Топливо со сверхнизким содержанием серы и способ уменьшения конденсационного следа

Способ уменьшения конденсационного следа газотурбинного двигателя заключается в том, что подают топливо со сверхнизким содержанием серы, с концентрацией серы меньше чем одна часть на миллион, в камеру сгорания газотурбинного двигателя для снижения количества содержащих серу побочных продуктов, образующихся в выхлопе газотурбинного двигателя. Композиция авиационного топлива используется со сверхнизким содержанием серы, содержащая авиационное топливо, имеющее концентрацию серы меньше чем одна часть на миллион. Изобретение позволяет уменьшить или устранить конденсационный след с помощью топлива 30 со сверхнизким содержанием серы и обеспечивает следующие преимущества: устраняется проблема вызываемого авиацией изменения климата, стоимость топлива или масса воздушного судна не увеличиваются из-за добавок, потребление топлива не изменяется, а выброс твердых частиц снижается. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Перекрестные ссылки на родственные заявки

По настоящей заявке испрашивается приоритет на основании заявки США №12/614,640, поданной 9 ноября 2009, и предварительной заявки США №61/114,486, поданной 14 ноября 2008.

Уровень техники

Раскрываемые сведения относятся к конденсационным следам, которые создаются выхлопом из двигателей воздушного судна.

Горячий выхлоп из двигателей воздушного судна при определенных температуре и влажности создает видимые шлейфы из конденсированной воды, известные как конденсационные следы. Например, горячий выхлоп смешивается с более холодным, влажным окружающим воздухом и вызывает конденсацию/преципитацию воды в виде мелких капель или кристаллов льда. Имеется предположение, что конденсационные следы способствуют изменению климата Земли за счет задержки исходящего излучения либо непосредственно либо в увеличенном масштабе путем стимуляции облакообразования, подобно парниковым газам. Кроме того, конденсационный след может представлять проблему для операторов воздушного судна, которые хотели бы свести к минимуму возможность зрительного обнаружения воздушного судна.

В ряде случаев имеется возможность предотвратить образование воздушным судном конденсационных следов путем избегания полетов в условиях, способствующих образованию конденсационного следа. Однако, в зависимости от воздушного судна, маршрута полета или других условий, не всегда является возможным избежать условий, способствующих образованию конденсационного следа. Кроме того, маршруты полетов, предотвращающие образование конденсационного следа, могут быть более длинными и/или требовать сжигания большего количества топлива, что повышает издержки и увеличивает выработку СO2, а это скорее способствует эффекту глобального потепления, чем уменьшает его.

Для уменьшения конденсационного следа могут использоваться добавки к топливу или к выхлопу. Например, добавки влияют на размер капель конденсированной воды или кристаллов льда. Капли или кристаллы льда определенных размеров могут быть невидимыми. К числу проблем при использовании добавок относятся высокая стоимость добавок (значительно повышающая стоимость топлива, которая и без того является серьезной проблемой авиационной промышленности), создаваемая добавками дополнительная масса, вызванные добавками уменьшение срока службы или ухудшение рабочих характеристик двигателя.

Раскрытие изобретения

Вариант способа уменьшения конденсационного следа газотурбинного двигателя включает подачу топлива со сверхнизким содержанием серы в камеру сгорания газотурбинного двигателя для снижения количества содержащих серу побочных продуктов, образующихся в выхлопе газотурбинного двигателя.

Другой вариант способа уменьшения конденсационного следа газотурбинного двигателя включает установку такого критического порога для количества содержащих серу побочных продуктов в выхлопе газотурбинного двигателя, что, если критический порог не превышен, то выхлоп образует значительно меньший конденсационный след, когда газотурбинный двигатель совершает полет в условиях, способствующих образованию конденсационного следа.

Композиция авиационного топлива со сверхнизким содержанием серы содержит концентрацию серы, которая меньше одной части на миллион.

Краткое описание чертежей

Различные признаки и преимущества раскрытых примеров станут понятны для специалистов в данной области из нижеприведенного подробного описания. Чертежи, которые прилагаются к подробному описанию, кратко описаны ниже.

