Здравствуйте!

Приветствую Вас на сайте Берлогово! Читайте, думайте, слушайте музыку! Приезжайте в гости!

Меню

Патентное ведомство Соединённых Штатовъ

2 223 856

Парогенераторъ высокой производительности для аэроплана

Натан. С. Прайс, Сиэтл, Вош(Wash).

Рисунок 1

Рисунки 2 и 3

Рисунок 4

Рисунок 5

Рисунок 6

Заявка от 13 июля 1938г.

№ 218 942

Заявка относится к применению парогенератора для авиации, где в огромной степени от силовой установки требуются легкий вес, компактность и экономичность. Изобретение удовлетворительно соответствует этим требованиям и обезпечивает операционную гибкость устройства и его работа не зависит от высоты полета.

Возможности парогенератора не ограничивается, однако, только авиационным применением. Он одинаково пригоден для локомотивов, катеров и стационарных установок и т.п., но в применении для авиации его преимущества реализуются с особенной силой.

Согласно этому объектом изобретения является создание генератора пара обладающего экстремально высокой паропроизводительностью несмотря на то, что сам парогенератор очень компактен, легок и экономичен.

Очень затруднительно создать парогенератор, включающий в себя полный комплект сопутствующих устройств, имеющий очень легкий вес и при этом обладающий большой паропроизводительностью и высокой экономичностью.

Эти и другие сопутствующие трудности отмечаются в спецификации представленной ниже, среди них:

Рис. 1 на которой представлен общий разрез по оси парогенератора

На Рис. 2 изображен разрез питательного насоса. Я предпочитаю называть этот агрегат «загрузочный насос» поскольку он работает как первая ступень, загружая вторую ступень питательного насоса парогенератора особой формы, разрез которой показан на Рис. 4.

На Рис. 3 показан разрез импеллера и диффузора загрузочного насоса.

Рис. 5 представляет диаграмму функционального взаимодействия различных агрегатов парогенератора.

Рис. 6 это график температур и давлений камеры сгорания парогенератора.

Определенные вспомогательные механизмы паросиловой установки, такие как питательный насос, топливный насос, насос смазки, вакуумный насос и нагнетатель воздуха обычно разсматриваются как агрегаты отдельные от парогенератора, в моем случае определяются как часть генератора, так как тесно участвуют в процессе генерации пара.

Я преуспел в создании генератора с очень низкой удельной массой, всего в 0,35 фунтов на одну лошадиную силу развиваемой двигателем мощности. При размере достаточном для получения мощности 5000л.с. на маршевой турбине. Компактность может быть проиллюстрирована действительным размером парогенератора, который имеет 24 дюйма диаметр и примерно 75 дюймов длины для указанного применения.

Воздушная система, каналы для протока продуктов горения и потоки пара используют очень высокие скорости, например порядка 1500 футов в секунду. Это приводит к очень высоким уровням теплообмена и соответственно к большому уровню компактности конструкции парогенератора, поскольку сами поверхности теплообмена сделаны более эффективным образом, чем в существующих парогенераторах. Проходные сечения для воздуха, продуктов сгорания и пара довольно малы в связи с большими скоростями.

Более подробно поверхности теплообмена, камера сгорания, горелка, воздухоподогреватель, дутьевой вентилятор, его диффузор и другие части сконструированы в соответствии с моим сопутствующим патентом, серийный № 120188, подписан 12 янв. 1937г. под названием «Нагреватель потока».

Изменение высоты полета воздушного судна вызывает перемену в потребной мощности дутьевого вентилятора (нагнетателя) парогенератора, который должен увеличивать свои обороты с увеличением высоты полета. В данном изобретении считается предпочтительным и существенным поддержание давления в камере сгорания парогенератора постоянным и не зависимым от высоты полета для каждого данного уровня мощности силовой установки. Парогенератор описываемого типа конструктивно способен выдерживать высокое внутреннее давление в камере сгорания, и высокие уровни потоков, поскольку для этой цели имеет цилиндрическую форму. Далее, проходы для потока газа направлены таким образом, чтобы иметь наименьшее сопротивление потоку.

На уровне моря, давление в камере сгорания может быть скажем 35 фунтов на кв. дюйм абс.

Энергия для приведения в действие воздушного компрессора в основном или полностью берется от потока выходящих из котла газов при помощи выхлопной турбины, расположенной далее по потоку после последних секций экономайзера. Выхлоп турбины направлен в атмосферу.

На уровне моря перепад давления 10 фунтов на кв. дюйм достаточен для работы турбины и ещё оставшиеся 10фунтов на кв. дюйм перепада необходимы для проталкивания горячих газов через поверхности теплообмена. На высоте, эти 10 фунтов на кв. дюйм так же будут проталкивать газы через поверхности, а на турбине будет увеличенный перепад давления. Таким образом, когда потребность в энергии для наддува увеличивается, увеличивается и располагаемая энергия.

Поскольку турбина имеет существенную степень расширения, то температура выхлопа не превышает, к примеру, 260 F что не требует больших секций экономайзера и воздухоподогревателя.

Расширение выхлопных продуктов сгорания в турбине увеличивает экономичность силовой установки благодаря тому, что энергия для привода вспомогательных компонентов и агрегатов генератора не отбирается или отбирается в существенно меньшей степени от главного рабочего тела, генерируемого в трубе парогенератора.

