Патент на изобретение №2174614

(54) СПОСОБ РАБОТЫ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛА

(57) Реферат:

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для производства электричества и тепла. Способ работы газотурбинного двигателя заключается в сжатии воздуха в компрессоре, сгорании вместе с топливом в камере сгорания, расширении в газовой турбине и выработке электроэнергии генератором. При этом количество тепла, подаваемого форсункой подачи топлива в камеру сгорания (Q_см), равно количеству тепла, поступающего в газоводяной теплообменник (Q₄); КПД сжатия воздуха _c = 0,85, КПД расширения газа _p = 0,92; Т_н = 288 К, = 7; Т₃ = 1090 К; Q_э = Q_н = 69 ккал/кг, Q_см = Q₃ – Q₂ = Q₄ = 171 ккал/кг; Q_Т = Q₄ – Q₅ = 171 – 79 = 92 ккал/кг. С пересчетом на КПД тепловых электростанций _псч = 0,4 тепловая эффективность ГТД солнечного тепла

1 ил.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для производства электричества и тепла. Аналогом изобретения являются существующие (ТВД) турбовинтовые двигатели (источник информации “Теория реактивных двигателей”, авторы: Б.С. Стечкин П.Н. Казаджан и др. Изд. 1985 г., Москва, Оборонгиз, стр. 345, фиг. 12.1. Принципиальная схема ТВД), в которых привод воздушного винта заменен на привод генератора электрического тока. В действующих ТВД солнечное тепло, аккумулированное в воздухе и поступающее в воздушный компрессор ТВД выбрасывается в атмосферу с температурой воздуха T₄ после газовой турбины ТВД. Недостатком ТВД является так же то, что, с целью повышения экономичности ТВД, температура газов на входе в сопловой аппарат газовой турбины относительно высокая, что снижает технический ресурс работы ВТД и удорожает стоимость ТВД.

Известен способ работы газотурбинного двигателя путем сжатия воздуха в компрессоре, сгорания вместе с топливом в камере сгорания, расширения в газовой турбине и выработки электроэнергии генератором (SU 1388570 A1, F 02 C 3/00, 15.04.88). Недостатком данного способа является невысокая экономичность и неполное использование получаемого тепла.

Сущность изобретения заключается в том, что параметры работы ГТД, режим работы ГТД рассчитаны таким образом, чтобы тепло, эквивалентное вырабатываемой электроэнергии, равнялось (Q_н) – атмосферному теплу, а тепло, сбрасываемое в газоводяной теплообменник подогрева воды (Q₄), равнялось теплу топливовоздушной смеси.

То есть Q₃ – Q₂ = Q₄ = Q_см. (1)
При таком способе работы ГТД Q_т = Q_см – Q₅; Q₅ – тепло, сбрасываемое в атмосферу с угарными газами,
Q_т – тепло поглощаемое теплообменником Q_т = Q₄ – Q₅.

На чертеже изображена кинематическая схема ГТД солнечного тепла и способ его работы, где:
1 – воздушный компрессор ГТД;
2 – камера сгорания ГТД;
3 – форсунка подачи топлива в камеру сгорания;
4 – газовая турбина ГТД;
5 – генератор электрического тока;
6 – водяной насос;
7 – газоводяной теплообменник;
8 – водяной радиатор;
9 – потребитель электричества и горячей воды.

Возможность осуществления изобретения с реализацией указанного способа подтверждается наличием и использованием в авиации и морском флоте ТВД.

Результат, указанный в сущности изобретения, получаем в случае работы ГТД в режиме, когда: Q_см = Q₄ = Q₃ – Q₂, где Q_см – тепло, полученное при сгорании топливовоздушной смеси (кк), Q₃ – абсолютное тепло 1 кг газа на входе в сопловой аппарат турбины ГТД, Q₂ – абсолютное тепло 1 кг воздуха после сжатия его в компрессоре ГТД, Q₄ – абсолютное тепло газа после срабатывания перепада давления и температуры газа в газовой турбине ГТД (технологическое тепло).

Q_э – тепло, эквивалентное вырабатываемой электроэнергии.

