Предложена концепция газотурбинного струйного двигателя. Цель разработки - повышение термического коэффициента полезного действия (КПД) двигателя за счет увеличения температуры рабочего тела. Двигатель представляет собой устройство типа сегнерова колеса с вращающейся камерой сгорания и тангенциально установленными соплами. Вращающий момент создается за счет силы реакции струй, истекающих из сопел. Полное расширение рабочего тела происходит в системе роторов, установленных коаксиально с камерой сгорания и также оснащенных реактивными соплами. Охлаждение камеры сгорания и сопел камеры осуществляется жидкометаллическим теплоносителем, циркуляция которого обеспечивается за счет центробежных сил в сочетании с термосифонным эффектом. Расчетные оценки показывают, что при температуре рабочего тела, соответствующей температуре горения стехиометрической смеси углеводородного топлива с воздухом, термический КПД на расчетном режиме равен 0,46, удельный расход топлива 0,258 кг/квтч, что сопоставимо с соответствующими показателями для поршневых двигателей.
Презентация технологий и процессов газификации углей и углеводородов General Electric.
Газификация углей позволяет получать синтез-газ, который очищается на углеродных молекулярных ситах (сорбентах), изготовлением которых занимается компания "Сорбенты Кузбасса".
ПАССИВНЫЕ СИСТЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ
ИННОВАЦИОННЫХ ПРОЕКТОВ АЭС
Бахметьев А.М., Большухин М.А., Хизбуллин А.М., Соколов А.Н.
ОКБМ
III международная научно-практическая конференция
«АЭС: ПРОЕКТИРОВАНИЕ, СТРОИТЕЛЬСТВО, ЭКСПЛУАТАЦИЯ»
1 декабря 2009 года
«Инновационные решения при производстве турбогенераторов для распределенной э...BDA
Артемов Александр Владимирович, заместитель директора по продажам ПАО НПО «ЭЛСИБ» «Инновационные решения при производстве турбогенераторов для распределенной энергетики»
Презентация технологий и процессов газификации углей и углеводородов General Electric.
Газификация углей позволяет получать синтез-газ, который очищается на углеродных молекулярных ситах (сорбентах), изготовлением которых занимается компания "Сорбенты Кузбасса".
ПАССИВНЫЕ СИСТЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ
ИННОВАЦИОННЫХ ПРОЕКТОВ АЭС
Бахметьев А.М., Большухин М.А., Хизбуллин А.М., Соколов А.Н.
ОКБМ
III международная научно-практическая конференция
«АЭС: ПРОЕКТИРОВАНИЕ, СТРОИТЕЛЬСТВО, ЭКСПЛУАТАЦИЯ»
1 декабря 2009 года
«Инновационные решения при производстве турбогенераторов для распределенной э...BDA
Артемов Александр Владимирович, заместитель директора по продажам ПАО НПО «ЭЛСИБ» «Инновационные решения при производстве турбогенераторов для распределенной энергетики»
Gas turbine engines (GTE) have several advantages compared to piston engines. They have a higher power density, favorable for the transport of cars change torque, large 2-3 times at the expense of resource balance and minimize the friction surfaces, lower consumption of lubricating fluids, low requirements for fuel quality, regardless of the octane number, the smaller the time of preparation for the launch, especially at low temperatures. Meanwhile, GTE lose reciprocating engines in terms of efficiency.
The purpose of development - increasing the thermal coefficient of performance (COP) of the engine by increasing the temperature of the working fluid.
Gas turbine jet engine.
The conception of the gas turbine jet engine is suggested. The aim of the development is increase of the thermal efficiency coefficient as a consequence enhance jf the operating temperature.
La presentazione è stata proiettata in occasione del seminario "Innovare i processi educativi" - Esperienze a confronto.
Istituto Comprensivo Serramanna, 24 febbraio 2015
La presentazione "Insegnare l'italiano con la LIM" utilizzata nell'ambito del webinar, che si è tenuto il 28 novembre 2013 su Insegnalo.it, propone un uso mirato degli strumenti per un apprendimento efficace e collaborativo.