Фиг.1 иллюстрирует пример газотурбинного двигателя, использующего топливо со сверхнизким содержанием серы при полете в условиях, способствующих образованию конденсационного следа.

Осуществление изобретения

Фиг.1 иллюстрирует некоторые части примерного газотурбинного двигателя 20, который может быть использован на воздушном судне. В этом примере газотурбинный двигатель 20 включает компрессор 22, камеру 24 сгорания, принимающую сжатый воздух из компрессора 22, и турбину 26, принимающую выхлоп 28 из камеры 24 сгорания. Следует понимать, что имеются различные типы газотурбинных двигателей, во многих из которых могут быть воплощены преимущества раскрываемых примеров, поэтому описываемая конструкция не является ограничением.

Газотурбинный двигатель 20 использует топливо 30 со сверхнизким содержанием серы для уменьшения конденсационного следа от газотурбинного двигателя 20 при полете в условиях 32, способствующих образованию конденсационного следа. Стандартное авиационное топливо содержит 30-3000 частей серы на миллион. Топливо 30 со сверхнизким содержанием серы в раскрываемом примере содержит концентрацию серы, которая меньше, чем приблизительно одна часть на миллион, для снижения количества содержащих серу побочных продуктов в выхлопе 28. В других примерах топливо 30 со сверхнизким содержанием серы может иметь концентрацию серы, которая меньше, чем 300 частей на миллиард, или концентрацию серы, которая ниже предела обнаружения (т.е. номинально равна нулю). Содержащие серу побочные продукты (например, содержащие SO3) могут быть в форме частиц, химических соединений или иных субстанций, выбрасываемых в выхлопе 28.

Содержащие серу побочные продукты могут действовать в качестве очагов конденсации воды в условиях, способствующих образованию конденсационного следа. Например, содержащие серу побочные продукты являются чрезвычайно гигроскопичными по сравнению с углеродными или другими частицами в выхлопе. Содержащие серу побочные продукты, в том числе любые содержащие серу побочные продукты, ассоциировавшиеся с частицами сажи, притягивают молекулы водяного пара сильнее, чем частицы других типов в выхлопе. Содержащие серу побочные продукты могут быстро накапливать воду и образовывать капли, что приводит к образованию конденсационных следов. Количество содержащих серу побочных продуктов в выхлопе 28 снижено при использовании топлива 30 со сверхнизким содержанием серы. Топливо 30 со сверхнизким содержанием серы, следовательно, уменьшает или устраняет конденсационный след, поскольку в выхлопе 28 имеется мало содержащих серу побочных продуктов, служащих очагами конденсации и образования водяных капель.

Уменьшение или устранение конденсационного следа с помощью топлива 30 со сверхнизким содержанием серы обеспечивает следующие преимущества: устраняется проблема вызываемого авиацией изменения климата, стоимость топлива или масса воздушного судна не увеличиваются из-за добавок, потребление топлива не изменяется, а выброс твердых частиц снижается.

Желаемые концентрации серы в топливе 30 со сверхнизким содержанием серы для уменьшения или устранения конденсационного следа могут быть предварительно определены. Например, может быть установлен критический порог для количества содержащих серу побочных продуктов в выхлопе 28, такой что, если критический порог не превышен, то выхлоп 28 образует значительно меньший конденсационный след, когда газотурбинный двигатель 20 совершает полет в условиях 32, способствующих образованию конденсационного следа. В одном примере уменьшение конденсационного следа может быть поставлено в соответствие со степенью видимости конденсационного следа, средним размером капель воды или другим параметром для оценки конденсационного следа.

Топливо 30 со сверхнизким содержанием серы может быть получено любым из множества способов. В одном примере топливо 30 со сверхнизким содержанием серы может представлять собой углеводородное топливо, полученное с помощью процесса Фишера-Тропша, в которое не добавлена сера или содержащие серу добавки. В этом случае топливо 30 со сверхнизким содержанием серы может иметь близкую к нулю или не поддающуюся обнаружению концентрацию серы.