Использование энергии выхлопных газов котла газовой турбиной так же позволяет иметь высокую степень регенерации тепла рабочего тела. Выхлопные газы теперь не имеют такой высокой температуры из-за высокой температуры питательной воды (полученной в результате регенерационного подогрева питательной воды) потому что газы после выхода из секции экономайзера, расширяясь в турбине охлаждаются.

Далее изобретение устраняет неприятные следствия высокой степени подогрева питательной воды (до её входа в котел) включением труб подогревателя или подогревателей внутрь труб секции экономайзера, а не отдельно от парогенератора.

(Неприятным следствием слишком горячей питательной воды может являться вытекающая отсюда слишком горячая температура выходящих из котла продуктов горения, сиречь отходящих газов. Прим. перев.)

Таким образом, питательная вода входит в котёл, имея относительно низкую температуру, и получает тепло последовательно сначала от выхлопных газов, а потом от секции промежуточного отбора из средней части маршевой турбины.

Такое расположение подогрева питательной воды и использование выхлопной турбины позволяет при помощи регенеративного подогрева в совокупности с подогревом в экономайзере получить температуру питательной воды, например до 850F при этом сохраняя экономичность и малые размеры парогенератора. Регенеративный цикл позволяет увеличить общую экономичность силовой установки и не затрагивает экономичности котла. А так же из-за наличия одного или нескольких промежуточных отборов пара уменьшается количество выхлопного пара турбины, что снижает нагрузку на конденсатор и значительно уменьшает его размеры.

Выходные параметры водяного пара используемого в качестве рабочего тела в этом парогенераторе могут достичь, температуры 1200F и давления 3200 фунтов на кв. дюйм без проблем, вызываемых такими высокими значениями. Экономичность основного рабочего цикла, следовательно, не ограничивается теперь конструкцией котла. Круглые ребра на трубе спиральной катушки экономайзера позволяют трубе противостоять большому давлению, а так же увеличивают поверхность, омываемую горячими газами, что способствует увеличению количества передаваемого тепла. Эти ребра охвачены оболочками так, что продукты сгорания полностью проходят между ними и не имеют застойных зон. Это примыкание ребер к оболочкам так же способствует тому что площадь проходного сечения для потока газов не изменяется при переходе от одной петли катушки к следующей, уменьшает сопротивление потоку и увеличивает передачу тепла.

Следующая модификация, которая улучшает эффективность парогенератора и уменьшает его вес это заключение его в кожух, из которого выкачан воздух до достижения хорошего вакуума при помощи вакуумного насоса и особенно вакуумного насоса конденсатора силовой установки. Вакуум в конденсаторе, допустим, поддерживается на уровне 2 дюймов ртутного столба, такой вакуум в изолирующем пространстве котла обладал бы хорошим теплоизолирующим свойством.

(Мне кажется, такой вакуум, вряд ли будет хорошей изоляцией даже для менее теплонапряженных устройств, да и создание его лишний вес, я бы предпочел хорошую мин вату и улучшенный воздухоподогреватель. Прим. перев. )

Благодаря высокому рабочему давлению и высокой скорости потока в трубах котла питательный водяной насос должен создавать давление не менее 3200 фунтов на кв. дюйм. Достижение такого давления с помощью центробежного насоса потребовало бы серии рабочих колес или импеллеров включенных последовательно.

Сопротивление трения было бы достаточно велико, и результирующая экономичность насоса была бы невелика. Благодаря большому количеству ступеней и высокой окружной скорости периферии импеллеров, вода в насосе получала бы заметный нагрев в результате насосных потерь, уменьшая при этом возможность принять эквивалентное количество тепла от регенеративного подогревателя работающего от регенеративного отбора турбины. При этом сам насос был бы весьма массивен.

Возвратно поступательный насос так же невыгоден с точки зрения размеров и веса.

В изобретении в качестве питающей системы парогенератора применяется двухступенчатая комбинация двух отдельных, но тесно взаимосвязанных качающих элементов. Первый центробежного типа, а второй вытеснительного, плунжерного типа. Они скомбинированы так, чтобы реализовать их преимущества и исключить недостатки.

В сопутствующей заявке Серийный № 160288 от 21 авг. 1937г. под названием «Система проталкивания жидкостей» я описал удобный водяной насос. Этот насос сравнительно компактен и лёгок и создаёт высокое давление жидкости с достаточной эффективностью. Однако при использовании для силовой установки мощностью 5000лс скорость вращения насоса будет ограничена скоростью, допустим, 1000 об/мин. из-за проблем связанных с кавитацией во время хода всасывания, так велики ускорения жидкости при таких сильных потоках, поэтому размер и вес такого насоса будут относительно велики.

Поэтому я предпочитаю загрузить плунжерный насос, так же как и плунжерный насос любого типа, а не только лишь описываемого типа, жидкостью с давлением 300 фунтов получаемой в отдельном высокоскоростном центробежном насосе, для того чтобы вращать плунжерный насос со скоростью до 8000 об/мин без кавитации. Давление центробежного насоса эффективно предохраняет жидкость от образования вакуумных участков, заполненных пузырьками пара в цилиндрах плунжерного насоса во время всасывания и, достаточно для того чтобы возвращать плунжеры во время обратного хода, прижимая их к наклонной шайбе с управляемым давлением масла углом наклона, так что отпадает необходимость применения возвратных пружин. Учитывая большие обороты насоса, размер последнего может быть уменьшен и использование такой техники позволяет снизить удельный вес насосной системы в экстремальном случае всего до 0.003 фунта на 1лс развиваемой всей паросиловой установкой мощности при экономичности свыше 90%.

