плазменно-реактивный двигатель. Двигатель на ацетилене


Двигатель внутреннего сгорания на ацетилене : Механика и Техника

alexrey036: Что проще и дешевле- всегда нужно подсчитывать для каждой конкретной ситуации отдельно!Газификация же угля,на мой взгляд, направление очень интересное,но,как представляется,не получившее достаточно полного дальнейшего научно-технологического развития из-за окрытия богатейших месторождений относительно дешевого природного газа.Уверен,что если бы изобильные месторождения дешевого природного газа не были бы обнаружены,то газификация угля последние несколько десятилетий сделала бы огромный технологический скачок,что ,всего вероятнее,решило бы кардинальным образом и вопрос себестоимости получаемого газификацией топлива.В общем,если бы промышленные газовые месторождения запоздали с их открытием лет этак на 60-80,то ,возможно,вряд ли их имело экономический смысл сегодня так широко эксплуатировать то . Убежден,что страны с мощной экономикой,имеющие достаточно своего угля,но не имеющие достаточно газа и нефти (такие,например,как Китай,США,Канада,Индия,Бразилия,Германия) вполне смогут,объединив свои научно-технические ресурсы,решить вопрос производства дешевого искусственного газообразного и жидкого топлива из своих углей,торфов,сланцев за какие-нибудь 10-15 лет! Было бы желание и финансирование,а наука ,при этом,может почти все!

Добавлено спустя 9 минут 3 секунды:

barga44: Остается нам всем порадоваться за Канаду и позавидовать канадцам! Ведь проблема мусора, оказывается, там решена полностью,в то время,как в России сегодня она решена полностью видимо только на моем приусадебном участке,а частично, еще в пяти -десяти крупных городах страны...

Добавлено спустя 17 минут 33 секунды:

Zai: Говорите 4100 руб за тонну кокса?! Если сравнивать с бензином(с розничной ценой в пересчете на тонны),то это примерно в семь с лишним раз дешевле бензина получается! С учетом же сравнения теплотворных способностей бензина и кокса,все равно, получается дешевле бензина аж в пять раз! Стоит право задуматься-а не возвратиться ли к истокам автомобилезации,когда первые самобеглые экипажи двигал пар,полученный теплом из угля!

dxdy.ru

ракетное топливо для жидкостных ракетных двигателей - патент РФ 2442904

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно - к ракетному топливу для жидкостных ракетных двигателей. Ракетное топливо для жидкостных ракетных двигателей, состоящее из жидкого окислителя, предпочтительнее жидкого кислорода, и горючего в виде раствора горючего компонента в жидком аммиаке, согласно изобретению, в качестве горючего компонента применен ацетилен, при этом концентрация раствора ацетилена в жидком аммиаке составляет от 40% до 90% по массе. Изобретение обеспечивает повышение удельного импульса тяги двигателей на 15-25 кгс·с/кг. 1 ил., 1 табл.

Рисунки к патенту РФ 2442904

Область применения

Предлагаемое техническое решение относится к области ракетной техники, а именно - к ракетному топливу для жидкостных ракетных двигателей.

Предшествующий уровень техники

Широко известно, что в настоящее время наилучшим топливом для двигательных установок первых ступеней ракетоносителей является топливо, состоящее из жидкого кислорода и углеводородного горючего - керосина. Это топливо является эффективным топливом с достаточно высокой плотностью порядка 1 г/см3 и достаточно высоким удельным импульсом тяги, что позволяет достаточно эффективно решать существующие задачи, стоящие перед современными средствами выведения.

Однако в случае двигателей многоразового включения или многоразового использования проблемой является очистка топливных магистралей от остатков керосина. Для двигателей космических аппаратов проблемой является также возрастание вязкости при захолаживании керосина.

Известно также топливо для жидкостного ракетного двигателя, состоящее из углеводородного горючего, в качестве которого используется дициклобутил (C8h20) в паре с окислителем - жидким кислородом, которое позволило обеспечить увеличение удельного импульса тяги двигателей от 2 до 4,8 кгс·с/кг (см. патент RU № 2146334 МКИ F02K 9/42).

Недостатком этого топлива, токсичного и весьма дорогого, является относительно невысокий выигрыш в удельном импульсе тяги двигателя.

Известно также топливо для жидкостных ракетных двигателей с использованием в качестве углеводородного горючего 1-метил-1,2-дициклопропилциклопропана (C10h26) в паре с жидким окислителем - кислородом.

Использование этого топлива дает возможность получить большую плотность ракетного топлива по сравнению с топливами на основе керосина и дициклобутила, а также получить более высокий прирост удельного импульса. Однако его использование также ограничивается чрезмерно высокой стоимостью.

Известно применение в жидкостных ракетных двигателях топливной пары, включающей жидкий кислород и жидкий аммиак - см., например, стр.217 в книге «Теория ракетных двигателей» - авторы В.А.Алемасов, А.Ф.Дрегалин, А.П.Тишин, М.: Машиностроение, 1980. Недостатком этого топлива является невысокий удельный импульс тяги, получаемый при его использовании даже с высокоэффективным криогенным окислителем. Так, например, при использовании в жидкостном ракетном двигателе в качестве топлива жидкого аммиака и жидкого кислорода получают удельный импульс тяги в пустоте (Iп), равный 354,3 кгс·с/кг (при давлении в камере сгорания (pк), равном 100 МПа, степени расширения продуктов сгорания (J), равной 1000, и при коэффициенте избытка окислителя (Lок), равном 1,0).