В другом примере топливо 30 со сверхнизким содержанием серы может быть получено путем удаления серы из имеющегося авиационного топлива. Имеющееся топливо может представлять собой, например, синтетическое топливо или полученное из нефти топливо. Для удаления серы из имеющегося топлива может быть использовано, например, оборудование для удаления серы.

Независимо от способа получения топлива 30 со сверхнизким содержанием серы, проблемой при использовании топлива 30 со сверхнизким содержанием серы может быть загрязнение серой от имеющихся средств доставки топлива. Например, авиационное топливо обычно транспортируется с помощью средств доставки, которые могут работать с множеством различных типов топлива. Остаточные количества топлива одного типа могут оставаться в средствах доставки и примешиваться к транспортируемому в дальнейшем топливу. Как правило, примешивание является незначительным и не влияет на рабочие характеристики двигателя. Однако примешивание даже малого количества содержащего серу топлива к топливу 30 со сверхнизким содержанием серы может поднять концентрацию серы выше желаемой/пороговой концентрации, что приведет к образованию конденсационного следа. Аналогичным образом, газотурбинный двигатель 20 или топливная система воздушного судна могут содержать остатки содержащего серу топлива. Следовательно, может требоваться промывка средств доставки, топливной системы воздушного судна и газотурбинного двигателя 20 для предотвращения загрязнения.

Несмотря на то, что в описанных примерах показано сочетание признаков, наличие их всех не является обязательным условием для обеспечения положительного эффекта от различных вариантов осуществления изобретения. Иными словами, система, выполненная в соответствии с вариантом осуществления изобретения, не обязательно включает все признаки или части, показанные на фигурах. Более того, некоторые признаки одного примера осуществления изобретения можно сочетать с некоторыми признаками другого примера осуществления.

Приведенное выше описание носит пояснительный, но не ограничительный характер. Специалисты в данной области с легкостью могут предложить изменения и модификации раскрытых примеров, которые входят в сущность изобретения.

1. Способ уменьшения конденсационного следа газотурбинного двигателя, в котором подают топливо со сверхнизким содержанием серы, с концентрацией серы меньше чем одна часть на миллион в камеру сгорания газотурбинного двигателя для снижения количества содержащих серу побочных продуктов, образующихся в выхлопе газотурбинного двигателя.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что газотурбинный двигатель совершает полет в условиях, способствующих образованию конденсационного следа.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что концентрация серы в топливе со сверхнизким содержанием серы меньше чем 300 частей на миллиард.

4. Способ по п.1, в котором устанавливают такой критический порог для количества содержащих серу побочных продуктов в выхлопе газотурбинного двигателя, что, если критический порог не превышен, то выхлоп образует значительно меньший конденсационный след, когда газотурбинный двигатель совершает полет в условиях, способствующих образованию конденсационного следа.

5. Композиция авиационного топлива со сверхнизким содержанием серы, содержащая авиационное топливо, имеющее концентрацию серы меньше чем одна часть на миллион.

6. Композиция по п.5, отличающаяся тем, что концентрация серы меньше чем 300 частей на миллиард.

7. Композиция по п.5, отличающаяся тем, что концентрация серы номинально равна нулю.

8. Композиция по п.5, отличающаяся тем, что авиационное топливо представляет собой синтетическое углеводородное топливо.

9. Композиция по п.5, отличающаяся тем, что авиационное топливо представляет собой топливо, полученное из нефти.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к турбореактивным двигателям, преимущественно двухконтурным, и пригодно для газотурбинных двигателей. .

Изобретение относится к области теплоэнергетики. .

Изобретение относится к энергетическим установкам и может быть использовано при создании наземных установок для получения электроэнергии и тепла с высокой эффективностью и при высоких экологических показателях, в том числе и при утилизации твердых бытовых и промышленных отходов (ТБО).

