПОЛЕЗНОЙ МОЩНОСТИ N₃, направляемой на электрощит 68. Суммарная электрическая мощность на электрощите 68 равна сумме мощностей 3-х установок .

Таким образом все системы ГЛАВНОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ начинают работать в рабочем режиме, благодаря чему пусковая паросиловая установка 4 отключается путем закрытия задвижки 113 и открытия на паропроводе 59 задвижки 112, с генерацией от электрощита 68 энергии на электродвигатель 7, вращающий гребной винт 8 для движения СУДНА с малой площадью ватерлинии, работающего на ВОДОРОДНОМ ТОПЛИВЕ.

При этом часть электрической энергии с электрощита 68 отбирается для работы плазмохимических нагревателей 13 и реакторов 14, а также для работы насосов для перекачки жидкометаллического теплоносителя - поз. 62, 63 в системах охлаждения установок 9 и 10 и парогенератора 58 и другие цели.

Немалое значение в рабочем процессе термодиссоционной газотурбинной установки 9 имеет работа парогенератора 22 на отработанных ВОДОРОДЕ и КИСЛОРОДЕ, обеспечивающего установку ПАРОМ с высокими параметрами температуры и давления, благодаря чему существенно увеличивается МОЩНОСТЬ газовой турбины 20 и значительно снижается расход электроэнергии на ТЕРМИЧЕСКУЮ ДИССОЦИАЦИЮ ВОДЯНОГО ПАРА в плазмохимических нагревателях 13 и реакторах 14.

Известно, что "если образовавшиеся при высокой температуре продукты диссоциации быстро охладить, то равновесие не успевает сразу сместиться, а затем уже не смещается ввиду крайне малой скорости реакции при низкой температуре. Таким образом сохраняется соотношение между веществами, существовавшее при высокой температуре" /см. 5, стр.211-212/. В рассматриваемой установке 9 - термодиссоционной газотурбинной быстрое охлаждение продуктов диссоциации - ВОДОРОДА и КИСЛОРОДА осуществляется за счет их быстрого расширения в соплах 18, цилиндрах 19 ВОЛНОВЫХ КОМПРЕССОРОВ и на ГАЗОВОЙ турбине 20, с понижением температуры газов за газовой турбиной до 500-550°C, при которой ВОДОРОД с КИСЛОРОДОМ практически не взаимодействуют /см. 5, стр.345-346/.

Дополнительным методом сохранения соотношения между веществами, существовавшее при высокой температуре служит метод впрыскивания ВОДЫ с ЖИДКОГО МЕТАЛЛА, например лития, в продукты диссоциации с помощью форсунок 25, установленные в цилиндрах 19 ВОЛНОВЫХ КОМПРЕССОРОВ.

При этом впрыскивание жидкости-воды или жидкого металла для осуществления быстрого охлаждения газов - ВОДОРОДА и КИСЛОРОДА и сохранения соотношения между веществами существовавшее при высокой температуре, осуществляется в зонах пониженной температуры газов в цилиндрах 19.

Вместе с тем необходимость впрыскивания воды или жидкого металла устанавливается только экспериментальным путем.

Реакторы 14, выполненные из керамического материала, например нитрида кремния, так же как и индукторы 15, выполненные в виде соленоидов из медных труб, охлаждаются водой с помощью насоса 115, причем дистиллированной, во избежание ее нагрева током высокой частоты. Для снижения потерь тепловой энергии нагретая вода по патрубку 116 и трубопроводам /не показаны на чертеже/ используется для подогрева пресной воды в емкости 5.

Особенности конструкции и работы ГЛАВНОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ.

В этой установке применение ВОЛНОВЫХ КОМПРЕССОРОВ, размещенных в термодиссоционной газотурбинной между реакторами 14, в которых достигается окончательное разложение водяного пара на ВОДОРОД и КИСЛОРОД с температурой превышающей 2500°C и высоким давлением, и ГАЗОВОЙ турбиной 20 позволяет осуществлять следующее:

- сжатие остаточного газа - ВОДОРОДА и КИСЛОРОДА до давления "P" с разгоном его до скорости V м/с в расширяющихся соплах 18 и цилиндрах 19 продуктами термической диссоциации водяного пара - теми же ВОДОРОДОМ и КИСЛОРОДОМ, имеющими высокую температуру превышающую 2500°C и высокое давление, с понижением температуры до 700-900°C перед ГАЗОВОЙ турбиной, что обеспечивает ее нормальную работу без охлаждения лопаток.