Применение указанной топливной пары приводит к снижению удельного импульса тяги двигателя по сравнению с импульсом тяги, достигаемой в кислородно-керосиновом двигателе ~ до 10 кгс·с/кг. Однако из-за хороших теплосъемных свойств аммиака позволяет существенно повысить надежность работы двигателя. Кроме того, он дешев и широко освоен в химической промышленности,

Наиболее близким к заявляемому объекту является топливная пара, представляющая собой окислитель - жидкий кислород с горючим, представляющим раствор лития в жидком аммиаке (см. патент RU № 2133367 МПК F02K 9/00, 1999). Указанное горючее обладает высокой энергоэффективностью и надежностью подачи в камеру сгорания жидкостных ракетных двигателей, имеет низкую вязкость и высокую стабильность состава. Концентрация лития в аммиаке, как отмечено в описании к указанному патенту, может задаваться в широких пределах от долей процента (по массе) и выше, однако наиболее целесообразно применение в качестве горючего концентрированных растворов. Оценка величины удельного импульса тяги, который может быть получен при использовании этого горючего, показывает, как отмечается в описании указанного изобретения, что применение раствора лития в аммиаке в качестве горючего для ЖРД позволяет существенно - до 10-15% увеличить удельный импульс тяги по сравнению с удельным импульсом тяги, получаемой в качестве горючего аммиака (окислитель при этом используется один и тот же).

Недостатком такой топливной пары является опасность засорения магистралей и форсунок смесительных головок газогенератора и камеры сгорания двигателя, а также внутренней поверхности сопла камеры двигателя твердыми фрагментами окиси лития.

Раскрытие изобретения

Задачей предлагаемого технического решения является создание ракетного топлива, состоящего из жидкого окислителя - предпочтительно жидкого кислорода, и углеводородного горючего, позволяющего существенно повысить удельный импульс тяги кислородных двигателей.

Указанная задача решена за счет того, что в ракетном топливе для жидкостных ракетных двигателей, состоящем из жидкого окислителя, предпочтительнее из жидкого кислорода, и горючего - раствора горючего компонента в жидком аммиаке, в качестве горючего компонента применен ацетилен.

Другим отличием является то, что концентрация раствора ацетилена в жидком аммиаке составляет от 40% до 90% по массе, остальное - аммиак.

Технический результат состоит в том, что продукты сгорания предлагаемого горючего образуют летучие окислы (не имеющие твердых фрагментов) с высоким аэродинамическим качеством. При этом получаемый выигрыш в удельном импульсе тяги (от 15 до 25 кгс·с/кг) столь значителен, что соответствующие ракетные системы по массе выводимого полезного груза приближаются к кислородно-водородным двигателям. Это определяется существенно большей - 0,7 против 0,07 г/см3 - плотностью предлагаемого горючего, по сравнению с жидким водородом, что радикально снижает объем и массу ракетного бака.

Краткое описание графика

На чертеже представлен график зависимости расчетных значений удельного импульса тяги и массовых соотношений компонентов для кислородно-ацетилено-аммиачного топлива при различной относительной доле ацетилена и аммиака в топливе сравнительно с кислородно-керосиновым топливом.

Из графика видно, что сравнительно с кислородно-керосиновым топливом (кривая А) использование кислородно-ацетилено-аммиачной пары при различном содержании ацетилена относительно аммиака (кривая В) - 50 вес.%, 60 и 70 - дает значительный прирост удельного импульса тяги (~ на 20 кгс·с/кг) - от ~376 кгс·с/кг до ~397 кгс·с/кг.

В табл.1 для тех же значений проведено сравнение ряда важных для оценки ракетных ступеней характеристик современных топлив на основе кислорода и различных горючих - керосина (РГ-1), водорода и предлагаемого горючего 50/50, 60/40, 70/30.

При этом для полноты охвата возможных ситуаций соответствующие данные приведены для крайних значений геометрической степени расширения сопла r=6 и r=25, т.е. для двигателей бустерных и высотных ступеней ракет.

Таблица 1
ракетное топливо для жидкостных ракетных двигателей, патент № 2442904 Керосин РГ-1 Водород h3 Ац.-амм. 50/50Ац.-амм. 60/40Ац.-амм. 70/30
Kм горKм горKм гор
1,0 1,5 2,5
K мракетное топливо для жидкостных ракетных двигателей, патент № 2442904опт r=253,14 6,162,087 2,12902,1585
ракетное топливо для жидкостных ракетных двигателей, патент № 2442904у.пракетное топливо для жидкостных ракетных двигателей, патент № 2442904опт 1042,97365,97 876,38 868,97859,69
Jу.пракетное топливо для жидкостных ракетных двигателей, патент № 2442904опт 399,59489,52 414,63 418,15421,81
ракетное топливо для жидкостных ракетных двигателей, патент № 2442904 Jу.пракетное топливо для жидкостных ракетных двигателей, патент № 2442904опт 0,089,93 15,0418,56 22,22
ракетное топливо для жидкостных ракетных двигателей, патент № 2442904 ракетное топливо для жидкостных ракетных двигателей, патент № 2442904
ракетное топливо для жидкостных ракетных двигателей, патент № 2442904опт r=6,02,76 4,721,785 1,79301,7964
ракетное топливо для жидкостных ракетных двигателей, патент № 2442904у.пракетное топливо для жидкостных ракетных двигателей, патент № 2442904опт 1034,57312,66 855,30 845,21833,58
Jу.пракетное топливо для жидкостных ракетных двигателей, патент № 2442904опт 356,83453,52 372,85 376,26380,07
ракетное топливо для жидкостных ракетных двигателей, патент № 2442904 Jу.пракетное топливо для жидкостных ракетных двигателей, патент № 2442904опт 0,0096,69 16,0219,43 23,34

В целом видно, что предлагаемое горючее позволяет поднять импульс тяги на 15-25 кгс·с/кг, уступая лишь водороду. По результатам табл.1 более представительный интегральный расчет по массе выводимого полезного груза показывает, что предлагаемое горючее практически водороду не уступает.

Таким образом, использование предлагаемого горючего позволяет сохранить простоту и освоенность кислородно-керосиновых двигателей и в то же время приблизиться по эффективности к кислородно-водородным.

