ДВС РОТОРНЫЙ EMDRIVE РАСКОКСОВКА HONDAВИДЫ

Криогенное топливо. Криогенный двигатель википедия


жидкостный ракетный двигатель на криогенном топливе - патент РФ 2118684

Двигатель предназначен для космических аппаратов и разгонных блоков ракет-носителей, использующих криогенный окислитель - жидкий кислород и углеводородное горючее. ЖРД содержит камеру сгорания (1) с соплом (3), турбонасосы окислителя (7) угловодородного горючего (9) с расходными магистралями (12, 13), соединенные с приводными турбинами (10, 14), и газогенератор (11) с рубашкой охлаждения (15). Вход газогенератора подключен к расходным магистралям окислителя и горючего, а вход рубашки охлаждения подключен к основной расходной магистрали горючего. Причем камера сгорания имеет тракт охлаждения (4), к которому подключен выход из рубашки охлаждения газогенератора, соединяющий ее со смесительной головкой (2) камеры сгорания. Проходящий через рубашку охлаждения газогенератора основной поток углеводородного горючего охлаждает генераторный газ до температуры, обеспечивающей термостойкость лопаток турбины при сжигании в газогенераторе топлива с оптимальным соотношением компонентов, что повышает экономичность работы ЖРД. 1 ил. Изобретение относится к ракетно-космической технике и касается конструкции жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), работающих на криогенном топливе, в частности ЖРД тягой менее 5 тс для разгонных блоков ракет-носителей и космических аппаратов, использующих в качестве компонентов топлива криогенный окислитель - жидкий кислород и углеводородное горючее. Известен жидкостный ракетный двигатель, содержащий камеру сгорания с соплом, турбонасосы окислителя и горючего с расходными магистралями этих компонентов, связанные с приводной турбиной, и газогенератор, при этом расходная магистраль одного из компонентов топлива подключена к камере сгорания и связана параллельной линией с входом газогенератора, к которому подключена расходная магистраль второго компонента, а выход газогенератора соединен с входом турбины, выход которой подключен к камере сгорания (Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей /Под ред. В.М.Кудрявцева. -М: Высшая школа, 1983, с. 11, рис. 1.6). При использовании известного ЖРД в космических аппаратах или последних ступенях ракет-носителей в этом ЖРД используется криогенное топливо - жидкий кислород (окислитель) и углеводородное горючее. В газогенераторе поступает весь окислитель и часть потока горючего, в результате чего в нем образуется генераторный газ с очень большим избытком окислителя (кислорода). При этом температура генераторного газа на входе в турбину составляет несколько сотен градусов, а давление газа за турбиной превышает давление в камере сгорания, составляющее десятки и более атмосфер. Особенно эта проблема характерна для ЖРД тягой менее 5 тс, когда из-за масштабного эффекта КПД турбонасосов уменьшается и требуется существенное повышение температуры генераторного газа для обеспечения приемлемых давлений в камере сгорания. При указанных значениях температуры и давления и очень большом избытке кислорода (массовое соотношение окислителя и горючего жидкостный ракетный двигатель на криогенном топливе, патент № 2118684 >10) генераторный газ обладает крайне высокой химической активностью по отношению к материалу турбины, что может вызвать ее возгорание с последующим взрывом турбонасоса. Происходит также снижение ресурса работы турбины вследствие повышенного износа ее элементов. Также может произойти выход из строя уплотнения валов турбонасосов и горючего турбины, что приведет к аварии ЖРД. Надежность данной схемы ЖРД может быть повышена за счет снижения (в жидкостный ракетный двигатель на криогенном топливе, патент № 2118684 2 раза) давления в камере сгорания. Однако это связано со значительным увеличением габаритов камеры сгорания, что неприемлемо ввиду жестких ограничений по габаритам для космических аппаратов. Наиболее близким к предложенному является жидкостный ракетный двигатель на криогенном топливе, содержащий камеру сгорания с соплом, турбонасос криогенного окислителя и турбонасос углеводородного горючего, связанные с турбиной и соединенные через расходные магистрали с камерой сгорания, и газогенератор, вход которого подключен к магистралям окислителя и горючего, а выход соединен с входным патрубком турбины, имеющей выхлопной патрубок ("Космонавтика". Энциклопедия. /Под ред. В.П.Глушко. -М.: Сов энциклопедия, 1985, с. 217). В данном ЖРД основное количество компонентов топлива (жидкий кислород и керосин) после турбонасосов поступает в камеру сгорания, а небольшая часть этих компонентов поступает в газогенератор (открытая схема ЖРД). В этом случае, поскольку в газогенератор вводится лишь часть окислителя, несколько снижается химическая активность генераторного газа. Снижается также давление газа на турбине, поскольку выхлоп ее производится в окружающую среду. Это позволяет улучшить условия работы турбины и повысить эксплуатационную надежность двигателя. Недостатком данного ЖРД является то, что сжигание топлива в газогенераторе производится не при оптимальном стехиометрическом соотношении компонентов, а с большим избытком или недостатком окислителя. Это обусловлено тем, что для обеспечения термостойкости лопаток турбины необходимо поддерживать температуру генераторного газа значительно более низкой, чем температура в камере сгорания ЖРД. В результате этого химическая энергия поступающего в газогенератор топлива используется не полностью, что снижает экономичность ЖРД. Кроме того, при окислительном режиме в газогенераторе большой избыток кислорода обуславливает высокую химическую активность генераторного газа, вызывающую повышенный износ элементов турбины. При восстановительном режиме с большим недостатком окислителя (жидкостный ракетный двигатель на криогенном топливе, патент № 2118684 Задачей изобретения является повышение экономичности ЖРД, работающего на криогенном топливе, за счет повышения полноты сгорания топлива в газогенераторе и снижения потерь при выхлопе генераторного газа. Решение поставленной задачи обеспечивается за счет того, что жидкостный ракетный двигатель на криогенном топливе, содержащий камеру сгорания с соплом, турбонасос криогенного окислителя и турбонасос углеводородного горючего, соединенные через расходные магистрали с камерой сгорания, турбину и газогенератор, вход которого подключен к расходным магистралям окислителя и горючего, а выход соединен с входом турбины, связанной с турбонасосом горючего, в соответствии с изобретением снабжен второй турбиной, связанной с турбонасосом окислителя, а газогенератор снабжен рубашкой охлаждения, включенной в расходную магистраль горючего, при этом выход первой турбины соединен с входом второй турбины, выход которой соединен с закритической частью сопла камеры сгорания. Выполнение в газогенераторе рубашки охлаждения, включенной в расходную магистраль горючего, позволяет сжигать топливо при оптимальном соотношении компонентов, поскольку в этом случае рубашка охлаждения обеспечивает снижение температуры генераторного газа до величины, исключающей его термическое воздействие на лопатки первой турбины, связанной с турбонасосом горючего. При этом повышается экономичность ЖРД за счет значительного повышения полноты сгорания топлива в газогенераторе. Наличие второй турбины, установленной за первой турбиной по потоку генераторного газа, позволяет обеспечить индивидуальный привод турбонасоса криогенного окислителя. При этом ЖРД содержит самостоятельный турбонасосный агрегат (ТНА) подачи окислителя и ТНА подачи горючего, что существенно облегчает компоновку ЖРД и позволяет снизить потери при его работе. В частности, обеспечивается возможность установки ТНА окислителя на баке криогенного окислителя, что позволяет сократить длину магистрали криогенного окислителя и убрать бустерный насос. Установка второй турбины за первой турбиной, связанной с газогенератором, обеспечивает значительное снижение температуры генераторного газа, поступающего в ТНА окислителя, что позволяет уменьшить энергозатраты при захолаживании насоса криогенного окислителя перед запуском ТНА. Подключение выхода второй турбины к закритической части сопла повышает экономичность работы ЖРД за счет возможности дальнейшего расширения и увеличения скорости отработанного генераторного газа на выходе из сопла. Конструкция предложенного жидкостного ракетного двигателя представлена на прилагаемом чертеже. ЖРД содержит камеру сгорания 1 со смесительной головкой 2 и соплом 3, имеющую тракт охлаждения 4 и кольцевой коллектор 5, установленный в закритической части сопла 3. К смесительной головке 2 камеры сгорания подключены расходная магистраль окислителя 6, связанная через турбонасос окислителя 7 с баком криогенного окислителя (не показан), и расходная магистраль горючего 8, связанная через турбонасос горючего 9 с баком углеводородного горючего (не показан). Магистраль горючего 8 подключена к смесительной головке 2 через тракт охлаждения 4. Турбонасос 9 имеет приводную турбину 10, подключенную к газогенератору 11, вход которого линиями 12 и 13 соединен с расходными магистралями окислителя 6 и горючего 8. ЖРД снабжен также второй турбиной 14, связанной с турбонасосом окислителя 7, а газогенератор 11 имеет рубашку охлаждения 15, включенную в расходную магистраль горючего 8 между турбонасосом 9 и камерой сгорания 1. При этом турбонасос 7 с турбиной 14 составляют турбонасосный агрегат (ТНА) окислителя, а турбонасос 9 с турбиной 10 составляют ТНА горючего. Выход турбины 10 линией 16 соединен с входом второй турбины 14, выход которой линией 17 подключен к кольцевому коллектору 5, установленному на сопле 3 камеры сгорания. В расходных магистралях окислителя 6 и горючего 8 установлены отсечные клапаны 18 и 19, а на линиях 12 и 13 подвода в газогенератор окислителя и горючего установлены отсечные клапаны 20 и 21. При работе ЖРД криогенный окислитель и углеводородное горючее подаются турбонасосными агрегатами в камеру сгорания 1 по магистралям 6 и 8. Одновременно небольшая часть окислителя и горючего по линиям 12 и 13 подводится в газогенератор 11, где сжигается при оптимальном соотношении компонентов, а высокотемпературные продукты сгорания охлаждаются основным потоком горючего, подводимым в рубашку охлаждения 15 газогенератора по расходной магистрали 8. Образующийся генераторный газ поступает на привод турбины 10 турбонасоса горючего 9, после которой частично отработанный газ по линии 16 поступает на привод турбины 14 турбонасоса окислителя 7. Отработанный генераторный газ через кольцевой коллектор 5 вводится в закритическую часть сопла 3, где разгоняется основным потоком продуктов сгорания до скорости основного потока. Таким образом, в предлагаемом ЖРД обеспечивается работа турбонасосных агрегатов (ТНА) подачи окислителя и горючего при максимальном использовании химической энергии топлива, сжигаемого в газогенераторе, что повышает экономичность работы двигателя. Подача основного потока углеводородного горючего в рубашку охлаждения газогенератора позволяет снизить температуру генераторного газа и исключить его термическое воздействие на лопатки турбины. Введение отработанного генераторного газа в закритическую часть сопла камеры сгорания позволяет на 50% снизить потери по сравнению с выбросом этого газа через специальный выхлопной патрубок турбины. Согласно проведенным расчетам и проектным проработкам, использование предложенного ЖРД в разгонном ракетном блоке космического аппарата, имеющего массу полезного груза порядка 2000 кг, обеспечивает экономию жидкостный ракетный двигатель на криогенном топливе, патент № 2118684 100 кг топлива за счет снижения потерь на привод турбонасосных агрегатов подачи жидкого кислорода и углеводородного горючего. Одновременно с экономией топлива на 100 кг увеличивается масса полезного груза, выводимого с помощью космического аппарата на целевую орбиту.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Жидкостный ракетный двигатель на жидком кислороде и углеводородном горючем, содержащий камеру сгорания с соплом, турбонасос жидкого кислорода и турбонасос углеводородного горючего, соединенные через расходные магистрали с камерой сгорания, турбину и газогенератор, вход которого подключен к расходным магистралям окислителя и горючего, а выход соединен с входом турбины, связанной с турбонасосом горючего, отличающийся тем, что он снабжен второй турбиной, связанной с турбонасосом окислителя, камера сгорания имеет тракт охлаждения, а газогенератор снабжен рубашкой охлаждения, вход которой подключен к основной расходной магистрали горючего, а выход подключен к смесительной головке через тракт охлаждения камеры сгорания.

