1. Газовоздушный турбодвигатель сверхвысоких параметров
рабочего газа.
Дальнейшие разработкиэксэрготрансформаторныхтехнологийпозволили
создать проектгазовоздушного турбодвигателя сверхвысокихпараметров,
превосходящихмаксимальныетемпературы горения топлива.
В турбодвигателе использован термодинамическийкомпрессор,
минимизирующий затраты энергии на сжатие холодного воздуха.
2. Предлагается проект газовоздушного турбодвигателя, в котором
использовано Ноу– хау - способбезударногосложения потоков газа.
Природапредусмотрелавозможность безударносложениедвух поток газа,
что принципиально отличает его от эжекторного способасложения, где
предусмотренпереход кинетической энергии в тепловую при ударе.
Аналогом эксэрготрансформатораможет быть ступень активной турбины,
где импульс пара, выходящийиз сопловогоканала, 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 своюэнергию
потоку атмосферного воздуху, приэтом парогазовыйпотоксжимается,
скоростьуменьшается, а пассивныйпоток воздуха, получив энергию,
ускоряется. Развернуться в канале рабочийгаз физическине может.
Процесс стабилизируется только тогда, когда энергия потоков выровняется и
произойдетвсасываниерасчетноймассы атмосферноговоздуха. Без
всасывания расчетноймассы воздуха, возникает в канале нарушение
принципа неразрывностипотока, поэтомукинетическая энергия рабочего
газа дросселируетв тепловую энергию и кинетическую энергию вращения.
Сверхзвуковоесопло, в котором происходитгорениетоплива, также
отличается конструктивно от известных аналогов, что позволяетзащитить
данное сопло патентом. В турбодвигателеиспользуется топливный
парогенератор, кинетическая энергия паров топлива инициирует работу
компрессора, в котором тепло горения топлива увеличивает кинетическую
энергию газовоздушного потока. Конструкция парогенератораиего
параметры – это не принципиально.
Термодинамическийкомпрессор сохраняетуникальное Ноу-хау
эксэрготрансформаторнойкамеры сгорания, которая имеетконечные
размеры, но относительная длина её стремится к бесконечности, что
позволяетсжигать топливо в ней даже при гиперзвуковыхскоростях,
проходящего через неё потока газа.
Термодинамическийкомпрессор – это инструмент, используемыйв более
сложныхустройствах. Двигатель состоитиз двухступенчатого
термодинамическогокомпрессораиэксэрготрансформатора.
В эксэрготрансформатореутилизируется оставшаяся теплотагорения
топливаи снижается температурагазовоздушного потока, но эксэргия
остается неизменной, что обеспечивает теоретическийКПД = 81%.
3.
4. Расчет первой ступени термодинамического компрессора.
Для проведения расчета примем атмосферныепараметры:
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 килограмматоплива необходимо 14,8 кг. воздуха.
При сгоранииодного килограммавоздухавыделяется тепла:
Q =44000:14,8 = 2973КДж.
При сгоранииодного килограммавоздухатемпература смесиповышается
∆Т.=2973:1,015 = 2929.
Иллюстрация расчета изменения состояния газаприведена T – S диаграмме
(температура – энтропия).
Топливо в количестве 4кг, нагнетаемое насосом до давления Р. = 3МПа и
подаётся на охлаждение двигателя, где происходитего парообразованиеи
нагрев до Т.= 2324°К. процесс 1. Пары топлива направляются в канал
термодинамическогокомпрессора, гдерасширяются процесс1-2 до
параметров: Р.= 100000Па. Т=980°К. V =2,84м3/кг.
Холодный атмосферный воздухнагнетается механическим компрессором
низкого давления до критических параметров: Ркр. = 189300Па, Т. = 345,6°К.
Примем, что на одинкилограмм 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 воздухаи паров топлива: Мо = 12+4= 16кг.
В канале компрессорапроисходитсложениеэнергии двух потоков
следующим способом.
Холодныйвоздух, реализуя разность давления, со звуковойскоростью
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.
Теоретическийрасчетсложение потоков газа начнем с нахождения на
изобареР.=189300Па общей точки, где в процессеизменения 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.
5. Пары топлива изотермическисжимаются по изотерме3 до параметров:
V=0,719м3/кг, Р =474325Па. отдают тепло своего сжатия холодномувоздуху,
которыйизотермическирасширяясьпо изотерме4 доV. = 0,719м3/кг,
поглощает его.
Далее потокпаров топлива отдает тепло при постоянном давлении
Р.=474325Па, процесс 3-6. Температура точки 6: Т. =610°К.
∆Т= (1176 - 610) : 3 = 188,7
Холодныйвоздух поглощает тепло процесс 4-5- 6 .
Т = 345,6 + 188,7 = 534°К.
Для адиабатного сжатия холодного воздухапроцесс 6-7 необходимо
затратить кинетическую энергию паров топлива ∆Т = (610 –534)×3=228.
Затрачена работа процесс 3-9: ∆Т = 1176 + 228 = 1404.
Работа паров продолжаетадиабатное сжатие газовоздушногопотока,
реализую оставшуюся часть работы.
Тт. = (2324-1404) : 4 +610 =840°К.
Рт. = 1,4512МПа. Тт. = 840°К.
Газовоздушныйпотоквыходитс канала с параметрами W=683м/сек,
давлением Р.=474325Па, V=0,373м3/кг, и направляется в специальное
сверхзвуковоесопло, в котором происходитпроцесс горения топлива.