Промышленная применимость

Использование раствора ацетилена в аммиаке в качестве ракетного горючего для жидкостных ракетных двигателей не требует существенных конструктивных переделок существующих жидкостных ракетных двигательных установок, работающих на топливах на основе керосина и окислителя - жидкого кислорода.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ракетное топливо для жидкостных ракетных двигателей, состоящее из жидкого окислителя, предпочтительнее жидкого кислорода, и горючего в виде раствора горючего компонента в жидком аммиаке, отличающееся тем, что в качестве горючего компонента применен ацетилен с содержанием в аммиаке от 40 до 90 мас.%.

www.freepatent.ru

Ацетилен - это... Что такое Ацетилен?

Ацетиле́н (по ИЮПАК — этин) — ненасыщенный углеводород C2h3.

Имеет тройную связь между атомами углерода, принадлежит к классу алкинов.

Физические свойства

При нормальных условиях — бесцветный газ, малорастворим в воде, легче воздуха. Температура кипения −83,8 °C. При сжатии разлагается со взрывом, хранят в баллонах, заполненных кизельгуром или активированным углем, пропитанным ацетоном, в котором ацетилен растворяется под давлением в больших количествах. Взрывоопасный. Нельзя выпускать на открытый воздух. C2h3 обнаружен на Уране и Нептуне.

Химические свойства

Ацетилено-кислородное пламя(температура «ядра» 2621 °C)

Для ацетилена (этина) характерны реакции присоединения:

HC≡CH + Cl2 -> СlСН=СНСl

Ацетилен с водой, в присутствии солей ртути и других катализаторов, образует уксусный альдегид (реакция Кучерова). В силу наличия тройной связи, молекула высокоэнергетична и обладает большой удельной теплотой сгорания — 14000 ккал/м³. При сгорании в кислороде температура пламени достигает 3150 °C. Ацетилен может полимеризироваться в бензол и другие органические соединения (полиацетилен, винилацетилен). Для полимеризации в бензол необходим графит и температура в 400 °C.

Кроме того, атомы водорода ацетилена относительно легко отщепляются в виде протонов, то есть он проявляет кислотные свойства. Так ацетилен вытесняет метан из эфирного раствора метилмагнийбромида (образуется содержащий ацетиленид-ион раствор), образует нерастворимые взрывчатые осадки с солями серебра и одновалентной меди.

Ацетилен обесцвечивает бромную воду и раствор перманганата калия.

Основные химические реакции ацетилена (реакции присоединения, сводная таблица 1.):

Основные химические реакции ацетилена (реакции присоединения, димеризации, полимеризации, цикломеризации, сводная таблица 2.):

История

Открыт в 1836 г. Э. Дэви, синтезирован из угля и водорода (дуговой разряд между двумя угольными электродами в атмосфере водорода) М. Бертло (1862 г.).

Способ производства

В лаборатории ацетилен получают действием воды на карбид кальция см. видео данного процесса (Ф. Вёлер, 1862 г.),

CaC2+ 2 Н2О = С2Н2↑ + Са(ОН)2

а также при дегидрировании двух молекул метана при температуре свыше 1400 °C:

2СН4 = С2Н2↑ +3Н2↑

Применение

Ацетиленовая лампа

Ацетилен используют:

  • для сварки и резки металлов,
  • как источник очень яркого, белого света в автономных светильниках, где он получается реакцией карбида кальция и воды (см. карбидная лампа),
  • в производстве взрывчатых веществ (см. ацетилениды),
  • для получения уксусной кислоты, этилового спирта, растворителей, пластических масс, каучука, ароматических углеводородов.
  • для получения технического углерода
  • в атомно-абсорбционной спектрофотометрии при пламенной атомизации
  • в ракетных двигателях(вместе с аммиаком)[2]

Безопасность

Поскольку ацетилен растворим в воде, и его смеси с кислородом могут взрываться в очень широком диапазоне концентраций, его нельзя собирать в газометры.

Ацетилен взрывается при температуре около 500 °C или давлении выше 0,2 МПа; КПВ 2,3-80,7 %, температура самовоспламенения 335 °C. Взрывоопасность уменьшается при разбавлении ацетилена другими газами, например азотом, метаном или пропаном. При длительном соприкосновении ацетилена с медью и серебром образуются ацетилениды меди и серебра, которые взрываются при ударе или повышении температуры. Поэтому при хранении ацетилена не используются материалы, содержащие медь (например, вентили баллонов).

Ацетилен обладает слабым токсическим действием. Для ацетилена нормирован ПДКм.р. = ПДК с.с. = 1,5 мг/м3 согласно гигиеническим нормативам ГН 2.1.6.1338-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест».

ПДКр.з. (рабочей зоны) не установлен (по ГОСТ 5457-75 и ГН 2.2.5.1314-03), так как концентрационные пределы распределения пламени в смеси с воздухом составляет 2,5-100 %.

Хранят и перевозят его в заполненных инертной пористой массой (например, древесным углем) стальных баллонах белого цвета (с красной надписью «А») в виде раствора в ацетоне под давлением 1,5-2,5 МПа.

Примечания

Ссылки

biograf.academic.ru

Ацетилен - это... Что такое Ацетилен?

Ацетиле́н (по ИЮПАК — этин) — ненасыщенный углеводород C2h3.

Имеет тройную связь между атомами углерода, принадлежит к классу алкинов.

Физические свойства

При нормальных условиях — бесцветный газ, малорастворим в воде, легче воздуха. Температура кипения −83,8 °C. При сжатии разлагается со взрывом, хранят в баллонах, заполненных кизельгуром или активированным углем, пропитанным ацетоном, в котором ацетилен растворяется под давлением в больших количествах. Взрывоопасный. Нельзя выпускать на открытый воздух. C2h3 обнаружен на Уране и Нептуне.