www.freepatent.ru

Криогенный ракетный двигатель • ru.knowledgr.com

Криогенный ракетный двигатель - ракетный двигатель, который использует криогенное топливо или окислитель, то есть, его топливо или окислитель (или оба) являются газами, сжижаемыми и сохраненными при очень низких температурах. Особенно, эти двигатели были одним из основных факторов окончательного успеха в достижении Луны ракетой Saturn V.

Во время Второй мировой войны, когда мощные ракетные двигатели сначала рассмотрели немецкие, американские и советские инженеры независимо, все обнаружили, что ракетные двигатели нуждаются в расходе торжественной мессы и окислителя и топлива, чтобы произвести достаточный толчок. Тогда кислород и низкие углеводороды молекулярной массы использовались в качестве топливной пары и окислителя. При комнатной температуре и давлении, оба находятся в газообразном состоянии. Гипотетически, если бы топливо было сохранено как газы, на которые герметизируют, размер и масса самих топливных баков строго уменьшили бы эффективность ракеты. Поэтому, чтобы получить необходимый массовый расход, единственный выбор состоял в том, чтобы охладить топливо к криогенным температурам (ниже −150 °C, −238 °F), преобразовывая их в жидкую форму. Следовательно, все криогенные ракетные двигатели - также, по определению, или ракетные двигатели жидкого топлива или гибридные ракетные двигатели.

Различные криогенные комбинации топливного окислителя попробовали, но комбинация жидкого водорода (Lh3) топливо и жидкий кислород (ЖИДКИЙ КИСЛОРОД) окислитель является одним из наиболее широко используемый. Оба компонента легко и дешево доступны, и когда сожжено имеют один из самых высоких выпусков энтропии сгоранием, производя определенный импульс до 450 s (эффективная выхлопная скорость 4.4 km/s).

Строительство

Главные компоненты криогенного ракетного двигателя - камера сгорания (палата толчка), пиротехнический воспламенитель, топливный инжектор, топливо cryopumps, окислитель cryopumps, газовая турбина, cryo клапаны, регуляторы, топливные баки и носик ракетного двигателя. С точки зрения питающегося топлива к камере сгорания криогенные ракетные двигатели (или, вообще, все двигатели жидкого топлива) работают или в цикле расширителя, цикле газового генератора, цикле ступенчатого сгорания или в самом простом питаемом давлением цикле.

cryopumps всегда turbopumps приведены в действие потоком топлива через газовые турбины. Смотря на этот аспект, двигатели могут быть дифференцированы в главный поток или конфигурацию потока обхода. В главном дизайне потока все накачанное топливо питается через газовые турбины, и в конце, введенном к камере сгорания. В конфигурации обхода расколот топливный поток; главная часть идет непосредственно в камеру сгорания, чтобы произвести толчок, в то время как только небольшое количество топлива идет в турбину.

Ракетные двигатели LOX+Lh3 страной

В настоящее время шесть стран успешно развили и развернули криогенные ракетные двигатели:

:SSME

:J-2

:RL-10

:RS-68

:RS-83

:RD-0120

:RD-0146

: YF-50t

: YF-73

: YF-75

: YF-77

:Vulcain

:HM7-B

:Vinci

:LE-7 / 7 А

:LE-5 / 5 А / 5B

:CE-15

:CE-20

Внешние ссылки

ru.knowledgr.com

КРИОГЕННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ. КРИОГЕННЫЙ двигатель на азоте. Экологически чистый КРИОГЕННЫЙ двигатель. Двигатель на жидком азоте

Наименование Проекта:

Разработка нового класса двигателей - КРИОГЕННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ.

Описание бизнес идеи, проекта, продукта, суть инновации:

Бизнес проект подразумевает разработку КРИОГЕННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ, предназначенных для использования в различных энергоустановках, к которым предъявляются повышенные требования по экологической чистоте рабочего процесса.

Особенность работы КРИОГЕННОГО ДВИГАТЕЛЯ состоит в том, что в нём отсутствует процесс горения, а энергия поглощается из окружающей среды посредством использования в качестве рабочего тела криогенной жидкости (в частности, жидкого азота). Испаряясь и нагреваясь от окружающей среды рабочее тело КРИОГЕННОГО ДВИГАТЕЛЯ (жидкий азот) поглощает тепло, которое затем преобразуется в полезную работу.

Значительный объём предварительных теоретических и экспериментальных исследований подтвердил возможность создания КРИОГЕННОГО ДВИГАТЕЛЯ, причём по энергетическим свойствам он приближается к электродвигателям, использующим в качестве накопителя энергии лучшие на сегодня химические аккумуляторы (литий-ион).

По стоимости и технологии использования КРИОГЕННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ превосходит аналоги, а по экологическим свойствам и безопасности использования – не имеет конкурентов. КРИОГЕННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ действительно экологически чистый, так как при его работе не образуются продукты горения, в атмосферу выбрасывается газообразный азот, из которого в большой степени состоит сама атмосфера.

Получение жидкого азота экологически чистое производство и нет проблем по утилизации «топлива». Производство и хранение жидкого азота хорошо освоено промышленностью, оно экономично, а производится азот миллионами тонн в год.

Важными агрегатами, входящими в состав КРИОГЕННОГО ДВИГАТЕЛЯ, являются компрессор и пневмодвигатель. Авторами проекта разработана конструкция этих устройств, на которые планируется получить патенты. Спрос на экономичные и малогабаритные компрессоры и пневмодвигатели устойчив, что позволит осуществить успешную реализацию и этих машин.