Il mio intervento presentato in occasione del seminario "Per una didattica a bassa direttività", 23 ottobre 2015, Istituto di Istruzione Superiore "G. Asproni - E. Fermi", Iglesias
Ridisegnare l'apprendimento grazie all'Innovative DesignCristiana Pivetta
Il mio intervento presentato in occasione del seminario "Per una didattica a bassa direttività", 30 ottobre 2015, Istituto di Istruzione Superiore "G. Asproni - E. Fermi", Iglesias
«Решения для малой генерации на базе микротурбинных установок отечественного ...BDA
Маклецова Алёна Олеговна, заместитель коммерческого директора АО СКБ «Турбина» Палагин Сергей Валерьевич, инженер-конструктор, руководитель проекта Московского Государственного Технического Университета им. Н. Э. Баумана «Решения для малой генерации на базе микротурбинных установок отечественного производства»
Проект: "Газотурбинный струйный двигатель (ГТСД)". Двигатель отличает повышенная топливная экономичность. Это достигается за счет повышения температуры рабочего тела (РТ) до стехиометрических значений с применением вращающейся камеры сгорания (КС), оснащенной тангенциально установленным реактивными соплами. Сила реакции струй, истекающих из сопел, создает вращающий момент. Полное расширение РТ осуществляется в системе вращающихся роторов, коаксиальных КС, и также оснащенных реактивными соплами. Вращение роторов синхронизировано с помощью редуктора, который передает суммарный вращающий момент на вал отбора мощности. Охлаждение КС осуществляется жидкометаллическим агентом, циркулирующим под действием центробежных сил, со сбросом тепла к входящему воздуху после компрессора, осуществляя тем самым цикл с регенерацией тепла. Получено расчетное значение термического КПД = 47%, что сопоставимо со значениями для дизельного двигателя при сохранении всех известных преимуществ, свойственных газотурбинным двигателям.
3. Преимущества традиционого
газотурбинного двигателя по сравнению с
поршневым:
Высокая удельная мощность;
Благоприятные моментные характеристики;
Относительная простота конструкции, хорошая
уравновешенность;
Нечувствительность к видам топлива;
Хорошие пусковые свойства;
Большой ресурс, нетребовательность к качеству
смазки.
Недостатки:
Низкая топливная экономичность.
4. Рабочий цикл ГТД
Термический КПД
)./( 00 lH
L
Q
Q
u
ee
t
Повышение температуры газов перед турбиной на 50
увеличивает значение ŋt на 2% [Р.М. Яблоник]
1
1
1
t
σ = pc /pa
)
1
1( 1
zpT TcL
)1(
1
apk TcL
Удельная работа турбины
Удельная работа компрессора
5. Прототип: В.Г. Некрасов
Комбинированный силовой агрегат
Автомобильная промышленность, 1996, № 11, 1997, № 1
)1(2
. )
1
(
оптк
Оптимальная
степень сжатия для
достижения
максимальной
экономичности при
заданном :
= Th / T1 = 288 / 2300 = 0,1252
– отношение
температуры на входе Th
к температуре в камере
сгорания перед сопловым
аппаратом турбины T1 ;
σк.опт 38
7. Газодинамический расчет проточного тракта двигателя
Исходя из заданных мощности и типичного КПД теплового двигателя т 40% находятся расходы
топлива gт и воздуха (G).
Задаются температура горения и степень сжатия компрессора. (T1= 2300K, σ = 20)
Определяются:
коэффициент полезной работы
скорость истечения из сопла (критическая)
кинетическая энергия струй
площадь критического сечения сопел
суммарная сила тяги сопел
реализуемая мощность от истечения струй N1 = Рc1Cс1 = Ec1
окружная скорость сопел
число оборотов ротора
неиспользованная кинетическая энергия струй E(1) = G (Wкр1 - Cc1)2
понижение температуры в процессе истечения
давление в пространстве истечения струй
1
1
к
11
1
2
RTWкр
2
2
1
GW
Ec
1
1
1
389,0 P
TG
Sc
Pс1 = p0c1 Fc1 f() – p2Fc1
1
1
1
c
c
P
N
С
Gc
N
TT
p
1
12
1
)(
2
1
1
2
T
T
p
p
1
1
1
60
d
С
n c
т
k
l
l
1
u
tт
H
N
g
8. Термический кпд идеального цикла
кс
выхлкс
t
T
TT
)1(1
)1()
1
1(
m
k
m
k
mт
t
Термический кпд реального цикла
t = 0,467
ŋт = 0,9, ŋк = 0,86.
Полезная мощность = сумма мощностей 2 – 4 ступеней: 35,64 + 29,99 + 25,2 = 90,83 кВт
Расход воздуха: G = 0,11 кГ/с;
Температура горения: Тz = 2300K;
Удельный расход топлива: g = 0,258 кг/кВтч = 0,19 кг/л.с.ч;
Параметр 1 ступень 2 ступень 3 ступень 4 ступень
(кам. сгор.)