Химические свойства

Ацетилено-кислородное пламя(температура «ядра» 2621 °C)

Для ацетилена (этина) характерны реакции присоединения:

HC≡CH + Cl2 -> СlСН=СНСl

Ацетилен с водой, в присутствии солей ртути и других катализаторов, образует уксусный альдегид (реакция Кучерова). В силу наличия тройной связи, молекула высокоэнергетична и обладает большой удельной теплотой сгорания — 14000 ккал/м³. При сгорании в кислороде температура пламени достигает 3150 °C. Ацетилен может полимеризироваться в бензол и другие органические соединения (полиацетилен, винилацетилен). Для полимеризации в бензол необходим графит и температура в 400 °C.

Кроме того, атомы водорода ацетилена относительно легко отщепляются в виде протонов, то есть он проявляет кислотные свойства. Так ацетилен вытесняет метан из эфирного раствора метилмагнийбромида (образуется содержащий ацетиленид-ион раствор), образует нерастворимые взрывчатые осадки с солями серебра и одновалентной меди.

Ацетилен обесцвечивает бромную воду и раствор перманганата калия.

Основные химические реакции ацетилена (реакции присоединения, сводная таблица 1.):

Основные химические реакции ацетилена (реакции присоединения, димеризации, полимеризации, цикломеризации, сводная таблица 2.):

История

Открыт в 1836 г. Э. Дэви, синтезирован из угля и водорода (дуговой разряд между двумя угольными электродами в атмосфере водорода) М. Бертло (1862 г.).

Способ производства

В лаборатории ацетилен получают действием воды на карбид кальция см. видео данного процесса (Ф. Вёлер, 1862 г.),

CaC2+ 2 Н2О = С2Н2↑ + Са(ОН)2

а также при дегидрировании двух молекул метана при температуре свыше 1400 °C:

2СН4 = С2Н2↑ +3Н2↑

Применение

Ацетиленовая лампа

Ацетилен используют:

  • для сварки и резки металлов,
  • как источник очень яркого, белого света в автономных светильниках, где он получается реакцией карбида кальция и воды (см. карбидная лампа),
  • в производстве взрывчатых веществ (см. ацетилениды),
  • для получения уксусной кислоты, этилового спирта, растворителей, пластических масс, каучука, ароматических углеводородов.
  • для получения технического углерода
  • в атомно-абсорбционной спектрофотометрии при пламенной атомизации
  • в ракетных двигателях(вместе с аммиаком)[2]

Безопасность

Поскольку ацетилен растворим в воде, и его смеси с кислородом могут взрываться в очень широком диапазоне концентраций, его нельзя собирать в газометры.

Ацетилен взрывается при температуре около 500 °C или давлении выше 0,2 МПа; КПВ 2,3-80,7 %, температура самовоспламенения 335 °C. Взрывоопасность уменьшается при разбавлении ацетилена другими газами, например азотом, метаном или пропаном. При длительном соприкосновении ацетилена с медью и серебром образуются ацетилениды меди и серебра, которые взрываются при ударе или повышении температуры. Поэтому при хранении ацетилена не используются материалы, содержащие медь (например, вентили баллонов).

Ацетилен обладает слабым токсическим действием. Для ацетилена нормирован ПДКм.р. = ПДК с.с. = 1,5 мг/м3 согласно гигиеническим нормативам ГН 2.1.6.1338-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест».

ПДКр.з. (рабочей зоны) не установлен (по ГОСТ 5457-75 и ГН 2.2.5.1314-03), так как концентрационные пределы распределения пламени в смеси с воздухом составляет 2,5-100 %.

Хранят и перевозят его в заполненных инертной пористой массой (например, древесным углем) стальных баллонах белого цвета (с красной надписью «А») в виде раствора в ацетоне под давлением 1,5-2,5 МПа.