Питательная вода с давлением 300 psi обезпечивается небольшим одноступенчатым центробежным высокоскоростным насосом, со скоростью вращения импеллера порядка 22000-45000 об/мин, хотя эффективность его не слишком высока при этих обстоятельствах. Но поскольку его доля в поднятии давления питательной воды, по отношению к давлению, создаваемому возвратно-поступательным насосом всего 10%, то это не сильно влияет на экономичность всей насосной системы в целом и нагрев питательной воды в насосе не так велик.

Для предотвращения перегрева питательной воды в центробежном насосе предусмотрен термостат, который увеличивает пропуск воды через насос путем перепускания части потока в конденсатор, если перегрев достигнет определенного заданного уровня. Термостатический клапан настроен на температуру ниже температуры насыщения воды на выходе из центробежного насоса. Такой способ позволяет избежать перегрева воды в центробежном насосе из-за трения жидкости до образования пара в отдельных случаях работы паросиловой системы. Такое регулирование нужно в случаях уменьшения мощности маршевого двигателя, например.

Сам плунжерный насос так же усовершенствован по сравнению с тем, который описан в упоминавшейся прежде, сопутствующей заявке «Система проталкивания жидкостей» в отношении метода входа и выхода жидкости въ, и изъ рабочих цилиндров. Этот метод так же служит уменьшению вероятности возникновения кавитации благодаря трению при проходе жидкости через клапаны, поскольку теперь клапан действует не благодаря воздействию на него движущейся жидкости при всасывании как в обычном обратном клапане. Вал, приводящий во вращение регулируемую приводную наклонную шайбу, действующую на плунжеры, проходит вниз между сгруппированными параллельно плунжерами и образует один вращающийся клапанный порт, смежный с закрытым концом цилиндров, для управления входными и выходными портами для каждого цилиндра насоса.

Этот метод позволяет одному клапану управлять входом и выходом потока для всех цилиндров насоса. Далее, роторный клапан не имеет в действительности контакта металла с металлом в клапанных портах. В нем через регулирование удаленных подшипников устанавливается минимальный зазор, не позволяющий образоваться значительным утечкам, тем не менее позволяющий предохранить насос от износа или заклинивания.

Маслосистема генератора совмещена во взаимодействии с топливной и водяной питательной системами парогенератора.Изменение расхода питательной воды в соответствии с потребностью парогенератора достигается действием давления масла на приводную наклонную шайбу водяного насоса, так чтобы изменился угол наклона шайбы и как результат – рабочий ход плунжеров. Контроль непрерывен и ни в коем случае не изменяет гармонического движения плунжеров, следующих движению вращающейся шайбы.

Поток гидравлического масла одновременно смазывает рабочие поверхности, шестерни и т.д. блока вспомогательных механизмов парогенератора.

Тепло полученное маслом через трение идет в котёл, слегка увеличивая экономичность силовой установки.

Топливо предположительно подается в котельную горелку при давлении около 250 фунтовъ на кв. дюймъ. Поскольку шестерённые насосы очень компактны и удобны для работы при таких давлениях без нежелательных утечек, я предпочитаю использование шестерённых насосов для топлива, и для системы смазки.

Однако топливо это плохая смазка. Соответственно в данном изобретении маслонасос и топливный насос комбинируются в одной конструкции так, что износ зубьевъ, который мог бы в противном случае быть большим в топливном насосе в связи с плохой смазочной способностью топлива, исключёнъ.

Масляный насос и топливный насос сконструированы как наложенные один на другой блоки с общими валами привода шестерён, так что крутящий момент передаётся от шестерён смазочного насоса непосредственно на зубчатые колёса отдельного топливного насоса, заставляя последние вращаться. В результате в топливном насосе шестерни не давят зубьями одна на другую.

Новаторская компоновка парогенератора включает так же вспомогательные устройства такие как компрессор, водяные насосы, газовая турбина и т.д. в одном конце, таким образом, позволяя наиболее прямое взаимодействие потоковых систем, и к тому же позволяет создать очень крепкую и лёгкую конструкцию. Осевой вал, несущий газовую турбину, импеллеры компрессора и приводную шестерню для остальных вспомогательных механизмов котла, вращается с высокой скоростью, такой как 15000 об/мин на уровне моря и до 30000об/мин на высоте. Осевой вал позволяет разместить симметричные диффузоры расположенные вокруг импеллеров и совершенно симметричный кольцевой сопловой аппарат для направления потока газов в рабочее колесо турбины. Это увеличивает тепловую экономичность компрессора и турбины. К тому же диффузоры и сопловая решетка остаются в пределах границ диаметра корпуса генератора упрощая конструкцию котла и уменьшая общие размеры.

Скорость вращения осевого вала редуцируется до относительно небольшой скорости вторичного вала, например, около четверти, который служит для привода второй ступени водяного питательного насоса, масляного и топливного насосов, регулятора скорости турбины и привода магнето.

Мощная и компактная червячная передача позволяет получить вторичный вал расположенный перпендикулярно основному. Вспомогательные агрегаты расположенные подобно пачке блинов один над другим вдоль медленного вала образуют компактное и тесное взаимодействие, в целом так же соответствуя внешней цилиндрической форме оболочки парогенератора и, кроме того, каждый из вспомогательных агрегатов легко снимается с котла без разборки их. Расположение вспомогательных агрегатов вдоль перпендикулярного вала облегчает привод этих нескольких единиц при помощи только одной редукторной передачи с минимальной длиной приводного вала. Сопутствующая передача на осевом валу приводит в движение второй нормальный вал, обезпечивая компактный, высокоскоростной привод 1,5 к 1, например, для вращения импеллера загрузочного насоса.