Q_э = Q₃ – Q₄ – (Q₂ – Q_н); где Q_н – тепло одного кг атмосферного воздуха, или из условия Q_э = Q₃ – Q₄ – Q₂ + Q_н = Q₄ – Q₄ + Q_н = Q_н.

То есть выработка электроэнергии при этом режиме работы ГТД полностью происходит за счет атмосферного тепла.

Принимаем известные соотношения:




l – степень повышения давления воздуха в ГТД,
P₂ – давление воздуха на выходе из компрессора,
P_н – давление воздуха на входе в компрессор,
K – показатель адиабаты сжатия (расширения) воздуха,
– удельная теплоемкость воздуха при постоянном давлении является функцией абсолютной температуры (T (в K)),
T_н – абсолютная температура атмосферного воздуха,
T₂ – абсолютная температура воздуха после сжатия его в воздушном компрессоре ГТД,
T₃ – абсолютная температура газов на входе их в сопловой аппарат газовой турбины ГТД,
T₅ – абсолютная температура газов на выходе из газоводяного теплообменника,
Q₅ – тепло одного кг газа, сбрасываемого в атмосферу.

Принимаем:
T_н = 288 К; T₅ = 340 К;

.

Решаем уравнение (1) относительно “l”.

Согласно уравнению (1) T₃Cp₃ – T₂Cp₂ = T₄Cp₄;
_c – КПД сжатия воздуха в ГТД;
_p – КПД расширения газа в ГТД;

умножаем уравнение на



al² – bl + c = 0

Принимаем:
_c = 0,85; _p = 0,92; T_н = 288 К;




1,125l² – 2,03l + 0,15 = 0.

;
.

С учетом КПД получение электроэнергии на тепловых паро-силовых установках _псу = 0,4, тепловая эффективность ГТД солнечного тепла (_Э)
.

Экологически более чистый способ получения электричества и тепла. Экономия 80% топлива.

Формула изобретения

Способ работы газотурбинного двигателя (ГТД) путем сжатия воздуха в компрессоре, сгорания вместе с топливом в камере сгорания, расширения в газовой турбине и выработки электроэнергии генератором, отличающийся тем, что количество тепла, подаваемого форсункой подачи топлива в камеру сгорания (Q_см), равно количеству тепла, поступающего в газоводяной теплообменник (Q₄), и при условии когда КПД сжатия воздуха _c = 0,85, КПД расширения газа _p = 0,92; Тн = 288 К получим = 7; T₃ = 1090 К; Q_э = Q_н = 69 ккал/кг, Q_см = Q₃ – Q₂ = Q₄ = 171 ккал/кг; Q_Т = Q₄ – Q₅ = 171-79 = 92 ккал/кг с пересчетом на КПД тепловых электростанций _псч = 0,4 тепловая эффективность ГТД солнечного тепла

где l – степень повышения давления в ГТД;
P₂ – давление воздуха на выходе из компрессора;
P_н – давление воздуха на входе в компрессор;
К – показатель адиабаты сжатия (расширения) воздуха;
– степень сжатия;
T₃ – абсолютная температура газов на входе их в сопловой аппарат газовой турбины ГТД;
Q_э – тепло, эквивалентное вырабатываемой электроэнергии;
Q_н – атмосферное тепло;
Q_см – количество тепла, подаваемое форсункой подачи топлива в камеру сгорания;
Q₃ – абсолютное тепло 1 кг газа на входе в сопловой аппарат турбины ГТД;
Q₂ – абсолютное тепло 1 кг воздуха после сжатия его в компрессоре ГТД;
Q₄ – абсолютное тепло газа после срабатывания перепада давления и температуры газа в газовой турбине ГТД (технологическое тепло);
Q_т – тепло, поглощаемое теплообменником;
Q₅ – тепло 1 кг газа, сбрасываемого в атмосферу.

РИСУНКИ

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 29.03.2005

Извещение опубликовано: 27.06.2006 БИ: 18/2006

Изменения:

Публикацию о досрочном прекращении действия патента на изобретение считать недействительной

Номер и год публикации бюллетеня: 18-2006

Извещение опубликовано: 10.12.2006 БИ: 34/2006