Примечания

Ссылки

dik.academic.ru

плазменно-реактивный двигатель - патент РФ 2099572 -

Использование: в области авиационного и ракетного двигателестроения на жидком и газообразном топливе. Сущность изобретения: двигатель состоит из вихревой камеры воспламенения и сжигания топлива, магнитного ускорителя плазмы и газодинамического сопла, соединенных соосно и сопряженных торовыми поверхностями, на которых размещены форсунки для подачи воды (пара) и коронирующие электроды. 2 з.п. ф-лы, 7 ил. Изобретение относится к области авиационного и ракетного двигателестроения на жидком топливе. Известно применение прямоточного воздушно-реактивного двигателя в самолетах и летательных средствах [1] Недостатком таким двигателей является низкий индикаторный КПД, большой расход топлива и окислителя (катализатора), большой выброс токсичных окислов азота. Известно, что в воздухе атмосферы содержится 21% кислорода, а с учетом влаги атмосферы не более 23% Это основной резерв окислителя жидкого топлива. Кроме того, при предварительной ионизации встречного воздушного потока (в т. ч. и лазерным лучом), часть кислорода потребляется на окисление азота воздуха (которого 78% общей массы воздуха) и образование окислов азота. Следовательно, как бы не "съедал" летательный аппарат кислород атмосферы и озон стратосферы, его двигатель не доиспользуется по окислителю топлива и выбрасывает недогоревшее топливо и более 40 г окислов азота на каждый килограмм топлива (керосина). Это ведет к перерасходу топлива, ухудшению экологии атмосферы и стратосферы, ограничению полета по высоте и дальности. Известен плазменно-реактивный двигатель, содержащий соединенные между собой и расположенные соосно камеру сгорания, состоящую из камеры воспламенения и сжигания топлива и имеющую форсунку подачи, магнитный ускоритель плазмы и гидродинамическое сопло [2] Недостатком данного двигателя является расход топлива при малой реактивной тяге. Задачей изобретения является увеличение реактивной силы двигателя, уменьшение расхода топлива и выброса окислов азота при работе двигателя в плотной атмосфере и на космических высотах. Сущностью изобретения является создание двигателя на новых физико-химических принципах, с использованием естественных природных окислителя и топлива. Теплотворная способность топлива и количество кислорода (воздуха) определяют температуру горения. От режима горения зависит мощность двигателя и расход топлива. Чрезвычайно важным в реактивном двигателестроении является не только подъем температуры горения, но и скорость сгорания и распространение фронта горения горючей смеси. Процесс работы двигателя включает характер подвода реагентов в зону горения и взаимную "диффузию" в зоне реакции. Интенсивное испарение и газообразование топлива, диффузия окислителя и ускорение фронта горения приводят к увеличению давления и образование ударной (взрывной) волны, распространяющейся по направляющим сопла. В зависимости от высоты полета летательного средства (самолета или ракеты) работа двигателя будет в разных режимах: плотных слоях атмосферы; в стратосфере (до 50 км над Землей) и мезосфере (свыше 50 км). Предлагаемый двигатель схематически изображен на фиг. 1 (продольный разрез) и фиг. 2 поперечный разрез А-А на фиг. 1. Двигатель состоит из четырех основных блоков: соединенных между собой и соосно расположенных камеры сгорания, состоящей из камеры воспламенения и сжигания топлива 1 магнитного ускорителя плазмы 2, газодинамического сопла 3 и ионно-динамического зонда 4. Камера воспламенения и сжигания имеет корпус, состоящий из торцевых крышек 10 и 11 и вихревой камеры 13, выполненной в виде улитки (фиг. 2). На верхней торцевой крышке 11 укреплены топливная форсунка 5, коронирующие электроды-запальники 6 и расположенные радиально по периферии форсунки 7. Боковая радиальная стенка 14 имеет тангенциальные каналы 15 для подвода воздуха (окислителя) в плотных слоях атмосферы и ионизированной плазмы в стратосфере и мезосфере. Нижняя часть камеры сопрягается с магнитным ускорителем плазмы торовой поверхностью, на которой радиально периферийно и последовательно размещены форсунки 7 для подачи пара (или воды) и коронирующие электроды 6. Магнитный ускоритель плазмы состоит из ферромагнитного сердечника 8 (магнитотвердого или магнитомягкого) и катушки 9, создающей вращающееся переменное магнитное поле. Магнитный ускоритель плазмы торовой сужающейся поверхностью соединяется с соплом. Внешняя радиальная поверхность газодинамического сопла содержит радиальный карман-охладитель плазмы 16. Нижняя расширенная часть сопла содержит кольцевой желоб 17 для сбора отработанной воды. Из желоба по каналам 18 в стенках сопла вода путем теплообменных процессов превращается в пар и поступает на форсунки 7. Расширенная коническая часть газодинамического сопла переходит в радиально расположенные ионно-динамические зонды 4. При работе двигателя в плотных слоях атмосферы закрученный поток воздуха через всасывающий патрубок и тангенциальные каналы 15 поступает в камеру воспламенения топлива. Топливо (керосин), впрыскиваемое форсункой 5, коронирующими электродами-запальниками и приложенным импульсным коронным разрядом диспергируется и диссоциируется на простые (легкие) углеводороды. Происходит предварительное холодное "зажигание" топлива. Происходит пиролиз и электрокрекинг керосина на гомологически различающиеся по физическим свойствам продукты (газы, жидкости и твердые вещества). Основными газообразными продуктами разложения являются этилен (C2h5), метан (Ch5), ацетилен (C2h3) и остальные фазы CO, CO2, O2, h3. Разница в теплоте сгорания между высшими и низшими членами гомологического ряда уменьшается. Например, теплота сгорания ацетилена отличается от этилена на 600 700 кДж. Следовательно, эффективность работы двигателя зависит от интенсивности превращения высших углеводородов в низшие, с последующим воспламенением и сжиганием. По мере увеличения давления (при закрытых заслонках), за счет интенсивного испарения и газообразования горючей смеси, ток короны подпирается и возрастает температура накала коронирующего электрода-запальника 6, происходит воспламенения и вторая стадия (после холодного) сжигания горючей смеси. Первоначальное вращение горючей смеси осуществляется за счет вихревого потока (атмосферы Земли и Солнца), поступающего по тангенциальным каналам 15 вихревой камеры. Вращающаяся ионизированная плазма поступает в сужающуюся торовую область, где начинает ускоряться и получать добавочный окислитель топлива в виде перегретого пара до температуры 300oC, впрыскиваемое форсунками 7 (теплообменное устройство для перевода воды в перегретый пар на схеме не показано). Коронирующими электродами 6, расположенными по окружности расширяющейся торовой поверхности, производится ионизация плазмы. Для преодоления тепловой инерции (стоячих тепловых волн), в центральной части торового сечения, напряжение короны пульсирующее, с медленным подъемом до амплитудного, и резким спадом. При этом плазма диссоциируется и ионизируется, а вода диссоциируется на ионы: h3O плазменно-реактивный двигатель, патент № 2099572 H++OH- с последующим окислением и восстановлением до молекулярных газов водорода и кислорода:плазменно-реактивный двигатель, патент № 2099572 При этом энтальпия ионно-радиационной ионизированной плазмы возрастает. Источником электронов в вышеприведенных реакциях является коронный пульсирующий разряд в высокотемпературной ионизированной плазме. Горячая ионно-радиационная плазма из вихревой камеры поступает в магнитный ускоритель 2, где вращающимся переменным магнитным полем она ускоряется и разделяется. При температуре плазмы, превышающей 2000oC соединение водорода с кислородом не происходит. Ускоритель плазмы является и газоциклоном, разделяющим газы по массовому составу. Наиболее легкий водород, вращаясь, премещается к наружной поверхности ускорителя (толстые линии на фиг. 3), а ниже, с меньшей амплитудой (тонкая линия) кислород и далее догорающие углеводороды и тяжелые газы. В сечении сужающейся торовой поверхности газодинамического сопла, происходит ускорение плазмы и соединение водорода с кислородом. Охладителем (например жидким водородом) находящемся в кармане 16 сопла, периферийные газы водород и кислород охлаждаются до температуры 1500oC500oC. Охлажденные водород и кислород, в объемном отношении два к одному, при таких температурах соединяются взрывом, и в области расширяющейся части сопла создается добавочная реактивная сила. При этом образовавшаяся вода, по стенкам расширяющейся части сопла, собирается в кольцевом желобе 17, а затем по каналам 18 в стенках сопла, путем теплообменных процессов и разности давлений, в виде перегретого