Газовоздушный турбодвигатель сверхвысоких .параметров рабочего газа

Дальнейшие разработки эксэрготрансформаторных технологий позволили создать проект газовоздушного турбодвигателя сверхвысоких параметров, превосходящих максимальные температуры горения топлива. В турбодвигателе использован термодинамический компрессор, минимизирующий затраты энергии на сжатие холодного воздуха.

Предлагается проект газовоздушного турбодвигателя, в котором использовано Ноу – хау - способ безударного сложения потоков газа.Природа предусмотрела возможность безударно сложение двух поток газа, что принципиально отличает его от эжекторного способа сложения, где предусмотрен переход кинетической энергии в тепловую при ударе.Аналогом эксэрготрансформатора может быть ступень активной турбины, где импульс пара, выходящий из соплового канала, развернувшись на лопатках диска ротора, отдает часть своей энергии вращающему ротору и направляется в следующую ступень для дальнейшего использования. В эксэрготрансформаторе парогазовый импульс, поступающий из парогенератора в канал специального профиля передаёт свою энергию потоку атмосферного воздуху, при этом парогазовый поток сжимается, скорость уменьшается, а пассивный поток воздуха, получив энергию, ускоряется. Развернуться в канале рабочий газ физически не может. Процесс стабилизируется только тогда, когда энергия потоков выровняется и произойдет всасывание расчетной массы атмосферного воздуха. Без всасывания расчетной массы воздуха, возникает в канале нарушение принципа неразрывности потока, поэтому кинетическая энергия рабочего газа дросселирует в тепловую энергию и кинетическую энергию вращения. Сверхзвуковое сопло, в котором происходит горение топлива, также отличается конструктивно от известных аналогов, что позволяет защитить данное сопло патентом. В турбодвигателе используется топливный парогенератор, кинетическая энергия паров топлива инициирует работу компрессора, в котором тепло горения топлива увеличивает кинетическую энергию газовоздушного потока. Конструкция парогенератора и его параметры – это не принципиально.Термодинамический компрессор сохраняет уникальное Ноу-хау эксэрготрансформаторной камеры сгорания, которая имеет конечные размеры, но относительная длина её стремится к бесконечности, что позволяет сжигать топливо в ней даже при гиперзвуковых скоростях, проходящего через неё потока газа. Термодинамический компрессор – это инструмент, используемый в более сложных устройствах. Двигатель состоит из двухступенчатого термодинамического компрессора и эксэрготрансформатора.

В эксэрготрансформаторе утилизируется оставшаяся теплота горения топлива и снижается температура газовоздушного

, , потока но эксэргия остается неизменной что обеспечивает = 81%.теоретический КПД

Расчет первой ступени термодинамического компрессора.

Для проведения расчета примем атмосферные параметры: Р. = 0,1МПа, Т = 288°К, V= 0,8352 м³/кг; теплота сгорания топлива G = 44000КДж/кг;теплоемкость воздуха и продуктов сгорания топлива Ср. = 1,015КДж/кг, Cv. =0,725КДж/кг. R = 290Дж/кг×град.Для сгорания одного килограмма топлива необходимо 14,8 кг. воздуха.При сгорании одного килограмма воздуха выделяется тепла:

Q =44000:14,8 = 2973КДж. При сгорании одного килограмма воздуха температура смеси повышается ∆Т.=2973:1,015 = 2929. Иллюстрация расчета изменения состояния газа приведена T – S диаграмме (температура – энтропия). Топливо в количестве 4кг, нагнетаемое насосом до давления Р. = 3МПа и подаётся на охлаждение двигателя, где происходит его парообразование и нагрев до Т.= 2324°К. процесс 1. Пары топлива направляются в канал термодинамического компрессора, где расширяются процесс 1-2 до параметров: Р.= 100000Па. Т=980°К. V =2,84м3/кг. Холодный атмосферный воздух нагнетается механическим компрессором низкого давления до критических параметров: Ркр. = 189300Па, Т. = 345,6°К. Примем, что на один килограмм паров топлива подается в компрессор 3 кг. холодного воздуха, т. е. примем коэффициент всасывания: k = 3.Масса поступающего воздуха в сопло: Mв = 4×3 =12кг.Общая масса воздуха и паров топлива: Мо = 12+4= 16кг. В канале компрессора происходит сложение энергии двух потоков следующим способом. Холодный воздух, реализуя разность давления, со звуковой скоростью 342м/сек. и температурой Т.=288°К. поступает в канал, где встречается с потоком паров топлива, движущих со скоростью W=1652/сек. Т=980°К. Геометрия канала эксэрготрансформатора, определяет параметры общего газовоздушного потока. Теоретический расчет сложение потоков газа начнем с нахождения на изобаре Р.=189300Па общей точки, где в процессе изменения сумма энтропии будет равно нулю. Параметры этой точки 5: Т.= 469,4°К. V=0,719м3/кг. В точке 3: V=1,8м3/кг. В точке 4: V=0,5294м3/кг.