На Рис. 1 парогенератор показан в сечении вдоль своей оси. Воздух для сгорания входит во вход 1 центробежного импеллера 2 компрессора первой ступени и поворачивает в диффузоре 3, чтобы войти во вход 4 импеллера 5 второй ступени компрессора. Импеллеры 2 и 5 находятся на одном валу с турбиной 8 и приводным валом 45 вдоль основной оси парогенератора А-А.

Оболочка котла 15 и оболочка выхлопного патрубка 7 соединены между собой, образуя продолговатый цилиндр, который поддерживает диффузор 3 импеллера 2 и диффузор 6 импеллера 5. Сжатый воздух из диффузора 6 проходит вдоль соосного канала воздухоподогревателя 18 ограниченного внутренней цилиндрической оболочкой 19 и внешней цилиндрической оболочкой 17, в направлении лопастей 29 на конце торцевой оболочки котла 28. Воздух поворачивает в обратном направлении, от крышки котла и входит в осевую и цилиндрическую камеру сгорания 34.

Топливо впрыскивается в камеру 34 осевой форсункой, которая проходит через торцевые крышки 28 и 26. Эта форсунка 27 распыляет топливо в виде конуса 30 для смешивания его с входящим воздухом. Топливо сгорает по мере прохождения внутри жаровой трубы 32, ограничивающей камеру сгорания 34.

Понуждаемый выпускной поворотной губой оболочки 32 происходит второй поворот потока. Горящие газы отклоняются от концевого конуса 24 и проходят назад вокруг внешней поверхности кожуха 32 и идут вдоль осевой спирали перегревателя 23 внутри кольцевого канала 35.

Спираль перегревателя построена из разнесённых петель трубки 40, но пространство между петлями заполнено спиральной полосой. Полоса 31 соединена с трубой 40 так, что тепло может перетекать из полосы в трубку, тем самым увеличивая эффективную теплопоглощающую поверхность трубки. Поэтому полоса позволяет уменьшить вес пароперегревателя и, кроме того, выступает в качестве отличной дополнительной жесткости и поддержки для трубы 40 вдоль ее длины предотвращает вредную вибрацию трубы. Наконец, комбинация спиральной трубки и полосы образует неперфорированный барьер для направления газов сгорания в пространстве 35 в направлении экономайзера 38 котла.

В районе 36 перегревателя, примыкающего к губе 33 предпочтительнее утеснить петли трубы 40 и исключить полосу по следующей причине. По причине того, что температура газов выходящих из камеры сгорания чрезвычайно велика в этом месте, что продолжение обогреваемой поверхности (ребра) за пределы трубы нежелательно и небезопасно. В районе 36 петли трубы 40 приварены вместе между собой и приварены или прикреплены к краю конуса 24. (думается, лучше припаять пр.п.)

Тепловой вклад продуктов сгорания в экономайзере выполняется проникновением газов между особыми круглыми поперечными ребрами 42 спиральной трубы 39 экономайзера 38. Газы строго ограничены в поперечном направлении, чтобы проходить только между ребрами при помощи окружающей оболочки 19 и перегревателя 23, которые тесно обнимают экономайзер 38. Оболочка 19 гофрирована, чтобы соответствовать круглой форме рёбер. Перегреватель 23 также создаёт эффект гофрирования, соответствующий периферийной форме рёбер, потому что полоса 31 уже, чем диаметр трубки 40 и намотана с шагом одинаковым с шагом трубы. Трубы 40 и 39 так же имеют одинаковый винтовой шаг и расположены в шахматном порядке, так что полоса 37 может упираться в рёбра 42. Продукты сгорания, пройдя и отдав тепло экономайзеру, далее расширяются в кольце сопловой решетки турбины 43, приобретая в ней высокую скорость. Эти газы ударяют в рабочую решетку 9 колеса 8 и вращают его, приводя во вращение вал 45. Отработанные газы из колеса проходят внутри корпуса 7, при термическом контакте с диффузорами 6 и 3 и далее в выхлопной патрубок 44.

Метод охлаждения колеса 8 и охлаждения подшипника турбины 25 включает воздушный канал 20, охлаждающий зазор между колесом и корпусом турбины 21 и множество сбросных отверстий 22 конуса 24. Он представляет собой систему протока относительно холодного воздуха для прохода от диффузора 6 в пространство 35. Во время этого прохождения воздух отбирает тепло от колеса и подшипника в результате теплового контакта и входит в пространство 35 с высокой температурой, где участвует в процессе догорания несгоревших частиц топлива в районе конуса 24.

Изоляция корпуса котла достигается путём вакуумирования пространства 16, ограниченного оболочкой 17 и кожухом 15, через вакуумный канал 11.

Питательная жидкость, для того чтобы превратиться в рабочее тело в виде пара 3 входит через вход 12 в трубу экономайзера 39, переходит на выходном конце экономайзера в трубу 40 перегревателя и нагревается до, например, 1250 F. Пар 5 с заданными параметрами выходит через выход 10 трубы перегревателя, для использования в основной маршевой турбине.