Температура К 2300 1935 1628 1370
Давление, ата 20 10,7 5,7 3,0
Скорость истечения, м/с 870 805,0 738,4 677,4
Мощность ступени, кВт 41,6 35,64 29,99 25,2
Площадь крит. сеч. сумм., см2 0,678 1,162 2,00 3,432
Диаметр одного сопла, мм 4,64 6,1 8,0 10,5
Импульс струй, Н 167,3 153,2 140,8 129,2
Сила тяги сопл, Н 95,55 88,2 82,03 74,68
Отношение: тяга/импульс 0,575 0,576 0,582 0,578
Диаметр окружности сопел, м 0,25 0,30 0,35 0,40
Окружная скорость м/сек 435,7 336,6 261,4 211,3
Число оборотов 1/мин 33063 25717 19969 16142
Результаты газодинамического расчета
Остаточные параметры газа за четвертой ступенью: температура Tвыхл = 1152К, давление 1,62 ата.
t = 0,473
9. Порядок теплового расчета КС
lNu 4.08.0
PrRe023,0
L
Nu
WD
Re
pC
Pr
Расчет выполняется в критериальной форме:
Коэффициент теплоотдачи от горячих газов к стенке камеры сгорания:
градмВт
градсекм
ккал
D
Nu 2
2
1
1 /1,4000958,0
Теплоотдача при течении расплавленных металлов в трубах,
определяемая числом Нуссельта, зависит от числа Пекле (Pe)
Жаропрочные сплавы для роторов: на основе ниобия ВН2А, молибдена ЦМ3, вольфрама ВВ2 - сохраняют
прочность до 1200С; для камеры сгорания – бронзовые сплавы.
Жаростойкие керамики: нитрид бора и карбид вольфрама допускают температуру до 3000С.
Nu = a + bPe
a
uL
Pe
Pe 1000 Nu = 14 U =0,25м/сек
Коэффициент теплоотдачи к металлу: 2 = 3000 Вт/м2 град
Давление в жидкости p, возникающее при вращении КС
за счет центробежной силы
22
rp
При разности температур в “горячей” и “холодной” полостях рубашки
охлаждения 100С, перепад давления составит Δр = 4,7 МПа
Температура жидкометаллического теплоносителя: Тср2 = 608С
при условии, что площадь сброса тепла = 10 (площадь поверхности камеры сгорания)
10. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Расчетные оценки показывают, что предложенный газотурбинный струйный двигатель
обладает экономичностью, сравнимой с показателями для поршневых ДВС
Двигатель является «остро настроенным» на расчетный режим работы, поэтому его
применение, по-видимому, наиболее целесообразно в условиях постоянной нагрузки,
например, на автомобилях гибридных схем – для привода генераторов для заряда
аккумуляторов, в системах распределенной энергетики, на маломерных судах - в
качестве главного двигателя.
Изложенная концепция ГТД защищена патентами :
Патент на изобретение RU 2441998 C1 ГАЗОТУРБИННЫЙ СТРУЙНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ. А.В. Локотко.
Патент Германии на полезную модель Deutsche Patentanmeldung Mr. 20 2012 102 965.0 – IPC F23R
3/42, Bezeichnung Gastyrbinenstrahimotor, Gebrauchsmusterinhabar Lokotko, Anatolij V., RU, Tag der
Anmeldung 07.08.2012, Tag der Eintragung 04.09.2012.
Публикации:
А.В. Локотко. Газотурбинный струйный двигатель. // “Газотурбинные технологии “ № 10/2012 (111), с. 42 – 47.
А.В. Локотко. Газотурбинный струйный двигатель. //”Академический журнал Западной Сибири” № 4 (47), Том
9, 2013, с. 114-115.
А.В. Локотко. Газотурбинный струйный двигатель. //Сборник трудов XIII Семинара по струйным, отрывным и
нестационарным течениям. Томск 26-29.06.2012. С. 231-235.
А.В. Локотко. Газотурбинный струйный двигатель. // Новосибирский кооперационный форум “Новые
технологии для промышленного производства” 17.10.2012 г. Сборник трудов, 1 стр. (страницы не обозначены).
А.В. Локотко. Газотурбинный струйный двигатель // Austrian Journal of Technical and Natural Sciences. № 1 2014
p. 107 – 116.
А.В. Локотко. Газотурбинный струйный двигатель. // Х Международная конференция по неравновесным
процессам в соплах и струях (NPNJ’ 2014) 25 – 31 мая 2014, г. Алушта. Сборник трудов. С. 561 – 563.
12. НОУ ХАУ
В конструкции ГТСД устранены турбинные лопатки, за счет
чего удалось повысить температуру в камере сгорания до
максимального уровня в 2300ºK.
Конкурентные преимущества ГТСД:
• Термический КПД = 46% (у современных ГТД – 37%);
• Работа на любом жидком и газовом топливе, включая
отходы нефтепродуктов, кислые попутные газы, свалочный
газ;
• Экологическая чистота - лучше требований ЕВРО – 6;
• Простая конструкция - высокий ресурс и низкая
себестоимость.