Изобретение относится к газотурбинным источникам электроэнергии, а именно к малоразмерным газотурбинным установкам - микротурбинам, и может применяться в энергетике, а также в автомобильном, железнодорожном, водном, воздушном транспорте в составе силовых установок с электроприводом.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к газотурбинным двигателям, и может быть использовано в двигателестроении. .

Изобретение относится к машиностроению, в частности к газотурбинным двигателя, и может быть использовано в двигателе-строении. .

Изобретение относится к области двигателестроения и предназначено для использования в двигателях и установках внутреннего сгорания, работающих одновременно на нескольких видах топлива (в том числе на жидком и газообразном топливах), преимущественно в газотурбинных двигателях (ГТД) различного назначения (наземных, воздушных и морских силовых установках).
Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано на различных видах транспорта и в отопительных системах жилых помещений и обогрева человека в экстремальных условиях.

Изобретение относится к способу производства энергии с высоким коэффициентом полезного действия. .

Изобретение относится к способам получения продуктов окисления и выработки электроэнергии с использованием твердой электролитической ионопроводящей мембраны или мембраны со смешанной проводимостью, объединенной с газовой турбиной.

Изобретение относится к газотурбинным двигателям и может быть применимо для сверхзвуковой военной авиации и гиперзвуковых самолетов. Водородный воздушно-реактивный двигатель содержит воздухозаборник, корпус, по меньшей мере, один компрессор, камеру сгорания с топливным коллектором, установленную за компрессором и соединенную с ним воздушным трактом, по меньшей мере, одну турбину и, по меньшей мере, один вал, соединяющий компрессор и турбину, реактивное сопло и систему подачи водорода к камере сгорания. Корпус камеры сгорания выполнен заодно с теплообменником кольцевой формы с входным и выходным коллекторами. Выходной коллектор соединен с топливным коллектором. Изобретение направлено на повышение энергетических возможностей газотурбинного двигателя, работающего на водороде, повышение степени сжатия компрессора, увеличение силы тяги двигателя и улучшение его удельных характеристик. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Газотурбинный двигатель содержит корпус, герметизирующую вход в корпус крышку, систему подачи электролита, выполненную в виде форсунки с кавитатором, размещенный в корпусе вал компрессора и турбины, электролизер-кавитатор, местное сужение канала с центральным телом. Электролизер-кавитатор установлен в обособленном корпусе герметично, соединенном с камерой сгорания и с возможностью подачи газовой смеси под давлением за компрессором, через электролизер-кавитатор с центральным телом в камеру сгорания с воспламеняющим устройством. На выходе из камеры сгорания установлено устройство для разделения газового потока, содержащее сверхзвуковое сопло, внешнюю трубу, внутреннюю трубу, коаксиально расположенные друг относительно друга, канал рециркуляции дозвукового потока обратно в камеру сгорания. Изобретение направлено на увеличение КПД газотурбинного двигателя. 2 ил.

Трехкомпонентный воздушно-реактивный двигатель содержит воздухозаборник, корпус, по меньшей мере, два компрессора, камеру сгорания, по меньшей мере две газовые турбины, по меньшей мере два вала, соединяющих компрессоры и газовые турбины, реактивное сопло и систему подачи водородного топлива. Между компрессорами установлен, по меньшей мере, один водородно-воздушный теплообменник, подключенный к системе подачи водородного топлива. Двигатель также выполнен с системой подачи углеводородного топлива и системой подачи жидкого кислорода. Камера сгорания содержит три группы форсунок. Изобретение направлено на повышение степени сжатия компрессора, увеличение силы тяги двигателя и улучшение его удельных характеристик. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Газотурбинный двигатель содержит воздушный тракт, содержащий, в свою очередь, воздухозаборник и, по меньшей мере, одну ступень компрессора, камеру сгорания, газовую турбину, по меньшей мере один вал, соединяющий компрессор и газовую турбину, реактивное сопло и систему подачи топлива. Газотурбинный двигатель содержит активатор воздуха, который установлен вне двигателя, и его вход присоединен к выходу из компрессора, а выход из активатора воздуха соединен с камерой сгорания. Изобретение направлено на повышение энергетических возможностей газотурбинного двигателя. 19 ил.