Сфера применения двигателя на жидком азоте:

  1. КРИОГЕННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ хорошо подходит, например, для транспортных средств, которые могут быть использованы в городах и иных поселения, где нет необходимости перемещаться на большие расстояния (50-100 км на одной заправке криогенной жидкостью). Он является конкурентом электромобиля, созданием коммерческого варианта которого усиленно занимаются ведущие (и не только) автомобильные фирмы.
  2. Так как для работы КРИОГЕННОГО ДВИГАТЕЛЯ не требуется кислород, его можно использовать для привода различного оборудования, работающего во взрывоопасной и пожароопасной среде или иных экстремальных условиях.
  3. КРИОГЕННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ может входить в качестве привода электрогенератора в системах альтернативной энергетики, основанной на преобразования ветровой, солнечной и иной, непостоянно присутствующей энергии, в полезную для потребителя.
  4. Представляется перспективным создание криогенных аккумулирующих систем (КРАС), в которых, например, ветровая энергия преобразуется предварительно в получение жидкого азота и низкотемпературного тепла (нагрева воды до температуры 60-90oC).

Накопленный жидкий азот используется для работы криогенного двигателя, совмещённого с электрогенератором, и получения электричества, а накопленное тепло идёт в систему горячего водоснабжения. На такую систему у авторов проекта уже есть Патентом РФ.

Цель проекта

Разработка опытного образца КРИОГЕННОГО ДВИГАТЕЛЯ, работающего с использованием жидкого азота, мощностью до 5-6 кВт.

Краткое описание рынка и возможностей

По оценкам фирмы «Литий-ионные технологии» (СП РОСНАНО и Thunder Sky Group Limited, КНР - потенциальный производитель литий-ионных аккумуляторов для электромобилей) потребность в этих устройствах составит в 2015 году 2,5 млн. штук.

Успешная реализация проекта позволит создать конкурентную среду для продвижения КРИОГЕННОГО ДВИГАТЕЛЯ потребителям и позволит хотя бы частично перехватить денежные потоки, идущие на производство экологически чистого транспорта.

Описание проблемы

Потребители - разработчики и производители экологически чистых транспортных средств, производители альтернативных источников энергии (в качестве устройств для накопления и возврата произведённой энергии), производители энергоустановок с повышенными требованиями по пожарной и взрывобезопасности, производители энергоустановок, работающих в бескислородных средах.

Разработчики электромобилей занимаются созданием более или менее приемлемого образца более 100 лет. В последнее время этому вопросу уделяется (судя по публикациям и автомобильным салонам) особенно много внимания. Пока ничего толкового не предлагается. Все рекламные обещания (особенно по дальности хода на одной зарядке аккумуляторов) - не более чем обещания. На практике реальные характеристики в 2-3 раза хуже. Заявления о зарядке «от розетки» вообще несерьёзны и рассчитаны на дилетантов. Появление экологически чистого двигателя, быстро заправляемого, достаточно дешёвого, безопасного в эксплуатации позволят создать, наконец, приемлемый экологически чистый городской автомобиль.

Это же относится и к «альтернативщикам». Все попытки создания удобных альтернативных энергоустановок упираются в проблему «что делать, когда ветра нет». Накапливание электроэнергии в химических аккумуляторах: первое – накладно, второе – опасно, третье – возвращаемая мощность ограничена (невыгодно получать из аккумуляторов большой ток). Отапливать помещения с помощью альтернативного электричества неэкономично. По этим причинам приходится обзаводиться дополнительно резервными источниками: углеводородными электрогенераторами и дополнительными источниками тепла (дровами, углем, газом). В этом случае сама идея использования альтернативных источников энергии становится сомнительной, учитывая к тому же, что стоимость производимой альтернативной электрической энергии на сегодня в 2-3 раза выше сетевой.

Краткое описание решения

КРИОГЕННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, работающий на жидком азоте, обеспечит практически абсолютную экологическую безопасность при получении полезной работы, не создаёт проблем при утилизации накопленной энергии.

Энергетика криогенного «топлива» близка к энергетике, реализуемой с помощью наиболее перспективных литиевых аккумуляторов. Стоимость хранения аккумулированной энергии в виде жидкого азота много меньше стоимости её хранения в литиевых аккумуляторах из-за их высокой стоимости. Общее состояние, например, в автопроме таково, что дальнейшее развитие отрасли без создания альтернативных транспортных средств, по-видимому, невозможно. Развитие альтернативной энергетики также во многом сдерживается нерешённой проблемой длительного хранения и возврата накопленной энергии. Существующие системы хранения на базе химических аккумуляторов малоэффективны, экологически не безупречны и дороги.

Все перечисленные выше проблемы могут быть успешно решены с помощью КРИОГЕННОГО ДВИГАТЕЛЯ и систем, созданных на его базе.

Создание на базе криогенного двигателя и машины по производству жидкого азота - криогенной аккумулирующей системы (КРАС) решает проблемы альтернативной, по крайней мере, малой энергетики - радикально.

Возможность решения уже этих проблем, по мнению экспертов, обеспечит устойчивый спрос рынка на разрабатываемое изделие.

Преимущества проекта и рыночные возможности

Вновь создаваемый КРИОГЕННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ будет востребован на рынке, если его преимущества будут подтверждены для начала в опытном образце.

Основные преимущества КРИОГЕННОГО ДВИГАТЕЛЯ:

  1. абсолютная экологическая чистота при работе двигателя
  2. быстрота и безопасность заправки бака «топливом» - жидким азотом
  3. достаточная дешевизна «топлива» - как следствие невысокая стоимость, например, тонно-километра по сравнению с электромобилем
  4. неограниченная и возобновляемая сырьевая база для производства жидкого азота из атмосферного воздуха
  5. отлаженное промышленное экологически чистое производство и хранение «топлива»
  6. невысокая стоимость КРИОГЕННОГО ДВИГАТЕЛЯ по сравнению с электроприводом
  7. возможность работы криогенного двигателя в различных средах, в том числе в бескислородных (например, на Марсе)

Кроме того появление двигателя, работающего на жидком азоте, даёт импульс развитию производства жидкого азота уже как энергоносителя («топлива») альтернативному, например, биотопливу, которое в настоящее время поглощает пищевые ресурсы, принципиально не решая проблемы экологической чистоты энергоустановок. Если удастся продемонстрировать преимущество КРИОГЕННОГО ДВИГАТЕЛЯ, например, в транспортных средствах по сравнению с электроприводом с использованием химических аккумуляторов, спрос на них может стать соизмеримым со спросом на двигатели внутреннего сгорания.

Краткий обзор технологии

Разрабатываемый в рамках данного проекта КРИОГЕННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ отличается от прототипов (которых крайне мало даже в виде патентов) тем, что в его схеме удалось весьма эффективно использовать жидкий азот для получения полезной работы. Это достигается тем, что в двигателе реализуется бинарный термодинамический цикл, обеспечивающий минимальный выброс неиспользованного в двигателе тепла, которое поглощается из окружающей среды (в частности, из атмосферы).

В криогенном двигателе заменён процесс горения на процесс испарения жидкого азота, поглощения тепла из окружающей среды и преобразования этого тепла в полезную работу. Эта схема защищена патентами РФ, причём некоторые новые технические решения отражены в заявках, которые находятся на рассмотрении в Роспатенте, либо запланированы к патентной защите.

КРИОГЕННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ. КРИОГЕННЫЙ двигатель на азоте. Двигатель на жидком азоте. Экологически чистый КРИОГЕННЫЙ двигатель

На рисунке (из заявки на изобретение) представлен вариант устройства с одним рабочим цилиндром (7), совмещенным с компрессором (10). В этом случае используется общий теплообменник для рабочего тела и паров хладагента. Пары хладагента после выхлопа из пневмодвигателя через клапан (14) частично подаются на вход рабочего тела в холодильник-испаритель, затем они сжимаются в компрессоре (10). Через клапан (13) пары хладагента поступают в теплообменник (11), а затем - на вход пневмодвигателя. Система подачи хладагента подаёт хладагент в холодильник-испаритель (18), и в рубашку охлаждения (9) компрессора (10). Из рубашки охлаждения пары хладагента также поступают на вход компрессора (10). В этом случае давление подачи хладагента может быть существенно уменьшено, что снижает затраты энергии на работу насоса (19), либо он может отсутствовать, а подачу хладагента можно осуществить за счет паровой подушки в баке (20).

Возможные аналоги, конкуренты, конкурентные технологии или существующие решения, направленные на ту же задачу

Конкурентами КРИОГЕННОГО ДВИГАТЕЛЯ могут выступать электродвигатель, а также пневмодвигатель.

Электродвигатель требует для своей работы аккумулированной электроэнергии, хранение которой дорого, экологически вредно, возврат энергии ограничен особенностями химических аккумуляторов, запасы сырья для производства, например, литий-ионных аккумуляторов ограничены.

Пневмодвигатель, использующий для своей работы сжатый газ (например, воздух), по накопленной и возвращённой энергии существенно уступает криогенному двигателю. Кроме того для хранения сжатого газа необходимо использовать весьма тяжёлые ёмкости, достаточно опасные в эксплуатации. Кроме того для нормальной работы пневмодвигателя необходимо относительно невысокое давление, что требует соответствующего редуцирования запасённого рабочего тела. Это приводит к дополнительной потере энергии и ухудшает и так не высокую удельную экономичность двигателя.