Для уменьшения длины цилиндров 19 ГАЗОВАЯ турбина может выполняться с охлаждением, при этом температура газов перед ней около 1400-1600 К /см. О.К. Югов "Согласование характеристик САМОЛЕТА и ДВИГАТЕЛЯ". М. Машиностроение, 1980 г., стр. 48-49 /13/. Сжатые газы - ВОДОРОД и КИСЛОРОД с этими параметрами расширяются на газовой турбине до температуры 500-550°С, с получением полезной мощности . При этом достигается реализация высокого температурного перепада с Т₁=2500°С до Т₂=500-550°С и получение высокого КПД термодиссоционной газотурбинной установки 9, превышающего 50%.

Вместе с тем обеспечивается выравнивание давления газов и их скорости перед входом в ГАЗОВУЮ турбину, причем газов - ВОДОРОДА и КИСЛОРОДА с большой массой в длинных цилиндрах 19 ВОЛНОВЫХ КОМПРЕССОРОВ, благодаря чему достигается высокий кпд самой ГАЗОВОЙ турбины за счет значительного снижения потерь кинетической энергии за рабочим колесом и незначительным изменением углов атаки при обтекании газами рабочих лопаток /см. 9. стр. 63, 70-71/.

В ВОЛНОВОМ КОМПРЕССОРЕ 18, 19 один газ "А" - продукты диссоциации водяного пара - ВОДОРОД и КИСЛОРОД с высокой температурой и давлением РАСШИРЯЮТСЯ в соплах 18 и цилиндрах 19 и сжимают другой газ "В" - те же ВОДОРОД и КИСЛОРОД, при этом сжатые газы до давления "Р" имеют большой объем и массу, но невысокую скорость V м/с, что обеспечивает при обтекании ими рабочих лопаток ГАЗОВОЙ турбины достижение высокого кпд самой турбины /см. 12, раздел "Волновые машины"/.

Ту же конструкцию имеют ВОЛНОВЫЕ КОМПРЕССОРЫ 52, 53 паротурбинной установки 10, благодаря чему обеспечивается получение высокого эффективного КПД ГЛАВНОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ и надежность ее работы на новом энергоносителе - ВОДЕ /см. патент №2386825 от 20.04.2010 г/. Для справки. Известной волновой машиной является, например, установка "КОМПРЕКС" швейцарской фирмы "Броун Бовери", служащая для сжатия воздуха в газотурбинной установке с помощью отработанных газов.

На стр. 12 описания сказано, что "конденсат сбрасывается в море и повторно в рабочих процессах ГЛАВНОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ не участвует". Следует учитывать, что ВОДА получается после охлаждения пара в известных паросиловых установках, например, на ТЭС, ТЭЦ и др., работающих совершенно по другому принципу.

Вместе с тем известно, что вода H₂O - это смесь 18 различных веществ, с учетом наличия в ней изотопов водорода и кислорода, при этом в ней в небольших количествах находятся: тяжелая вода Д₂О и сверхтяжелая вода T₂O. Кроме того не только тепловые свойства воды необычны, механические и электрические особенности также, способствуют репутации воды как самой НЕОБЫЧНОЙ СУБСТАНЦИИ ВСЕЛЕННОЙ / см. М.Л. Белая, В.Г. Левадный. "Молекулярная структура воды", Знание, Физика, М. 1987/11, стр.5, 9 /14/.

Отметим, что применение комбинированной конструкции для термического разложения воды в плазмохимических нагревателях 13 и реакторах 14 с индукционным нагревом низкотемпературной плазмы-смеси паров воды, ионизированных газов-ВОДОРОДА и КИСЛОРОДА и легкоионизирущей присадки в виде натрия или калия, поступающих в реакторы с частотой 100 цикл/сек и более, снижает КПД получения ВОДОРОДА и КИСЛОРОДА с высокими параметрами температуры превышающей 2500°C и высоким давлением. Однако в целях эффективной стабилизации дуговых разрядов между КАТОДАМИ 28 и СОПЛАМИ-АНОДАМИ 32 и снижения напряжения при температуре пара Т≥2000°C применена данная схема.