Пары топлива изотермически сжимаются по изотерме 3 до параметров: V=0,719м3/кг, Р =474325Па. отдают тепло своего сжатия холодному воздуху,который изотермически расширяясь по изотерме 4 доV. = 0,719м3/кг, поглощает его. Далее поток паров топлива отдает тепло при постоянном давлении Р.=474325Па, процесс 3-6. Температура точки 6: Т. =610°К.∆Т= (1176 - 610) : 3 = 188,7 Холодный воздух поглощает тепло процесс 4-5- 6 . Т = 345,6 + 188,7 = 534°К.Для адиабатного сжатия холодного воздуха процесс 6-7 необходимо затратить кинетическую энергию паров топлива ∆Т = (610 –534)×3=228.Затрачена работа процесс 3-9: ∆Т = 1176 + 228 = 1404. Работа паров продолжает адиабатное сжатие газовоздушного потока, реализую оставшуюся часть работы. Тт. = (2324-1404) : 4 +610 =840°К. Рт. = 1,4512МПа. Тт. = 840°К. Газовоздушный поток выходит с канала с параметрами W=683м/сек, давлением Р.=474325Па, V=0,373м3/кг, и направляется в специальное сверхзвуковое сопло, в котором происходит процесс горения топлива.

Горение топлива в сверхзвуковом сопле.Конструкция специального сверхзвукового сопла обеспечивает, теоретически полное сгорания топлива, при любых скоростях движение двух потоков газа, но для оптимизации процессов необходимо экспериментальное исследование процесс горения топлива в сверхзвуковом сопле. Для предварительного расчета принимаем, что потоки складываются, а потом происходит процесс горение топлива при V =Const. Температуру горения топлива ограничим Тг. =2400°К. Выделение тепла при сгорании 12 кг. воздуха: Q. = 12×2973 = 35676КДж.Повышение температуры: ∆Т = 35676 : 1,015: 16 = 2197.Повышение температуры продуктов сгорания топлива: Т = 610 +2197 = 2807°К. Температуру горения ограничим Тг. = 2400°К. Несгоревшее топливо поступает во вторую ступень термодинамического компрессора.Использованное тепло в первой ступени: ∆Q = 35676 – (2807 – 2400) ×16×1,015 = 29164КДж. Найдем параметры точки 8: Р.=1,866МПа. Тт. = 2400°К. V=0,373м3/кг. Найдем энергию точки 9: Т = 2400 + (840 – 610) = 2630 °К. i = 2670КДж/кг.Найдем параметры точки 10: Р.=100000Па. Тт. = 1040°К. V=3,м3/кг. Пары топлива и продукты их горения со скоростью W.= 1796м/сек. поступает во вторую ступень термодинамического компрессора.

Расчет второй ступени термодинамического компрессора.

Расчет аналогичен расчету первой ступени.Во вторую ступень термодинамического компрессора поступает поток паров топлива и продуктов их сгорания с параметрами: W.=1796м/сек, Р =100000Па, Т=1040°К, температура торможения Т=2630°К,масса потока m = 16кг.Компрессором низкого давления нагнетается воздух с параметрами:W. =342м/сек, Т=288°К, Р=100000Па, Рт.=189300Па, Тт.= 345,6°К.Примем коэффициент всасывания k =4 на один кг рабочего газа всасывается четыре кг. воздуха. Масса воздуха m = 4×16 = 64кг, полная масса газа, проходящая через вторую ступень m = 64+16 =80кг.Расчет сложения потоков произведем по изобаре Р.=189300Па общей для двух потоков газа и на ней найдем общую точку, где сумма изменения энтропии будет равно нулю. Параметры точки 5: Т.= 452,7°К. V=0,6935м3/кг. В точке 3: V=2,042м3/кг. В точке 4: V=0,5294м3/кг. Пары топлива, выполняя работу изотермического сжатия по изотерме 3 до Р.=521875Па, V=0,6935м3/кг, отдают тепло сжатия холодному воздуху, который изотермически расширяясь по изотерме 4 доV=0,6935м3/кг, поглощает его. Найдем точку 7 на изобаре Р.=521875Па, где изменение энтропии будет равно нулю: Т =610°К. V =0,339.Пары топлива охлаждаясь, передают тепло холодному от изотермы 3 по изобаре Р.=521875Па точка 7 до изохоры 4. Найдем точку 6: Т=(1248-610) : 4 + 345,6 = 505°К.Для сжатия газа до точки 7, необходимо кинетическую энергию паров топлива. Найдем точку 9: Т = (610 – 505) : 4 +1248 = 1668°К.Найдем температуру торможения общего потока точка 9: Тт. = (2630 - 1668) :5 +610 = 802,5°К. Рт. = 1,3628МПа.