Нагрев жидкости в экономайзере 38 подкрепляется заполненной паром спиральной трубой 41, размещенной в трубе 39 экономайзера. Пар для трубы 41 регенеративного подогревателя отбирается от промежуточной ступени основной силовой турбины. После отдачи тепла питательной жидкости экономайзера через стенки трубки 41, пар в результате конденсируется в жидкость, которая выходит из выпускного патрубка 13, прилегающего к входу 12 экономайзера.

Трубка 41 в большой степени концентрична с трубой 40, и рабочая жидкость, нагреваемая в экономайзере 38, протекает в кольцевом канале, образованном между трубами.

На рисунке 2 я показал разрез загрузочного насоса вдоль его оси B-B. Вспомогательный корпус 52 окружает червяк 50 вала 45, для приводной шестерни 51 вала 59. Вал 59 расположен вдоль оси В-В, он нормален к оси A-A; и удерживается подшипником 70. Вал 59 вращает центробежную крыльчатку 56, имеющую лопатки 61 для принудительной подачи жидкости из впускного отверстия 64 через некоторые лопатки 62 диффузора в улитку 63, которая задается нижней половиной 80 корпуса насоса и верхней половиной 58. Пустоты 68 и 69 предусмотрены в корпусах для снижения веса. Лабиринт 57, образованный между корпусом 60 и входным патрубком крыльчатки 56, сделан, чтобы предотвратить перетекание перекачиваемой жидкости обратно во входной патрубок 64.

Лабиринт 55 с противоположным фланцем крыльчатки 58 и расположенный в корпусе 60 замедляет потерю перекачиваемой жидкости из канала 54 через утечку.

Корпус 58 прикреплен к корпусу 52. Буферный канал 53 в корпусе 58 ведет к валу 59 и отделяет подшипник 70 от канала сброса утечки 54. В канал 53 подаётся сжатый воздух для предотвращения смешивания перекачиваемой жидкости в канале 54 и смазочного материала из подшипника 70.

На Рис. 3 показан разрез рабочего колеса и диффузор загрузочного насоса, показанного на Рис. 2, выполненный нормально к оси B-B. Канал в виде улитки 63 выпускает жидкость под давлением к выпускному отверстию 65 для последующей подачи на плунжерный питательный насос.

На рисунке 4 показаны в разрезе вдоль общей оси - вторая, плунжерная ступень водяной насосной системы, масляный и топливный насосы, генератор, установленные в тандеме. В рамках корпуса 52 червяк 100 вала 45 приводит в движение шестерню 122 вала 108. Вал 106 имеет ось C-C, нормальную к оси A-A вала 45.

Передача 122 вращает плоскую шайбу 120 вокруг оси C-C с помощью выступающей направляющей 123, входящей в зацепление с ней. Шайба 120 регулируется по высоте относительно шестерни 122 для регулирования хода плунжеров 105 сгруппированных вокруг вала 106 и имеющих оси, параллельные оси C-C. Некоторые поворотные сегменты 121 передают тягу от качающейся шайбы к плунжерам 105.

Плунжеры 105 снабжены некоторыми масляными уплотнениями 153, суфлирующим пространством 154 и некоторыми уплотнениями питательной жидкости 111. Плунжеры выполненны с возможностью гармоничного возвратно-поступательного перемещения в некоторых цилиндрах 113 корпуса 114 насоса для работы нагнетания под действием шайбы 120. Канал 115 вентилирует пространство 154.

Канал 115 вентилирует пространство 154.

Подаваемая жидкость из выходного отверстия 65 насоса поступает в камеру 118 под давлением. Вал 106 проходит вниз внутри корпуса 114 между цилиндрами насоса и внутри смазываемого подшипника 112 к второй опоре. Рядом с камерой 118 вал 106 имеет прорезь для образования входного отверстия 117 для жидкости и напорный порт 116 подачи жидкости.

По мере вращения вала 106, вращающийся порт 117 успешно соединяет камеру 118 с некоторыми из цилиндров 113 для всасывания туда жидкости. Одновременно порт 116 соединяется с оставшимися цилиндрами, соединяя их с выпускным портом 119 для подачи жидкости при высоком давлении.

Порт 116 имеет фиксированное положение относительно шайбы 120 и имеет такую фазу, что некоторые цилиндры 113 соединены с камерой 118 только тогда, когда их соответствующие плунжеры опускаются вниз от кулачка, и когда не может наблюдаться увеличение объема. в этих цилиндрах, поскольку эти плунжеры следуют за шайбой. В соответствии с этим расположением порт 111 также закреплен с невозможностью проворачивания относительно шайбы 120 так, что связь между оставшимися цилиндрами 113 и выпускным каналом 119 осуществляется только по мере того как соответствующие им плунжеры опускаются под действием нажима шайбы, создавая давление в этих цилиндрах.

Плунжеры 165 и сегменты 121 удерживаются в контакте с кулачком 120 в результате действия давления жидкости в камере 118, которое достаточно, чтобы заставить плунжеры следовать за шайбой 120 во время её максимального отклонения и скорости вращения.

Корпус насоса 114 и корпус крышки 136 прикреплены к корпусу 52. Угловое положение между шайбой 120 и осью С-С определяется высотой кулачка 107, перемещаемого гидравлическим поршнем 150 во внутреннем цилиндре 151 шестерни 122. Поршень 150 и кулачок 107 скользят вдоль вала 106.

Упор 107 действует между валом 106 и шайбой 120 и изменяет угол наклона шайбы. Таким образом, давление масла, подводимое через канавку 125 корпуса 136, поступает через отверстие 124, проходящее от внешней поверхности шестерни 122 в цилиндр 151 с верхней стороны поршня 150. В зависимости от давления, создаваемого в цилиндре, поршень принимает одно из положений между полностью поднятым и полностью опущенным положением поршня.