Горение топлива в сверхзвуковом сопле.
Конструкция специального сверхзвуковогосоплаобеспечивает, теоретически
полное сгорания топлива, при любых скоростяхдвижение двух потоков газа,
но для оптимизации процессовнеобходимо экспериментальноеисследование
процесс горения топлива в сверхзвуковом сопле.
Для предварительного расчета принимаем, что потоки складываются, а потом
происходитпроцессгорениетоплива при V =Const. Температуру горения
топлива ограничим Тг. =2400°К.
Выделение тепла при сгорании12 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 термодинамическогокомпрессора.
Использованноетепло в первой ступени:
∆Q = 35676 – (2807 – 2400) ×16×1,015 = 29164КДж.
Найдем параметры точки8: 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 точки10: Р.=100000Па. Тт. = 1040°К. V=3,м3/кг.
Пары топлива и продукты их горения со скоростью W.= 1796м/сек. поступает
во вторуюступень термодинамического компрессора.
6.
7. Расчет второй ступени термодинамического компрессора.
Расчетаналогичен расчетупервой ступени.
Во вторую ступень термодинамическогокомпрессорапоступает потокпаров
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 низкогодавления нагнетается воздухс параметрами:
W. =342м/сек, Т=288°К, Р=100000Па, Рт.=189300Па, Тт.= 345,6°К.
Примем коэффициент всасывания k =4 на один кг рабочего газавсасывается
четыре кг. воздуха. Масса воздуха m = 4×16 = 64кг, полная масса газа,
проходящая через вторуюступень m = 64+16 =80кг.
Расчет сложения потоков произведем по изобареР.=189300Па общей для
двух потоков газа и на ней найдем общую точку, где сумма изменения
энтропиибудет 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 работуизотермического сжатия по изотерме 3 до
Р.=521875Па, V=0,6935м3/кг, отдают тепло сжатия холодномувоздуху,
которыйизотермическирасширяясьпо изотерме4 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 холодномуот изотермы 3 по
изобареР.=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.
8. Горение.
Газовоздушныйпотоквыходитс канала термодинамического компрессора с
параметрами: W=625м/сек, давлением Р=521875Па, V=0,339м3/кг, и
поступает в специальное сверхзвуковое сопло, в котором происходитпроцесс
горения топлива.
Выделение тепла при сгоранииостатков 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 точки10: 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 точки12: Р.=100000Па. Т. = 1018°К. V=2,95м3/кг.
Газовоздушныйпоток со скоростью W.= 1798м/сек. поступает в канал
эксэрготрансформатора.
9.
10. Расчет эксэрготрансформатора газовоздушного турбодвигателя
сверхвысоких параметров газа.
Расчетэксэрготрансформаторааналогиченрасчету термодинамического
компрессора, но расчетупрощается, в связиотсутствием горения топлива и
компрессоранизкого давления. Природапредусмотрелагеометрию
устройства, в котором двапотока газа безударно складываются в общий
поток. Свойстваэксэрготрансформаторатаковы, что вся мощь
газовоздушного потокарабочегогазастабилизируется только тогда, когдав
его канал поступит расчетноеколичестваатмосферного воздуха.
Газовоздушныйпотоксоздаетв канале эксэрготрансформаторакритическое
разряжениеР.=52828Па, реализуя котороеатмосферныйвоздух 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.
Расчетсложения потоков произведем по изобареР.=100000Па общей для
двух потоков газа и на ней найдем общую точку 5, где сумма изменения
энтропиибудет 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.
Газовоздушныйпоток, выполняя работуизотермическогосжатия по
изотерме3 до параметров: Р.=257834Па, V=1,145м3/кг, отдает тепло своего
сжатия холодномувоздуху, которыйизотермическирасширяясьпо изотерме
4доV=1,145м3/кг, поглощает его. Найдем точку 7 на изобаре Р.=257834Па,
где изменение энтропиибудет равно нулю: Т =518°К.
Газовоздушныйпоток 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 точка8:
Тт. = (2610 - 1208) :4 +518 = 868,5°К. Рт. = 1,5762МПа.
Выходящий из канала газовоздушныйпотокимеет следующие параметры:
СверхзвуковуюскоростьW = 843,5м/сек. Р. = 257834Па. Т=518°К.
Для снижения скоростипотокадо звуковойскорости, газ направляется в
специальный диффузор (ноу-хау), с которого выходитс параметрами:
Т=724°К. Р.= 833670Па. W = 541,6м/сек.
Далее газ направляется в обычныйдиффузор,гдеего давление определяется
характеристиками турбины.
Теоретическая работаопределяется:
А=(868,5 –395)×1,015×320 =153793КДж. КПД = 81%.
11. Вывод.
Предлагается уникальное открытие, изменяющее мир. Ежегодные затраты на
поискиэнергоэффективных технологий в мире огромные, это сотни
миллиардов долларов, но результат близкий к нулю. За прошедшие полвека в
энергетике не было никаких открытийи изобретений, оказавших
существенное значение в повышении эффективности энергетики.
Эксэрготрансформаторныетехнологии – это единственноереальное
предложение, решающее существующие энергетическиепроблемы.
Решает все эксперимент - изготовить устройствоипроизвестивсестороннее
испытание.
Ожидаемыйрезультат на 99% положительный.
Необходима эффективная профессиональная командаи деньги.
Вопросы и предложения высылать на почту: kriloveckijj@rambler.ru
КриловецкийВладимир Михайлович.