Силовые установки: Силовые установки – Акционерное общество «ЛИИ им. М.М. Громова»
Силовые установки
Компания «Камерон» предоставляет лидирующие на рынке силовые установки и изделия благодаря инновационному подходу, внедрению передовых технологий и стремлению удовлетворить потребности заказчиков. Мы предлагаем технологически передовое оборудование, адаптированное к требованиям заказчика и условиям буровой. Компания «Камерон» производит ассортимент электрооборудования постоянного и переменного тока, чтобы обеспечить решения, которые улучшают управление, повышают безопасность и увеличивают эффективность.
Кроме того, компания «Камерон» предлагает линейку гидравлических силовых установок (HPU), выпускаемых в модификациях с тремя, четырьмя и пятью насосами, спроектированных в соответствии с высочайшими стандартами. Основное внимание при разработке установок уделялось малому уровню шума, простоте обслуживания и малым расходам за время эксплуатации.Электродвигатели переменного тока
Электродвигатели переменного тока компании «Камерон» предназначены для того, чтобы улучшить эффективность буровых насосов, лебедок и роторных столов заказчика.
Системы ОВКВ
Системы ОВКВ компании «Камерон» рассчитаны на непрерывную работу со стопроцентным резервированием нагнетательных вентиляторов. Система ОВКВ состоит из рамы нагнетательного вентилятора с двумя дублирующими вентиляторами, блока конденсора для монтажа вне помещения в опасных зонах и внутренних вентиляторных доводчиков. Также предусмотрено место для оборудования заказчика. Система ОВКВ — это система, поддерживающая избыточное давление, поэтому операторная буровой установки классифицируется как помещение с избыточным давлением в соответствии с IEC 60079–13.
Частотно-регулируемые приводы (ЧРП)
Частотно-регулируемые приводы компании «Камерон» поставляются в модификациях с воздушным или жидкостным охлаждением.
Компактные приводы переменного тока обеспечивают эффективность, производительность и надежность. Конструкция требует малого объема техобслуживания и обеспечивает высокие уровни надежности и топливной экономичности системы. Для эффективного управления энергией компания «Камерон» предлагает опцию полностью рекуперативного активного выпрямителя или динамического торможения, это позволяет устранить ненужные компоненты и сократить износ существующих деталей. Частотно-регулируемые приводы компании «Камерон» оснащены программируемым цифровым управлением, которое совместимо со многими стандартными протоколами связи. Для устранения необходимости в традиционном тормозном механизме эти приводы также оснащены системой регулирования момента. Для обеспечения качества и технических параметров проводятся заводские испытания под нагрузкой.
Гидравлические силовые установки (HPU)
Гидравлические силовые установки компании «Камерон» обеспечивают стабильные гидравлическое давление и расход для всех потребителей гидравлической энергии.
В конструкции силовых установок основное внимание уделяется простоте эксплуатации и технического обслуживания. Установки изготовлены из высококачественных компонентов и материалов, они оснащены удаленным измерителем давления подачи, смотровым люком и локальными измерителями
уровня и температуры в гидравлическом баке. Силовые гидравлические установки компании «Камерон» снабжены системой охлаждения масла с титановым пластинчатым охладителем, рассчитанным на работу с морской водой, локальными манометрами и запорной арматурой для упрощения технического обслуживания охладителя.
Нагрузки на силовые установки значительно возрастут
Много говорится о том, что в 2017 году машины станут более впечатляющими внешне, но самое главное, они станут быстрее. Во многом этому способствуют изменения аэродинамического обвеса и более широкие шины. Требования технического регламента к силовым установкам в целом остались прежними, но это не значит, что у мотористов меньше работы при подготовке к новому сезону, чем у других специалистов.
Им приходится решать целый комплекс задач, ведь если машины в 2017-м будут генерировать на 20% больше прижимной силы, чем в прошлом году, а лобовое сопротивление возрастёт из-за более широких шин, то мощность двигателей тоже необходимо повысить.
«Поскольку шины теперь более широкие, а уровень прижимной силы увеличен, машина будет дольше ехать на полном газу, – прокомментировал в интервью F1i.com Энди Кауэлл, главный моторист Mercedes. – Из-за этого некоторые повороты теперь будут считаться прямыми отрезками, поскольку уровень сцепления с трассой стал столь высоким.
Гонщик больше времени будет держать педаль газа полностью выжатой, а это значит, что двигателю предстоит дольше работать в режиме максимальной мощности. Следовательно, его ресурс будет расходоваться интенсивнее, и наша задача в 2017 году в том, чтобы продолжать улучшать характеристики силовой установки, при этом значительно увеличив её ресурс».
Можно ожидать, что прибавится проблем с надёжностью техники, ведь силовые установки будут испытывать более высокие нагрузки.
Например, если в 2016 году в Барселоне гонщики держали педаль газа полностью выжатой на 50-ти процентах круга, то теперь этот показатель вырастет до 70%. Задача мотористов усложняется ещё и тем, что в новом сезоне число силовых установок на каждую машину сокращается с пяти до четырёх.
Кроме того, вес машин увеличен на 20 кг (с 702 до 722 кг), а в топливном баке будет не 100 кг бензина, а 105 – для того, чтобы компенсировать повышенный расход горючего из-за возросшего лобового сопротивления. Но командам придётся по-прежнему внимательно следить за таким параметром, как расход топлива.
Один из парадоксов, связанных с новым техническим регламентом, заключается в том, что хотя ставилась цель повысить скорости машин, но гонщикам всё равно придётся периодически сбрасывать газ и экономить топливо. В последние три года они привыкли это учитывать, но теперь укладываться в отведённые топливные ограничения станет сложнее: это связано с тем, что более эффективный диффузор и широкие шины будут обеспечивать повышенное сцепление с трассой, как за счёт возросшей прижимной силы, так и благодаря улучшенным сцепным свойствам резины.
Рост скоростей в поворотах также ставит перед инженерами непростые задачи.
«Нагрузка на силовую установку возрастает, – добавил Кауэлл. – Когда машина преодолевает поворот быстрее, возрастает изгибающее усилие, действующее на шасси и на двигатель, на область машины между монококом и коробкой передач. Некоторые нагрузки на двигатель возрастают значительно.
Вся структура машины должна быть к этому подготовлена. Все всегда рассматривают двигатель в стационарном состоянии, когда на него не действуют перегрузки. Но в поворотах они возрастают до 5g, а это уже экстремально, поэтому жидкости в двигателе и в топливном баке сложно удержать там, где они должны быть».
На расходе топлива скажется и то, что более широкие шины и возросшая прижимная сила приведут к сокращению тормозного пути, а гонщикам при этом придётся переходить на более низкие передачи раньше и резче.
Несколько иным станет распределение нагрузки между компонентами силовой установки – двигателем внутреннего сгорания и мотор-генераторами (MGU-K и MGU-H).
«Режим рекуперации энергии тоже изменится, – рассказал в интервью Autohebdo главный инженер Red Bull Racing Пьер Ваше. – Фазы торможения станут короче, а это значит, что количество запасаемой энергии будет меньше. Но увеличиваются периоды, когда двигатель работает на максимальных оборотах, поэтому больше энергии будет поступать от выхлопных газов через MGU-H. Проще говоря, теперь на многих трассах мы будем наблюдать явления, которые обычно характерны для Монцы».
В 2017 году моторостроителей уже не будет сдерживать система условных баллов, ограничивавших модернизацию силовых установок. Пользуясь этим, Renault и Honda представят значительно обновленные двигатели.
В частности, в Honda отказались от прежней архитектуры двигателя, при которой турбина и MGU-H были расположены между группами цилиндров V-образного блока. Это позволяло добиться компактных габаритов силовой установки, но оказалось, что при небольших размерах турбины сложно повышать её эффективность, и в итоге двигателю не хватало мощности по сравнению с конкурентами.
В 2016-м размер турбины был увеличен, но судя по всему сейчас японские мотористы решили пойти дальше и намерены применить ряд компоновочных решений, с успехом практикуемых Mercedes, а также присматриваются к форкамерной технологии, аналогичной системе Turbulent Jet Ignition, которую применяют в Ferrari.
8412 | Двигатели и силовые установки прочие: | |
8412 10 000 | – двигатели реактивные, кроме турбореактивных | шт |
– силовые установки и двигатели гидравлические: | ||
8412 21 | — линейного действия (цилиндры): | |
8412 21 200 | — гидравлические системы | шт |
8412 21 800 | — прочие | шт |
8412 29 | — прочие: | |
8412 29 200 | — гидравлические системы | шт |
— прочие: | ||
8412 29 810 | —- двигатели гидравлические силовые | шт |
8412 29 890 | —- прочие | шт |
– силовые установки и двигатели пневматические: | ||
8412 31 000 | — линейного действия (цилиндры) | шт |
8412 39 000 | — прочие | шт |
8412 80 | ||
8412 80 100 | — двигатели силовые, на водяном пару или паровые прочие | шт |
8412 80 800 | — прочие | шт |
8412 90 | – части: | |
8412 90 200 | — реактивных двигателей, кроме турбореактивных | – |
8412 90 400 | — гидравлических силовых установок и двигателей | – |
8412 90 800 | — прочие | – |
Силовые установки – Stage V
БОЛЬШЕ ПРЕИМУЩЕСТВ – МЕНЬШЕ ЗАТРАТ: ЛИНЕЙКА ДВИГАТЕЛЕЙ СЕРИИ STAGE V / PERFORMANCE
Основой каждой силовой установки является двигатель Cummins Stage V.
Двигатели серии Cummins Stage V / Performance представлены моделями объемом до 12 л, которые отличаются повышенными производительностью, техническими возможностями и надежностью и более простой конструкцией без использования рециркуляции выхлопных газов (EGR), благодаря чему поставщики и операторы оборудования во всем мире получают больше преимуществ и экономят свои средства.
- Крутящий момент в среднем на 20 % больше у двигателей мощностью от 75 до 320 кВт.
- Мощность в среднем на 10 % больше у двигателей мощностью от 75 до 320 кВт.
- Повышенная удельная мощность.
- Более низкие затраты на монтаж.
- Возможность уменьшения мощности двигателя.
- Дополнительная технология пуска/остановки, повышающая эффективность использования топлива максимум на 15 %.
ПОЛНАЯ ИНТЕГРАЦИЯ В СИЛОВУЮ УСТАНОВКУ
Силовая установка Cummins представляет собой полную механическую силовую установку, готовую к немедленному использованию. Она состоит из двигателя серии Stage V / Performance и системы охлаждения.
Все силовые установки производятся в соответствии с теми же высокими стандартами, что и двигатели Cummins. Они отличаются исключительной надежностью, высочайшими техническими возможностями и превосходной производительностью.
ТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА XPI ОТ ПОДРАЗДЕЛЕНИЯ КОМПАНИИ CUMMINS ПО РАЗРАБОТКЕ ТОПЛИВНЫХ СИСТЕМ
Топливная система XPI компании Cummins обеспечивает превосходную производительность установки независимо от числа оборотов двигателя. Несколько операций впрыска за цикл повышают топливную эффективность и обеспечивают более плавную и бесшумную работу. Благодаря стальным плунжерам и роликовым толкателям с алмазоподобным покрытием топливная система XPI считается самой надежной топливной системой на сегодняшний день.
СИСТЕМА ПОСЛЕДУЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ SINGLE MODULE™ ДЛЯ СИЛОВЫХ УСТАНОВОК F3.8™, B4.5™, B6.7™ И L9™
Компактная система последующей обработки Single Module™ объединяет дизельный катализатор окисления (DOC), сажевый фильтр дизельного двигателя (DPF) и избирательное каталитическое восстановление (SCR) в одном модуле, который занимает на 50 % меньше места, чем предыдущая система и весит на 30 % меньше, чем предыдущая система.
ГИБКАЯ МОДУЛЬНАЯ СИСТЕМА ПОСЛЕДУЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ ДЛЯ СИЛОВЫХ УСТАНОВОК X12 И X15
Благодаря наличию разных конфигураций системы вы получаете более гибкие возможности при монтаже установки. Гибкая модульная система последующей обработки для силовых установок X12 и X15 может соответствовать требованиям практически всех областей применения силовых установок.
САЖЕВЫЙ ФИЛЬТР ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ И СЕЛЕКТИВНОЕ КАТАЛИТИЧЕСКОЕ ВОССТАНОВЛЕНИЕ CUMMINS
Сажевый фильтр дизельного двигателя Cummins (DPF), подтвердивший свою высокую эффективность на уровне Tier 4 Interim, фактически функционирует как пассивное устройство, активная регенерация которого занимает менее 1 процента рабочего времени и которое не влияет на работу оборудования. Подробнее
ТОПЛИВНЫЕ ФИЛЬТРЫ FLEETGUARD NANONET
Топливные фильтры Fleetguard из современного материала NanoNet в 13 раз лучше защищают от частиц размером 4 и более микрон. Уникальная запатентованная конструкция предотвращает работу двигателя при отсутствии фильтра.
Подробнее
ПОЛНОСТЬЮ ИНТЕГРИРОВАННОЕ ЭЛЕКТРОННОЕ УПРАВЛЕНИЕ
Отдельный электронный модуль управления (ECM) повышенной производительности управляет всеми системами, начиная с системы забора воздуха и заканчивая системой последующей обработки выхлопных газов, благодаря чему двигатель достигает максимальной производительности и минимальных выбросов.
Силовые установки, работающие – Справочник химика 21
Диффузионные пламена уже очень давно и широко используются в промышленпости в силовых установках, цементных печах, мартеновских и плавильных печах, печах для термической обработки, в нефтезаводских факелах, камерах сгорания реактивных двигателей и в других аналогичных областях. Тем не менее изучение литературы показывает, что турбулентным диффузионным пламенам, несмотря на их важное промышленное значение, посвяш ено гораздо меньше научных исследований, чем пламенам предварительно смешанных газов и ламинарным диффузионным пламенам.
Однако в цели авторов не входит обсуждение опубликованных работ эта глава посвяш ена рассмотрению данных, необходимых для более глубокого понимания природы и методов получения турбулентных диффузионных пламен, а также ознакомлению с различными явлениями, сопровождаюш,ими пламена этого типа. [c.296]
В технологической цепочке, состоящей из периодически работающих аппаратов, расходы исходных веществ, воды, воздуха, греющего пара, электроэнергии, а также необходимость контроля и обслуживания непостоянны. Поэтому может возникнуть такая ситуация, при которой в определенный период расходы будут минимальны, а в другой период потребление возрастет до максимума (период пик). Такие периоды невыгодны экономически и затрудняют работу всего предприятия, включая силовую установку, котельное отделение и т. д. [c.420]
В последние годы XIX столетия внимание пионеров авиации привлек двигатель внутреннего сгорания.
Под влиянием требований быстро развивающегося автомобилизма этот тип двигателя был значительно з совершенствован — уменьшились его габариты и вес, повысилась экономичность и надежность в работе. Вскоре он стал основным типом авиационной силовой установки. Первый в России проект самолета с бензиновым двигателем относится к 1890 г. (В. К. Герман). [c.176]
Двигатели внутреннего сгорания являются пока основными силовыми установками их суммарная мощность составляет 85— 90 % от мощности всех тепловых и энергетических установок. Долговечная и надежная работа этих двигателей возможна только при использовании высококачественных топлив, масел и специальных жидкостей, соответствующих требованиям стандартов. Качество топлив и масел определяется сложным комплексом параметров, контролируемых различными методами. Последние должны быть точными, простыми и быстродействующими. [c.4]
Простой топливный элемент можно сконструировать из стандартной химической лабораторной стеклянной посуды.
Совершенно иначе обстоит дело с разработкой совершенных силовых установок топливных элементов, которые должны отвечать ряду требований обладать строго определенной характеристикой, достаточным сроком службы, приемлемым размером, надежностью в работе и быть экономичными. Разработка системы водородно-кислородного топливного элемента достигла такой стадии, когда следует обратить внимание на выполнение этих требований. В результате сейчас осуществляется обширная программа по разработке силовых установок и вводятся в действие совершенные силовые системы. Полупромышленная модель силовой установки на 2 кет показана на фиг. 152 она состоит из двух топливных батарей мощностью 1 кет каждая и устройств для хранения реагирующего вещества, удаления использованного тепла, удаления и хранения отработанного продукта реакции и для регулирования. Чтобы поддержать усилие, направленное на создание этой силовой системы, особое внимание было обращено на разработку электродов и методов их изготовления, позволяющих получать прочные и воспроизводимые структуры с большим сроком службы и устойчиво улучшенную характеристику.
Все отрасли науки и техники, необходимые для создания силовой установки, были использованы, включая конструирование, испытание, анализ, производство, осмотр и [c.430]
В прототипах батарей топливного элемента мощностью до 1000 вт исследуются в качестве топлива метанол и другие спирты при использовании в качестве окислителя воздуха или кислорода в кислых и щелочных электролитах. Основная трудность при работе со спиртами в щелочных электролитах—это образование продуктов окисления, которые нейтрализуют электролиты. Накопление продуктов окисления сопровождается постепенным уменьшением мощности. Однако за последние несколько лет были достигнуты значительные успехи в преодолении этой трудности. Например, силовая установка может работать около 8 час без смены электролита, после чего электролит можно обновить или восстановить его начальные свойства. Опыт показал, что после обновления электролита установка вновь достигает максимальной мощности.
При напряжении 0,3 в легко получить плотности тока [c.443]Силовая энергия. Потребную мощность, кВт, исчисляют исходя из установочной мощности механизмов (см. раздел третий). Установочную мощность умножают на коэффициент одновременности работы механизмов. Ниже приведен коэффициент одновременности в зависимости от числа потребителей силовой установки [c.337]
Потребность в мощных силовых установках, которые могут работать в отсутствие атмосферного кислорода (в условиях космоса) и позволяют достигать огромных высот и скоростей,, привела к созданию ракетных двигателей. Русские ученые и инженеры сыграли выдающуюся роль в развитии и совершенствовании ракетной техники. В нашей стране впервые в мире была высказана мысль о возможности применения ракетных двигателей для летательных аппаратов, созданы первые двигатели. Русские и советские ученые разработали и но существу первыми применили на практике теорию реактивного движения и ракетных двигателей.
[c.19]
Измерение уровня осуществляется с помощью буйкового уровнемера 1. Точная модификация прибора, которая характеризует длину чувствительного элемента датчика, определяется по максимальному паводковому уровню воды в точке его установки. Работа прибора основана на принципе силовой компенсации изменения веса буйка, частично погруженного в воду. Выходным сигналом прибора является пропорциональное уровню изменение тока от О до 5 или от О до 20 ма. Вторичный прибор 2 уровнемера, в качестве которого используется стандартный автоматический потенциометр со [c.108]
Задаваясь количеством разделившегося урана-235 (например 1 кг) за определенное время работы силовой установки (например 1 ч или 1 сут), можно подсчитать ее энергетическую мощность. Задачу можно решить и в обратном порядке зная потребную мощность за определенное время, можно найти количество урана-235, которое должно разделиться за это время. В этом случае необходимо учитывать величину коэффициента теплоиспользования выделившейся при делении энергии.
Для стационарных установок его обычно принимают равным 0,3— [c.259]
С целью обеспечения работ по созданию Ту-156 готовится наземный стенд для испытания криогенной силовой установки на базе самолета Ту-155 с максимальным использованием его бортовых систем. [c.527]
В гальванических цехах применяются силовые установки постоянного (3—12 в, а иногда и 60 в) и переменного (110 и 22/380 в) токов. Учитывая, что рабочие этих цехов по роду своей работы находятся в контакте с электролитами, следует уделить особое внимание вопросам техники безопасности при эксплуатации электрооборудования. [c.387]
С целью обеспечения работ по созданию самолета Ту-136 готовится наземный стенд для испытаний криогенной силовой установки. Он предназначен для решения целого ряда задач, основными из которых являются [c.528]
Имеет некоторое значение и то, что в соответствии с Правилами Регистра СССР аммиачные холодильные машины должны устанавливаться в отдельных газонепроницаемых помещениях с двумя выходами, один из которых должен быть непосредственно на открытую палубу.
В машинном отделении и помещениях, где расположено технологическое оборудование, в котором используется аммиак, на случай прорыва аммиака из системы или пожара Предусматриваются устройства водяного орошения и водяные завесы у выходов. В то же время хладоновое холодильное оборудование может устанавливаться как в отдельных помещениях, так и в помещениях, общих с силовыми установками и технологическим оборудованием. При использовании винтовых хладоновых компрессоров, имеющих автоматическое изменение холодильной мощности в широком интервале, разрешается комплексно автоматизированную холодильную установку эксплуатировать без обслуживания в течение 16 ч в сутки, что не допускается в случае работы на аммиаке. [c.404]
В книге освещены основные вопросы применения топлив и масел в современных силовых установках и механизмах обобщен накопленный экспериментальный материал, относящийся к условиям использования и поведения в работе топлив, масел и присадок, с точки зрения рационального применения их и обеспечения надежной и длительной работы машин.
[c.2]
Автоматические силовые установки для коммутаторов и для небольших телефонных станций так искусно спроектированы и изготовлены столь компактно, что требуются относительно редкие визиты обслуживающего персонала. Его задачей является проверка состояния заряда и определение необходимого количества добавочной воды. Во всем другом батарея способна работать без вмешательства человека. [c.397]
Щит (или пульт) управления. Со щита (пульта) управления производится централизованное наблюдение и управление работой силовой установки (станции) и в частности регулирование напряжения, частоты, пуск в ход машин, распределение нагрузки между машинами и станциями и т. д. и, кроме того, отсюда же происходит наблюдение и управление отдачей анергии со станции. Контроль и управление производятся при помощи телефонной и сигнализационной связи (телефоны, регистрирующие приборы, действующие на расстоянии, командные аппараты), а также с помощью измерительных приборов и приборов управления, которые бывают смонтированы на щитах или пультах с необходимой наглядностью и таким образом, чтобы их можно было наблюдать и обслуживать с одного места.
[c.967]Элементы оборудования собственных нужд могут быть по их значению для бесперебойной работы главной силовой установки разбиты на три класса [c.976]
Для того чтобы гарантировать надежную работу насосной станции, необходимо обеспечить бесперебойное электроснабжение станции. Это достигается подключением силовой установки станции двумя фидерами от двух независимых источников питания. В некоторых особо ответственных случаях предусматривают так называемый тепловой резерв, т. е. привод резервных насосов от паровых турбин или двигателей внутреннего сгорания. Тепловой резерв вступает в действие автоматически при прекращении подачи электроэнергии. [c.114]
Для гарантированной надежной работы насосной станции необходимо обеспечить ее бесперебойное электроснабжение. Это достигается подключением силовой установки станции двумя фидерами от двух независимых источников питания. [c.106]
Исследованию подвергался также вопрос о влиянии изменений количества газа при бензинировании, возникший в связи с наблюдениями работы заводских установок.
При внезапном прекращении подачи тока вследствие аварий на силовых установках на короткое время выключаются газовые циркуляционные насосы, в то время как все количество сырья уже введено в блок бензинирования. Предстояло установить, снижается ли при подобных авариях расщепляющая способность контакта и в какой степени возможна регенерация поврежденного контакта в условиях нормальной работы установки. [c.171]
Другие системы питания. Если ракетный двигатель применяется в качестве дополнительной силовой установки, например для облегчения отрыва самолета от земли, то для приведения турбонасосной системы в действие имеется возможность пользоваться воздухом от компрессора (или турбореактивного двигателя) или выхлопными газами (от поршневого мотора). Недостаток последнего метода состоит в зависимости его работы от другого двигателя., [c.113]
Циклотрон — ускоритель заряженных частиц протонов, дейтронов, тритонов и а-частиц. Частицы разгоняются в электрическом поле до такой скорости, что они могут преодолеть силы отталкивания ядра- мишени .
Для той же цели применяются линейные и циклические ускорители. К различным вариантам циклических ускорителей относятся циклотрон, бетатрон, синхротрон, фазотрон и синхроциклотрон. Атомный котел, или атомный реактор, может служить для использования атомной энергии в мирных целях. С его помощью были получены многие радиоизотопы и трансурановые элементы. Выделяющееся при делении ядер тепло используют для превращения воды в пар, который приводит в действие турбины. Таким образом, на атомной энергии могут работать силовые установки, подводные лодки и т. д. В ядерных реакто- 143 [c.143]
Струйный компрессор находит разностороннее применение я з газотурбинных двигателях. Если такой двигатель эксплуатируется в стационарных условиях или при небольших скоростях движения (например, работа газотурбинного двигателя самолета на старте и во время взлета), струйный компрессор может быть использован для охлаждения силовой установки. [c.13]
Работники кафедры (канд.
техн. наук А. И. Гончаренко и др.) занимаются также изучением новых типов передач и, в частности, волновых, обладающих целым рядом положительных качеств. Разработан ряд новых конструкций передач, выполнены экспериментальные и теоретические их исследования, проводится работа по внедрению волновых передач в силовых установках. [c.59]
Необходимо сравнить эти четыре поверхности теплообмена с точки зрения наилучшего удовлетворения коикретным условиям работы водо-воздушаого радиатора в транспортной силовой установке. Наиболее точно и быстро это можно сделать, рассчитав радиаторы методом последовательных приближений на электронно-вычислительных машинах, ка это предложено в книге А. П. Клименко и Г. Е. Ка евца [5]. Подобное расчетное сравнение методом последовательных приближений для теплообменных поверхностей № 1, 6, 8 и 11 было выполнено согласно методике, указанной в приложении 4. [c.67]
Наибольшее распространспие среди тепловых двигателей получили двигатели внутреннего сгорания.
В этих двигателях основные процессы — сжигание топлива, выделение теплоты и ее преобразование в механическую работу — происходят непосредственно внутри двигателя. Такие двигатели используют в качестве силовой установки во всех видах транспорта — автомобильном, железнодорожном, водном и авиационном. Они же являются источником механической энергии в сельскохозяйственном производстве и в строительстве, в нефтяной и газовой промышленности, а также в других областях народного хозяйства. [c.22]
Дополнительными условиями являются теплофизические свойства рабочего тела плотность, скрытая теплота парообразования, теплопроводность, параметры силовой установки — ее мощность, перепады давления, продолжительность работы и конструктивный тип реакторя , твердофазный или газовый. Кроме того, для ЯРД при выборе рабочего тела необходимо учитывать специфику условий работы ядерного реактора — это действие альфа-, бета- и гамма-излучения на рабочее тело. Рабочее тело, в свою очередь, может оказаться поглотителем нейтронов, что совершенно недопустимо для ЯРД.
Все сказанное выше должно быть учтено в технических требованиях к рабочим телам ЯРД. [c.268]
При эксплуатации газотурбинных силовых установок для возможности конкуренции их с силовыми установками с более высоким к. п. д. стремятся достигнуть удовлетворительной работы на остаточных топливах. Однако первые попытки в этом направлении показали, что в связи с незначительными допусками, принимаемыми при констрз ировании турбин, и влиянием аэродинамики газовых турбин общее количество зольных отложений, дохгускаемое в турбинах с открытым циклом, весьма мало [5]. Дальнейшее развитие газовых турбин с открытылт циклом направлено в сторону повышения рабочих температур уже в настоящее время новые турбииы в Англии и США работают при температурах 750 . В турбинах с замкнутым циклом увеличивается общая поверхность, на которой возможно образование отложений, но даже в этом случае допускаемая скорость образования отложений во много раз меньше общего количества золы, проходящей через агрегат с газовым потоком.
В турбинах с замкнутым циклом уже в настоящее время температуры металла превышают 750°, а известно, что нри этих условиях присутствие золы в топливе неизбежно вызывает быстрый износ металла. В низкотемпературных зонах проблема действия зольных отложений на теплообменники не создает серьезных трудностей, и, поскольку рабочие температуры обычно превышают кислотную точку росы, отложения, которые могут образоваться в этих условиях, остаются сухими и легко удаляются при помощи обычного оборудования для обдувки. [c.367]
Ковши экскаваторов по их емкости выбирают в соответствик с мощностью силовой установки из расчета работы на грунтах V—VI категорий, т. е. при наиболее напряженных условиях. Естественно, что пр1 разработке более легких грунтов при той же мощности силовой установки емкость ковша может быть увеличена. Выше, в табл. 2, приведены данные по емкости ковшей экскаваторов различных моделей в зав . симостн от категорий грунта. [c.14]
Как было уже сказано выше, по виду энергии, применяемой для работы и передвижения, различают экскаваторы с силовыми установками паровыми, дизельными, электрическими, комбини рованными, днзель-электрнческнми и т.
д. [c.22]
На основании вышеприведенных причин отдельные конструкции ванн обеспечиваются различной внешней тепловой изоляцией. В больших ваннах достижение желаемой температуры не вызывает каких-либо затруднений, наоборот они обыкновенно нуждаются в охлаждении. Однако тепловая изоляция может быть нужной и здесь в случаях, если установка работает с частыми перерывами, например при использовании ночной пиковой энергии силовых установок. Для того, чтобы в таких случаях за короткий рабочий период возможно быстро получить благоприятную рабочую температуру, нужно по возможности снизить охлаждение ванн во время перерывов. Неоднократно предлагалось применять в таких случаях искусственное нагревание для этого могут быть использованы те же самые приспособления, которые при нормальном производстве служат для охлаждения. Предложение I. N. Smith (Westinghouse [c.26]
Судовая энергетическая (силовая) установка — сложный комплекс главных и вспомогательных двигателей, механизмов, аппаратов, трубопроводов, предназначенных для обеспечения движения судна, жизнедеятельности экипажа и работы судовых устройств и систем.
Главный двигатель с обслуживающими его механизмами и аппаратами, передачи, вало-провод, движитель, соответствующие системы автоматического управления образуют про-пульсивную установку судна, обеспечивающую его движение. В качестве движителя, как [c.180]
Принцип действия ЭКПУ заключается в бесконтактном электронном коммутировании силовых линий исполнительных устройств взрывозащиты при размыкании датчиками входных цепей установки. Размыкающие (нормально замкнутые) контакты реле давлений или шлейфные датчики подключаются на вход ЭКПУ по схеме совпадения. В цепи каждого луча датчики могут включаться по любой из логических схем конъюнкции, дизъюнкции или смешанным соединением. Установка работает в дежурном режиме и режиме контроля. В режиме контроля осуществляется проверка основных параметров установки и исправности основных электрических цепей (линий датчиков, побудителей, электромагнитных клапанов). Ток коммутации электрических цепей побудителей в импульсном режиме — до 30 А.
При этом инерционность установки не превышает 1 мс. [c.51]
Вопросам экономики и снижения стоимости дизельных топлив придается особое значение в США при выборе топлив для стационарных дизелей, используемых в качестве промышленных силовых установок. Такие установки должны конкурировать с другими источниками энергии, такими, как паровые и газовые турбины и двигатели с искровым зажиганием, работающими на газообразных топливах. В стационарных двигателях промышленных силовых установок в основном применяют дизельные топлива, соответствующие классу 4 по классификации Горного бюро США, т. е. смеси дистиллятных и остаточных топлив. При этом степень, до которой остаточные топлива разбавляют дистиллятными, зависит от климатичс-сьснх условий в районе работы силовой установки, а также от местной экономики и наличия нефтеперерабатывающих заводов вблизи от силовой установки. Практикуется и применение чисто остаточных топлив, однако если последние обладают низкой воспламеняемостью или ухудшают процесс горения, то предварительно впрыскивают порцию легкого дистиллятного топлива с требуемой воспламеняемостью.
[c.91]
Гибридные установки изменят подход к проектированию в авиастроении — Российская газета
На Международном военно-техническом форуме “Армия-2021” представлен макет гибридной силовой установки (ГСУ), способной сделать эксплуатацию летательных аппаратов более эффективной.
Что такое гибридная силовая установка? Это симбиоз газотурбинного двигателя и электромотора. КПД газотурбинного мотора, отвечающего за привод винтов самолетов и вертолетов, близок к своему пределу. Новая технология компенсирует недостаток мощности классической силовой установки электромотором, открывая немалые возможности для развития авиационной отрасли. Представленный на форуме макет ГСУ разработан петербургским предприятием Объединенной двигателестроительной корпорации Ростеха “ОДК-Климов”. Демонстратор гибридной силовой установки мощностью 500 киловатт будет создан на базе вертолетного двигателя ВК-650В, пояснили разработчики.
О широком применении технологии говорили участники дискуссии, организованной недавно “ОДК-Климов”.
Двенадцать ведущих экспертов – представители структур, заинтересованных в создании ГСУ, поделились своим мнением о перспективах гибридизации.
Одним из объектов ее применения, отметили они, может стать воздушное судно со сверхкоротким взлетом и посадкой. Проект аппарата под названием “Партизан”, способного взлетать и приземляться на пятидесятиметровой площадке, разработан НИИ имени С.А. Чаплыгина. Силовая установка включает восемь электродвигателей, обеспечивающих привод винтов для дополнительного обдува крыла, увеличивая тем самым подъемную силу. Другая экспериментальная новинка принадлежит исследовательскому центру института авиационного моторостроения имени П.И. Баранова. Как объяснил его директор Антон Варюхин, она продемонстрирована на летающей лаборатории на базе Як-40.
Важнейшим преимуществом ГСУ, отметил представитель Фонда перспективных исследований Ян Чибисов, является возможность создания летательных аппаратов различной архитектуры. Например, это может быть циклолет, легкий аппарат с вертикальным взлетом и посадкой, беспилотник, которому предстоит стать полноразмерной летающей машиной, предназначенной в том числе для использования в интересах министерства обороны.
Наличие аккумулятора в составе силовой установки значительно повышает безопасность полета, так как появляется резервный источник энергии на случай отказа газотурбинного двигателя, подчеркнул представитель НИИ имени Чаплыгина Дмитрий Смирнов. У ГСУ большой потенциал, полноценно раскрыть который можно только на новых летательных аппаратах, считает он.
Новая технология компенсирует недостаток мощности классической силовой установки, открывая немалые возможности для развития авиации
Внедрение гибридных установок изменит сам подход к проектированию в авиастроении, полагает директор программ Национального центра вертолетостроения имени М.Л. Миля и Н.И. Камова Алексей Ефремов. ГСУ проектируется для конкретного летательного аппарата. Принципиально улучшить его характеристики помогут совместные усилия разработчиков двигателей и создателей воздушных судов.
Отдельная тема – создание мощных электрических машин для гибридных технологий. Как известно, энергоэффективность аккумуляторов уступает энергоэффективности углеродного топлива.
Бак с керосином и газотурбинный двигатель легче, чем электрический с батареями, что важно для авиации. Директор НИИ “ЭТКиС” Вячеслав Вавилов считает, что энергозатраты электрических машин, входящих в ГСУ, должны составлять 10-15 киловатт на килограмм веса самолета. Необходим прорыв в аккумуляторных технологиях. Поиски решения ведутся в разных направлениях. Научный сотрудник Московского физико-технического института Дмитрий Семененко допускает идею использования водорода как наиболее энергоемкого вида топлива.
В новейших установках на легких самолетах в сегменте малой и региональной авиации есть большая заинтересованность. Как сообщил представитель Уральского завода гражданской авиации Сергей Радюк, предприятие готовит к выпуску аппарат “Байкал”, призванный заменить Ан-2. Он является потенциальным объектом применения гибридных двигателей. Не за горами и развитие рынка аэротакси, активность которого прогнозируется к 2025 году. Двухдвигательный вертолет дороже однодвигательного, отмечает главный конструктор ГСУ компании “ВР-Технологии” Сергей Баранов, но гибридизация позволяет, повысив безопасность схемы, получить “полуторадвигательный” вертолет с внедрением электрической части всего на 10 процентов дороже.
По мнению руководителя направления логистики Центра инноваций “Газпромнефть-Снабжение” Олега Егорова, беспилотники, оснащенные инновационными моторами, могли бы быть полезными при обеспечении нефтедобывающего производства в труднодоступных районах.
Проявляет интерес к силовой установке нового поколения и минобороны. Гибридный подход известен в конструкции субмарин. Но для воздушного флота тяжелые аккумуляторные батареи представляют собой проблему. По словам заместителя начальника 5-го управления НИИ кораблестроения и вооружения ВУНЦ ВМФ Игоря Максимова, в морской авиации ожидают от ГСУ топливной эффективности. Испытательная площадка министерства – ГЛИЦ имени В.П. Чкалова – готова подключиться к работе, если решение будет найдено, отметил заместитель начальника управления центра Владимир Париевский.
Как подчеркнул заместитель директора программы перспективных двигателей вертолетов “ОДК-Климов” Михаил Шемет, потенциальных объектов применения ГСУ немало – и в воздушном, и в морском, и в наземном транспорте.
Но авиация может стать локомотивом в реализации нового проекта, для чего необходимо объединить усилия всех профессионально значимых сторон, определив точки внедрения инновации. Роль интегратора в этом процессе участники дискуссии отводят государству, способному поддержать инициативу с помощью комплексной целевой программы, как главному заинтересованному лицу в развитии нового направления отечественного двигателестроения.
Перспективные силовые установки для высокоскоростных летательных аппаратов
Перспективные силовые установки для высокоскоростных летательных аппаратовАМЕРИКАНСКИЕ ПРОЕКТЫ
Данный обзор посвящен американским НИОКР по перспективным силовыми установкам для летательных аппаратов, рассчитанных на скорость полета свыше М=3-4. Основное внимание в статье уделено силовым установкам, работающим, хотя бы на отдельных этапах полета, в режиме воздушно-реактивного двигателя (ВРД). Использование атмосферного кислорода существенно повышает эффективность таких установок по сравнению с жидкостными ракетными двигателями (ЖРД).
МОДЕРНИЗАЦИЯ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Наибольшее распространение в военной и гражданской авиации получили газотурбинные двигатели различных типов. Однако их скоростные характеристики ограничены значениями М=2-3. Тем не менее, модернизации силовых установок данного типа в США придается особое значение. Так, например, уже около пятнадцати лет правительственные организации совместно с промышленными компаниями ведут, и весьма успешно, работы по программе Integrated High Performance Turbine Engine Technologies (IHPTET), направленной на повышение энергетических и экономических показателей газотурбинных двигателей. В 2000 г. была учреждена новая долгосрочная программа Versatile Affordable Advanced Turbine Engine (VAATE) с примерно схожими задачами. Однако в ходе реализации последнего проекта основное внимание будет уделяться повышению эксплуатационных характеристик ВРД, применяемых в боевой авиационной технике.
В то же время изучаются возможности качественного улучшения скоростных показателей силовых установок, созданных на базе газотурбинных двигателей (ГРД).
Весьма привлекательным вариантом считается двигатель SteamJet, спроектированный при участии российских специалистов фирмой MSE Technology Applications.
Данная установка представляет собой обычный турбореактивный двигатель (ТРД) с инжектором, обеспечивающим впрыск воды, жидкого воздуха или кислорода в воздушный канал воздухозаборника. Подача газифицированного в теплообменнике компонента позволяет повысить эффективность работы компрессора, а также снизить температуру торможения; поэтому такая система охлаждения получила общее название MIPCC (Mass Injection Pre-Compressor Cooling).
| Схема двигателя SteamJet |
По мнению разработчиков, диапазон применения такого двигателя весьма широк: от крылатых ракет и гиперзвуковых экспериментальных аппаратов до самолетов-разгонщиков ракетно-космических систем.
Так, например, двигательной установкой типа SteamJet предлагается комплектовать первую ступень частично многоразовой транспортной системы Rascal (Responsive Access Small Cargo Affordable Launch), которая предназначается для оперативного запуска военных спутников массой 75-100 кг. Новое средство выведения представляется специалистами Управления перспективных разработок Министерства обороны DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) как сборка многоразовой первой ступени самолетного типа и двух одноразовых ракетных блоков.
После изучения конкурсных предложений промышленных компаний контракт на техническое проектирование системы был заключен весной 2003 г. с фирмой Space Launch. Продолжительность работ этого этапа программы, общая стоимость которой оценивается в 88 млн долл.
, составит 18 месяцев, и завершится во второй половине 2004 г. Управление должно принять окончательное решение о создании летного образца системы и проведении в 2006 г. двух испытательных пусков.
Разрабатываемый компанией Space Launch самолет-разгонщик, получивший обозначение MPV (MlPCC-Powered Vehicle – «Аппарат с охлаждаемыми двигателями»), представляет собой высокоплан с треугольным крылом и двухкилевым хвостовым оперением. Планер проектируется фирмой Scaled Composites, в его конструкции будут преобладать композиционные материалы с абляционной теплозащитой, а отдельные термонагруженные элементы намечается изготавливать из титана и стали.
При длине 27,1 м и размахе крыла 27,4 м взлетная масса ступени составит 36,3 т. Силовая установка самолета комплектуется четырьмя усовершенствованными турбовентиляторными двигателями серии F100 фирмы Pratt and Whitney. Эти ТРДДФ со встроенной системой MIPCC обеспечат тяговооруженность системы, близкую к значению 2:1.
Самолет MPV рассчитывается на взлет с обычной аэродромной полосы.
Достигнув высоты 9 км, аппарат в форсажном режиме совершит «горку» с разгоном до скорости М=4 на высоте 36 км, после чего силовая установка будет отключена, и самолет продолжит подъем в свободном полете. Отделение ракетного блока массой 7,3 т должно производиться при приближении к апогею траектории на высоте 58-60 км. После входа в атмосферу самолет с включенными двигателями вернется в месту старта.
Энергетические характеристики системы RASCAL позволят доставлять на солнечно-синхронную орбиту высотой 500 км спутники массой 115 кг, а на такую же по высоте орбиту с наклонением 28,5° грузы массой 180 кг. При этом изучаются возможности использования системы для выведения грузов на баллистические траектории.
Среди других показателей проектируемой системы в печати отмечаются следующие: стоимость запуска не должна превышать 750 тыс. долл., период послеполетного обслуживания определен в 24 часа, а оперативность проведения старта в 1 час.
ПРЯМОТОЧНЫЕ ВОЗДУШНО-РЕАКТИВНЫЕ ДВИГАТЕЛИ
Прямоточные воздушно-реактивные двигатели (ПВРД), относящиеся к классу бескомпрессорных ВРД, достаточно широко используются с 50-х годов в составе боевых ракет различных типов.
Данные силовые установки отличаются простотой конструкции и незначительной стоимостью изготовления, но эффективно работать они могут в скоростном диапазоне от М=2,5-3 (то есть – необходимы дополнительные средства для разгона летательного аппарата) до М=5-6.
Значительного увеличения скорости полета (до значений М=10-12) позволяют достичь ПВРД со сверхзвуковым горением (СПВРД). Однако эти двигатели требуют наличия системы охлаждения, а также чрезвычайно сложной организации подачи топлива (время на образование рабочей смеси ограничено 1 мс).
Для поддержания высокоскоростного горения в качестве горючего приходится использовать либо топливо с химически активными, но весьма токсичными добавками, либо водород, отличающийся низкой плотностью, летучестью
и взрывоопасностью. Все эти обстоятельства ограничивают области практического (в первую очередь военного) применения СПВРД.
Развитие технологий в последнее десятилетие позволило добиться определенных успехов в решении данных проблем, особенно связанных с водородными СПВРД.
| Экспериментальный СПВРД, созданный по программе X-30 |
В 1985-93 гг. в раках программы NASP (National Aero-Space Plane) различные организации Министерства обороны и NASA вели разработку одноступенчатого воздушно-космического самолета (ВКС), способного самостоятельно выходить на околоземную орбиту. Силовую установку пилотируемых моделей новой транспортной системы, получивших обозначение Х-30, предполагалось комплектовать несколькими СПВРД (для крейсерского полета со скоростью до М=15) и разгонными жидкостными двигателями, которые должны были обеспечить достижение первой космической скорости.
После закрытия программы работы по отдельным технологиям ВКС, в частности по СПВРД на водородном горючем были продолжены. В 1994 г. на технической базе Центра Лэнгли было проведено свыше 20 стендовых запусков масштабной (30%-ной) модели штатного двигателя.
Опытный образец с обозначением CDE (Concept Demonstration Engine) стал самым крупным СПВРД, изготовленным и испытанным в рамках программы Х-30: его длина составляла 4,8 м, а масса 2,25 т. Успешно выполненные запуски, продолжительность которых достигала 30 с, подтвердили работоспособность созданного изделия.
| Экспериментальный комплекс Центра Лэнгли с Аэродинамической трубой HTT |
Испытания двигателя CDE проводились в высокотемпературной аэродинамической трубе HTT (High Temperature Tunnel) с рабочей частью диаметром 2,4 м и длиной 3,6 м.
На этой установке горячий поток с заданными параметрами по температуре и давлению подается из камеры сгорания, работающей на метане и воздухе. Для имитации условий разреженной атмосферы в пламя в соответствующей пропорции вдувается чистый кислород.
Для подготовки комплекса к испытаниям было израсходовано 2,7 млн долл. В основном эти средства пошли на монтаж оборудования подачи кислорода и газообразного водорода, использовавшегося в качестве горючего СПВРД.
В рабочей части трубы НТТ двигатель CDE устанавливался на специальном балансировочном устройстве, предназначенном для измерения тяги. Вся сборка СПВРД с этим устройством общей массой около 18 т монтировалась на подъемном механизме массой 4,5 т, обеспечивающим выдвижение испытываемого изделия в установившийся поток пламени. Продолжительность выхода установки на штатный режим работы после включения составляет около 50 с, сами же эксперименты при расчетной скорости потока М=7 могут длиться 35-40 с [3]. Запуск СПВРД проводился в течение 2 с путем впрыска в проточную часть изделия силона (silane, – кремневодорода), самовоспламеняющегося при смешении с горючим.
| Общий вид аппарата X-43A |
Первая экспериментальная модель Х-43А массой 1,3 т и длиной 3,6 м спроектирована по схеме несущего корпуса с небольшим дельтовидным крылом размахом в 1,6 м. Расположенный под фюзеляжем СПВРД длиной 76,2 см и шириной 50,8 см использует в качестве горючего газообразный водород. Компонент массой 1,36 кг, который должен обеспечить работу двигателя в течение 7-10 с, хранится на борту в двух баках емкостью по 0,015 м3 под давлением 600 кг/см2. Подача горючего в камеру сгорания, изготовленной из медного сплава, осуществляется под давлением 84 кг/см2.
Запуск двигателя, который не имеет системы охлаждения, также производится путем одновременного впрыска в камеру водорода и силана.
В ходе наземной отработки СПВРД было выполнено свыше 600 стендовых запусков, из которых около 75 испытаний проводилось в аэродинамической трубе НТТ Центра Лэнгли.
Всего к летным испытаниям подготовлено три аппарата Х-43А. Запуск первого из них, состоявшийся летом 2001 г., окончился неудачей из-за отказа ракеты «Пегас», с помощью которой модели должны разгоняться до скорости включения маршевого СПВРД.
Вторая модель, полет которой запланирован на конец 2003 г., рассчитывается на достижение скорости М=7. При этом ее двигатель будет сначала работать в режиме дозвукового, а потом сверхзвукового горения. СПВРД третьего аппарата, который предполагается разогнать до скорости М=10, должен сразу же выйти на сверхзвуковой режим работы.
В перспективе на базе технологий, освоенных в рамках проекта Х-43А, NASA планирует подготовить экспериментальный аппарат X-43D с максимальной скоростью полета до М=15.
Важной особенностью данной модели будет охлаждаемый СПВРД, работающий на жидком водороде. Бортовой запас компонента должен обеспечить активный участок продолжительностью 10 с.
ПВРД НА УГЛЕВОДОРОДНОМ ГОРЮЧЕМ
Если NASA занимается в основном перспективными водородными СПВРД, то усилия военных организаций сосредоточены на создании силовых установок, работающих на обычном углеводородном горючем. Различные марки керосинов широко распространены в авиационной технике, они характеризуются низкой стоимостью и не требуют особых мер предосторожности при производстве, хранении и заправке.
Разработками керосиновых ПВРД занимаются научно-исследовательские организации всех видов вооруженных сил США.
В 1995 г. после предварительных изысканий, имевших название Hydrocarbon Scramjet Engine Technology (HySET), ВВС приступили к реализации программы HyTech (Hypersonic Technology Program). Основной задачей проекта стала разработка типового углеводородного СПВРД, который мог бы применяться в составе различных боевых ракет и перспективных высокоскоростных самолетов.
Для расчетов изделия были определены общие контрольные параметры крылатой ракеты: крейсерская скорость полета М=7-8, дальность действия 1350 км, вес боевой части – «несколько сотен фунтов» (1 фунт равен 0,453 кг). Для разгона ракеты до скорости М=4, когда можно производить включение двигателя, используются стартовые ускорители.
Согласно условиям заключенного с Лабораторией AFRL контракта, компания Pratt and Whitney должна разработать и провести в 2004 г. серию стендовых запусков квалификационного образца СПВРД. Летные испытания изделия программой пока не предусматриваются. Однако компания настолько уверена в дальнейшем развитии проекта, что значительный объем опытных работ по новой силовой установке финансирует из собственных фондов. (Официальный бюджет программы составляют примерно 100 млн долл., из которых к 2003 г. было израсходовано около 85 млн.)
Созданию экспериментальных моделей двигателя HyTech предшествовала большая работа по подготовке необходимой элементной базы.
В 1997-99 гг. компанией Pratt and Whitney было проведено около 700 стендовых испытаний камеры сгорания СПВРД, в ходе
которых варьировались режимы подачи горючего; примерно такое же количество составило и число продувок воздухозаборников различной конфигурации. Подобные эксперименты выполнялись на собственной технической базе фирмы, в Лаборатории GASL, Центре Гленна и других комплексах как гражданских, так и военных организаций.
Кроме того, компания Pratt and Whitney на собственные средства изготовила экспериментальный СПВРД, работающий на этилене. Этот двигатель применялся в качестве действующего прототипа для расчета будущих моделей; при его стендовых запусках скорость набегающего потока доводилась до значения М=8.
Одновременно фирма Pratt and Whitney вела разработку системы охлаждения СПВРД. В 1997 г. начались эксперименты с фрагментом стенки двигателя с теплообменными трубками; изготовленный из никелевого сплава образец размером 15×38 см подвергался тепловым нагрузкам, соответствующим реальным.
Общая продолжительность этих испытаний составила 160 с. Позднее были подготовлены и успешно испытаны две панели размером 15×76 см, их суммарная наработка достигла 78 мин. Затем начались эксперименты с полномасштабной стенкой СПВРД длиной 1,9 м.
В 2001-2002 гг. были проведены акустические и динамические испытания штатной камеры сгорания длиной 60 см и шириной 22,8 см, отработаны распределительные клапана подачи топлива, секция с инжекторами и прочие компоненты.
Первый этап испытаний экспериментального образца СПВРД с задачами подтверждения работоспособности изделия был успешно проведен в начале 2001 г. Модель, получившая обозначение РТЕ (Performance Test Engine), представляет собой СПВРД с неизменяемой геометрией проточной части. Основными его элементами являются поверхность сжатия перед воздухозаборником, изолятор для стабилизации скачков уплотнения, камера сгорания и сопло.
Общая длина двигателя РТЕ составляет 3,07 м, без передней и сопловой части, которые будут элементами летательного аппарата, – 1,9 м.
По длине модель соответствует штатному изделию, поперечный же размер был уменьшен с расчетных 22,8 см до 15,2 см.
Система охлаждения в двигателе РТЕ не предусматривалась, поэтому большая часть его конструкции изготовлялась из теплоемкой меди. При этом масса изделия составила 900 кг.
Для создаваемой силовой установки выбрано углеводородное горючее JP-7. Это топливо, специально разработанное для высокоскоростного самолета SR-71, отличается стабильными характеристиками, нетоксичностью и рядом других преимуществ, важными при использовании на боевых аппаратах. Однако в чистом виде оно не применимо в СПВРД, так как его достаточно крупные молекулы не обеспечивают сверхзвуковое горение. Поэтому перед подачей в камеру сгорания топливо подвергается «крекингу» – расщеплению длинных углеводородных цепей на более мелкие, обладающими повышенными теплотворными характеристиками.
В штатном СПВРД эта реакция будет протекать в теплообменниках системы охлаждения изделия.
Но поскольку таковая в модели РТЕ отсутствовала, то горючее подавалось в камеру сгорания после подогрева в специальном реакторе мощностью 1 МВт.
В ходе запусков, проводившихся на стенде Leg-б Лаборатории GASL, двигатель РТЕ продемонстрировал устойчивые рабочие характеристики в широком диапазоне скоростей (М=4,5-6,5).
| Экспериментальная модель двигателя PTE |
| Модель GDE-1 |
Однако и для этой модели предусмотрена раздельная подача топлива в систему охлаждения и камеру сгорания (опять через внешней нагреватель). Такая схема необходима для оценки химических свойств прошедшего теплообменники компонента и точного определения теплового баланса установки. В целях снижения риска при первых запусках двигатель работал в переохлажденном состоянии, то есть количество прогоняемого через «рубашку» охлаждения топлива намного превышало потребную величину, необходимую для отвода тепла и поддержания эффективного горения. После каждого эксперимента проводилась дефектоскопия каждого сварного шва СПВРД и общая проверка герметичности воздушного тракта.
В общей сложности в течение года было выполнено около 60 запусков двигателя GDE-1 с максимальной продолжительностью работы до 20 с. Примерно в 50 из них скорость набегающего потока доводилась до значения М=4,5, в остальных имитировался полет со скоростью М=6,5.
На анализ полученных результатов, в целом признанных положительными, и на подготовку к заключительному этапу программы HyTech отводится примерно год.
Летом 2004 г. должны начаться испытания двигателя GDE-2.
Важной особенностью данной модели, практически полностью соответствующей летному изделию, станет изменяемая геометрия воздухозаборника. Кроме того, СПВРД будет оснащаться штатной системой подачи топлива через «рубашку» охлаждения, а также автоматизированной системой управления работой установки Fadec (Full Authority Digital Engine Control),используемой в двигателе F119.
Квалификационные испытания модели GDE-2 будут проводиться уже в Центре Лэнгли – в высокотемпературной аэродинамической трубе НТТ, позволяющей поддерживать устойчивый высокоскоростной напор в течение 30 с.
Основываясь на достаточно успешном выполнении экспериментов с двигателем GDE-1, представители Лаборатории AFRL и фирмы Pratt and Whitney выступили с предложением о создании летного образца данного СПВРД и проведении его испытаний в составе экспериментальной ракеты. В качестве обоснования ими приводится то обстоятельство, что модель GDE-2 с изменяемой геометрией воздушного канала предназначается в основном для маневренных аппаратов и разгонных ступеней будущих многоразовых транспортных космических систем (МТКС), относящихся к области интересов NASA.
Отработанная же модель GDE-1 наиболее эффективна в боевых ударных системах.
Предлагаемая экспериментальная ракета, обозначенная EFSEFD (Endothermically Fueled, Scramjet Engine Flight Demonstrator – «Летный демонстратор с СПВРД на подогретом горючем»), может быть подготовлена к испытаниям к концу 2006 г. Для разгона до скорости включения маршевого двигателя (М=4,5) после сброса с самолета-носителя ракета длиной 4,2 м должна комплектоваться твердотопливным разгонным блоком. При этом общая масса сборки составит 1,8 т, а длина 7,9м.
На участке разгона воздухозаборник ракеты будет закрыт специальными створками. После отделения РДТТ они раскроются для запуска СПВРД, который за несколько минут работы обеспечит приращение скорости в 2-2,5 единицы (в числах Маха).
Проект EFSEFD находится еще на стадии технического предложения и просчитывается участниками программы HyTech пока в инициативном порядке.
Благодаря успешному ходу работ по программе HyTech к создаваемой силовой установке проявили интерес сначала компания Boeing, а позднее NASA.
Первая организация привлекла фирму Pratt and Whitney к разработке гиперзвуковой ракеты ARRMD, a NASA планирует использовать аналогичный СПВРД на экспериментальном аппарате Х-43С.
Силовую установку последнего изделия, масса которого составит 2,26 т, а длина 5 м, планируется комплектовать тремя СПВРД с общей тягой, примерно вдвое большей, чем у водородного СПВРД аппарата Х-43А. Бортовой запас топлива (272 кг), который рассчитывается на активный участок полета продолжительностью около 5 мин, должен размещаться в баках, проложенных по бокам расширенного корпуса. На днище будет производиться монтаж маршевых двигателей общей шириной 68,6 см.
Учитывая сложность проекта, NASA готовит собственную программу аэродинамических испытаний уменьшенной в масштабе 2/3 модели силовой установки аппарата Х-43С. Изделие, названное MFPD (Multimodule Flowpath Propulsion Demonstrator – «Демонстратор установки с несколькими воздушными каналами»), выполнено большей частью из меди и не имеет системы охлаждения.
Среди основных задач испытаний, которые будут проводиться в аэродинамической трубе НТТ, называются оценка работоспособности воздухозаборников при различных углах атаки и бокового скольжения на скоростях М=5-7, изучение взаимодействия силовой установки и корпуса аппарата, хвостовой части и пламени двигателей, а также прочих вопросов. Эксперименты начнутся осенью 2003 г. и продлятся более года.
Затем (в 2005 г.) NASA планирует осуществить квалификационные испытания штатной силовой установки с элементами конструкции аппарата X-43С. При их успешном завершении в 2006-2008 гг. может состояться демонстрационный полет первого изделия (всего предполагается изготовить два или три летных образца).
Испытания аппарата Х-43С, как и базовой модели (Х-43А), будут осуществляться с использованием ракеты «Пегас». После отделения от разгонной ступени двигательная установка должна обеспечить увеличение скорости изделия с М=5 до М=7 [3,4].
| Ракета с двухрежимным ПВРД и ракетас СПВРД HyTech |
Первоначально ею были подготовлены предложения по двум ударным системам с разными силовыми установками – с СПВРД фирмы Pratt and Whitney и с двухрежимным прямоточным двигателем, который разрабатывается фирмой Aerojet по заказу Исследовательского управления ВМС ONR (Office of Naval Research). В 1999 г. Управление DARPA, несмотря на более высокий технический риск, выбрало для дальнейшей проработки первый проект.
Зарубежные публикации сообщают о следующих требованиях к ракете ARRMD:
– скорость полета М=6,
– дальность действия 1200 км,
– скорость подхода к цели не менее 1,2 км/с,
– точность поражения цели 10 м,
– стартовая масса (с разгонным блоком) 0,9-1,1 т,
– масса боевой части 113 кг.
Ракету ARRMD намечается применять как с авиационных, так и с наземных или морских средств, в том числе и с подводных лодок. Время осуществления запуска после ввода полетного задания не должно превышать 2 мин, также требуется обеспечить возможность уточнения координат цели уже в полете.
Для разгона изделия до скоростей М=4-5 будут применяться два твердотопливных двигателя. Автономный полет ракеты с наведением по сигналам с навигационных спутников «Навстар» должен осуществляться по волнообразной траектории на высоте около 30 км.
Первые летные испытания экспериментального образца ракеты ARRMD могут состояться в 2004-2005 гг. В качестве ориентировочной даты принятия на вооружение новой ударной системы называется 2010 г.
Проект штатного изделия еще будет уточняться, но Управление DARPA уже определило его экономические показатели: стоимость изготовления одной ракеты ARRMD при объеме заказа 3000 штук не должна превышать 200 тыс. долл. ПРОГРАММА HYFLY Как уже отмечалось, военно-морское ведомство также ведет НИОКР по гиперзвуковым ракетам (при этом для консультаций и проведения независимых экспертиз к реализации проектов активно привлекаются специалисты сторонних организаций, в первую очередь из ВВС). В середине 1990-х годов после ряда концептуальных исследований типа High Speed Strike System (HiSSS) ВМС сформулировали общие требования к перспективным ударным системам: дальность действия 1100 км, скорость полета М=3,5-7, проникающая способность 5,4-11 м бетона, принятие на вооружение 2006-10 гг.
| Опытная модель ракеты HyFly |
Наибольших успехов специалисты ВМС добились в рамках проекта Hypersonic Weapon Technology Program (HWTP), предусматривающего разработку двухрежимного ПВРД. После начала в 2002 г. стендовых испытаний опытных моделей двигателя программа стала называться HyFly (Hypersonic Flight – «Сверхзвуковой полет»). Кроме того, к работам, возглавляемым Управлением ONR, присоединилось Управление DARPA, когда-то отклонившее предложение по использованию двухрежимного двигателя на ракете ARRMD.
По своим техническим характеристикам двухрежимные ПВРД занимают промежуточное положение между обычным прямоточным двигателем и СПВРД. Данные силовые установки, по упрощенному определению зарубежных специалистов, функционируют по схеме с дожиганием «газогенераторного газа».
Они имеют два воздушных канала: в одном происходит сжатие и торможение потока перед дозвуковой камерой сгорания, после которой струя пламени с избытком горючего попадает в зону сверхзвукового горения во втором канале. Оснащенные такими двигателями летательные аппараты способны развивать скорость до М=6,5.
Несмотря на относительно невысокие (в сравнении с СПВРД) энергетические характеристики, двухрежимные двигатели обладают рядом важных преимуществ. Например, их запуск можно производить при меньшей скорости полета (около М=3), а это снижает массу и габариты разгонных блоков, меньшие тепловые нагрузки позволяют отказаться от системы охлаждения изделия, увеличив при этом продолжительность его работы, и т.п.
Концепция двухрежимного ПВРД была предложена в начале 1970-х годов специалистами Лаборатории прикладной физики APL (Applied Physics Laboratory) Университета Джонса Хопкинса; в настоящее время эта организация является техническим консультантом проекта HyFly. Непосредственной разработкой двигательной установки занимается фирма Aerojet, головным подрядчиком по программе HyFly стала компания Boeing Phantom Works.
В соответствии с подписанным весной 2002 г. контрактом стоимостью 92,4 млн долл., корпорация Boeing должна к 2004-2006 г. подготовить к летным испытаниям около десяти опытных образцов ракеты HyFly. Для разгона изделия до скорости включения маршевого двигателя должны использоваться твердотопливные ускорители. Длина ракеты, оснащенной небольшими стабилизаторами, ограничена 4,27 м, диаметр 0,48 м, масса боевой части оценивается в «несколько сотен фунтов».
| Запуск ракеты HyFly с корабля |
Ракета HyFly должна комплектоваться системой наведения по сигналам со спутников «Навстар». Кроме того, предусматривается канал радиосвязи для оперативного изменения полетного задания уже после запуска изделия.
Значительную часть полученных по контракту средств (43 млн долл.) корпорация Boeing передала фирме Aerojet на поставку двигателей для ракеты HyFly. Объем заказа составил 14 изделий, шесть из которых предназначаются для стендовой отработки.
В связи с жесткими габаритными ограничениями маршевый двигатель полностью интегрирован в цилиндрический корпус ракеты. ПВРД, работающий на углеводородном горючем JP-10, оснащается цилиндрическим шестисекционным воздухозаборником, два канала которого направляют воздух в центральную дозвуковую камеру, остальные обеспечивают за этой камерой периферийное сверхзвуковое горение.
Летом 2002 г. в высокоскоростной аэродинамической трубе Центра Лэнгли была успешно проведена серия продувок полномасштабной модели ракеты с экспериментальной силовой установкой.
В ходе испытаний, выполнявшихся при свободном обтекании модели, двигатель развил тягу, соответствующую расчетной, и продемонстрировал устойчивую работу при скорости набегающего потока М=6-6,5 и при изменении угла атаки в пределах 0-5 град.
Опытный образец двигателя не имел системы охлаждения и изготавливался из никелевого сплава. Основным конструкционным материалом для штатного изделия станут матричные композиты из керамики; число сборочных узлов не должно превысить десяти элементов. Сама ракета HyFly должна иметь цельнолитой титановый корпус; подобная технология отрабатывается Управлением DARPA для ракет ARRMD.
Примерно в 2003-2004 гг. фирма Aerojet планирует провести контрольные испытания двухрежимного ПВРД при запусках высотных ракет. По их результатам будет санкционировано начало демонстрационных полетов разрабатываемой системы.
Запуски экспериментальных ракет HyFly предполагается осуществлять с борта самолета F-4 на высоте 10 км и при скорости полета М=0,85.
Первые три испытания отводятся отработке системы сброса ракеты и оценке работоспособности разгонных блоков. В последующем ракета HyFly будет совершать самостоятельные полеты с постепенным увеличением скорости с М=4 до М=6 на высоте 27 км. При нескольких стартах намечается провести испытания отделения от ракеты боезаряда.
ПРОЕКТ FASTHAWK
В 1996 г. Управление ONR совместно с корпорацией Boeing приступило к разработке ракеты Fasthawk с прямоточным воздушно-реактивным двигателем. В соответствии с техническим заданием, новая ударная система должна иметь следующие характеристики:
– длина (с разгонным блоком) 6,4 м,
– диаметр 0,52 м,
– стартовая масса (с разгонным блоком) 1,54 т,
– масса разгонного блока 634 кг,
– масса топлива (JP-10) 445 кг,
– масса боевой части 317 кг,
– крейсерская скорость полета М=4,
– высота полета 21 км,
– дальность действия 1 260 км,
– стоимость изготовления одного изделия 350 тыс.
долл.
Отличительной особенностью ракеты Fasthawk является цилиндрический корпус без управляющих поверхностей; подобная схема упрощает конструкцию пускового контейнера, существенно снижает аэродинамическое сопротивление и радиолокационную заметность изделия. Управление ракетой по тангажу и рысканию предполагается осуществлять путем поворота двигательного отсека, по крену – рулями, установленными в лобовом нерегулируемом воздухозаборнике с центральным телом.
Первоначально летные испытания экспериментального образца ракеты Fasthawk намечалось провести в 1999-2000 гг., однако, технические сложности с созданием маршевого двигателя, теплозащиты и системы наведения, использующей наряду с данными бортовых инерциальных блоков сигналы со спутников «Навстар», вынудили ВМС отложить демонстрационные запуски на более поздний срок.
Летом 2001 г. на технической базе Опытно-конструкторского центра им. Арнольда AEDC (Arnold Engineering Development Center), входящего в структуру ВВС, специалисты Управления DARPA совместно с представителями Лаборатории GASL осуществили несколько запусков миниатюрной ракеты-снаряда, оснащенной СПВРД.
В ходе одного из испытаний удалось произвести включение двигателя, развившего расчетную тягу. Таким образом, после подготовительных двухлетних работ стоимостью 850 тыс. долл. были получены практические данные о работе подобных силовых установок в условиях реального гиперзвукового полета.
| Активно-реактивный снаряд С СПВРД |
Опытная модель оснащалась СПВРД, использовавшем в качестве горючего этилен; компонент размещался в емкости под давлением 70,4 кг/ см2. Выбор типа горючего был обусловлен тем, что в отличие от водорода подача этого более плотного компонента в камеру сгорания не требовала особой регулировки.
Дальнейшие планы Управления DARPA в реализации проекта ракеты-снаряда предусматривают проведение серии более сложных испытаний изделия. При их выполнении предполагается существенно увеличить длительность экспериментов с тем, чтобы оценить условия стабильного полета и работу двигательной установки в течение не менее 1,2 с. В этих целях снаряд будет оснащаться акселерометрами, расходомером горючего, датчиками давления в камере сгорания и т. п. Вдоль трассы полета длиной 230-300 м через каждые 6 м в двух взаимно перпендикулярных плоскостях планируется устанавливать специальную фотоаппаратуру для проведения видовой съемки.
Разработанный снаряд представляет собой 20%-ную модель перспективной ракеты, которая может найти самое широкое применение, в том числе и для доставки в космос миниспутников.
По предварительным оценкам, использование наземных ускоряющих систем и
экономичных воздушно-реактивных двигателей позволит повысить относительную массу
полезного груза до 0,7. Однако для осуществления подобных запусков потребуются
более мощные разгонные средства.
Несколько отходя от основной темы, хочется отметить, что работы по созданию и испытаниям газодинамических пушек активно велись на рубеже 1980-х и 1990-х годов для отработки техники перехвата баллистических ракет по программе «Стратегическая оборонная инициатива» SDI (Strategic Defense Initiative). В рамках проекта SHARP (Super High Altitude Research Project -«Проект сверхвысоких исследований») для полигонных испытаний специалистами Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса LLNL была собрана двухступенчатая газовая пушка, рассчитанная на разгон снаряда массой 5 кг до скорости 4 км/с (при вертикальном выстреле с такими начальными условиями снаряд поднимется на высоту 450 км).
Данная установка представляла собой сборку нагнетательного цилиндра длиной 82 м и диаметром 35,5 см, казенной части с камерой высокого давления и ствола калибра 106 мм и длиной 47 м. Отличительной особенностью установки от предшествовавших образцов являлось перпендикулярное расположение нагнетательного цилиндра и ствола, что позволяет легко и в широком диапазоне менять угол возвышения.
| Экспериментальная газодинамическая пушка |
Созданную установку предполагалось использовать для решения задач кинетического поражения высокоскоростных целей. Но после закрытия программы SDI работы по данной тематике были переориентированы на подготовку элементной базы, которая позволит снизить температурные и динамические нагрузки при запуске снарядов.
Наиболее эффективными нововведениями в конструкции подобных пушек рассматривались альтернативные устройства нагрева и подачи рабочего газа в разгонный ствол. Один из проектов предусматривал разогрев водорода тепловыделяющими элементами – керамическими гранулами размерами 300-400 мкм, способными в малом объеме накапливать значительное количество энергии (до 1000 МДж/м3). При взаимодействии с такими элементами температура водорода может быстро возрасти до 1230 °С, тогда как значение давления будет в пределах 1000-1400 кг/см2.
В качестве другого варианта упрощения разгонных установок предлагалось использовать электродуговые нагреватели водорода с каскадной его подачей в ствол вслед разгоняющемуся снаряду.
Важной особенностью этой пушки,
как и предыдущей, является отсутствие нагнетательной трубы и относительно низкое рабочее давление. Созданный фирмой GT-Devices экспериментальный образец такой установки в лабораторных условиях обеспечил разгон снарядов массой 1,8 г до скорости 7 км/с, а массой 10 г до скорости 4,6 км/с.
КОМБИНИРОВАННЫЕ СИЛОВЫЕ УСТАНОВКИ
Комбинированные силовые установки, функционирующие в различных режимах, позволяют существенно улучшить технико-эксплуатационные характеристики аэрокосмических систем. Так, например, двигатели с воздушно-реактивным и ракетным циклами способны обеспечить выведение транспортной космической системы на околоземную орбиту. Для аппарата с такой силовой установкой предусматривается следующая схема полета. При взлете и до достижения скорости М=2,5-4 двигатель работает как ЖРД с некоторым потреблением атмосферного кислорода, затем как прямоточный двигатель с дозвуковым горением, а в диапазоне М=5-10 как СПВРД; за пределами атмосферы двигатель вновь переключается в режим ЖРД.
Работы по комбинированным двигательным установкам ведутся различными подразделениями NASA. Основные усилия Центра Маршалла сосредоточены на создании ракетно-прямоточного двигателя ISTAR (Integrated Systems Test of an Air-breathing Rocket), работающего на углеводородном горючем. Контракт стоимостью 16,6 млн долл. на эскизное проектирование изделия был подписан с консорциумом RBC3 или RBCCC (Rocket-Based Combined Cycle Consortium), организованном тремя ведущими двигателестроительными компаниями Aerojet, Pratt and Whitney и Rocketdyne. В 2003 г. начался этап опытно-конструкторских работ стоимостью 123,4 млн долл. В ходе их выполнения предполагается провести стендовую отработку основных компонентов двигателя с тем, чтобы в 2006 г. приступить к огневым испытаниям его экспериментального образца.
| Схема работы Strutjet |
Отличительной особенностью последнего изделия является практически не- о ~ изменяемая при всех режимах • работы форма воздушного канала, что позволяет существенно упростить конструкцию и снизить нагрузки на изделие при переходных процессах. В начале воздушного канала установлены клинообразные стойки (struts), одновременно являющиеся и воздухозаборниками, и конструктивными элементами, на которых смонтированы высокоскоростные форсунки и жидкостные двигатели.
Запатентованные фирмой Aerojet форсунки, как элемент ПВРД установленные на боковых поверхностях стоек, обеспечивают каскадный впрыск горючего. Система подачи топлива к форсункам оснащена высокоэффективными фильтрами, позволяющими не только задерживать посторонние фрагменты, но и дробить крупные молекулярные структуры горючего. Также на стойках предусмотрены механические средства регулировки геометрии воздухозаборников нижней и верхней кромками.
В зависимости от области применения двигатель Strutjet может работать на разных типах горючего.
Жидкий водород предпочтителен для средств выведения космических аппаратов, углеводородные горючие типа JP-7 и JP-10 для крылатых ракет, пропан для трансатмосферных боевых аппаратов дальнего действия.
Старт одноступенчатой МТКС с двигательной установкой Strutjet должны обеспечить ЖРД, встроенные в тыльную часть стоек. Избыток горючего в пламени двигателей на начальном этапе полета будет дожигаться за счет атмосферного кислорода, проходящего через воздушный канал. По мере увеличения скоростного напора и изменения соотношения компонентов топлива в сторону окислителя должны постепенно включаться форсуночные головки ПВРД.
После достижения скорости примерно М=2,4 жидкостные двигатели будут отключены и силовая установка станет работать в режиме прямоточного ВРД, при этом ее удельный импульс возрастет до 3800 с. При функционировании установки Strutjet в режиме ПВРД со сверхзвуковым горением на скоростях М=5-10 стабильность потока в воздушном канале предполагается поддерживать механическими средствами.
В дальнейшем эффективность применения ПВРД падает, и поэтому будут вновь включены ЖРД, которые обеспечат выход транспортного аппарата на околоземную орбиту.
На этапе предварительного проектирования двигателя Strutjet предполагалось, что усредненный по всему полету его удельный импульс составит 585 с, а тяговооруженность 22 единицы. За счет применения такой силовой установки в составе одноступенчатой МТКС относительную массу топлива системы можно будет снизить до 84%, (для аналогичных транспортных систем с ЖРД этот параметр составляет 90%).
Выполненные летом 1999 г. стендовые испытания уменьшенной (в 6 раз) модели двигателя Strutjet подтвердили реальность достижения указанных характеристик.
В рамках программы Revolutionary Turbine Accelerator (RTA – «Качественное улучшение характеристик газотурбинных двигателей») Центр Гленна ведет подготовку элементной базы для создания комбинированного турбопрямоточного двигателя (turbofan-ramjet), способного работать сначала в режиме двухконтурного турбореактивного двигателя с форсажем (до скорости М=2,5), а затем как прямоточный ВРД.
Максимально достижимая скорость для аппаратов с таким установками определяется М=4,2.
| ТРДДФ YF-120 |
Среди основных требований, предъявляемых к комбинированному двигателю RTA, известны следующие (в скобках указаны параметры ТРД J58):
– тяга 25 т (15,6 т),
– тяговооруженность 10-15 (4; для современных военных ТРДД она составляет 8 единиц),
– диаметр 1,5 м (1,4 м),
– продолжительность работы 30 мин (1,5ч),
– ресурс термонагруженных элементов 750 ч (100 ч),
– горючее JP-8 с добавками (JP-7).
Поскольку разработка летного образца силовой установки еще не обеспечена финансами, то программа RTA ориентирована на создание масштабных моделей будущего двигателя.
Летом 2002 г. NASA заключило с фирмой General Electric пятилетний контракт стоимостью 55 млн долл. на изготовление экспериментальной модели двигателя диаметром 1 м. Эта модель, предназначенная для общей оценки работоспособности изделия в наземных условиях, проектируется на элементной базе ТРДД YF-120. В соответствии с достигнутыми договоренностями, стендовые запуски комбинированной установки RTA должны состояться в 2006-2007 гг.
Для летной отработки планируется подготовить двигатели диаметром 0,4 м. Среди кандидатов на подряд называются фирмы Rolls-Royce USA и Williams International (окончательный выбор NASA планировало сделать в 2003 г.).
К натурным испытаниям малых моделей двигателя намечается приступить в 2009-10 гг. Возможно, этими силовыми установками будут оснащаться экспериментальные аппараты Х-43В.
Для обеспечения полетов данного изделия потребуется четыре двигателя.
Полномасштабный турбопрямоточный двигатель может быть создан и испытан после 2018 г.
ИМПУЛЬСНЫЕ ДЕТОНАЦИОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ
Тяга в импульсных двигателях дискретно производится за счет ударной волны, производимой микровзрывом в камере сгорания. Различаются детонационные двигатели двух типов: воздушно-реактивные с потреблением атмосферного кислорода PDE (Pulse Detonation Engine) и ракетные PDRE (Pulse Detonation Rocket Engine).
Силовые установки первого типа, работающие на углеводородном горючем, способны эффективно функционировать начиная от момента взлета до скоростей М=3-4, что делает их особенно привлекательными для использования в составе боевых крылатых ракет. Двигатели PDRE предназначаются в основном для космических полетов.
| Испытания двигателя PDRE |
– подачу в камеру сгорания компонентов топлива и образование рабочей смеси,
– срабатывание детонирующего устройства (по аналогии с автомобильной свечой зажигания),
– распространение ударной волны вдоль камеры сгорания со скоростью несколько тысяч метров в секунду (для обычного ЖРД этот параметр оценивается на два порядка ниже),
– выброс продуктов горения,
– восстановление исходного давления в камере сгорания перед подачей компонентов топлива.
Наиболее сложными проблемами эксплуатации таких двигателей является обеспечение именно детонации топлива, а не его скоростного горения. Наибольшую значимость при этом приобретают стехиометрический состав топлива, размер капель компонентов и локальный коэффициент перемешивания.
Основными преимуществами импульсных детонационных двигателей считаются:
– высокие экономические показатели. Удельный импульс ракетных двигателей на 5-10% выше, чем у криогенных ЖРД; расход топлива у импульсных двигателей с потреблением атмосферного кислорода на 30-50% меньше, чем у ВРД,
– простота конструкции и, соответственно, высокая надежность. Компоненты топлива подаются в камеру сгорания при низком давлении, что позволяет отказаться от использования турбонасосных агрегатов и усиленных трубопроводов (некоторого упрочнения потребует лишь камера сгорания, поскольку при микровзрыве давление в ней увеличивается в 18-20 раз),
– низкие затраты на производство.
По удельной стоимости единицы тяги импульсные двигатели примерно в четыре раза дешевле обычных ТРД (55 долл за 1 кг тяги против 220 долл./кг),
– каскадность изменения уровня тяги (практически мгновенные выход на рабочий режим и останов двигателя), широкие возможности по дросселированию тяги.
Ведущие позиции по разработке импульсных детонационных двигателей занимает специализированный центр Seattle Aerosciences Center (SAC), выкупленный в 2001 г. компанией Pratt and Whitney у фирмы Adroit Systems. Большая часть работ центра финансируется ВВС и NASA из бюджета межведомственной программы Integrated High Payoff Rocket Propulsion Technology Program (IHPRPTP), направленной на создание новых технологий для ракетных двигателей различных типов (данная программа является своеобразным аналогом проектов IHPTET и VAATE).
В общей сложности начиная с 1 992 г. специалистами центра SAC осуществлено свыше 500 стендовых испытаний экспериментальных образцов двигателей различных типов.
В феврале
2000 г. на технической базе Лаборатории AFRL фирма провела серию запусков шестикамерного двигателя PDRE, работающего на газообразном кислороде и водороде. Компоновкой этого двигателя предусмотрено кольцевое расположение камер сгорания, длина которых составляла 90 см, а диаметр 2,5 см.
В ходе испытаний, продолжительность которых составляла 10-30 с, детонация топлива в каждой камере проводилась с периодичностью 0,01 с. Так как микровзрывы в камерах выполнялись последовательно, то общая частота импульсов двигателя достигала 600 Гц, что позволило обеспечить высокую стабильность основных характеристик изделия.
Кроме того, в ходе нескольких запусков фирма провела испытания двух типов сопел. В проектном отношении этот элемент является одним из самых сложных узлов двигателя, так как требуется подобрать оптимальную форму для нескольких режимов работы: сверхзвукового, дозвукового, а также режима «запирания» сопла, в условиях которого будет производиться заполнение камеры сгорания компонентами топлива.
Работы по импульсным двигателям PDE с потреблением атмосферного кислорода Центр SAC ведет по заказу ВМС. В начале 2003 г. состоялись стендовые испытания опытной модели пятикамерной установки данного типа. В ходе состоявшихся запусков при скорости набегающего потока М=2,5 изделие, использующее в качестве горючего этилен, развило тягу 226-272 кг.
Конечной целью проекта является создание противокорабельной ракеты с крейсерской скоростью полета М=2,5-4 на высоте 12,2 км и дальностью действия 1300-1500 км. Согласно техническому заданию, летные испытания опытной модели изделия с экспериментальным двигателем PDE должны состояться в 2006 г., чтобы спустя четыре года принять систему на вооружение.
Кроме того, детонационные двигатели могут стать составным элементом комбинированных установок различных типов, например, использоваться в качестве форсажной камеры ТРДЦ.
Учитывая сложность программы, специалисты ВМС привлекли к ее реализации практически все организации, занимающиеся детонационными двигателями.
Кроме компании Pratt and Whitney в работах принимают участие Исследовательский центр United Technologies Research Center (UTRC) и фирма Boeing Phantom Works.
* * *
Представленное описание основных направлений работ, выполняемых в США с задачами качественного улучшения технико-эксплуатационных характеристик двигательных установок
высокоскоростных летательных аппаратов, позволяет сделать следующие обобщения.
Во-первых, планомерно проводятся работы по обновлению элементной базы уже существующих традиционных силовых установок – газотурбинных и жидкостных двигателей; при этом соответствующие проекты рассчитаны на десять-пятнадцать лет.
Во-вторых, подготовка технологий для наиболее перспективных двигателей типа СПВРД осуществляется различными военными и гражданскими ведомствами при активном взаимодействии их научно-исследовательских организаций. В то же время следует отметить, что проекты, ориентированные на более отдаленную перспективу и связанные, как правило, со значительным техническим риском (например, разработка водородных СПВРД, импульсных двигателей), большей частью выполняются NASA. Ежегодно на разработку гиперзвуковых технологий агентство тратит около 130 млн долл.
Активное сотрудничество NASA и подразделений Министерства обороны в этой области утверждено принятой в 2001 г. директивой «Национальная аэрокосмическая инициатива» (National Aerospace Initiative – NAI). Первоочередными задачами программы NAI является создание боевой техники: к 2012 г. планируется разработать боевые ракеты со скоростью полета М=4, к 2020 г. ударные самолеты с крейсерской скоростью М=2-4. Позднее освоенные технологии предполагается применить при создании перспективных МТКС, эксплуатация которых может начаться после 2025 г. [5].
Модернизация газотурбинных двигателей
- Flight International, 2000, 7-13/XI, vol. 158, N 4754, p.43.
- Flight International, 2001, 24-30/VII, vol.160, N 4790, p.6.
- Aviation Week and Space Technology,2001,5/XI,vol. 155,N 19,p.64,65.
-
Space News, 2002, 6/V, vol.
13, N 18, p.6. - Flight International, 2003, 27/V-2/VI, vol.163, №4884, p.28.
13, N 18, p.6.Прямоточные воздушно-реактивные двигатели
2.1. Водородные СПВРД для аппаратов X-30 и Х-43А
- Military Space, 1994, 22/VIII, vol.11, N 17, p.1,2.
- Military Space, 1994, 12/XII, vol. 11, N 25, p.4,5.
- Aviation Week and Space Technology, 1994,28/lll,vol. 140,N 13,p.52-54.
- Flight International, 1994, 3-9/VIII, vol.146, N 4432, p.6.
- Aviation Week and Space Technology,2001,12/ll,vol.l 54,N7,p.60,61.
- Aviation Week and Space Technology,2001,23/IV,vol. 154,N 17,p.47.
- Aviation Week and Space Technology, 1999,28/VI,vol. 150,N26,p.54-56.
- Flight International, 2001,22-28/V, vol.159, N 4781,p.34,35.
- Space News, 2001, 26/11, vol.12, N 8, p.24.
- Flight International, 2002, 25/VI-l/VII, vol. 161, N 4837, p.24.
161, N 4837, p.24.
ПВРД на углеводородном горючем Программа HyTech
- Aviation Week and Space Technology, 1997,13/X,vol. 147,N 15,p.63,64.
- Aviation Week and Space Technology, 2001,26/lll,vol. 154,N 13,p.58-61.
- Aviation Week and Space Technology, 2002,24/VI,vol. 156,N25,p.95-98.
- Aviation Week and Space Technology, 2001,23/IV,vol. 154,N 17,p.47.
- Aviation Week and Space Technology, 1998,7/IX,vol. 149,N 10,p.98,101.
- Aviation Week and Space Technology, 1999,11 /X,vol. 151 ,N 15,p.96.
- Aviation Week and Space Technology, 2003,2/VI,vol. 158,№22,p.22-24.
Программа HyFly
- Aviation Week and Space Technology, 1997,13/X,vol. 147,N 15,p.63,64.
- Aviation Week and Space Technology, 1998,7/IX,vol. 149,N 10,p.98,101.
- Aviation Week and Space Technology,2002,2/IX,vol. 157,N 10,p.56,58,59.
2.2.3. Проект Fasthawk - Aviation Week and Space Technology, 1997,13/X,vol. 147,N 15,p.63,64.
- Aviation Week and Space Technology,2001,8/l,vol.l54,N2,p.26,27.
149,N 10,p.98,101.
Гиперзвуковой снаряд с СПВРД
- Aviation Week and Space Technology,2001,27/VIII,vol. 155,N9,p.40.
- Aviation Week and Space Technology,! 992,10/VIII,vol.l37,N6,p.57,59.
Комбинированные двигательные установки
- Flight International, 2002, 1-7/1, vol.161, N 4812,p.4.
- Aviation Week and Space Technology,2001,26/lll,vol. 154,N 13,p.28,29.
- Aviation Week and Space Technology, 1999,5/VII,vol. 151 ,N 1 ,p.57-60.
- Flight International, 2002, 28/V-3/VI, vol. 161, N 4833, p.32,33.
- Flight International, 2002, 30/IV-6/V, vol.161, N 4829, p.30.
- Aviation Week and Space Technology,2002,22/VII,vol. 157,N4,p.58.
- Aviation Week and Space Technology,! 998,12/l,vol.l48,N2,p. 122.
161, N 4833, p.32,33.
Импульсные детонационные двигатели
- Aviation Week and Space Technology,2000,17/VII,vol. 153,N3,p.70-71.
- Aviation Week and Space Technology, 1999,5/IV,vol. 150,N 14,p.57,58.
- Flight International, 2000, 7-13/XI, vol.158, N 4754, p.43.
Александр Шумилин
«Авиация и космонавтика» №10 2003
Тепловая энергия – Энергетическое образование
Рисунок 1. Тепловая энергия подается в котел топливом. [1] Тепловая мощность описывает, как быстро вырабатывается тепло. Для большинства энергетических систем, таких как бензиновый двигатель, тепловая мощность — это скорость преобразования топлива в тепло.
Эти тепловые двигатели создают это тепло для выполнения полезной работы. Чаще всего тепловая мощность относится к подводу тепла к котлу на электростанции для выработки электроэнергии. В других контекстах это может быть мера выхода, например, лучистого тепла, излучаемого Солнцем.
Для электростанций потребляемая тепловая мощность измеряется в тепловых мегаваттах (МВт). Однако выходная мощность, которая обычно поставляет электроэнергию в сеть, измеряется в электрических мегаваттах (МВт). [2] Поскольку не все подводимое тепло может быть полностью преобразовано в электричество (см. КПД Карно), значение MWt всегда будет больше, чем значение MWe. Сравнение дает электростанции ее тепловую эффективность, которая является мерой того, сколько полезной работы она может выполнить на том количестве топлива, которое ей пришлось сжечь.Большинство старых электростанций имеют КПД около 33%, [3] , поэтому входная тепловая мощность в 3 раза превышает выходную электрическую мощность.
Не всем электростанциям требуется тепловая энергия для производства электроэнергии. Такие растения, как гидроэлектростанции, ветряные турбины или фотоэлектрические элементы, используют другие формы энергии из различных потоков первичной энергии для выработки электроэнергии. Поэтому тепловая энергия используется только для термодинамических систем. Хотя на эти установки не распространяются термодинамические ограничения, такие как второй закон термодинамики и эффективность Карно, у них есть другие факторы, ограничивающие их эффективность.
Для дальнейшего чтения
Каталожные номера
- ↑ Shehal Joseph через Flickr [онлайн], доступно: https://www.flickr.com/photos/shehal/1167585170
- ↑ Р. Вольфсон, «Энергия и тепло», в «Энергия, окружающая среда и климат», , 2-е изд. Нью-Йорк, США: Нортон, 2012, стр. 86-87.
- ↑ EIA, Какова эффективность различных типов электростанций? [онлайн], доступно: http://www.eia.gov/tools/faqs/faq. cfm?id=107&t=3
cfm?id=107&t=3Атомная электростанция – Энергетическое образование
Атомные электростанции — это тип электростанции, использующий процесс ядерного деления для выработки электроэнергии.Они делают это, используя ядерные реакторы в сочетании с циклом Ренкина, где тепло, вырабатываемое реактором, преобразует воду в пар, который вращает турбину и генератор. Ядерная энергетика обеспечивает мир примерно 11% от общего объема электроэнергии, при этом крупнейшими производителями являются США и Франция. [1]
Рисунок 1. Атомная электростанция Дарлингтон в Онтарио вырабатывает энергию от четырех реакторов CANDU мощностью 878 МВт. [2] Если не считать источника тепла, атомные электростанции очень похожи на электростанции, работающие на угле.Однако для них требуются другие меры безопасности, поскольку свойства ядерного топлива сильно отличаются от свойств угля или других ископаемых видов топлива. Они получают свою тепловую энергию от расщепления ядер атомов в активной зоне реактора, а уран сегодня является основным топливом в мире.
Торий также потенциально может использоваться в производстве ядерной энергии, однако в настоящее время он не используется. Ниже приведена основная работа электростанции с кипящей водой, которая показывает многие компоненты электростанции, а также выработку электроэнергии.
Компоненты и работа
Ядерный реактор
- основной артикул
Реактор является ключевым компонентом электростанции, поскольку он содержит топливо и цепную ядерную реакцию, а также все ядерные отходы. Реактор является источником тепла для электростанции, точно так же, как котел для угольной электростанции.Уран является доминирующим ядерным топливом, используемым в ядерных реакторах, и реакции его деления — это то, что выделяет тепло внутри реактора. Затем это тепло передается теплоносителю реактора, который обеспечивает теплом другие части атомной электростанции.
Помимо использования в производстве электроэнергии, существуют и другие типы ядерных реакторов, которые используются для производства плутония, приведения в движение кораблей, самолетов и спутников, а также в исследовательских и медицинских целях. [4] Электростанция включает в себя не только реактор, но и градирни, турбины, генераторы и различные системы безопасности.Реактор – это то, что отличает его от других внешних тепловых двигателей.
Паровое поколение
Производство пара распространено на всех атомных электростанциях, но способы его осуществления сильно различаются.
Рисунок 3. Паровая турбина на электростанции. [5] Наиболее распространенные электростанции в мире используют реакторы с водой под давлением, которые используют два контура циркулирующей воды для производства пара. [6] Первый контур подает очень горячую жидкую воду к теплообменнику, где циркулирует вода с более низким давлением.Затем он нагревается и выкипает до пара, после чего его можно направить в секцию турбины.
Реакторы с кипящей водой, второй по распространенности реактор для производства электроэнергии, нагревают воду в активной зоне непосредственно до пара, как показано на рис. 2. [6]
Турбина и генератор
Рисунок 4. Две градирни атомной электростанции. [7]После того, как пар произведен, он проходит под высоким давлением и скоростью через одну или несколько турбин. Они достигают чрезвычайно высоких скоростей, в результате чего пар теряет энергию и, следовательно, конденсируется обратно в более холодную жидкую воду.Вращение турбин используется для вращения электрогенератора, который производит электричество, которое отправляется в электрическую сеть. [8]
Градирни
Возможно, самым знаковым символом атомной электростанции являются градирни, показанные на рис. 4. Они работают для отвода отработанного тепла в атмосферу путем передачи тепла от горячей воды (из турбинной секции) более холодному наружному воздуху.
[4] Горячая вода охлаждается при контакте с воздухом, а небольшая часть, около 2%, испаряется и поднимается вверх через верх.Более того, эти растения не выделяют углекислый газ — основной парниковый газ, который способствует изменению климата. Нажмите здесь, чтобы увидеть, как работает градирня.
Многие атомные электростанции просто отводят отработанное тепло в реку, озеро или океан вместо градирен. Многие другие электростанции, такие как угольные электростанции, также имеют градирни или большие водоемы. Это сходство существует потому, что процесс превращения тепла в электричество почти идентичен между атомными электростанциями и электростанциями, работающими на угле.
Эффективность
КПД атомной электростанции определяется аналогично другим тепловым машинам, поскольку технически станция представляет собой большую тепловую машину. Количество электроэнергии, произведенной на каждую единицу тепловой энергии, определяет тепловую эффективность установки, и в соответствии со вторым законом термодинамики существует верхний предел эффективности этих установок.
Обычные атомные электростанции достигают КПД около 33-37%, что сопоставимо с электростанциями, работающими на ископаемом топливе.Более высокая температура и более современные конструкции, такие как ядерные реакторы поколения IV, потенциально могут достигать эффективности выше 45%. [6]
Дополнительное чтение
Пожалуйста, посетите следующие страницы для получения более подробной информации о ядерной науке и ее роли в энергетической отрасли.
Каталожные номера
- ↑ IEA (2014), «Мировые энергетические балансы», IEA World Energy Statistics and Balances (база данных). DOI: http://dx.doi.org.ezproxy.lib.ucalgary.ca/10.1787/data-00512-en (По состоянию на февраль 2015 г.)
- ↑ Wikimedia Commons [в сети], доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/58/Darlington_Nuclear_Generating_Station_panorama2.jpg
- ↑ NRC. (25 июня 2015 г.). Реактор с кипящей водой [Онлайн], Доступно: http://www. nrc.gov/reading-rm/basic-ref/students/animated-bwr.html
- ↑ 4.0 4.1 Дж. Р. Ламарш и А.Дж. Баратта, «Неядерные компоненты атомных электростанций» в Введение в ядерную технику , 3-е изд., Река Аппер-Сэдл, Нью-Джерси: Prentice Hall, 2001, глава 4, раздел 3, стр. 129–133.
- ↑ wikimedia Commons [онлайн], доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/79/Dampfturbine_Montage01.jpg
- ↑ 6.0 6.1 6.2 Всемирная ядерная ассоциация. (30 июня 2015 г.). Nuclear Power Reactors [Онлайн], доступно: http://www.world-nuclear.org/info/Nuclear-Fuel-Cycle/Power-Reactors/Nuclear-Power-Reactors/
- ↑ Майкл Каппель на Flickr [онлайн], доступно: https://www.flickr.com/photos/m-i-k-e/6541544889
- ↑ Дж. Р. Ламарш и А.Дж. Баратта, «Энергетические реакторы и ядерные системы подачи пара» в Введение в ядерную технику , 3-е изд., Аппер-Сэддл-Ривер, Нью-Джерси: Prentice Hall, 2001, глава 4, раздел 5, стр. 136-185.
nrc.gov/reading-rm/basic-ref/students/animated-bwr.html
136-185.Первичная энергия – Энергетическое образование
Первичная энергия – это энергия, получаемая непосредственно из природных ресурсов. Источники первичной энергии делятся на две основные категории: первичное топливо и потоки первичной энергии (подробное обсуждение см. в разделе топливо против потока).Все виды топлива в первичной энергетике являются первичными видами топлива. Различные источники первичной энергии в стране объединяются в величину, называемую общим предложением первичной энергии (ОППЭ). Вся человеческая энергия должна исходить из одного из этих первичных источников энергии, альтернативных источников энергии не существует. Первичная энергия противопоставляется энергии конечного использования (полное обсуждение см. в разделе учета первичного и конечного использования). Первичную энергию почти всегда необходимо преобразовать с помощью технологии преобразования энергии, чтобы превратить этот первичный источник энергии в энергетическую валюту или вторичное топливо, прежде чем его можно будет использовать.
Например:
Сырая нефть, уголь, ветер и природный газ являются первичными источниками энергии. Электричество — это не первичный источник энергии, это энергетическая валюта (для более подробного обсуждения см. электричество как энергетическую валюту). Точно так же вторичные виды топлива также являются валютой энергии, а не первичными источниками энергии, их необходимо производить.
Большая часть первичной энергии в мире (~95%) поступает из топлива, большая часть которого — ископаемое топливо, см. рис. 1. Это означает, что большая часть мировых энергоресурсов выбрасывает углекислый газ при сгорании для извлечения энергии. .Первичная энергия в мире растет довольно быстро (даже быстрее, чем население в большинстве стран), особенно в странах с быстрорастущей экономикой, таких как страны БРИК, поиграйте с интерактивным графиком, чтобы увидеть больше.
Рисунок 2. Приблизительно 95% первичной энергии в мире поступает из таких видов топлива, как нефть, уголь и природный газ [2] (все из которых, кроме ядерного топлива, при использовании выделяют значительные количества парниковых газов).
Большая часть остальной первичной энергии поступает от гидроэнергетики, а небольшая доля приходится на энергию ветра, солнечную энергию, энергию волн и энергию приливов (показаны потоки примерно на 5%, как извлеченные части пирога).Количество электроэнергии, получаемой от потоков, увеличивается примерно до 19% (по-прежнему в основном гидро), потому что потоки не имеют таких же ограничений по тепловому КПД, как у тепловых двигателей, и потоки почти полностью используются для производства электроэнергии.
Интерактивный график
Поиграйте со следующим интерактивным графиком, чтобы увидеть, как растет потребление первичной энергии в разных регионах и странах. Используйте раскрывающиеся меню, чтобы изменить отображаемый вид (население пока не работает с регионами).Единицами на графике являются миллионы тонн нефтяного эквивалента (Мтнэ), которые представляют собой энергию, содержащуюся в 1 миллионе тонн нефти.
Для дальнейшего чтения
Каталожные номера
- ↑ Создано внутри компании членом группы Energy Education.
- ↑ IEA (2014), «Мировые энергетические балансы», IEA World Energy Statistics and Balances (база данных). DOI: http://dx.doi.org/10.1787/data-00512-en (По состоянию на февраль 2015 г.)
Электричество в У.S. — Управление энергетической информации США (EIA)
Электроэнергия в США производится (вырабатывается) с использованием различных источников энергии и технологий
Соединенные Штаты используют множество различных источников энергии и технологий для производства электроэнергии. Источники и технологии со временем изменились, и некоторые из них используются больше, чем другие.
Тремя основными категориями энергии для производства электроэнергии являются ископаемые виды топлива (уголь, природный газ и нефть), ядерная энергия и возобновляемые источники энергии.Большая часть электроэнергии вырабатывается паровыми турбинами с использованием ископаемого топлива, ядерной энергии, биомассы, геотермальной и солнечной тепловой энергии.
Другие основные технологии производства электроэнергии включают газовые турбины, гидротурбины, ветряные турбины и солнечные фотоэлектрические элементы.
Нажмите, чтобы увеличить
Ископаемые виды топлива являются крупнейшими источниками энергии для производства электроэнергии
Природный газ был крупнейшим источником — около 40% — U.S. Производство электроэнергии в 2020 году. Природный газ используется в паровых турбинах и газовых турбинах для выработки электроэнергии.
Уголь был третьим по величине источником энергии для производства электроэнергии в США в 2020 году — около 19%. Почти все угольные электростанции используют паровые турбины. Несколько угольных электростанций преобразуют уголь в газ для использования в газовой турбине для выработки электроэнергии.
Нефть была источником менее 1% производства электроэнергии в США в 2020 году. Остаточный мазут и нефтяной кокс используются в паровых турбинах.Дистиллятное или дизельное топливо используется в дизель-генераторах.
Остаточный мазут и дистилляты также можно сжигать в газовых турбинах.
Ядерная энергия обеспечивает пятую часть электроэнергии США
Ядерная энергия была источником около 20% производства электроэнергии в США в 2020 году. Атомные электростанции используют паровые турбины для производства электроэнергии за счет ядерного деления.
Возобновляемые источники энергии обеспечивают все большую долю электроэнергии в США
Многие возобновляемые источники энергии используются для производства электроэнергии и являются источником около 20% общего количества U.Производство электроэнергии в 2020 г.
Гидроэлектростанции произвели около 7,3% от общего объема производства электроэнергии в США и около 37% производства электроэнергии за счет возобновляемых источников энергии в 2020 году. 1 Гидроэлектростанции используют проточную воду для вращения турбины, соединенной с генератором.
Энергия ветра была источником около 8,4% от общего объема производства электроэнергии в США и около 43% производства электроэнергии за счет возобновляемых источников энергии в 2020 году..jpg)
Ветряные турбины преобразуют энергию ветра в электричество.
Биомасса была источником около 1,4% от общего объема производства электроэнергии в США в 2020 году. Биомасса сжигается непосредственно на пароэлектростанциях или может быть преобразована в газ, который можно сжигать в парогенераторах, газовых турбинах или двигателях внутреннего сгорания. генераторы двигателей.
Солнечная энергия обеспечила около 2,3% от общего объема электроэнергии в США в 2020 году. Фотоэлектрическая (PV) и солнечно-тепловая энергия являются двумя основными типами технологий производства солнечной электроэнергии. Преобразование PV производит электричество непосредственно из солнечного света в фотогальваническом элементе.Большинство солнечно-тепловых энергетических систем используют паровые турбины для выработки электроэнергии.
Геотермальные электростанции произвели около 0,5% от общего объема производства электроэнергии в США в 2020 году. Геотермальные электростанции используют паровые турбины для выработки электроэнергии.
1 Включает традиционные гидроэлектростанции.
Последнее обновление: 18 марта 2021 г.
регулирующих органов штата Миссури прямо разрешают загрязнение угольной золой в Сент-Луисе.Электростанция Луи-района
Должностные лица штата Миссури выдали новое разрешение на эксплуатацию крупнейшей в штате угольной электростанции, в частности разрешая сброс загрязняющих веществ из бассейнов угольной золы в грунтовые воды.
Бассейны энергетического центра Лабади компании Ameren в округе Франклин содержат миллионы кубических ярдов отходов, оставшихся после десятилетий сжигания угля.
Несмотря на то, что бассейны для угольной золы в настоящее время закрыты, защитники окружающей среды уже давно призывают к ужесточению разрешений на остающиеся отходы, утверждая, что они представляют угрозу для окружающей территории.Но разрешение, выданное в прошлом месяце Департаментом природных ресурсов штата Миссури, теперь прямо разрешает золоотстойникам Лабади сбрасывать загрязняющие вещества в «воды штата» в течение следующих пяти лет, что вызывает тревогу у близлежащих жителей.
Последнее разрешение резко отличается от предыдущих версий, в которых конкретно не рассматривалось загрязнение угольной золой на заводе в Лабади, сказала Тара Рок, поверенный Междисциплинарной экологической клиники Вашингтонского университета .
«ДНР дала Амерену разрешение на загрязнение реки Миссури, — сказал Рок.«Это выделения, которые происходят десятилетиями ежедневно и будут продолжаться десятилетиями, если их не остановить».
Угольная зола, считающаяся одним из наиболее распространенных видов промышленных отходов в США, содержит канцерогенные химические вещества и другие токсины, в том числе мышьяк, кадмий и ртуть. Без тщательного управления загрязняющие вещества могут просачиваться в грунтовые воды и окружающие водные пути.
Брайан Муньос
/
ул.Louis Public Radio
В отличие от предыдущих версий, новое разрешение на эксплуатацию Энергетического центра Лабади, выданное Департаментом природных ресурсов Миссури, прямо разрешает сброс загрязняющих веществ из двух бассейнов угольной золы завода, известных как LCPA и LCPB, в течение следующих пяти лет.
В ответ на федеральный приказ Агентства по охране окружающей среды компания Ameren в 2020 году закрыла два резервуара для угольной золы в Лабади и покрыла их пластиком высокой плотности, почвой и дерном.По оценкам коммунального предприятия, золоотвалы Лабади содержат около 90 231 15 миллионов 90 232 кубических ярдов отходов — это самый большой объем из четырех угольных электростанций Ameren в Миссури.
Золохранилища расположены недалеко от реки Миссури, основного источника питьевой воды для жителей города Сент-Луис.
Но официальные лица Ameren говорят, что бассейны угольной золы представляют небольшой риск для питьевой воды или речных экосистем. В 2018 году бостонская консалтинговая фирма , нанятая коммунальным предприятием, не обнаружила «неблагоприятного воздействия на здоровье человека» золоотвалов в соответствии с предыдущими исследованиями, проведенными по заказу Ameren.
На заводе в Лабади Ameren планирует развернуть систему , которая откачивает воду из-под земли возле золоотстойников, удаляет токсины и повторно вводит ее под землю — метод, испытанный в прошлом году в энергетическом центре острова Раш недалеко от Фестуса.
Коммунальное предприятие также поддерживает сеть колодцев для мониторинга подземных вод вокруг объекта, из которых берутся пробы воды и проверяются на наличие загрязняющих веществ, сказал Крейг Гисманн, менеджер экологических служб Ameren. «Мы всегда хотим поступать правильно для окружающей среды», — сказал он.«Мы живем и работаем в этих же сообществах».
Тем не менее, некоторые жители Лабади все больше разочаровываются в том, что они считают уважением государственных чиновников к Амерену.
Брайан Муньос
/
Общественное радио Сент-Луиса
Патрисия Шуба, президент Организации по охране окружающей среды Лабади, недалеко от угольного энергетического центра Лабади в Амерене.Патрицию Шуба решение DNR прямо разрешить загрязнение грунтовых вод из бассейнов угольной золы Ameren на заводе в Лабади «вывело из себя».
«Мы все понимаем, какое влияние эта компания имеет на государственную политику, — сказал Шуба, который возглавляет экологическую организацию Лабади, низовую коалицию местных жителей, выступающих за более строгие правила на заводе.
«Вначале мы очень надеялись, что, взаимодействуя с нашими государственными регулирующими органами, мы сможем исправить эти проблемы. Я понял, что политика буквально держит наших регуляторов на привязи».
Представитель ДНР отклонил запрос на интервью из Санкт-Петербурга.Louis Public Radio, но в заявлении, отправленном по электронной почте, говорится, что загрязнение подземных вод из бассейнов угольной золы было косвенно разрешено в соответствии с предыдущими разрешениями и что обновленная формулировка разрешения должна была прояснить это.
«Предыдущее разрешение признавало сброс в подземные воды путем выполнения требований по отбору проб подземных вод», — говорится в заявлении. Чиновники DNR заявили, что новая формулировка была добавлена для внесения ясности, поскольку «в период общественного обсуждения в 2021 году было очевидно, что отдельные лица не понимали, что требования по отбору проб являются способом мониторинга сброса в подземные воды.
Далее в заявлении говорилось: «Если разрешение содержит требования по мониторингу и в разрешение не включен явный запрет на сброс, разрешение разрешает этот сброс».
Другими словами, требуя от Ameren проверить грунтовые воды рядом с заводом в Лабади, по словам представителей DNR, предыдущие разрешения фактически допускали загрязнение угольной золой, несмотря на то, что это не было явно включено в формулировку разрешения.
Разрешение будет действовать до ноября.30, 2026.
Подписывайтесь на Шахлу в Твиттере: @shahlafarzan
Активисты за экологическую справедливость хотят, чтобы губернатор штата Нью-Джерси проголосовал против строительства новой газовой электростанции в Ньюарке
Это срочная стенограмма. Копия может быть не в окончательном виде.
ЭМИ ГУДМАН: Это Демократия сейчас! Я Эми Гудман, с Хуаном Гонсалесом, когда мы заканчиваем шоу в Нью-Джерси, где жители преимущественно чернокожего и латиноамериканского сообщества в районе Айронбаунд Ньюарка призывают губернатора остановить план строительства нового газопровода.
загорелась электростанция, что могло ухудшить и без того плохое местное качество воздуха.
ПРОТЕСТУЩИЕ: Эй, губернатор Мерфи, никакой электростанции PVSC! Что мы хотим? Чистый воздух! Когда мы этого хотим? В настоящее время! Что мы хотим? Чистый воздух! Когда мы этого хотим? В настоящее время! Хватит сбрасывать на Ньюарк!
ЭМИ ГУДМАН: Ключевое голосование по контракту на строительство новой электростанции назначено на четверг. Активисты говорят, что одобрение контракта будет противоречить обещаниям, данным губернатором Нью-Джерси Филом Мерфи, когда он подписал один из самых строгих законов страны об экологической справедливости в 2020 году.
ГОСП. ФИЛ МЕРФИ: 90 300 Жители наших сообществ экологической справедливости, которые преимущественно являются цветными, страдают от неблагоприятных условий для здоровья во много раз чаще, чем жители других мест, поскольку последствия десятилетий предыдущих медицинских и экономических неравенств усугубились.
И мы знаем, что этот вирус особенно опасен для тех, у кого есть сопутствующие заболевания. Поэтому на данный момент важно, чтобы мы послали сигнал о том, что экономически неблагополучные районы нашего штата больше не будут свалками, и права жителей на чистый воздух и чистую воду больше не будут игнорироваться.ЭМИ ГУДМАН: Сторонники электростанции говорят, что она необходима в качестве резервного источника энергии для крупной близлежащей станции очистки сточных вод, из-за которой произошла утечка сточных вод во время урагана «Сэнди» в 2012 году после отключения электроэнергии. Но критики говорят, что завод будет работать на фракционированном газе, а его выбросы углерода на самом деле будут способствовать более сильным и частым экстремальным погодным условиям.
Чтобы узнать больше, мы отправляемся в Ньюарк, чтобы поговорить с Марией Лопес-Нуньес, заместителем директора по организации и защите интересов в Ironbound Community Corporation, которая также является членом Консультативного совета по экологической справедливости Белого дома.
Добро пожаловать в Демократия сейчас! , Мария. Вы настаивали на принятии этого закона, о котором говорит губернатор Мерфи. Объясните, что поставлено на карту в этом голосовании завтра.
МАРИЯ ЛОПЕС-НУНЬЕС: Абсолютно. И спасибо, что ты есть у меня.
Вы знаете, и не только я настаивал на этом законе; это были общины по всему Нью-Джерси, на которых задолго до Мерфи десятилетиями сбрасывали республиканцы и демократы. Наши сообщества использовались в качестве зон жертвоприношения, где — вы знаете, просто отступить здесь, в Ironbound, у нас уже есть три электростанции, три сайта Superfund, рендеринг жира.Вы знаете, вы называете это, это, вероятно, в нашем районе. У нас есть тысячи грузовиков, которые обслуживают Нью-Йорк и большую столицу, которые проезжают по окрестностям, чтобы доставить вещи, выбрасывая дизельное топливо в воздух.
Итак, мы всегда знали, что нужно смотреть на картину в целом. Вот почему мы настаивали на принятии закона об экологической справедливости, который дал бы Министерству охраны окружающей среды возможность отказывать в выдаче разрешений на основании так называемого кумулятивного воздействия.
И каждый раз, когда я это объясняю, это так грустно, правда? Потому что любое государственное учреждение не имеет права смотреть по сторонам. Они должны относиться к промышленности как к отдельным лицам. Вы знаете, сколько вы загрязняете? Сколько вы загрязняете? И никогда не добавлять уравнение. И я бы сказал, что четвероклассник — вы знаете, 4-летний ребенок может стоять на углу улицы в Ньюарке, смотреть на дымовые трубы и говорить: «Вы не должны добавлять еще одну».
Итак, завтра на карту поставлено то, что мы примем этот прекрасный закон. Это еще не эффективно.И у нас есть четвертая электростанция, которая предлагается. И вот, в четверг пытаются проголосовать за начало строительства этой электростанции.
ХУАН ГОНСАЛЕС: И, Мария, какое агентство будет встречаться? И что могут сделать люди, которые хотят выступить против этой акции?
МАРИЯ ЛОПЕС-НУНЬЕС: Абсолютно. Это агентство будет Комиссией по очистке сточных вод долины Пассаик, верно? На самом деле они обслуживают Нью-Йорк и 11 штатов, так что это не только Нью-Джерси.
И на самом деле мы спрашиваем губернатора Мерфи, потому что мы не верим, что члены комиссии проголосуют против. Мы считаем, что губернатор Мерфи должен использовать свой моральный авторитет, вмешаться и стать примером для страны, что, когда вы принимаете закон, вы должны быть уверены, что именно тогда прекращается ответственность, и что мы начинаем запрещать ввод объектов, особенно коммунальных услуг. от продолжения сброса на Ньюарк. Итак, мы просим людей позвонить губернатору Мерфи напрямую и сказать, что нужно защищать закон и защищать экологическую справедливость, потому что, если мы не создадим хороший прецедент в Нью-Джерси, что это значит для страны и других штатов, которые пытаются принять подобные законы? Видеть, как Нью-Джерси терпит неудачу, действительно выбивает из колеи ветер.
ХУАН ГОНСАЛЕС: И вы упомянули историю загрязнения, особенно в Ironbound. Для тех зрителей и слушателей, которые не в курсе, не могли бы вы дать нам краткий обзор некоторых исторических проблем, с которыми столкнулся Ironbound?
МАРИЯ ЛОПЕС-НУНЬЕС: Абсолютно.
У нас есть район площадью четыре квадратных мили, и мы являемся домом для трех сайтов Superfund. Во время войны во Вьетнаме, в Ironbound, у нас было самое большое производство Agent Orange. И у него был побочный продукт, диоксин, который невероятно вызывает рак.Это было сброшено в реку. Белый порошок от этого разлетелся по всему району, загрязнив наши бассейны. У нас были бассейны, открытые бассейны, которые пришлось закрыть, потому что некоторые из моих коллег плавали в диоксине — верно? — люди, которые жили в этом районе. Это место было объявлено чрезвычайной зоной.
У нас самый большой в регионе мусоросжигательный завод. Пятьдесят процентов мусора для этого мусоросжигательного завода поступает из Нью-Йорка, и он сжигает более миллиона тонн мусора в год.Вы знаете, у нас есть три электростанции. У нас есть канализационная комиссия, крупнейшая в штате и пятая по величине в стране. У нас есть порт Ньюарк — верно? — обслуживает весь Нью-Йорк, весь столичный регион. Восемьдесят процентов потребительских товаров вывозятся из этого порта.
И большинство из них загружают в грузовики, которые загрязняют окружающую среду дизельным топливом. И все это, я просто говорю о моем районе; Я не говорю про весь город. Город Ньюарк также в равной степени заброшен.Итак, мы говорим о десятилетиях экологического расизма, затрагивающего наше сообщество.
ЭМИ ГУДМАН: На самом деле, Мария, у вас уже есть самый длинный сайт Superfund в стране в той маленькой области, о которой вы говорите, в Ironbound. И поговорим о сообществе, которое там живет.
МАРИЯ ЛОПЕС-НУНЬЕС: Абсолютно. Вы знаете, это 17 миль загрязненной реки, и мы десятилетиями боролись за то, чтобы восстановить наши отношения с рекой. И наше сообщество в большинстве состоит из чернокожих и латиноамериканцев, рабочего класса, сообщества иммигрантов, которые глубоко затронуты проблемами.И, несмотря на все наши социально-экономические проблемы, проблемы с иммиграцией, проблемы с жильем, мы все еще боремся за то, чтобы сделать наш район лучше.
Знаешь, мы помогли построить парк вдоль этой реки. У нас есть видение нашего сообщества. И это все, о чем мы просим, ничего лишнего. Мы просто просим шанс бороться за чистый воздух и чистую воду.
ЭМИ ГУДМАН: Нью-Джерси уже столкнулся с угрозой повышения уровня моря в два раза по сравнению со средним мировым показателем. А Amazon — это правда — предлагает совершенно новый терминал в аэропорту Ньюарка, против которого вы боретесь?
МАРИЯ ЛОПЕС-НУНЬЕС: Абсолютно.Мы боремся с тем, что называем секретным центром, верно? Amazon не разговаривал с сообществом, не разговаривал об этом с нашим муниципалитетом. Администрация порта, которая является органом, разделенным с Нью-Йорком и Нью-Джерси, проголосовала, появившись в середине собрания, чтобы санкционировать принятие этого предложения. Опять же, типа, наше сообщество — и поэтому так много сообществ —
ЭМИ ГУДМАН: Что ж, нам придется оставить это здесь, но мы собираемся вернуться к этому, Марии Лопес-Нуньес из Ironbound Community Corporation.
Это делает это для нашего шоу. Я Эми Гудман, с Хуаном Гонсалесом.
Борису грозит новая катастрофа, поскольку «зеленая» электростанция выбрасывает в атмосферу больше CO2, чем многие угольные электростанции | Наука | News
Г-н Джонсон сталкивается с давлением со стороны защитников окружающей среды, требующих реинвестирования государственных субсидий, предоставленных Drax, крупнейшей в стране электростанции на возобновляемых источниках энергии, и увеличения расходов на более чистые источники энергии, такие как солнечная энергия и ветер. Электростанция Drax недалеко от Селби, Йоркшир, подвергается сомнению со стороны экологических групп.В 2020 году электростанция произвела 11 процентов возобновляемой энергии Великобритании, чего хватило для четырех миллионов домов.
Тем не менее, по оценкам аналитического центра по климату Ember, электростанция Дракс может быть единственным крупнейшим источником углекислого газа в Великобритании.
Согласно отчету, завод является одним из крупнейших источников загрязнения воздуха двуокисью углерода и твердыми частицами PM10 среди всех электростанций ЕС и выбрасывает больше, чем многие угольные электростанции.
Гигантская станция использует древесные гранулы, которые импортируются из США на огромных кораблях, а транзит занимает до 21 дня.
Эти пеллеты являются ключевым компонентом для выработки энергии на заводе, поскольку щепа измельчается, выдувается в котле, а затем сжигается, создавая пар, который приводит в действие турбины.
Великобритания является крупнейшим потребителем древесных гранул в мире и использует их для производства биомассы, что представляет собой крупную отрасль, стоимость и масштабы которой растут.
Энергия биомассы считается возобновляемой, несмотря на то, что она включает сжигание органических веществ, таких как древесина, в качестве топлива.
Таким образом, выбросы парниковых газов от сжигаемых деревьев учитываются не по месту их сжигания, а по земле, на которой они были срублены.
Активисты-экологи обвинили эту часть климатического учета в том, что она «озеленена».
ПОДРОБНЕЕ:Почему изменение климата важно: 2021 год станет одним из самых жарких за всю историю наблюдений
Мэри Бут, основатель экологической организации «Партнерство за целостность политики», сказала: не означает, что он углеродно-нейтральный».
Добавить комментарий