Способ работы газотурбинного двигателя солнечного тепла

 

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 η_c = 0,85, КПД расширения газа η_p = 0,92; Т_н = 288 К, ε = 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 η_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;
η_c - КПД сжатия воздуха в ГТД;
η_p - КПД расширения газа в ГТД;

умножаем уравнение на



al² - bl + c = 0

Принимаем:
η_c = 0,85; η_p = 0,92; T_н = 288 К;




1,125l² - 2,03l + 0,15 = 0.

;
.

С учетом КПД получение электроэнергии на тепловых паро-силовых установках η_псу = 0,4, тепловая эффективность ГТД солнечного тепла (η_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 η_c = 0,85, КПД расширения газа η_p = 0,92; Тн = 288 К получим ε = 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 η_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;
ε - 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

Рисунок 1

Другие изменения, связанные с зарегистрированными изобретениями

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