Способ работы трубопроводного транспорта и устройство для его осуществления
PIPELINE TRANSPORT OPERATION METHOD AND DEVICE FOR IMPLEMENTATION THEREOF

Изобретение относится к области трубопроводного транспорта, в первую очередь для транспортировки грузов и пассажиров.
Известен способ работы двигателя [1] в котором используется попеременный распыл органического топлива и криогенной жидкости. Однако, не смотря на движение подвижного элемента в одну из сторон, такой подход применим только для реализации в замкнутом пространстве цилиндра и малоприменим для работы труботранспорта.
Известней способ работы трубопроводного транспорта с использованием разности давления газовой (воздушной) среды между лобовой и кормовой частью аппарата [2]. Однако в таком варианте аппарат передвигается за счет повышения давления со стороны коровой части аппарата. Это означает, что источник движения находится вне аппарата, а следовательно возможности управления скоростью и другими параметрами в нем ограничены. В нем создается разность давлений между лобовой и кормовой частью трубопроводного транспорта только за счет компрессора, установленного, как правило, вначале трубопровода. Динамическое давление от такого компрессора может быть использовано только на старте, и то в ограниченном варианте. На расстоянии в несколько десятков метров динамическим напором можно смело пренебречь.
В отличие от прототипа [2] в заявленном изобретении разность давления между кормовой и носовой частью создаются за счет средств, расположенных в трубопроводном транспорте путем испарения криогенной жидкости, разгона паров в турбине и формирования в сверхзвуковом сопле (соплах) дополнительной динамической составляющей давления за кормой. К дополнительным признакам способа можно отнести то, что снижают давление перед носовой частью трубопроводного транспорта путем распыления части криогенной жидкости и сбросе части испарившейся жидкости, образующей области повышенного давления, через дополнительные каналы за пределы кормовой части. В качестве криогенной жидкости выбирают жидкий воздух или жидкий азот, а сам трубопровод выполняют с перфорациями.
При рассмотрении устройства в качестве прототипа можно также использовать раскрытый в [2] трубопроводный транспорт, содержащий корпус и средства, приводящие его в движение.
К особенностям устройства можно отнести то, что средства 4 приводящие его в движение установлены внутри корпуса и выполнены в виде емкости 9, заполненной криогенной жидкостью 5, например, жидким воздухом, снабжены сверхпроводящим аккумулятором электроэнергии 10, электрически соединенным 22 с криогенным с насосом 11 и нагревателем 12, емкость с криогенной жидкостью 9 гидро и пневматически 23 соединена с нагревателем 12 и последовательно соединена с криогенной турбиной 6 со сверхзвуковым соплом 7, выведенным за пределы кормовой части 2 корпуса, а пространство между корпусом 1 и трубопроводом 8 снабжено гибкими перегородками 17, образующими воздушные подушки 16.
К особенностям можно отнести и то, что при выполнении трубопроводного транспорта многокорпусным, корпуса 1 соединены гибкими сильфонными соединениями 15, а средства 4 приводящие его в движение установлены преимущественно на последнем по ходу движения корпусе 1, и то, что между нагревателем 12 и криогенной турбиной 6 установлен компрессор 18, соединенный с аккумулятором.
К другим особенностям можно отнести то, что емкость 9, заполненная криогенной жидкостью 5, имеет дополнительные каналы 20, выходящими перед лобовой частью 3 корпуса 1 и снабжены криогенными распылителями 23, и то, что лобовая 3 и кормовая части 2 трубопроводного транспорта соединены дополнительными каналами 20., причем выходы 24 в кормовой части 2 установлены вблизи сверхзвукового сопла 7, образуя эжекторный эффект, а входы 25 в дополнительные каналы 20 лобовой части 3 установлены на удалении от распылителей 19, и то, что между каждой воздушной подушке 16 и дополнительными каналами 20 установлены управляемые клапаны 13.
На рис. 1 изображен трубопроводный транспорт, работающий с применением данного способа. Он состоит из многих соединенных между собой корпусов 1. Первый корпус 1 технологический и служит для распыла криогенной жидкости и понижения давления у носовой части трубопроводного транспорта. Последний по ходу движение корпус 1 - также технологический и предназначен для создания повышенного давления за кормовой частью транспорта. Между первым и последним корпусами 1 располагаются корпуса с пассажирами. Назначение этих корпусов в переброске части испарившейся криогенной жидкости из носовой в кормовую часть трубопроводного транспорта и поддержании давления в воздушных подушках 16 всех корпусов 1.
На рис. 2 приведен только первый корпус 1, находящийся в носовой части 3 трубопроводного транспорта.
Для увеличения разности между лобовой 3 и кормовой 2 частями трубопроводного транспорта 1 снижают давление перед носовой частью 3 трубопроводного транспорта 1 путем распыления части криогенной жидкости 5 и сбросе части испарившейся жидкости, образующей области повышенного давления, через дополнительные каналы 20 за пределы кормовой части 2. Распыл осуществляется за счет турбины небольшой мощности в корпусе 1 лобовой части 3 и компрессора 18 и криогенных распылителей 19. Турбина запитывается от низкотемпературного накопителя энергии 10 с использованием сверхпроводящих элементов. Сверхпроводящий аккумулятор 10 располагается в емкости 9 с криогенной жидкостью 5, которая поддерживает нужную температуру для сверхпроводящих элементов.
Распыленные капли криогенной жидкости создают область сильно охлажденного воздуха, а следовательно и низкого давления. Но это временный эффект, поскольку трубопроводный транспорт, продолжая двигаться вперед, толкает впереди себя и охлажденный воздух, который от трения от стенки трубопровода может нагреваться с соответствующим повышением давления. Благодаря постоянному распылу криогенной жидкости вблизи носовой части 3 создается пониженное давление. Со временем зона повышенного давления может возрастать, снижая эффект распыла. Необходимо применять средства для снижения части разогретого воздуха у носовой части 3. Для этого части испарившейся жидкости, образующей области повышенного давления, через дополнительные каналы 20, расположенные вдоль всех корпусов 1 направляются за пределы кормовой части 2. Конечно, часть повышенного давления в носовой части может вытекать через перфорации 21 в трубопроводе 8, но это не очень выгодно и может быть использовано в виде подстраховки. Большая часть из зоны повышенного давления в носовой части целесообразно перемещать в зону кормовой части трубопроводного транспорта, смешивать ее с продуктами испарения и сбрасывать всю массу в турбину 6 и набор сопел 7 Для эффективности этого процесса выходы 24 дополнительных каналов 20 в кормовой части 2 можно устанавливать вблизи сверхзвукового сопла 7, образуя эжекторный эффект. И увеличение тяги.
На рис 3 приведен последний технологический корпус 1, расположенный в кормовой части трубопроводного транспорта. Он во многом повторяет набор элементов, имеющих в лобовой части 3 за исключением того, что турбина 6 намного мощней, чем в первом лобовом корпусе 1, По своей сути эта турбина 6 и сопло 7 в последнем корпусе 1, пользуясь ракетной терминологией, можно назвать маршевым двигателем трубопроводного транспорта.
На рис. 4 приведен один из корпусов 1, предназначенный для перевозки пассажиров и грузов. Основным элементом этих корпусов можно признать дополнительные каналы 20, позволяющие «подкачивать» воздушные подушки 16, а часть криогенных паров 14 перебрасывать от лобовой части 3 к кормовую часть 4 трубопроводного транспорта.
Трубопроводный транспорт содержит корпус 1 и средства 4, приводящие его в движение. Особенностью данного устройства можно признать то, средства 4, приводящие его в движение установлены внутри корпуса 1 и выполнены в виде емкости 9, заполненной криогенной жидкостью 5, например, жидким воздухом, снабжен сверхпроводящим аккумулятором 10 электроэнергии, электрически соединенным 22 с криогенным насосом 11 и нагревателем 12, емкость 9 с криогенной жидкостью гидро и пневматически соединена с нагревателем 12 и последовательно соединена турбиной 6 со сверхзвуковым соплом 7, выведенным за пределы кормовой части 2 корпуса 1, а пространство между корпусом 1 и трубопроводом 8 снабжено эластичными перегородками 17, образующими воздушную подушку 16.
К особенностям можно отнести и то, что при выполнении трубопроводного транспорта многокорпусным, корпуса 1 соединены между собой сильфонными соединителями 15, а средства 4, приводящие его в движение, установлены преимущественно на последнем по ходу движения корпусе 1 и то, что между нагревателем 12 и криогенной турбиной 6 установлен компрессор 18, соединенный с аккумулятором 10. К особенностями можно признать и то, что емкость 9, заполненная криогенной жидкостью 5, имеет дополнительные каналы 20, имеющими вход 24 перед носовой частью 3 корпуса 1 и снабжены криогенными распылителями 19 и то, и то, что носовая 3 и кормовая 2 части трубопроводного транспорта соединены дополнительными каналами 20., причем выходы в кормовой части 2 установлены вблизи сверхзвукового сопла 7, образуя эжекторный эффект, а входы 25 в дополнительные каналы 20 носовой части 3 установлены на удалении от распылителей 19, и то, что дополнительные каналы 20 на участках между корпусами также снабжены гибкими сильфонными соединителями 15.
Работает данный способ и устройство следующим образом. Основной запас энергии при старте трубопроводного транспорта сосредоточен в запасе криогенной жидкости, находящейся в емкости 9, которая выделяется при фазовом пере0де жидкость - пар (теплота испарения жидкости) и электрической энергии, запасенной в аккумуляторе 10. При подаче первой порции жидкости в нагреватель 12 в нем благодаря превращению жидкости в пар, резко повышается давление. Если давление пара на выходе из нагревателя 12 невелико, то его можно поднять с помощью компрессора 18. Пар попадая на лопатки турбины 6 и систему сопел 7 (или одного сопла) разгоняется для больших скоростей, создавая дополнительную динамическую составляющую давления за кормой.
Для увеличения разности между лобовой 3 и кормовой 2 частями трубопроводного транспорта 1 снижают давление перед лобовой частью 3 трубопроводного транспорта 1 путем распыления части криогенной жидкости и сбросе части испарившейся жидкости, образующей области повышенного давления, через дополнительные каналы за пределы кормовой части 2.
Распыленные капли криогенной жидкости создают область сильно охлажденного воздуха, а следовательно и низкого давления. Но это временный эффект, поскольку трубопроводный транспорт, продолжая двигаться вперед, толкает впереди себя и охлажденный воздух, который от трения от стенки трубопровода может нагреваться с соответствующим повышением давления. Благодаря постоянному распылу криогенной жидкости вблизи носовой части 3 создается пониженное давление. Со временем зона повышенного давления может возрастать, снижая эффект распыла. Необходимо применять средства для снижения части разогретого воздуха у носовой части 3. Для этого части испарившейся жидкости, образующей области повышенного давления, через дополнительные каналы 20 направляются за пределы кормовой части 2. Конечно, часть повышенного давления в носовой части может вытекать через перфорации 21в трубопроводе, но это не очень выгодно и может быть использовано в виде подстраховки. Большая часть из зоны повышенного давления в носовой части целесообразно перемещать в зону кормовой части трубопроводного транспорта, смешивать ее с продуктами испарения и сбрасывать всю массу в турбину 6 и сопло 7 (набор сопел). Для эффективности этого процесса выходы дополнительных каналов 20 в кормовой части 2 можно устанавливать вблизи сверхзвукового сопла 7, образуя эжекторный эффект, а входы 25 в дополнительные каналы 20 носовой части 3 установлены на удалении от распылителей 19. Такое решение позволяет не временно, а постоянно (при условии постоянного процесса распыла криогенной жидкости) создавать перед носовой частью 3 создавать пониженное давление. Другими словами турбина 6 в лобовом корпусе предназначена в первую очередь для подпитки давления в воздушных подушках 16 и периодических сбросов избыточного давления за кормовую часть 2 трубопроводного транспорта. Управляемые клапана 13 позволяют регулировать этот процесс.
Таким образом, предложен способ работы трубопроводного транспорта и устройство для его осуществления, позволяющие перемещать грузы и пассажиров со скоростями, сравнимыми с авиацией. Поскольку маршрут движения трубопроводного транспорта неизменяем, то его движение может быть запрограммировано (двигаться ускоренно на прямолинейных участках и сбрасывать скорость на поворотах, тормозиться в нужных местах и т д.) и отказаться от ручного управления. Он может быть выполнен как в наземном, так и подземном исполнении с небольшим углублением (иногда нужен сброс избыточного давления испарившегося жидкого воздуха). По сравнению с трубопроводным транспортом в чисто вакуумном исполнении с полной откачкой воздуха из трубопровода или варианте трубопроводного транспорта на магнитной подушке с использованием сверхпроводящих магнитов, предложенный вариант на воздушной подушке не требует больших первоначальных затрат, экологически чист (испаряющий продукт - чистый воздух) и безопасен.
Целесообразней всего запас криогенных жидкостей (жидкого воздуха или жидкого азота) нарабатывать на стационарных турбодетандерах в ночное время, когда стоимость электроэнергии минимальна. В некотором смысле весь трубопроводный транспорт становится аккумулятором тепловой энергии, которая используется для транспортировки пассажиров и грузов и позволяет полностью исключать затраты электроэнергии при пиковых дневных нагрузках в электрических сетях.
Список позиций
1 - корпус
2 - кормовая часть
3 - лобовая часть
4 - средства, приводящие в движение
5 - криогенная жидкость
6 - турбина
7 - сопло
8 - трубопровод
9 - емкость с криогенной жидкостью
10 - сверхпроводящий аккумулятор
11 - криогенный насос для жидкой фазы
12 - нагреватель (испаритель)
13 - управляемые клапана между воздушными подушками 16 и дополнительными каналами
14 - пары криогенной
15 - сильфонные соединители между корпусами 1
16 - воздушные подушки
17. - гибкие перегородки, образующие воздушные подушки 16
18 - компрессор
19 - криогенный распылитель
20 - дополнительные каналы
21 - перфорации в трубопроводе 8
22 - электрические соединения
23 - гидро и пневматические соединения.
24 - выходы дополнительных каналов 20
25 - входы дополнительных каналов 20
Источники информации
1. RU №2552621 С2, 10.06.2015;
2. SU 1364581 А1, 07.01.1988.