пара поступает на форсунки 6. Этот режим работы двигателей продолжается до перехода в стратосферу, где содержание кислорода минимальное, а содержание окислов азота максимальное (в нижней части стратосферы). При работе двигателя в режиме верхней стратосферы и мезосферы часть воды, при увеличении давления пара на форсунках 7, сбрасывается. Сбрасываемая вода (пар) ионизируется космическими лучами (согласно приведенным выше формулам), увеличивая поверхностную плотность заряда летаельного средства. При этом поверхностная плотность заряда, приобретаемого летательным средством в атмосфере, возрастает за счет суммарного заряда от ионизации воды и естественных зарядов из мезосферы. Магнитное поле с одинаковой силой воздействует на весь объем униполярной заряженной летательной среды. Летательное средство, с радиальным размещением двигателей на нем и движущимся по околоземной магнитной силовой орбите, с координатами 50 град. 30 мин. северной широты и 72 град. восточной долготы, показано на фиг. 4. Реактивная сила, действующая на единицу объема летательного средства (последний рассматривается как заряженный эллипсоид, направленный длинной осью вдоль силовых линий магнитного поля), со стороны поля напряженностью H, может быть представлена выражением:плазменно-реактивный двигатель, патент № 2099572 где,плазменно-реактивный двигатель, патент № 2099572 магнитная проницаемость среды; s поверхностная плотность заряда на летательном средстве. При концентрации и стечении поверхностных зарядов от ионизирующих газов с зондов 4 возникает добавочная реактивная сила. Зонды имеют телескопическую конструкцию. Управление летательным средством в стратосфере и мезосфере осуществляется выдвижением (удлинением или укорочением) зондов. С выдвинутого зонда стекают электрические заряды, создавая реактивную силу и вращающий момент, обеспечивающий поворот летательного средства. При выставленных всех, радиально расположенных зондов (применительно к данному средству), стекающие заряды создают добавочную реактивную силу. Координаты запуска летательного средства и его дальнейший полет определяется условиями наибольшей напряженности магнитного поля Земли. При полете летательного средства "ловится" магнитная силовая линия наиболее напряженности, с движением по ней, с учетом магнитного склонения и околоземных магнитных полюсов и фокусов, и дальнейшим переходом околосолнечные магнитные силовые линии. В области плотной атмосферы добавочная реактивная сила, определяемая напряженностью магнитного поля Земли, незначительна, и возрастает она по мере подъема, начиная с высот 58-60 км и выше. Поэтому запуск и первоначальный полет в плотных слоях атмосферы не существен и может быть осуществлен в любом месте земного шара. Но в верхних слоях стратосферы и мезосферы роль магнитодвижущей силы будет более существенной, т.к. реактивная сила будет зависеть не только от напряженности магнитной силовой линии, но и величины эквивалентного заряда, приобретаемого летательным средством из мезосферы (протоны водорода, гелия и незначительных положительных ионов атомарного кислорода) и генерируемых двигателем, путем ионизации космическими лучами воды, выбрасываемой форсунками двигателя. В ионосфере, начиная с высоты 50 60 км, при полностью открытой приточной системе, двигатель потребляет природное, естественное топливо-водород, в соответствии с реакциями:плазменно-реактивный двигатель, патент № 2099572 При этом источником электронов является коронный (или тихий) разряд, создаваемый электродами 6, а источником кислорода (так и водорода) - диссоциированная и ионизированная вода (пар), впрыскиваемая форсунками 7. Образовавшиеся молекулярные водород и кислород затрачиваются на создание реактивной силы (при соединении с кислородом). Высота 50 60 км характеризуются пониженной температурой (-50oC60oC) и наименьшим содержанием молекулярного водорода. Ионизированная космическими лучами, влага атмосферы создает озонный слой и водородное понижение температуры в граничной зоне атмосферы и стратосферы. Применительно к портативному (ранцевому) двигателю, на фиг. 5 показано устройство для подачи в двигатель топлива и окислителя. Над вихревой камерой воспламенения и сжигания топлива расположены питатель жидкого топлива (керосина) и воды. Оба питателя соединены на общую форсунку (сопло). Капельная подача топлива обеспечивается импульсным давлением мембраны 19 пьезового (электромагнитного) преобразователя 20. Подача воды осуществляется электроимпульсным давлением, путем электроискрового разряда в воде между заземленным 16 и не заземленным 17 игольчатыми электродами. Клапанный штуцер 18 служит для подачи воды в питатель, а штуцер 21 для подачи топлива. Коронирующие электроды 6, верхнего и нижнего расположения, выполняют те же функции, что и в непортативном двигателе. Электрическая (технологиская) схема приведена на фиг. 6. От автономного источника питания напряжением 12 В подается на высокочастотный прерыватель-преобразователь 1. Выходное переменное напряжение подается на трансформатор Тр. Низкое синусоидальное переменное напряжение подается на пьезовый (электромагнитный) элемент импульсного питателя топлива 3. Высокое напряжение с трансформатора подается на умножитель двухполупериодного выпрямления с отрицательным потенциалом на коронирующих электродах. Высокочастотное низкое напряжение с клемм AB подается на катушку магнитного ускорителя плазмы. В блоке 2 показаны коронирующие системы верхнего и нижнего расположения электродов. Кнопкой К производится зажигание горючей смеси. При нажатии кнопки возникает электрическая дуга между корпусом и изолированным от него одним из коронирующих электродов. После образования дуги и воспламенения горючей смеси кнопка возвращается в исходное положение. Искровой разряд на питателе воды 4 осуществляется при напряжении, меньшем напряжения короны. Периодичность импульсного разряда определяется емкостью C1. Питатель топлива (керосин), срабатывает раньше, а следовательно, впрыскивание и зажигание топлива производится раньше капельного впрыскивания воды. Обе капельницы работают на общее сопло 5, обеспечивающее подачу топлива и окислителя в вихревую камеру воспламенения и сжигания топлива. Аспирационная система обеспечивает поступление солнечной ионно-радиационной плазмы в камеру, с последующей рекомбинацией и нейтрализацией ионов плазмы с помощью коронного разряда пульсирующего напряжения (источника электронов). На фиг. 7 изображен полет человека с применением портативного (ранцевого) плазменно-реактивного двигателя. Ионно-радиационная солнечная плазма состоит (наибольшая концентрация ионов) из положительных ионов водорода (протонов) и гелия. Летящий объект заряжен положительно (знаки плюс по всей поверхности), а поверхностные заряды стекают с зондов. Объект летит по магнитной (солнечной или земной) магнитной силовой линии. Отработанная вода (получившаяся в результате соединения водорода с кислородом) стекает по направляющим газодинамического сопла и ионизируется космическими лучами. Предлагаемый двигатель обладает более мощной тягой, высокой экономичностью и является более экологическим. Работа двигателя возможна как в плотных слоях атмосферы, так и космических высотах, с использованием ионно-радиационной плазмы как источника добавочной естественной природной энергии. Уменьшение расхода топлива в 5 и более раз позволяет увеличить высоту и дальность полета. Возможно использование двигателя в качестве портативного (ранцевого) с использованием новых физико-энергетических принципов.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Плазменно-реактивный двигатель, содержащий соединенные между собой и расположенные соосно камеру сгорания, состоящую из камеры воспламенения и сжигания топлива и имеющую форсунку подачи топлива, магнитный ускоритель плазмы и газодинамическое сопло, отличающийся тем, что камера сгорания выполнена вихревого типа, соединена с магнитным ускорителем плазмы, а последний с газодинамическим соплом посредством сопряженных торовых поверхностей, причем на торцевой поверхности камеры сгорания по периферии форсунки подачи топлива размещены коронирующие электроды-запальники, а в нижней части камеры, на торовой поверхности, периферийно и последовательно размещены форсунки для подачи воды или пара и коронирующие электроды. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что магнитный ускоритель плазмы содержит катушку и ферромагнитный сердечник, создающие вращающееся магнитное поле. 3. Двигатель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что коническая расширяющаяся часть газодинамического сопла содержит насадки-зонды для концентрации и стечения зарядов от ионизированных газов.