Бизнес-модель

Планируется развивать бизнес двумя основными путями:

Предварительный прогноз продаж – кратко

Планируется на первом этапе, после завершения разработки товарного образца криогенного двигателя, организовать мелкосерийное производство двигателей, некоторых агрегатов, входящих в его конструкцию (в частности, инновационный компрессор и пневмодвигатель).

В дальнейшем планируется разработать криогенную аккумулирующую систему (КРАС) на базе КРИОГЕННОГО ДВИГАТЕЛЯ и установки для эффективного получения жидкого азота (возможно, с использованием разрабатываемых авторами основных узлов).

Продажа таких систем обеспечит саморазвитие предприятия и позволит заработать необходимые средства для обеспечения основного направления её деятельности.

Прогноз продаж, шт.

1 этап

2 этап

1 год

2 год

3 год

4 год

5 год

Двигатели

10

200

1000

2000

2000

Агрегаты

20

300

300

300

300

Криогенная аккумулирующая система (КРАС)

 

2

10

30

40

1 и 2 этапы - после завершения разработки криогенного двигателя и аккумулирующей системы (КРАС).

Прогноз продаж, тыс. руб.

1 этап

2 этап

1 год

2 год

3 год

4 год

5 год

Двигатели

1500

20000

100000

200000

200000

Агрегаты

500

6000

6000

6000

6000

Криогенная аккумулирующая система (КРАС)

 

2000

10000

30000

40000

Итого

2000

28000

116000

236000

246000

Стратегия развития

Стратегия развития:

  1. опытный образец криогенного двигателя - два года с начала финансирования проекта
  2. организация мелкосерийного производства изделий - год после разработки опытных образцов двигателя
  3. продвижение на рынок посредством рекламной компании и представления демонстрационных образцов - в этот же период
  4. привлечение стороннего капитала, например, расширение состава учредителей предприятия - на четвёртый год после организации мелкосерийного производства
  5. популяризация разработок в средствах массовой информации и участие в экологическом движении - на четвёртый год после организации мелкосерийного производства

Текущая ситуация по проекту (что сделано, какие произведены расходы/затраты)

На сегодня проведена научно-исследовательская работа по данной теме. Проведены необходимые расчёты и эксперименты. Разработаны, изготовлены экспериментальные установки, в том числе газотурбинная, на которых проведена отработка элементов конструкции КРИОГЕННОГО ДВИГАТЕЛЯ.

Работы производились в 2004-2008 гг. по договору со спонсором. Общие затраты составили 130 000 $.

Риски проекта

SWOT-анализ

Сильные стороны

Слабые стороны

  • техническая новизна проекта
  • вероятность создания высоко конкурентного товара
  • существенная техническая проработка проекта
  • техническая новизна проекта и, следовательно, возможность провала – не достижение заявленных характеристик

Возможности

Угрозы

  • создание конкурентной продукции, в том числе и интеллектуальной
  • использование современных материалов и комплектующих
  • использование возможностей современных высокоразвитых отраслей промышленности - криогенной, в частности
  • возможно сильное противодействие со стороны фирм, занимающихся, например, продвижением на рынок электромобилей, химических аккумуляторов, в том числе тяговых литиевых
  • конкуренция со стороны разработчиков пневмопривода
  • возможно ухудшение общей экономической конъюнктуры, и, прежде всего в поддержке инновационных проектов

Финансовые показатели проекта

Объем и структура требуемых инвестиций

120 000 $ (3 600 тыс. руб.) в соответствии с согласованной калькуляцией расходов по проекту.

Сводный бюджет расходов.

Статьи затрат

1 год, тыс. руб.

2 год, тыс. руб.

3 год, тыс. руб.

Фонд зарплаты

600

600

600

Дооснащение экспериментальной базы

300

100

 

Изготовление материальной части

300

400

 

Накладные расходы

200

200

 

Подготовка производства

 

 

400

Итого

1300

1300

1000

Прогноз - Отчет о прибылях и убытках (Форма ф-2), тыс. руб.

Наименование показателя

1 год

2 год

3 год

4 год

5 год

6 год

7 год

Выручка (нетто) от продажи товаров, продукции, работ, услуг (за минусом НДС, акцизов и аналогичных обязательных платежей)

- -

2 000

28 000

116 000

236 000

246 000

Себестоимость проданных товаров, продукции, работ, услуг

- -

1 000

14 000

58 000

118 000

123 000

Валовая прибыль

-

-

1 000

14 000

58 000

118 000

123 000

Коммерческие расходы

- -

400

2 800

11 600

23 600

24 600

Управленческие расходы

1 300

1 300

600

7 000

29 000

59 000

61 500

Прибыль (убыток) от продаж

-1 300

-1 300

-

4 200

17 400

35 400

36 900

Прибыль (убыток) до налогообложения

-1 300

-1 300

-

4 200

17 400

35 400

36 900

Текущий налог на прибыль

- -

-

840

3 480

7 080

7 380

Чистая прибыль (убыток) отчетного периода

-1 300

-1 300

-

3 360

13 920

28 320

29 520

Прогноз - Отчет о движении денежных средств (Форма ф-4), тыс. руб.

Наименование показателя

1 год

2 год

3 год

4 год

5 год

6 год

7 год

Движение денежных средств по текущей деятельности

Поступило денежных средств

- -

2 000

28 000

116 000

236 000

246 000

Направлено денежных средств

1 300

1 300

2 760

24 640

102 080

207 680

216 480

Результат движения денежных средств от текущей деятельности

-1 300

-1 300

-760

3 360

13 920

28 320

29 520

Движение денежных средств по инвестиционной деятельности

Поступило денежных средств

1 300

1 300

1 000

- - - -

Направлено денежных средств

- - - -

2 600

-

1 000

Результат движения денежных средств от инвестиционной деятельности

1 300

1 300

1 000

-

-2 600

-

-1 000

Результат движения денежных средств за отчетный период

-

-

240

3 360

11 320

28 320

28 520

Остаток денежных средств на начало отчетного периода

-

-

-

240

3 600

14 920

43 240

Остаток денежных средств на конец отчетного периода

-

-

240

3 600

14 920

43 240

71 760

Показатели проекта

Наименование показателя

значение

IRR проекта (внутренняя норма доходности), %

56

NPV (чистая приведенная стоимость), тыс. руб. за 7 лет

15 876

DR (ставка дисконтирования NPV), %

20

Предложение инвестору

Цели инвестиций

Участие в проекте «Разработка экологически чистого двигателя»

Оценка вложений со стороны инициатора проекта (материальные и нематериальные активы и их стоимость)

Материальные затраты 130 000 $, патенты РФ, KNOW-HOW.

Структура владения до инвестиций

Учредители ООО - 3 физических лица.

Структура владения после инвестиций

Три совладельца фирмы с равными долями, соавторы проекта (до 51%), доля Инвестора (до 49%).

Состав инвесторов, доли и форма участия в Проекте

1-2 инвестора.

Условия Сделки (акции/доли/долг)

Доля в уставном капитале до 49%.

Инвестиционные транши

В соответствии с согласованным календарным планом.

Выход из проекта

Стратегия выхода Инвесторов

По согласованию с участниками проекта, предпочтительно - продажа проекта либо лицензии на выпуск продукции новому стороннему стратегическому инвестору, в том числе и инвесторам, участвующим в реализации проекта.

Планируемый срок выхода

Определяется инвестором в зависимости от полученной прибыли, но не менее 5 лет.

Предполагаемая цена выхода

По согласованию сторон.

Описание команды проекта

Краткая информация об опыте и компетенции ключевых участников Проекта

Длительное время работающий коллектив, участники разработок сложных агрегатов и конструкций, все специалисты с высшим образованием, авиационные инженеры. Научный руководитель к.т.н. Имеют патенты РФ, авторы статей в научных журналах. Квалифицированные теоретики и экспериментаторы, участвовали в реализации коммерческих проектов. Имеют опыт в сопровождении хоздоговорных работ. Привлечён к участию в Проекте опытный бизнесмен.

Программы мотивации ключевых участников и сотрудников проекта

Созданное предприятие занимается разработкой инновационных проектов. Эта деятельность для участников является основной, и участники планируют это направление деятельности сохранить как основное. Желание авторов - реализовать проект любой ценой!