Вместе с тем параметры напряжения дуговых разрядов при тех или иных параметрах ПАРА в плазмохимических нагревателях 13, процессы протекания их могут устанавливаться только экспериментальным путем, при этом ГЛАВНАЯ СИЛОВАЯ УСТАНОВКА может работать так же, как с комбинированной конструкцией - плазмохимические нагреватели 13 и реакторы 14, так и только с плазмохимическими нагревателями /плазмохимическими реакторами 13/, в которых осуществляется полное разложение водяного пара в соплах-АНОДАХ 32 с получением ВОДОРОДА и КИСЛОРОДА при температуре превышающей 2500°C и высоком давлении, с накоплением их в цилиндрах, подобных реакторам 14, соединенных с расширяющимися соплами 18 и цилиндрами 19 ВОЛНОВЫХ КОМПРЕССОРОВ.

Таким образом ГЛАВНАЯ СИЛОВАЯ УСТАНОВКА может работать по двум ВАРИАНТАМ конструкции устройств для термического разложения или термической диссоциации водяного пара с получением ВОДОРОДА и КИСЛОРОДА, с высокими параметрами температуры превышающей 2500°C и высоким давлением. Рубашка 117 системы охлаждения паротурбинной установки, конденсатор 118 паротурбинной установки 66, 67.

Судно с малой площадью ватерлинии на водородном топливе, в котором ВОДА является энергоносителем для работы ГЛАВНОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ при внедрении имеет ряд преимуществ перед судами на углеводородном топливе и атомной энергии.

Во-первых, достигается чистота атмосферы, из-за отсутствия дымовых газов, которые в больших объемах выпускаются в атмосферу судами на углеводородном топливе.

Во-вторых, достигается огромная экономия материальных и денежных ресурсов, так как ВОДА имеет значительно меньшую стоимость и легко доступна по сравнению с нефтью и ядерным топливом - ураном.

Суда с малой площадью ватерлинии на водородном топливе могут использоваться на реках, озерах, морях и океанах, благодаря чему обеспечивается освоение ранее недоступных районов земли. Ведь пресную воду можно получать для работы ГЛАВНЫХ СИЛОВЫХ УСТАНОВОК на опреснительных установках. При этом эти установки устанавливаются на судах с малой площадью ватерлинии.

Вторым важным направлением использования ГЛАВНЫХ СИЛОВЫХ УСТАНОВОК судов с малой площадью ватерлинии, является применение их для генерирования ВОДОРОДА и КИСЛОРОДА /гремучего газа/ с помощью работы только термодиссоционной газотурбинной установки 9, при этом отработанные ВОДОРОД и КИСЛОРОД из холодильника 60 направляются не в паротурбинную установку 10, а потребителям гремучего газа, который менее взрывоопасен, чем природный газ метан, для использования в коммунальном хозяйстве, промышленности, сельском хозяйстве и многих других отраслях экономики.

Новая ГЛАВНАЯ СИЛОВАЯ УСТАНОВКА относительно проста по конструкции, а отдельные ее узлы: плазмохимические нагреватели 13 /плазмотроны/, реакторы, турбины, камеры сгорания, компрессоры давно освоены промышленностью и поэтому имеют невысокую стоимость.

Широкое применение ГЛАВНЫХ СИЛОВЫХ УСТАНОВОК судов с малой площадью ватерлинии позволит постепенно вытеснить суда на атомной энергии и углеводородном топливе, при этом обеспечивается рождение и всплеск новых технологий в различных областях экономики:

- в круглогодичном выращивании и изготовлении продуктов питания стратегического продукта людей с помощью широкого строительства тепличных хозяйств, в том числе с многоэтажными теплицами-небоскребами,

- осуществление перевода всего пассажирского транспорта городов и сел на электрическую энергию, в том числе и грузового и легкового транспорта,

- в строительстве путем изготовления домов из пластмассы.