13. Генерация электроэнергии и тепла
ГТУ ГТСД
Термический КПД (%) 35-39% 46%
Виды топлива
бензин нет да
дизельное топливо да да
газ да да
попутный газ, в т.ч. кислый нет да
отходы нефтепродуктов нет да
Продукт – компактный, легкий многотопливный электрогенератор для
нефтяников, газовиков, геологов и отдаленных поселков.
В России установлено более 48 тысяч объектов малой энергетики.
Емкость рынка на 2020 год – около 10 млрд. $.
ПРИМЕНЕНИЯ ГТСД
14. ПРИМЕНЕНИЯ ГТСД
Гибридный транспорт
Дизель ГТСД ЕВРО 6
NOx 9,6 0,060 0,50
CO 6,2 1,170 1,50
NMHC 2,9 0,017 0,13
Сажа 0,5 0,004 0,01
HCHO 0,12 0,008
Экологически чистый городской гибридный транспорт, использующий любой
экономически эффективный вид топлива, в т.ч. биогаз и биодизель.
Существенная экономия на инфраструктуре по сравнению с троллейбусом и
трамваем.
Вложения в НИОКР и модернизацию производства в РФ до 2020 г. - 23,6 млрд. руб.
Мировой рынок – 10 000 ед. или EUR 4 млрд. в год.
15. ПРИМЕНЕНИЯ ГТСД
Прочие применения
Выработка электроэнергии из биогаза в
животноводстве.
Повышение эффективности работы
городских очистных сооружений.
Утилизация свалочного газа.
Компактный и легкий автономный источник
электроэнергии и тепла для МЧС и
медицины катастроф.
16. БИЗНЕС МОДЕЛЬ
Продажа лицензий и комплекта конструкторской
документации на производство двигателя российским, а в
перспективе – зарубежным машиностроительным
предприятиям.
Потенциальные клиенты в РФ:
ФГУП «Завод имени В. Я. Климова»
ФГУП «ОМО им. П.И.Баранова»
ОАО «КAДВИ»
ОАО ИПП «Энергия»
Источник прибыли проекта – выручка от лицензирования конструкции
ГТСД, роялти, заказные разработки.
17. МАРКЕТИНГ
Рынок: Компактные многотопливные генераторы для систем
распределенной энергетики. Гибридные приводы для
легкового и общественного транспорта. Главные двигатели
для маломерных судов.
География: РФ, затем страны Азии и Латинской Америки
Объем рынка: мировой - $ 4 000 млн.; РФ - $ 500 млн.; рост
рынка в год: 5-10 %.
Конкуренты: Capstone corp. (США)
18. КОМАНДА
Локотко Анатолий Викторович - д.т.н., руководитель проекта.
специалист в области прикладной газовой динамики, двигателей
внутреннего сгорания; стаж работы по специальности 53 года. Имеет 7
патентов на изобретения.
Шушпанов Михаил Михайлович– ведущий конструктор, богатый опыт
проектирования газодинамических установок. Стаж работы по спец. 55
лет. Имеет 5 патентов на изобретения.
Трошин Павел Александрович – инженер-конструктор, энергичен,
стремится к совершенству в своей профессии. Стаж работы 5 лет.
19. ФИНАНСОВЫЙ ПЛАН
Сумма инвестиций: $ 620 тысяч
Распределение инвестиций: 100% - Инвестор
Выход инвестора: продажа доли стратегическому
инвестору
Срок окупаемости проекта: 42 месяца
2014 2015 2016 2017 2018
Реализация 1 500 2 500
Валовая прибыль 1 370 2 350
Инвестиции 87 287 246
20. ПЛАН - ГРАФИК
2012 год - Выполнены расчетные НИР, подтверждена принципиальная
возможность разработки ГТСД, получены базовые патенты: на конструкцию в РФ
и полезную модель Германии. Публикация в журнале “Газотурбинные
технологии” № 10, 2012.
2014 год - Выступление на Russian Startup Tour 26.02.2014. Публикация в
журнале “Austrian Journal of Technical and Natural Sciences” 1-2014.
2014-2015 годы - Создание юридического лица, разработка комплекта рабочей
конструкторской документации. Размещение заказов на изготовление составных
частей опытного образца ГТСД.
2016 год - Испытания составных частей опытного образца ГТСД, изучение и
оптимизация их параметров.
2017 год - Изготовление и испытания опытного образца ГТСД. Начало продаж
лицензий и комплектов конструкторской документации производителям
двигателей.
2018 год – Выход Инвестора из проекта