Горение.Газовоздушный поток выходит с канала термодинамического компрессора с параметрами: W=625м/сек, давлением Р=521875Па, V=0,339м3/кг, и поступает в специальное сверхзвуковое сопло, в котором происходит процесс горения топлива.Выделение тепла при сгорании остатков топлива: Q. = 44000×4 = 176000 – 29164 = 146836КДж.Повышение температуры: ∆Т = 146836 : 1,015: 80 = 1808.Повышение температуры продуктов сгорания топлива: Т = 610 +1808 = 2418°К.Найдем параметры точки 10: Р.=2,0688МПа. Тт. = 2418°К. V=0,339м3/кг. Найдем энергию точки 11: Т= 2418 + (802,5 – 610) = 2610 °К. i = 2650КДж/кг.Найдем параметры точки 12: Р.=100000Па. Т. = 1018°К. V=2,95м3/кг. Газовоздушный поток со скоростью W.= 1798м/сек. поступает в канал эксэрготрансформатора.

Расчет эксэрготрансформатора газовоздушного турбодвигателясверхвысоких параметров газа.

Расчет эксэрготрансформатора аналогичен расчету термодинамического компрессора, но расчет упрощается, в связи отсутствием горения топлива икомпрессора низкого давления. Природа предусмотрела геометрию устройства, в котором два потока газа безударно складываются в общий поток. Свойства эксэрготрансформатора таковы, что вся мощь газовоздушного потока рабочего газа стабилизируется только тогда, когда в его канал поступит расчетное количества атмосферного воздуха. Газовоздушный поток создает в канале эксэрготрансформатора критическое разряжение Р.=52828Па, реализуя которое атмосферный воздух со скоростью 312м/сек. поступает в эксэрготрансформатор.Примем коэффициент всасывания k =3. Масса воздуха m = 3×80 = 240кг, а полная масса газа, проходящая через эксэрготрансформатор: m = 240+80 = 320кг.Расчет сложения потоков произведем по изобаре Р.=100000Па общей для двух потоков газа и на ней найдем общую точку 5, где сумма изменения энтропии будет равно нулю. Параметры точки 5: Т.= 395°К. V=1,145м3/кг. В точке 3: V=2,95м3/кг. В точке 4: V=0,8394м3/кг. Газовоздушный поток, выполняя работу изотермического сжатия по изотерме 3 до параметров: Р.=257834Па, V=1,145м3/кг, отдает тепло своего сжатия холодному воздуху, который изотермически расширяясь по изотерме 4доV=1,145м3/кг, поглощает его. Найдем точку 7 на изобаре Р.=257834Па, где изменение энтропии будет равно нулю: Т =518°К.Газовоздушный поток охлаждаясь, передают тепло холодному воздуху по цепочке: от изотермы 3 по изобаре Р.=257834Па точка 7 и до изохоры 4. Найдем точку 6: Т=(1018-518) : 3 + 288 = 454,7°К.Для сжатия газа до точки 7, необходимо затратить кинетическую энергию газовоздушного потока. Найдем точку 9: Т = (518 – 454,7) : 3 +1018 = 1208°К.Найдем температуру торможения общего потока точка 8: Тт. = (2610 - 1208) :4 +518 = 868,5°К. Рт. = 1,5762МПа. Выходящий из канала газовоздушный поток имеет следующие параметры:Сверхзвуковую скорость W = 843,5м/сек. Р. = 257834Па. Т=518°К.Для снижения скорости потока до звуковой скорости, газ направляется в специальный диффузор (ноу-хау), с которого выходит с параметрами: Т=724°К. Р.= 833670Па. W = 541,6м/сек.Далее газ направляется в обычный диффузор, где его давление определяется характеристиками турбины. Теоретическая работа определяется:А=(868,5 –395)×1,015×320 =153793КДж. КПД = 81%.

Вывод.

Предлагается уникальное открытие, изменяющее мир. Ежегодные затраты на поиски энергоэффективных технологий в мире огромные, это сотни миллиардов долларов, но результат близкий к нулю. За прошедшие полвека в энергетике не было никаких открытий и изобретений, оказавших существенное значение в повышении эффективности энергетики.Эксэрготрансформаторные технологии – это единственное реальное предложение, решающее существующие энергетические проблемы. Решает все эксперимент - изготовить устройство и произвести всестороннее испытание.Ожидаемый результат на 99% положительный.Необходима эффективная профессиональная команда и деньги.

Вопросы и предложения высылать на почту: kriloveckijj@rambler.ruКриловецкий Владимир Михайлович.