Двигательная установка гиперзвукового самолета содержит мотогондолу, воздухозаборник, корпус, компрессор, камеру сгорания, установленную за компрессором, газовую турбину, реактивное сопло и топливную систему, использующую водород, соединенную с камерой сгорания. Двигатель выполнен по трехвальной схеме. Мотогондола выполнена с системой ее охлаждения, которая соединена с топливной системой. Компрессор выполнен трехкаскадным, содержащим компрессоры низкого, среднего и высокого давления. За компрессором низкого давления установлен первый водородно-воздушный теплообменник. Между компрессорами среднего и высокого давления установлен второй водородно-воздушный теплообменник. Внутри воздушного тракта между компрессорами низкого и среднего давлений коаксиально валам установлена биротативная водородная турбина, которая имеет входной и выходной коллекторы. Входной коллектор соединен с выходом из последовательно соединенных водородно-воздушных теплообменников, а выходной - с камерой сгорания. Газовая турбина выполнена из газовой турбины высокого давления и газовой турбины низкого давления. Биротативная водородная турбина и компрессор среднего давления соединены вторым валом. Компрессор высокого давления соединен третьим валом с газовой турбиной низкого давления. Изобретение направлено на повышение энергетических возможностей газотурбинного двигателя, повышение степени сжатия компрессора, увеличение силы тяги двигателя и улучшение его удельных характеристик. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение может быть использовано в стационарных газотурбинных установках в камере сгорания топлива. Способ работы газотурбинной установки непрерывного действия заключается в сжатии поступающего воздуха в компрессоре, подаче сжатого воздуха и топлива в первую камеру сгорания, сжигании в первой камере сгорания топлива, расширении образовавшихся продуктов сгорания в первой турбине, использовании, по меньшей мере, части механической энергии, вырабатываемой первой турбиной для привода компрессора, последующей подаче расширившихся продуктов сгорания и топлива во вторую камеру сгорания и расширении образовавшихся продуктов сгорания во второй турбине для производства механической энергии. В качестве топлива, подаваемого во вторую камеру сгорания, используют неоксидированные наночастицы алюминия, радиус которых составляет не более 25 нанометров. На выходе второй турбины обеспечивают образование коронного разряда для обработки продуктов сгорания. Обработанные продукты сгорания направляют в электростатический фильтр для отделения частиц образовавшегося корунда, который является дополнительным продуктом, производимым газотурбинной установкой, и направляют, по меньшей мере, часть продуктов сгорания, прошедших через электростатический фильтр, в первую камеру сгорания, где их используют в качестве дополнительного топлива. Для защиты от оксидирования подачу наночастиц алюминия во вторую камеру сгорания осуществляют в среде азота. Технический результат заключается в повышении КПД установки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к энергетике. Газоперекачивающий агрегат, содержащий воздушный тракт, содержащий, в свою очередь, воздухозаборник, компрессор, камеру сгорания, газовую турбину, вал, соединяющий компрессор и газовую турбину, свободную турбину, соединенную с газовым компрессором, и систему подачи топливного газа в камеру сгорания с топливопроводом, причём система подачи топливного газа содержит электролизер воды и смеситель водорода и кислорода с топливным газом, установленным перед камерой сгорания, при этом к смесителю присоединена система подачи воды. Изобретение позволяет повысить полноту сгорания топлива в газотурбинном двигателе, используемом в качестве привода газоперекачивающего агрегата, а также улучшить его удельные характеристики и уменьшить эмиссию вредных веществ. 17 з.п. ф-лы, 24 ил.