Чем больше скорость поступления масла в канавку 125, тем далее опускается поршень 150, опускание зуба 101 и увеличение угла наклона шайбы, тем самым увеличивает производительность насоса. Утечки масла через поршень 150 попадают в корпус 52, где служат для смазывания зубчатых колес и различных поверхностей скольжения содержащихся в нём.

Корпус масляного насоса 137 наложен на крышку корпуса 136, которая поглощает осевой упор шестерни 122 и кулачка 120. Вал 106 проходит вверх от зубчатого колеса 122 через корпус 136 и корпус 137 и вращает масляную насосную шестерню 130 между корпусом 136 и корпусом 137.

Нижний корпус 138 топливного насоса и верхний корпус 139 топливного насоса расположены сверху корпуса 137. Вал 106 выступает вверх через эти корпуса и вращает качающую шестерню топливного насоса 134 между ними.

Вал 106 продолжается еще дальше вверх в камеру 141 корпуса 140, прикрепленную к верхней части корпуса 133. Внутри камеры 141 расположены регулятор и магнето 142, приводимые в действие валом 106.

Воздушный зазор 150 между корпусом 137 и корпусом 138 предотвращает чрезмерную передачу тепла от масляного насоса к топливному насосу. Повышенная температура присутствует в масляном насосе в результате вязкого трения в корпусе 52. Это тепло передаётся на топливный насос. Нагрев топливного насоса будет иметь тенденцию вызывать испарение топлива (на всосе, прим. перев), что несколько опасно. Поэтому выгодно отдавать тепло масла топливу, не в топливном насосе, но за ним, через теплообменник 211, показанный на Рис. 5, откуда тепло может переноситься по топливному каналу 215 в топливную форсунку 27, для сжигания в парогенераторе.

На рисунке 4 некоторые зубчатые передачи 131 расположенные вокруг шестерни 130 и входящие в зацепление с ней между корпусом 136 и корпусом 137, чтобы выполнять прокачку масла. Силовой контакт зубьев происходит в шестернях масляного насоса, потому что масло является смазкой. Вращение сопрягаемых зубчатых колес 131 проецируется вверх с помощью некоторых валов 132, проходящих через корпус 131 и корпуса 130 на некоторые аналогично расположенные сопрягаемые шестерни 133 топливного насоса, которые сцепляются с шестерней 134между корпусом l38 и корпусом 139 для подачи топлива. Однако шестерни топливного насоса сконструированы с бОльшим зазором, чтобы работать без фактического силового контакта, поскольку шестерни топливного насоса вращаются валом 106 и валами 132 шестерён 131 масляного насоса.

Оси X-X и Y-Y валов 132 параллельны оси C-C.

На рисунке 5 схематически показан парогенератор и соответствующие блоки силовых установок.

Рабочий пар из выхода 10 генератора идёт в турбину высокого давления 201.

Дроссельный клапан 206 расположен на выходе 10 для управления подачей пара в турбину. Из турбины 201 часть частично расширенного пара проходит в турбину 202 низкого давления, а оставшаяся часть идет в регенераторную трубу 41 парогенератора. Турбины 201 и 202 приводят в действие воздушный винт 200 через вал 203.

Выхлопной пар из турбины 202 проходит по трубе 204 в конденсатор 205. Канал питательной жидкости 180 подаёт конденсат из конденсатора 205 на впускное отверстие загрузочного насоса. Вакуумный насос 110, приводимый в действие валом 59 загрузочного насоса, создаёт вакуум в пространстве 16 теплоизоляционного кожуха генератора 15 и конденсатора 105. Вакуум производится в канале 11 через обратный клапан 172 и в канале 174, сообщающемся с конденсатором 205, вакуумным трубопроводом 171 насоса 170.

Зажигание топлива в камере сгорания, производится искрой 250 между соплом 21 горелки и электродом 163. На электрод подается ток высокого напряжения проводом 162 от магнето 142b, заземленного проводником 160. Магнето 142b и регулятор скорости 142a вращаются валом 106.

Канал байпаса 196 образует связь между выпускным отверстием 65 загрузочного насоса и конденсатором 205. Термостатический клапан 195 в канале 196 и соединенный с выпускным отверстием 65 обычно остается закрытым, чтобы предотвратить перепуск жидкости из загрузочного насоса в конденсатор. Однако, если температура на выходе 65 достигает заданного значения 200 ° F, например, клапан 195 открывается, что позволяет жидкости протекать по каналу 196 обратно в охлаждаемый конденсатор. Вследствие этого происходит охлаждение насоса из-за большего количества жидкости, подаваемой в насос вдоль канала 196.

Для регулирования давления в камере сгорания 34 генератора предусмотрен сбросной канал 192 для сброса газов сгорания из соплового кольца 43. При открытии затвора 192 газы сгорания имеют тенденцию обойти турбину 9 и тем обезпечить уменьшение её скорости. Но если канал 192 будет закрыт решетка 9, получает больший поток газов сгорания из соплового кольца 43 и скорость турбины увеличивается. Таким образом, управление затвором 192, зависит от чувствительных устройств, которые необходимо описать, и способно изменять скорость вентилятора и регулировать давление, действующее на продукты сгорания, выходящие из экономайзера.