www.freepatent.ru

Ацетилен - это... Что такое Ацетилен?

Ацетиле́н (по ИЮПАК — этин) — ненасыщенный углеводород C2h3.

Имеет тройную связь между атомами углерода, принадлежит к классу алкинов.

Физические свойства

При нормальных условиях — бесцветный газ, малорастворим в воде, легче воздуха. Температура кипения −83,8 °C. При сжатии разлагается со взрывом, хранят в баллонах, заполненных кизельгуром или активированным углем, пропитанным ацетоном, в котором ацетилен растворяется под давлением в больших количествах. Взрывоопасный. Нельзя выпускать на открытый воздух. C2h3 обнаружен на Уране и Нептуне.

Химические свойства

Ацетилено-кислородное пламя(температура «ядра» 2621 °C)

Для ацетилена (этина) характерны реакции присоединения:

HC≡CH + Cl2 -> СlСН=СНСl

Ацетилен с водой, в присутствии солей ртути и других катализаторов, образует уксусный альдегид (реакция Кучерова). В силу наличия тройной связи, молекула высокоэнергетична и обладает большой удельной теплотой сгорания — 14000 ккал/м³. При сгорании в кислороде температура пламени достигает 3150 °C. Ацетилен может полимеризироваться в бензол и другие органические соединения (полиацетилен, винилацетилен). Для полимеризации в бензол необходим графит и температура в 400 °C.

Кроме того, атомы водорода ацетилена относительно легко отщепляются в виде протонов, то есть он проявляет кислотные свойства. Так ацетилен вытесняет метан из эфирного раствора метилмагнийбромида (образуется содержащий ацетиленид-ион раствор), образует нерастворимые взрывчатые осадки с солями серебра и одновалентной меди.

Ацетилен обесцвечивает бромную воду и раствор перманганата калия.

Основные химические реакции ацетилена (реакции присоединения, сводная таблица 1.):

Основные химические реакции ацетилена (реакции присоединения, димеризации, полимеризации, цикломеризации, сводная таблица 2.):

История

Открыт в 1836 г. Э. Дэви, синтезирован из угля и водорода (дуговой разряд между двумя угольными электродами в атмосфере водорода) М. Бертло (1862 г.).

Способ производства

В лаборатории ацетилен получают действием воды на карбид кальция см. видео данного процесса (Ф. Вёлер, 1862 г.),

CaC2+ 2 Н2О = С2Н2↑ + Са(ОН)2

а также при дегидрировании двух молекул метана при температуре свыше 1400 °C:

2СН4 = С2Н2↑ +3Н2↑

Применение

Ацетиленовая лампа

Ацетилен используют:

  • для сварки и резки металлов,
  • как источник очень яркого, белого света в автономных светильниках, где он получается реакцией карбида кальция и воды (см. карбидная лампа),
  • в производстве взрывчатых веществ (см. ацетилениды),
  • для получения уксусной кислоты, этилового спирта, растворителей, пластических масс, каучука, ароматических углеводородов.
  • для получения технического углерода
  • в атомно-абсорбционной спектрофотометрии при пламенной атомизации
  • в ракетных двигателях(вместе с аммиаком)[2]

Безопасность

Поскольку ацетилен растворим в воде, и его смеси с кислородом могут взрываться в очень широком диапазоне концентраций, его нельзя собирать в газометры.