Список Приложений

  1. Презентация проекта
  2. Авторское свидетельство «Способ работы поршневого пневмодвигателя»
  3. Патент РФ «Способ работы пневмодвигателя и устройство для его реализации (варианты)»
  4. Патент РФ «Газотурбинный двигатель»
  5. Патент РФ на полезную модель «Криогенная аккумулирующая система»
  6. Заявка на изобретение РФ «Способ работы двигательной установки и установка для его реализации (варианты)
  7. Научно-технические отчёты по трём этапам НИР
  8. Справка по оценке состояния вопроса перед началом НИР
  9. Справка для НАМИ по сравнительным характеристикам различных энергоносителей для автомобилей (бензин, водород, жидкий водород, химические аккумуляторы, сжатый воздух, жидкий азот)

Подробнее о бизнес-проекте КРИОГЕННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ см. по ссылке.

venture-biz.ru

Криогенное топливо - это... Что такое Криогенное топливо?

 Криогенное топливо Криогенное топливо жидкое топливо (при температуре ниже 120 К), получаемое сжижением газов глубоким охлаждением, К К. т. относятся жидкие водород, метан и (в значительной мере условно) пропан. Они обладают повышенным хладоресурсом топлива, что важно для решения проблем, связанных с охлаждением теплонапряжённых элементов летательного аппарата, силовой установки и бортового оборудования при больших скоростях полёта. Широкие перспективы открываются при использовании в качестве авиационного топлива жидкого водорода, имеющего высокие энергетические характеристики. С применением водорода связывают возможности создания самолётов с большими гиперзвуковыми скоростями полёта. Жидкий пропан рассматривается в качестве эффективного хладагента для бортовых систем кондиционирования и теплонапряжённых элементов летательных аппаратов и силовых установок. При использовании пропана значительно легче (по сравнению с использованием водорода и метана) решаются проблемы сжижения, транспортировки, хранения, а также размещения К. т. на летательном аппарате. Метан по многим важным эксплуатационным показателям (плотности, температурному диапазону жидкого состояния и другим) существенно уступает пропану, но превосходит его по ресурсам сырья. В 1988 в СССР начались лётные испытания экспериментального самолёта Ту-155, способного использовать в качестве топлива жидкий водород и сжиженный природный газ.

Авиация: Энциклопедия. — М.: Большая Российская Энциклопедия. Главный редактор Г.П. Свищев. 1994.

.

Смотреть что такое "Криогенное топливо" в других словарях:

dic.academic.ru

КРИОГЕННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ. КРИОГЕННЫЙ двигатель на азоте. Двигатель на жидком азоте. Экологически чистый КРИОГЕННЫЙ двигатель

КРИОГЕННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ. КРИОГЕННЫЙ двигатель на азоте. Двигатель на жидком азоте. Экологически чистый двигатель - КРИОГЕННЫЙ ДВИГАТЕЛЬНаименование Проекта

Разработка нового класса двигателей - КРИОГЕННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ.

Описание бизнес идеи, проекта, продукта, суть инновации

Бизнес проект подразумевает разработку КРИОГЕННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ, предназначенных для использования в различных энергоустановках, к которым предъявляются повышенные требования по экологической чистоте рабочего процесса.

Особенность работы КРИОГЕННОГО ДВИГАТЕЛЯ состоит в том, что в нём отсутствует процесс горения, а энергия поглощается из окружающей среды посредством использования в качестве рабочего тела криогенной жидкости (в частности, жидкого азота). Испаряясь и нагреваясь от окружающей среды рабочее тело КРИОГЕННОГО ДВИГАТЕЛЯ (жидкий азот) поглощает тепло, которое затем преобразуется в полезную работу.

Значительный объём предварительных теоретических и экспериментальных исследований подтвердил возможность создания КРИОГЕННОГО ДВИГАТЕЛЯ, причём по энергетическим свойствам он приближается к электродвигателям, использующим в качестве накопителя энергии лучшие на сегодня химические аккумуляторы (литий-ион).

По стоимости и технологии использования КРИОГЕННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ превосходит аналоги, а по экологическим свойствам и безопасности использования – не имеет конкурентов. КРИОГЕННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ действительно экологически чистый, так как при его работе не образуются продукты горения, в атмосферу выбрасывается газообразный азот, из которого в большой степени состоит сама атмосфера.

Получение жидкого азота экологически чистое производство и нет проблем по утилизации «топлива». Производство и хранение жидкого азота хорошо освоено промышленностью, оно экономично, а производится азот миллионами тонн в год.

Важными агрегатами, входящими в состав КРИОГЕННОГО ДВИГАТЕЛЯ, являются компрессор и пневмодвигатель. Авторами проекта разработана конструкция этих устройств, на которые планируется получить патенты. Спрос на экономичные и малогабаритные компрессоры и пневмодвигатели устойчив, что позволит осуществить успешную реализацию и этих машин.

Сфера применения двигателя на жидком азоте:

  1. КРИОГЕННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ хорошо подходит, например, для транспортных средств, которые могут быть использованы в городах и иных поселения, где нет необходимости перемещаться на большие расстояния (50-100 км на одной заправке криогенной жидкостью). Он является конкурентом электромобиля, созданием коммерческого варианта которого усиленно занимаются ведущие (и не только) автомобильные фирмы.
  2. Так как для работы КРИОГЕННОГО ДВИГАТЕЛЯ не требуется кислород, его можно использовать для привода различного оборудования, работающего во взрывоопасной и пожароопасной среде или иных экстремальных условиях.
  3. КРИОГЕННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ может входить в качестве привода электрогенератора в системах альтернативной энергетики, основанной на преобразования ветровой, солнечной и иной, непостоянно присутствующей энергии, в полезную для потребителя.
  4. Представляется перспективным создание криогенных аккумулирующих систем (КРАС), в которых, например, ветровая энергия преобразуется предварительно в получение жидкого азота и низкотемпературного тепла (нагрева воды до температуры 60-90oC).

Накопленный жидкий азот используется для работы криогенного двигателя, совмещённого с электрогенератором, и получения электричества, а накопленное тепло идёт в систему горячего водоснабжения. На такую систему у авторов проекта уже есть Патентом РФ.

Цель проекта

Разработка опытного образца КРИОГЕННОГО ДВИГАТЕЛЯ, работающего с использованием жидкого азота, мощностью до 5-6 кВт.

Краткое описание рынка и возможностей

По оценкам фирмы «Литий-ионные технологии» (СП РОСНАНО и Thunder Sky Group Limited, КНР - потенциальный производитель литий-ионных аккумуляторов для электромобилей) потребность в этих устройствах составит в 2015 году 2,5 млн. штук.

Успешная реализация проекта позволит создать конкурентную среду для продвижения КРИОГЕННОГО ДВИГАТЕЛЯ потребителям и позволит хотя бы частично перехватить денежные потоки, идущие на производство экологически чистого транспорта.

Описание проблемы

Потребители - разработчики и производители экологически чистых транспортных средств, производители альтернативных источников энергии (в качестве устройств для накопления и возврата произведённой энергии), производители энергоустановок с повышенными требованиями по пожарной и взрывобезопасности, производители энергоустановок, работающих в бескислородных средах.

Разработчики электромобилей занимаются созданием более или менее приемлемого образца более 100 лет. В последнее время этому вопросу уделяется (судя по публикациям и автомобильным салонам) особенно много внимания. Пока ничего толкового не предлагается. Все рекламные обещания (особенно по дальности хода на одной зарядке аккумуляторов) - не более чем обещания. На практике реальные характеристики в 2-3 раза хуже. Заявления о зарядке «от розетки» вообще несерьёзны и рассчитаны на дилетантов. Появление экологически чистого двигателя, быстро заправляемого, достаточно дешёвого, безопасного в эксплуатации позволят создать, наконец, приемлемый экологически чистый городской автомобиль.

Это же относится и к «альтернативщикам». Все попытки создания удобных альтернативных энергоустановок упираются в проблему «что делать, когда ветра нет». Накапливание электроэнергии в химических аккумуляторах: первое – накладно, второе – опасно, третье – возвращаемая мощность ограничена (невыгодно получать из аккумуляторов большой ток). Отапливать помещения с помощью альтернативного электричества неэкономично. По этим причинам приходится обзаводиться дополнительно резервными источниками: углеводородными электрогенераторами и дополнительными источниками тепла (дровами, углем, газом). В этом случае сама идея использования альтернативных источников энергии становится сомнительной, учитывая к тому же, что стоимость производимой альтернативной электрической энергии на сегодня в 2-3 раза выше сетевой.

Краткое описание решения

КРИОГЕННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, работающий на жидком азоте, обеспечит практически абсолютную экологическую безопасность при получении полезной работы, не создаёт проблем при утилизации накопленной энергии.КРИОГЕННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ. КРИОГЕННЫЙ двигатель на азоте. Двигатель на жидком азоте. Экологически чистый двигатель - КРИОГЕННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Энергетика криогенного «топлива» близка к энергетике, реализуемой с помощью наиболее перспективных литиевых аккумуляторов. Стоимость хранения аккумулированной энергии в виде жидкого азота много меньше стоимости её хранения в литиевых аккумуляторах из-за их высокой стоимости. Общее состояние, например, в автопроме таково, что дальнейшее развитие отрасли без создания альтернативных транспортных средств, по-видимому, невозможно. Развитие альтернативной энергетики также во многом сдерживается нерешённой проблемой длительного хранения и возврата накопленной энергии. Существующие системы хранения на базе химических аккумуляторов малоэффективны, экологически не безупречны и дороги.