Представленный метод управления затвором 192 содержит вакуумрованный сильфон 352, расположенный внутри камеры 351 корпуса 353. Корпус 353 соединен с камерой сгорания воздуховодом 350. Если давление в камере сгорания имеет тенденцию повышаться выше заданного значения, например 35 фунтов на квадратный дюйм, сильфон 352 резко сжимается, а звено 354, выходящее из корпуса 351 со свободного конца сильфона, передает это движение затвору 192, осуществляя его открытие, чтобы восстановить давление в камере сгорания до его нормального значения. Однако если абсолютное давление в камере сгорания имеет тенденцию к падению ниже заданной нормы, сильфон резко расширяется, и звено 354 тянется за свободным концом сильфона в противоположном направлении, чтобы закрыть затвор 192. Закрытие затвора 192 увеличивает обратное давление, действующее на газы, выходящие из экономайзера, потому что тогда все или более газов сгорания должны проходить через сопловое кольцо 43, которое представляет собой определенное ограничение потока при любом заданном давлении подачи. Турбина ускоряется большей скоростью прохождения газа через сопловую решетку 43, вызывая большее повышение давления в вентиляторах нагнетателя генератора из-за большей его рабочей скорости. Комбинация увеличенного давления газов, выходящих из экономайзера, и более высокая скорость нагнетателя вызывают восстановление давления в камере сгорания до нормального значения.

Второй способ управления затвором 192, который работает параллельно с первым, может быть описан в действии так. Допустим, пунктирная часть звена 351 была удалена и что звено 354 больше не действует на затвор 192, содержит соединительную тягу 191 от затвора к среднему штифту 305 плавающей линии 306, имеющей конец 304, прикрепленный к вакуумированному сильфону 303, и конец 301, привязанный к регулятору 142а скорости рычагом 190.

Увеличение эксплуатационной высоты самолета вызывает расширение сильфона 303, при этом поднимается конец 304 звена 354 и, следовательно, перемещается стержень 191, чтобы закрыть затвор 192. Однако по мере увеличения скорости газовой турбины в результате этого закрытия регулятор 142а скорости опускает противоположный конец 387, стремящийся уменьшить степень закрытия затвора 192. Точки крепления к звену 308 разнесены пропорционально, что создает по существу постоянное абсолютное давление в камере сгорания 34, когда сильфон 393 и регулятор 142a компенсируют изменение атмосферного давления и скорости турбины при подъёме самолета.

По мере того, как самолет спускается, движение, переданное звену 306, нейтрализуется из-за сжатия сильфона и из-за поднятия плеча 190 регулятором. Это поддерживает абсолютное давление в камере сгорания, постоянным.

Для регулирования выходного пара парогенератора на выходе из парового двигателя предусмотрена регулировка к сильфону 333, также как и на нижнем уровне 382, чтобы обезпечить абсолютное давление в камере сгорания на более низком заданном уровне, например, 25 фунтов на квадратный дюйм независимо от эксплуатационной высоты самолета.

Это техническое обслуживание соответствует низкой крейсерской мощности на всех высотах и обезпечивает практически постоянную крейсерскую мощность. Регулировка обезпечивается резьбовым стержнем 301, поддерживающим неподвижный конец нижнего элемента 303, установленного в стойке 302 и вращающегося с помощью рукоятки 300, чтобы вызвать подъём или опускание сильфона по мере необходимости.

Соответственно уровень заданного постоянного абсолютного давлением в камере сгорания повышается или понижается. Очевидно, что это управление может быть выполнено автоматическими средствами действующими на рукоятку, так и вручную, исходя из условий поддержания давления рабочего пара или скорости пропеллера 299. Возможно создание соответствующего механизма с электродвигателем для вращения ручки 300 для поддержания заданного значения.

Система топливного потока парогенератора содержит в дополнение к ранее указанным элементам подающий трубопровод 210 для подачи топлива на качающие шестерни 133 и 134 и топливный канал 240 из них в теплообменник 211. В системе подачи масла я предусмотрел впускной канал 230, который может отводить масло из сливного отверстия 210 корпуса 52 и который подаёт масло на нагнетательные шестерни 139 и 131. Масло нагнетается вдоль канала 214 в теплообменник 211. После теплообменника масло может подаваться для управления наклоном шайбы 110 насоса питательной воды и соответственно объёмом жидкости, подаваемой насосом. Средства, воздействующие на клапан 213 и влияющие на поток масла и поток питающей жидкости генератора, не показаны. Однако в уровне техники управления котлами принято регулировать скорость подачи исходной жидкости в соответствии с условиями генератора, такими как давление или температура пара в области выходной трубы котла.

На рисунке 6 представлен график значений давления вдоль газового тракта парогенератора отложенных на абсциссе, на линии ординат местоположение каналов вдоль по ходу трубы генератора.

На рисунке сплошной линией представлено давление в газовом тракте парогенератора на уровне моря, а пунктирной на высоте 45000 футов. Воздух в камеру сгорания подается, после гипер-адиабатного сжатия импеллером первой ступени и последующем сжатием в диффузоре, сопровождающемся дополнительным ростом температуры при постоянном давлении из-за теплообмена с газами, омывающими диффузор. Процесс повторяется во второй ступени с последующим доведением воздуха до давления 35 фунтов/кв. дюйм, например, и температуре 290 F. Затем воздух нагревается в воздушном подогревателе до, примерно 1250 F и затем до, примерно 4000 F в камере сгорания в результате горения топлива, при постоянном давлении.