Ацетилен взрывается при температуре около 500 °C или давлении выше 0,2 МПа; КПВ 2,3-80,7 %, температура самовоспламенения 335 °C. Взрывоопасность уменьшается при разбавлении ацетилена другими газами, например азотом, метаном или пропаном. При длительном соприкосновении ацетилена с медью и серебром образуются ацетилениды меди и серебра, которые взрываются при ударе или повышении температуры. Поэтому при хранении ацетилена не используются материалы, содержащие медь (например, вентили баллонов).

Ацетилен обладает слабым токсическим действием. Для ацетилена нормирован ПДКм.р. = ПДК с.с. = 1,5 мг/м3 согласно гигиеническим нормативам ГН 2.1.6.1338-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест».

ПДКр.з. (рабочей зоны) не установлен (по ГОСТ 5457-75 и ГН 2.2.5.1314-03), так как концентрационные пределы распределения пламени в смеси с воздухом составляет 2,5-100 %.

Хранят и перевозят его в заполненных инертной пористой массой (например, древесным углем) стальных баллонах белого цвета (с красной надписью «А») в виде раствора в ацетоне под давлением 1,5-2,5 МПа.

Примечания

Ссылки

dikc.academic.ru

Ацетилен - это... Что такое Ацетилен?

Ацетиле́н (по ИЮПАК — этин) — ненасыщенный углеводород C2h3.

Имеет тройную связь между атомами углерода, принадлежит к классу алкинов.

Физические свойства

При нормальных условиях — бесцветный газ, малорастворим в воде, легче воздуха. Температура кипения −83,8 °C. При сжатии разлагается со взрывом, хранят в баллонах, заполненных кизельгуром или активированным углем, пропитанным ацетоном, в котором ацетилен растворяется под давлением в больших количествах. Взрывоопасный. Нельзя выпускать на открытый воздух. C2h3 обнаружен на Уране и Нептуне.

Химические свойства

Ацетилено-кислородное пламя(температура «ядра» 2621 °C)

Для ацетилена (этина) характерны реакции присоединения:

HC≡CH + Cl2 -> СlСН=СНСl

Ацетилен с водой, в присутствии солей ртути и других катализаторов, образует уксусный альдегид (реакция Кучерова). В силу наличия тройной связи, молекула высокоэнергетична и обладает большой удельной теплотой сгорания — 14000 ккал/м³. При сгорании в кислороде температура пламени достигает 3150 °C. Ацетилен может полимеризироваться в бензол и другие органические соединения (полиацетилен, винилацетилен). Для полимеризации в бензол необходим графит и температура в 400 °C.

Кроме того, атомы водорода ацетилена относительно легко отщепляются в виде протонов, то есть он проявляет кислотные свойства. Так ацетилен вытесняет метан из эфирного раствора метилмагнийбромида (образуется содержащий ацетиленид-ион раствор), образует нерастворимые взрывчатые осадки с солями серебра и одновалентной меди.

Ацетилен обесцвечивает бромную воду и раствор перманганата калия.

Основные химические реакции ацетилена (реакции присоединения, сводная таблица 1.):

Основные химические реакции ацетилена (реакции присоединения, димеризации, полимеризации, цикломеризации, сводная таблица 2.):

История

Открыт в 1836 г. Э. Дэви, синтезирован из угля и водорода (дуговой разряд между двумя угольными электродами в атмосфере водорода) М. Бертло (1862 г.).

Способ производства

В лаборатории ацетилен получают действием воды на карбид кальция см. видео данного процесса (Ф. Вёлер, 1862 г.),

CaC2+ 2 Н2О = С2Н2↑ + Са(ОН)2

а также при дегидрировании двух молекул метана при температуре свыше 1400 °C:

2СН4 = С2Н2↑ +3Н2↑

Применение

Ацетиленовая лампа

Ацетилен используют:

  • для сварки и резки металлов,
  • как источник очень яркого, белого света в автономных светильниках, где он получается реакцией карбида кальция и воды (см. карбидная лампа),
  • в производстве взрывчатых веществ (см. ацетилениды),
  • для получения уксусной кислоты, этилового спирта, растворителей, пластических масс, каучука, ароматических углеводородов.
  • для получения технического углерода
  • в атомно-абсорбционной спектрофотометрии при пламенной атомизации
  • в ракетных двигателях(вместе с аммиаком)[2]

Безопасность

Поскольку ацетилен растворим в воде, и его смеси с кислородом могут взрываться в очень широком диапазоне концентраций, его нельзя собирать в газометры.

Ацетилен взрывается при температуре около 500 °C или давлении выше 0,2 МПа; КПВ 2,3-80,7 %, температура самовоспламенения 335 °C. Взрывоопасность уменьшается при разбавлении ацетилена другими газами, например азотом, метаном или пропаном. При длительном соприкосновении ацетилена с медью и серебром образуются ацетилениды меди и серебра, которые взрываются при ударе или повышении температуры. Поэтому при хранении ацетилена не используются материалы, содержащие медь (например, вентили баллонов).

Ацетилен обладает слабым токсическим действием. Для ацетилена нормирован ПДКм.р. = ПДК с.с. = 1,5 мг/м3 согласно гигиеническим нормативам ГН 2.1.6.1338-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест».

ПДКр.з. (рабочей зоны) не установлен (по ГОСТ 5457-75 и ГН 2.2.5.1314-03), так как концентрационные пределы распределения пламени в смеси с воздухом составляет 2,5-100 %.

Хранят и перевозят его в заполненных инертной пористой массой (например, древесным углем) стальных баллонах белого цвета (с красной надписью «А») в виде раствора в ацетоне под давлением 1,5-2,5 МПа.

Примечания

Ссылки

veter.academic.ru