Все перечисленные выше проблемы могут быть успешно решены с помощью КРИОГЕННОГО ДВИГАТЕЛЯ и систем, созданных на его базе.

Создание на базе криогенного двигателя и машины по производству жидкого азота - криогенной аккумулирующей системы (КРАС) решает проблемы альтернативной, по крайней мере, малой энергетики - радикально.

Возможность решения уже этих проблем, по мнению экспертов, обеспечит устойчивый спрос рынка на разрабатываемое изделие.

Преимущества проекта и рыночные возможности

Вновь создаваемый КРИОГЕННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ будет востребован на рынке, если его преимущества будут подтверждены для начала в опытном образце.

Основные преимущества КРИОГЕННОГО ДВИГАТЕЛЯ:

  1. абсолютная экологическая чистота при работе двигателя
  2. быстрота и безопасность заправки бака «топливом» - жидким азотом
  3. достаточная дешевизна «топлива» - как следствие невысокая стоимость, например, тонно-километра по сравнению с электромобилем
  4. неограниченная и возобновляемая сырьевая база для производства жидкого азота из атмосферного воздуха
  5. отлаженное промышленное экологически чистое производство и хранение «топлива»
  6. невысокая стоимость КРИОГЕННОГО ДВИГАТЕЛЯ по сравнению с электроприводом
  7. возможность работы криогенного двигателя в различных средах, в том числе в бескислородных (например, на Марсе)

Кроме того появление двигателя, работающего на жидком азоте, даёт импульс развитию производства жидкого азота уже как энергоносителя («топлива») альтернативному, например, биотопливу, которое в настоящее время поглощает пищевые ресурсы, принципиально не решая проблемы экологической чистоты энергоустановок. Если удастся продемонстрировать преимущество КРИОГЕННОГО ДВИГАТЕЛЯ, например, в транспортных средствах по сравнению с электроприводом с использованием химических аккумуляторов, спрос на них может стать соизмеримым со спросом на двигатели внутреннего сгорания.

Краткий обзор технологии

Разрабатываемый в рамках данного проекта КРИОГЕННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ отличается от прототипов (которых крайне мало даже в виде патентов) тем, что в его схеме удалось весьма эффективно использовать жидкий азот для получения полезной работы. Это достигается тем, что в двигателе реализуется бинарный термодинамический цикл, обеспечивающий минимальный выброс неиспользованного в двигателе тепла, которое поглощается из окружающей среды (в частности, из атмосферы).

В криогенном двигателе заменён процесс горения на процесс испарения жидкого азота, поглощения тепла из окружающей среды и преобразования этого тепла в полезную работу. Эта схема защищена патентами РФ, причём некоторые новые технические решения отражены в заявках, которые находятся на рассмотрении в Роспатенте, либо запланированы к патентной защите.КРИОГЕННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ. КРИОГЕННЫЙ двигатель на азоте. Двигатель на жидком азоте. Экологически чистый двигатель - КРИОГЕННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

На рисунке (из заявки на изобретение) представлен вариант устройства с одним рабочим цилиндром (7), совмещенным с компрессором (10). В этом случае используется общий теплообменник для рабочего тела и паров хладагента.

Пары хладагента после выхлопа из пневмодвигателя через клапан (14) частично подаются на вход рабочего тела в холодильник-испаритель, затем они сжимаются в компрессоре (10). Через клапан (13) пары хладагента поступают в теплообменник (11), а затем - на вход пневмодвигателя. Система подачи хладагента подаёт хладагент в холодильник-испаритель (18), и в рубашку охлаждения (9) компрессора (10). Из рубашки охлаждения пары хладагента также поступают на вход компрессора (10).

В этом случае давление подачи хладагента может быть существенно уменьшено, что снижает затраты энергии на работу насоса (19), либо он может отсутствовать, а подачу хладагента можно осуществить за счет паровой подушки в баке (20).

Возможные аналоги, конкуренты, конкурентные технологии или существующие решения, направленные на ту же задачу

Конкурентами КРИОГЕННОГО ДВИГАТЕЛЯ могут выступать электродвигатель, а также пневмодвигатель.

Электродвигатель требует для своей работы аккумулированной электроэнергии, хранение которой дорого, экологически вредно, возврат энергии ограничен особенностями химических аккумуляторов, запасы сырья для производства, например, литий-ионных аккумуляторов ограничены.

Пневмодвигатель, использующий для своей работы сжатый газ (например, воздух), по накопленной и возвращённой энергии существенно уступает криогенному двигателю. Кроме того для хранения сжатого газа необходимо использовать весьма тяжёлые ёмкости, достаточно опасные в эксплуатации. Кроме того для нормальной работы пневмодвигателя необходимо относительно невысокое давление, что требует соответствующего редуцирования запасённого рабочего тела. Это приводит к дополнительной потере энергии и ухудшает и так не высокую удельную экономичность двигателя.

Бизнес-модель

Планируется развивать бизнес двумя основными путями:

Предварительный прогноз продаж – кратко

Планируется на первом этапе, после завершения разработки товарного образца криогенного двигателя, организовать мелкосерийное производство двигателей, некоторых агрегатов, входящих в его конструкцию (в частности, инновационный компрессор и пневмодвигатель).

В дальнейшем планируется разработать криогенную аккумулирующую систему (КРАС) на базе КРИОГЕННОГО ДВИГАТЕЛЯ и установки для эффективного получения жидкого азота (возможно, с использованием разрабатываемых авторами основных узлов).

Продажа таких систем обеспечит саморазвитие предприятия и позволит заработать необходимые средства для обеспечения основного направления её деятельности.

Прогноз продаж, шт.

1 этап

2 этап

1 год

2 год

3 год

4 год

5 год

Двигатели

10

200

1000

2000

2000

Агрегаты

20

300

300

300

300

Криогенная аккумулирующая система (КРАС)

 

2

10

30

40

1 и 2 этапы - после завершения разработки криогенного двигателя и аккумулирующей системы (КРАС).

Прогноз продаж, тыс. руб.

1 этап

2 этап

1 год

2 год

3 год

4 год

5 год

Двигатели

1500

20000

100000

200000

200000

Агрегаты

500

6000

6000

6000

6000

Криогенная аккумулирующая система (КРАС)

 

2000

10000

30000

40000

Итого

2000

28000

116000

236000

246000

Стратегия развития

Стратегия развития:

  1. опытный образец криогенного двигателя - два года с начала финансирования проекта
  2. организация мелкосерийного производства изделий - год после разработки опытных образцов двигателя
  3. продвижение на рынок посредством рекламной компании и представления демонстрационных образцов - в этот же период
  4. привлечение стороннего капитала, например, расширение состава учредителей предприятия - на четвёртый год после организации мелкосерийного производства
  5. популяризация разработок в средствах массовой информации и участие в экологическом движении - на четвёртый год после организации мелкосерийного производства

Текущая ситуация по проекту (что сделано, какие произведены расходы/затраты)

На сегодня проведена научно-исследовательская работа по данной теме. Проведены необходимые расчёты и эксперименты. Разработаны, изготовлены экспериментальные установки, в том числе газотурбинная, на которых проведена отработка элементов конструкции КРИОГЕННОГО ДВИГАТЕЛЯ.

Работы производились в 2004-2008 гг. по договору со спонсором. Общие затраты составили 130 000 $.

Риски проекта

SWOT-анализ

Сильные стороны

Слабые стороны

  • техническая новизна проекта
  • вероятность создания высоко конкурентного товара
  • существенная техническая проработка проекта
  • техническая новизна проекта и, следовательно, возможность провала – не достижение заявленных характеристик

Возможности

Угрозы

  • создание конкурентной продукции, в том числе и интеллектуальной
  • использование современных материалов и комплектующих
  • использование возможностей современных высокоразвитых отраслей промышленности - криогенной, в частности
  • возможно сильное противодействие со стороны фирм, занимающихся, например, продвижением на рынок электромобилей, химических аккумуляторов, в том числе тяговых литиевых
  • конкуренция со стороны разработчиков пневмопривода
  • возможно ухудшение общей экономической конъюнктуры, и, прежде всего в поддержке инновационных проектов

Финансовые показатели проекта

Объем и структура требуемых инвестиций

120 000 $ (3 600 тыс. руб.) в соответствии с согласованной калькуляцией расходов по проекту.

Сводный бюджет расходов.

Статьи затрат

1 год, тыс. руб.

2 год, тыс. руб.

3 год, тыс. руб.

Фонд зарплаты

600

600

600

Дооснащение экспериментальной базы

300

100

 

Изготовление материальной части

300

400

 

Накладные расходы

200

200

 

Подготовка производства

 

 

400

Итого

1300

1300

1000

Прогноз - Отчет о прибылях и убытках (Форма ф-2), тыс. руб.

Наименование показателя

1 год

2 год

3 год

4 год

5 год

6 год

7 год

Выручка (нетто) от продажи товаров, продукции, работ, услуг (за минусом НДС, акцизов и аналогичных обязательных платежей)

2 000

28 000

116 000

236 000

246 000

Себестоимость проданных товаров, продукции, работ, услуг

1 000

14 000

58 000

118 000

123 000

Валовая прибыль

-

-

1 000

14 000

58 000

118 000

123 000

Коммерческие расходы

400

2 800

11 600

23 600

24 600

Управленческие расходы

1 300

1 300

600

7 000

29 000

59 000

61 500

Прибыль (убыток) от продаж

-1 300

-1 300

-

4 200

17 400

35 400

36 900

Прибыль (убыток) до налогообложения

-1 300

-1 300

-

4 200

17 400

35 400

36 900

Текущий налог на прибыль

-

840

3 480

7 080

7 380

Чистая прибыль (убыток) отчетного периода

-1 300

-1 300

-

3 360

13 920

28 320

29 520

Прогноз - Отчет о движении денежных средств (Форма ф-4), тыс. руб.

Наименование показателя

1 год

2 год

3 год

4 год

5 год

6 год

7 год

Движение денежных средств по текущей деятельности

Поступило денежных средств

2 000

28 000

116 000

236 000

246 000

Направлено денежных средств

1 300

1 300

2 760

24 640

102 080

207 680

216 480

Результат движения денежных средств от текущей деятельности

-1 300

-1 300

-760

3 360

13 920

28 320

29 520

Движение денежных средств по инвестиционной деятельности

Поступило денежных средств

1 300

1 300

1 000

Направлено денежных средств

2 600

1 000

Результат движения денежных средств от инвестиционной деятельности

1 300

1 300

1 000

-

-2 600

-

-1 000

Результат движения денежных средств за отчетный период

-

-

240

3 360

11 320

28 320

28 520

Остаток денежных средств на начало отчетного периода

-

-

-

240

3 600

14 920

43 240

Остаток денежных средств на конец отчетного периода

-

-

240

3 600

14 920

43 240

71 760

Показатели проекта

Наименование показателя

значение

IRR проекта (внутренняя норма доходности), %

56

NPV (чистая приведенная стоимость), тыс. руб. за 7 лет

15 876

DR (ставка дисконтирования NPV), %

20

Предложение инвестору

Цели инвестиций

Участие в проекте «Разработка экологически чистого двигателя»

Оценка вложений со стороны инициатора проекта (материальные и нематериальные активы и их стоимость)

Материальные затраты 130 000 $, патенты РФ, KNOW-HOW.

Структура владения до инвестиций

Учредители ООО - 3 физических лица.

Структура владения после инвестиций

Три совладельца фирмы с равными долями, соавторы проекта (до 51%), доля Инвестора (до 49%).

Состав инвесторов, доли и форма участия в Проекте

1-2 инвестора.

Условия Сделки (акции/доли/долг)

Доля в уставном капитале до 49%.

Инвестиционные транши

В соответствии с согласованным календарным планом.

Выход из проекта

Стратегия выхода Инвесторов

По согласованию с участниками проекта, предпочтительно - продажа проекта либо лицензии на выпуск продукции новому стороннему стратегическому инвестору, в том числе и инвесторам, участвующим в реализации проекта.

Планируемый срок выхода

Определяется инвестором в зависимости от полученной прибыли, но не менее 5 лет.

Предполагаемая цена выхода

По согласованию сторон.

Описание команды проекта

Краткая информация об опыте и компетенции ключевых участников Проекта

Длительное время работающий коллектив, участники разработок сложных агрегатов и конструкций, все специалисты с высшим образованием, авиационные инженеры. Научный руководитель к.т.н. Имеют патенты РФ, авторы статей в научных журналах. Квалифицированные теоретики и экспериментаторы, участвовали в реализации коммерческих проектов. Имеют опыт в сопровождении хоздоговорных работ. Привлечён к участию в Проекте опытный бизнесмен.

Программы мотивации ключевых участников и сотрудников проекта

Созданное предприятие занимается разработкой инновационных проектов. Эта деятельность для участников является основной, и участники планируют это направление деятельности сохранить как основное. Желание авторов - реализовать проект любой ценой!

Список Приложений

  1. Презентация проекта
  2. Авторское свидетельство «Способ работы поршневого пневмодвигателя»
  3. Патент РФ «Способ работы пневмодвигателя и устройство для его реализации (варианты)»
  4. Патент РФ «Газотурбинный двигатель»
  5. Патент РФ на полезную модель «Криогенная аккумулирующая система»
  6. Заявка на изобретение РФ «Способ работы двигательной установки и установка для его реализации (варианты)
  7. Научно-технические отчёты по трём этапам НИР
  8. Справка по оценке состояния вопроса перед началом НИР
  9. Справка для НАМИ по сравнительным характеристикам различных энергоносителей для автомобилей (бензин, водород, жидкий водород, химические аккумуляторы, сжатый воздух, жидкий азот)

ТЭП бизнес-проекта КРИОГЕННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ см. в разделе ИНВЕСТИЦИОННЫЕ ПРОЕКТЫ по ссылке.

venture-biz.ru

Ту-155 - криогенная авиация - Андрей Сдатчиков

На территории ЛИИ им.Громова в подмосковном Жуковском стоит самолет с надписью на борту Ту-155. Эта уникальная машина, летающая лаборатория для отработки систем и двигателя, использующих криогенное топливо. Работы в этом направлении велись в конце 80-х годов. Ту-155 стал первым в мире самолетом, использующим в качестве топлива жидкий водород и сжиженный природный газ. Прошло 27 лет с первого полета этой необычной машины. И сейчас она тихо стоит среди списанных самолетов. Несколько раз ее хотели разрезать на металл. Так чем же уникален это самолет?1.

Прежде чем говорить об этом самолете, стоит пояснить, что такое криогенное топливо и чем оно отличается от углеводородного. Криогеника ­– это изменения свойств различных веществ в условиях крайне низких температур. То есть криогенное топливо означает “рожденное холодом”. Речь идет о жидком водороде, который хранится и перевозится в жидком состоянии при очень низких температурах. И о сжиженном природном газе, обладающем так же очень низкими температурами. По сравнению с керосином, жидкий водород имеет ряд преимуществ. Он обладает вторе большей теплотворной способностью. То есть при сжигании равных масс, у водорода выделяется больше тепла, что напрямую влияет на экономические характеристики силовой установки. Кроме того при его использовании в атмосферу выделяется вода и совсем небольшое количество окислов азота. Это делает силовую установку безвредной для атмосферы. Однако водород является очень опасным топливом. В смеси с кислородом он чрезвычайно горюч и взрывоопасен. Обладает исключительной проникающей способностью, а храниться и транспортироваться может только в сжиженном состоянии при очень низких температурах (-253°C). Эти особенности водорода представляют собой достаточно большую проблему. Именно поэтому совместно с жидким водородом в качестве авиационного топлива рассматривался и природный газ. По сравнению с водородом он значительно дешевле и доступнее. Его можно хранить в сжиженном состоянии при температуре -160°C, а по сравнению с керосином, он обладает на 15% большей теплотворной способностью. Кроме того он в несколько раз дешевле керосина, что делает его так же экономически выгодным в качестве авиационного топлива. Однако природный газ так же пожароопасен, хоть и в меньшей степени, чем водород. Именно с этими трудностями предстояло справиться инженерам ОКБ им.Туполева при создании экспериментального самолета Ту-155.2.

Авиационные конструкторы впервые столкнулись с криогенной техникой. Поэтому проектирование шло не только в тиши конструкторских залов, но и в исследовательских лабораториях. Конструкторы шаг за шагом внедряли новые конструкторские решения и технологии, обеспечивающие создание принципиально новых систем самолета, криогенной силовой установки и систем, позволяющих ее безопасную эксплуатацию.3.

Летающая лаборатория создавалась на базе серийного Ту-154, доработанного под стандарт Ту-154Б. Бортовой номер СССР-85035. Главным конструктором Ту-155 был назначен Владимир Александрович Андреев. В самолете имелось множество принципиальных отличий от базового варианта. Криогенный топливный бак объемом 17,5 м3 вместе с системой подачи топлива и системой поддержания давления составлял экспериментальный топливный комплекс, размещенный в хвостовом отсеке фюзеляжа, отделенном от других отсеков самолета буферной зоной. Бак, трубопроводы и агрегаты топливного комплекса имели экранно-вакуумную изоляцию, обеспечивающую заданные теплопритоки. Буферные зоны защищали экипаж и жизненно важные отсеки самолета в случае нарушения герметичности водородных систем.4.

На самолете был установлен экспериментальный турбореактивный двухконтурный двигатель НК-88, созданный в Самаре в двигателестроительном конструкторском бюро под руководством академика Николая Дмитриевича Кузнецова на базе серийного двигателя для Ту-154 НК-8-2. Он устанавливался вместо правого штатного двигателя и использовал для работы водород или природный газ. Два других двигателя были родными и работали на керосине. Сейчас они сняты. А вот НК-88 остался на месте.5.

6.

7.

Для управления и контроля криогенного комплекса на самолете имеется ряд систем:

- Гелиевая система, управляющая агрегатами силовой установки. Так как двигатель работал на водороде, к нему нельзя было подводить электроприводы. Именно по этому его систему управления заменили на гелиевую.

- Азотная система, замещающая воздушную среду в отсеках, где возможны утечки криогенного топлива.

- Система газового контроля, контролирующая газовую среду в отсеках самолета и предупреждающую экипаж в случае утечек водорода задолго до взрывоопасной концентрации.

- Система контроля вакуума в теплоизоляционных полостях.

В грузовом отсеке носовой части фюзеляжа расположены круглые баллоны с азотом. Так же они установлены и в салоне самолета выше иллюминаторов. На полу вместо пассажирских кресел установлены баллоны с гелием. Так же на борту установлены стойки с контрольно-измерительной и записывающей аппаратурой.В целом было создано и внедрено более 30-ти новых самолетных систем. Среди новых технологий важное место занимает технологический процесс обеспечивающий очистку внутренних полостей трубопроводов и агрегатов. Потому что с высокоэффективной изоляцией и вакуумной герметичностью, чистота – залог безопасности будущего полета.Кабина экипажа подверглась изменениям. Перегородка была перенесена глубже в салон, а в кабине установлены рабочие места второго борт-инженера, который отвечал за работу экспериментального двигателя и инженера-испытателя, который контролировал работу бортовых экспериментальных систем. В полу кабины был смонтирован люк аварийного покидания.Для обслуживания самолета и выполнения испытательных работ был создан авиационный криогенный комплекс. Он состоял из системы заправки жидким водородом (или сжиженным природным газом), пневматического питания, энергоснабжения, телевизионного контроля, газового анализа, орошения водой в случае пожара, а так же контроля качества криогенного топлива.На этапе наземных испытаний выполнялась проверка функционирования всех экспериментальных систем, включая работу двигателя НК-88 на жидком водороде. Были отработаны режимы заправки, обслуживания вакуумных систем, режимы работы топливной системы и системы поддержания давления в сочетании с работающим двигателем. Одновременно отрабатывалась подготовка самолета к полету, заправка бортовых систем гелием и азотом.

На фотографии видно длинную трубу, тянущуюся из-под фюзеляжа к соплу центрального двигателя. Это система аварийного слива жидкого водорода (природного газа). Она позволяла в случае необходимости слить криогенное топливо на срез сопла среднего штатного двигателя. В процессе наземных испытаний были отработаны различные ситуации, связанные с опасностью возникновения взрыва и пожара.

8.

9.

10.

11.

В процессе непосредственной подготовки к полету осуществлялась доставка жидкого водорода автозаправщиками. Они подсоединялись к самолету через стационарные криогенные трубопроводы с запорно-присоединительной арматурой, которая обеспечивала необходимые противопожарные разрывы между самолетом, заправщиком и местом сброса в атмосферу дренируемого газообразного водорода. После пристыковки заправщиков производился контроль качества жидкого водорода с использованием специального пробоотборника и газового хроматографа. Помимо обычных операций при подготовке самолета к полету проводилась подготовка экспериментального двигателя, экспериментальных систем самолета и наземного комплекса. Особое внимание уделялось средствам взрыво- и пожаробезопасности, системам газового контроля, азотной, контроля вакуума в изоляционных полостях, системе пожаротушения, вентиляции отсека топливного комплекса и мотогондолы. В процессе испытаний отрабатывались различные средства защиты от повышения концентрации водорода в отсеках, как с использованием нейтральной среды (азота), так и вентиляцией воздухом от бортовой системы кондиционирования.

Из-за большой взрывоопасности из отсека с топливным баком пришлось удалить практически все электрооборудование. Это исключило малейшую возможность искрообразования, а весь отсек постоянно продувался азотом или воздухом. Кроме того пары водорода из бака нужно было отводить подальше от двигателей, чтобы избежать воспламенения. Для этого сделали дренажную систему. Один из ее элементов первым бросается в глаза на киле самолета. Это обтекатель выпускного коллектора.12.

13.

К первому полету самолет готовили на Жуковской летно-испытательной и доводочной базе Туполева (ЖЛИиДБ). Ту-155 отбуксировали к месту запуска двигателей. “Я 035, прошу взлет”. “035, взлет разрешаю”. 15 апреля 1988 года в 17 часов 10 минут с подмосковного аэродрома стартовал в свой первый полет самолет Ту-155 с двигателем, работающем на жидком водороде. Его пилотировал экипаж в составе: первый пилот - заслуженный летчик испытатель СССР Владимир Андреевич Севанькаев, второй пилот - заслуженный летчик испытатель СССР Андрей Иванович Талалакин, борт-инженер - Анатолий Александрович Криулин, второй борт-инженер - Юрий Михайлович Кремлев, ведущий инженер-испытатель - Валерий Владимирович Архипов.

Полет проходил нормально. Контроль за его выполнением вели все наземные службы и самолет сопровождения Ту-134. Отработанные и проверенные на земле системы впервые проходили проверку в воздухе. Полет продолжался всего 21 минуту по малым кругам на разных высотах не выше 600 метров. Он завершился чуть раньше намеченного, для чего у инженера-испытателя Валерия Архипова были веские доводы: в азотном отсеке датчики зафиксировали наличие азота, который должен был автоматически появиться при утечках водорода. Но, слава Богу, причина была иная. Азот поступал через баллонный вентиль, разгерметизировавшийся при осуществлении самолетом крена в обе стороны от оси. Это стало понятно только на земле.

Был сделан только первый шаг на пути решения сложных проблем внедрения жидкого водорода в качестве авиационного топлива. В процессе летных испытаний были выполнены полеты по проверке работы силовой установки и систем самолета на различных режимах полета и при эволюциях самолета. Выполняли запуски экспериментального двигателя, испытывалась работа систем взрыво-пожаробезопасности в режимах создания нейтральной среды и вентиляции воздуха. В июне 1988 года программа летных испытаний на жидком водороде была выполнена полностью. После этого Ту-155 подвергся доработке для полетов с использованием сжиженного природного газа. Первый полет с использованием этого топлива состоялся 18 января 1989 года. Испытания самолета выполнял экипаж в составе: командир корабля - заслуженный летчик испытатель СССР Владимир Андреевич Севанькаев, второй пилот - Валерий Викторович Павлов, борт-инженер - Анатолий Александрович Криулин, второй борт-инженер - Юрий Михайлович Кремлев, ведущий инженер-испытатель - Валерий Владимирович Архипов.

Как сказал генеральный конструктор Алексей Андреевич Туполев: “Сегодня впервые в мире поднялся самолет, используя в качестве топлива сжиженный природный газ. И мы надеемся, что этот первый полет этого самолета он даст нам возможность собрать все научно-экспериментальные данные и построить самолет, на котором уже в ближайшее время смогут летать пассажиры”.

Испытания показали, что расход топлива по сравнению с керосином уменьшается почти на 15%. Плюс к этому они подтвердили возможность безопасной эксплуатации самолета на криогенном топливе. В ходе обширного комплекса испытаний на Ту-155 было установлено 14 мировых рекордов, а так же совершено несколько международных перелетов из Москвы в Братиславу (Чехословакия), Ниццу (Франция) и Ганновер (ФРГ). Общая наработка экспериментальной силовой установки превысила 145 часов.

В конце 90-х годов главный распорядитель российских газовых запасов Газпром выступил с инициативой постройки в начале грузо-пассажирского, а потом и просто пассажирского самолета, который мог бы полностью работать на сжиженном природном газе. Самолет получил наименование Ту-156 и создавался на базе уже имеющегося Ту-155. На него должны были устанавливаться три новых двигателя НК-89, аналогичные НК-88, но имеющие две независимые топливные системы: одну для керосина и другую для криогенного топлива. Были проведены большие исследовательские и расчетные работы по перекомпоновке отсеков и расположения топливных баков. К 2000-му году на Самарском авиационном заводе должны были быть выпущены три Ту-156 и начата их сертификация и опытная эксплуатация. К сожалению этого сделано не было. И препятствия к осуществлению задуманных планов были исключительно финансовыми.

Наверное, можно сказать, что Ту-155 обогнал свое время. На нем впервые применили системы, к которым человечество еще вернется. А Ту-155 достоин стоять в музее, а не среди забытых списанных самолетов.

На Международном авиационно-космическом салоне МАКС-2015 Научно-инженерная компания "НИК" и Благотворительный фонд "Легенды Авиации" при поддержке Администрации города Жуковский и ОАО “Авиасалон” впервые представили этот уникальный самолет широкой публике.

Вот такие дела.

dron-sd.livejournal.com