Газы сгорания обтекают пароперегреватель с относительно небольшим сопутствующим падением давления, но в экономайзере происходит существенное падение давления около 10 фунтов на квадратный дюйм. В кольце сопел в процессе расширения происходит падение давления газов до значений ниже атмосферного сопровождающееся падением температуры газа. Температура газа, входящего в кольцо, составляет около 800 F. На уровне моря температура газа после расширения составляет приблизительно 560 F, а при высоте 45 000 футов температура после расширения составляет около 260 F из-за большего расширения в турбине.

Внутри рабочего колеса турбины может быть небольшое сжатие или дальнейшее расширение в зависимости от обстоятельств. Начальное давление воздуха, поступающего в генератор, несколько превышает давление выхлопных газов, выходящих из выхлопного патрубка, поскольку воздух обычно подаётся из области относительно высокого давления, прилегающей к воздушному судну, и он предназначен для вытеснения газов сгорания в область относительно низкого давления, прилегающую к воздушному судну.

Поскольку температура горения в камере сгорания котла очень высока, термостойкий материал, такой как карборунд, может быть с успехом применен для кожуха 32 на Рис. 1. Однако я обнаружил, что температуру кожуха горения можно контролировать до некоторой степени в высокоскоростных камерах сгорания путем специального распределения топлива и воздуха, характеризующееся распределением несбалансированного соотношения компонентов смеси, слишком богатой или слишком обеднённой и поэтому при сравнительно низкой температуре контактирующей с кожухом.

На Pиc. 1 спиральный ход потока воздуха и топлива вдоль камеры сгорания схематически показывает, что богатые порции смеси топлива и воздуха отбрасываются центробежной силой к внутренней стенке камеры сгорания, обезпечивая относительно холодный защитный слой.

Численные обозначения на различных фигурах этого описания согласованы повсюду. Я попытался разобраться с представляемыми формами изобретения, поскольку изобретение может быть фактически воплощено во множестве форм подобного характера. Предполагается, что изложенные здесь претензии будут охватывать эти различные формы в самом широком смысле.

Формула изобретения:

1) Система парообразования, содержащая сквозную трубку прямоточного котла, омываемую внутри паром при относительно высокой скорости и относительно высоком давлении, причем указанная трубка заключена в корпус, устойчивый к давлению, и снаружи омывается продуктами сгорания с большой скоростью внутри корпуса, насос с принудительным вытеснением для подачи жидкости в указанную трубу, насос центробежного типа для загрузки упомянутого насоса с изменяемым рабочим объемом, указанная турбина, приводящая в действие упомянутый плунжерный насос с изменяемым рабочим объемом и насос центробежного типа, устройство, чувствительное к температуре питающей жидкости, и средство для него изменяющее относительную оса упомянутого изменения насоса типа скорости относительно упомянутого насоса с рабочим объемом ,

2) Система парообразования, содержащая прямоточный котёл, камеру сгорания для нагрева трубы указанного котла, турбину, работающую от газов из пространства камеры сгорания, вал привода вспомогательных механизмов, работающий от указанной турбины, плунжерный насос вытеснительного типа с переменным расходом для подачи жидкости в указанную трубу, насос центробежного типа для подачи жидкости в упомянутый плунжерный насос с переменным рабочим объёмом, упомянутый плунжерный насос и упомянутый насос центробежного типа приводимые в действие указанным валом, устройство, чувствительное к тепловым условиям в насосе центробежного типа, средство для указанного устройства изменять относительный расход через насос центробежного типа по отношению к упомянутому насосу с принудительным рабочим объёмом, причем упомянутый плунжерный насос обезпечен плунжерами и гидравлической регулировкой для изменения хода упомянутых плунжеров, первый комплект насосной шестерни для подачи масла которое приводит в действие указанную регулировку, второй комплект насосной установки для подачи топлива под давлением в указанное пространство, некоторые вращающие валы проходящие между указанным первым и вторым наборами шестерён и поддерживающие фиксированное отношение фаз поворота между ними и упомянутым валом вспомогательных механизмов вращающим указанными синхронизирующими валами.

3) Поточная система, содержащая потребитель, требующий различного количества жидкости при относительно высоком давлении, насос с принудительным вытеснением, соединенный с указанным потребителем, импеллер, приспособленный для создания давления текучей среды посредством скорости вращения, источник подачи жидкости для питания упомянутого насоса, соединенный с упомянутым импеллером, трубопровод, обходящий крыльчатку, средство управления потоком в указанном трубопроводе и устройство, реагирующее на температуру жидкости, выходящей из упомянутого импеллера для регулирования упомянутого средства.

Натан С. Прайс



Господа! Предъ вами секретный для своего времени документъ, выданный американскому инженеру, работавшему в то время для компании Локхид, Натану С. Прайсу Американскимъ патентнымъ ведомствомъ в 1940 г. Надеюсь, вы основательно проработали все идеи, заключённые в нём. Будут ли какия-нибудь соображения по существу этого документа? Мнения? У меня большая просьба, у кого есть возможность, напечатать на принтере этот документъ и прислать по адресу, который я сообщу по электронной почте. А ежели кто приложит распечатанную фрагментарно на площади, хотя бы 3 на 3 листовъ, а лучше 4 х 4 этого формата H-S диаграмму свойствъ воды и водяного пара я былъ бы весьма признателенъ.

Отто Р. Дампфендорфъ.


В ближайшее время постараюсь приложить американскую дискуссию по вопросу применения котлов такого типа для автомобильных приложений.

Hosted by uCoz