Газотурбинный двигатель с внешним теплообменником содержит корпус и герметизирующую вход в корпус крышку, компрессор, камеру сгорания, систему подачи электролита через форсунку с кавитатором, воспламеняющее устройство, турбину и электролизер. Герметизирующая вход в корпус крышка выполнена с возможностью регулируемого забора воздуха в двигатель. Система подачи электролита выполнена с возможностью подачи электролита через форсунку с кавитатором в поток забираемого в двигатель воздуха и с возможностью подачи топлива в камеру сгорания. Электролизер выполнен в виде кавитатора с центральным телом путем подводки постоянного электрического тока от источника питания к элементам кавитатора и установлен в обособленном корпусе, герметично соединенном с камерой сгорания, с возможностью подачи газовой смеси под давлением за компрессором через этот электролизер-кавитатор с центральным телом в камеру сгорания, трубу Леонтьева для разделения потока газа из камеры сгорания на дозвуковую и сверхзвуковую составляющие, канал рециркуляции дозвукового потока. Канал рециркуляции дозвукового потока соединен с теплообменником. Изобретение направлено на сокращение расхода топлива и повышение экономичности двигателя. 2 ил.

Газотурбинный двигатель с паровыми форсунками содержит корпус и герметизирующую вход в корпус крышку, компрессор, камеру сгорания, систему подачи электролита через форсунку с кавитатором, воспламеняющее устройство, турбину и электролизер. Герметизирующая вход в корпус крышка выполнена с возможностью регулируемого забора воздуха в двигатель. Система подачи электролита выполнена с возможностью подачи электролита через форсунку с кавитатором в поток забираемого в двигатель воздуха и с возможностью подачи топлива в камеру сгорания. Электролизер выполнен в виде кавитатора с центральным телом путем подводки постоянного электрического тока от источника питания к элементам кавитатора и установлен в обособленном корпусе. Корпус герметично соединен с камерой сгорания, с возможностью подачи газовой смеси под давлением за компрессором через этот электролизер-кавитатор с центральным телом в камеру сгорания, трубу Леонтьева для разделения потока газа из камеры сгорания на дозвуковую и сверхзвуковую составляющие, канал рециркуляции дозвукового потока. Перед трубой Леонтьева установлена паровая форсунка, впрыскивающая пар в дозвуковой и сверхзвуковой потоки газа. Изобретение приводит к большему повышению температуры газа перед турбиной и, следовательно, к повышению КПД. 2 ил.

Изобретение относится к энергетике и машиностроению и может использоваться в двигателестроении. Газотурбинный двигатель содержит корпус, герметизирующую вход в корпус крышку, систему подачи электролита, выполненную в виде форсунки с кавитатором с подачей электролита в поток забираемого в двигатель воздуха, электролизер-кавитатор, местное сужение канала с центральным телом. Причём, подвод постоянного электрического тока от аккумулятора к элементам кавитатора осуществляют, например, к его местному сужению и к его центральному телу. На выходе из камеры сгорания установлено устройство для разделения потока газа, содержащее сверхзвуковое сопло, внешнюю трубу, внутреннюю трубу, коаксиально расположенные друг относительно друга, канал рециркуляции дозвукового потока обратно в камеру сгорания. При этом в направляющих лопатках компрессора газотурбинного двигателя выполнены демпфирующие полости. Изобретение позволяет увеличить запас газодинамической устойчивости компрессора газотурбинного двигателя, снизить сопротивление направляющих лопаток, повысить КПД газотурбинного двигателя. 3 ил.

Способ уменьшения конденсационного следа газотурбинного двигателя заключается в том, что подают топливо со сверхнизким содержанием серы, с концентрацией серы меньше чем одна часть на миллион, в камеру сгорания газотурбинного двигателя для снижения количества содержащих серу побочных продуктов, образующихся в выхлопе газотурбинного двигателя. Композиция авиационного топлива используется со сверхнизким содержанием серы, содержащая авиационное топливо, имеющее концентрацию серы меньше чем одна часть на миллион. Изобретение позволяет уменьшить или устранить конденсационный след с помощью топлива 30 со сверхнизким содержанием серы и обеспечивает следующие преимущества: устраняется проблема вызываемого авиацией изменения климата, стоимость топлива или масса воздушного судна не увеличиваются из-за добавок, потребление топлива не изменяется, а выброс твердых частиц снижается. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх