В полушаге от абсолюта. О турбодвигателях с кпд 70

В полушаге от абсолюта
О турбодвигателях с кпд 70-80%

После подачи мировой заявки на изобретение появилась, наконец, возможность рассказать о самых совершенных на сегодняшний день двигателях внутреннего сгорания.

Возможность повышения кпд газотурбинного двигателя (ГТД) за счет рекуперации энергии выхлопных газов была высказана еще в 30-е гг. советским ученым Г.И.Зотиковым. Однако использование в качестве рекуператора теплообменника регенеративного типа ограничило максимальный кпд величиной в 45%. Впрочем, и не каждый теплообменник рекуперативного типа позволяет преодолеть этот предел.

Самый эффективный противопоточный теплообменник (ПТ я "изобрел"  еще в 1960 г., но только в 1996-м, когда появилась возможность его запатентовать, обнаружил, что опоздал аж на сто лет. Поэтому подал заявку только на использование ПТ в различных (по существу в каждом) термодинамических устройствах (ТУ). Не может не вызвать удивления, что эффективный ПТ, кпд которого можно сколь угодно приблизить к 100%, с тех пор нигде (кроме области сверхнизких температур) не использовался.

Расчеты показали, что с повышением кпд ПТ и при приближении степени сжатия воздуха к 1 (!) кпд ГТД с открытым циклом сколь угодно приближается к кпд цикла Карно. И это обстоятельство побуждает установить ГТД на автомобиле. На схеме представлен ГТД (с расчетами) с кпд ПТ 95% и с давлением воздуха из компрессора 4 атм. Как видим, кпд цикла равен почти 80%, причем при весьма умеренной температуре в камере сгорания — всего 1800 К.

...Так получилось, что одна крупная автомобильная компания заинтересовалась моими турбинами. Во время встречи с представителем компании выяснилось, что моя турбина им нужна для установки в автомобильном ГТД с циклом Зотикова, ибо кпд известных одноступенчатых газовых турбин не превышают 51%. На мой вопрос, какого типа теплообменник используется в двигателе, представитель компании сказал, что это секрет, но выдал данные о кпд: 90-95%. Но в природе теплообменник с таким кпд может быть только противопоточного типа, что я и сказал собеседнику. Тот сообщил, что заявку они подали три месяца назад, но узнав, что моя заявка была подана на год раньше, его чуть не хватила кондрашка, ибо они уже вложили в разработку проекта кругленькую сумму...

А с турбиной произошло вот что.

Кпд одноступенчатой лопаточной генераторной турбины в принципе не может существенно превысить 50%. Половина же моих (а всего их около 1 миллиона вариантов) как бы состоят из двух ступеней и потому их кпд при тех же оборотах уходит за 75%. Особый интерес для фирмы мои турбины представляли еще и потому, что срок действия патента на них истекает через три года.

(К слову сказать, за прошедшие со времени  их патентования 14 лет они так и не заинтересовали производителей — как объяснил в то время один ответственный работник Ленинградского турбинного завода: "А зачем? Мы и на турбины устаревших образцов имеем заказы на десять лет вперед!")

На мое счастье, одну очень важную конструктивную особенность газовых турбин я в 1985 г. в заявку не включил. Это я сделал сейчас.

Кпд газовых турбин увеличивается с ростом числа ступеней. Но вместе с тем растут и их габариты и вес. Решение же, извлеченное мною из загашника, от этого противоречия освобождено: я сжал многоступенчатую турбину, как гармошку, расположив все рабочие колеса (и соответственно направляющие аппараты) этажами на единственном рабочем колесе наибольшего диаметра. И теперь внешне одноступенчатая турбина может достигать кпд 95-98%, а автомобильный ГТД на 75 кВт умещаться в 10-литровое ведро. И что интересно: вместе с автоматической коробкой скоростей, ибо турбина имеет почти постоянный кпд.

Однако на этом достоинства моего двигателя не кончаются: на выходе рабочего газа из камеры сгорания предлагается установить трансформатор вращательной тепловой энергии газа, которая сегодня не учитывается, не измеряется и не используется, хотя она в 2-2,5 раза превышает обычную кинетическую. Следовательно, мой двигатель не только может иметь двойной кпд, но и потреблять горючего в 2-3 раза меньше, чем выпускаемые сегодня. И тогда эквивалентный по мощности мой автомобиль будет потреблять горючего в итоге в 4-6 раз меньше. Думаю, затравленное выхлопными газами общество имеет все основания потребовать от автомобилестроителей срочного внедрения сверхэкономичного двигателя.

Остается добавить, что использование ПТ в паровых двигателях также приближает его кпд к кпд цикла Карно.

Париж, 14 января 1999 г.

(Для еженедельника «Не может быть»)