RU194098U1

RU194098U1 - A device for a short-term increase in the power of a gas turbine engine of a tank by supplying liquid and (or) steam

Info

Publication number: RU194098U1
Application number: RU2019108857U
Authority: RU
Inventors: Сергей Владимирович Приймак; Сергей Дмитриевич Коровин; Вячеслав Робертович Эдигаров; Валерий Викторович Кольб; Петр Александрович Сенькин; Ботагоз Шайдуловна Алимбаева; Вячеслав Степанович Калекин; Сергей Эдуардович Дадаян; Андрей Александрович Смолин; Мурат Сайдохмедович Исмаилов; Роман Аширович Болдин; Алексей Петрович Проговоров; Бекзат Мухтарович Шаменов; Никита Олегович Рыжков; Алексей Викторович Музыка
Original assignee: Вячеслав Робертович Эдигаров; Валерий Викторович Кольб
Priority date: 2019-03-26
Filing date: 2019-03-26
Publication date: 2019-11-28

Abstract

Полезная модель относится к двигателестроению. Устройство кратковременного увеличения мощности газотурбинного двигателя танка подачей жидкости и(или) пара, содержащее двухступенчатый компрессор, систему впрыска мелкодисперсной жидкости в компримируемый воздух, датчик акселератора, датчик частоты вращения силовой турбины, насосы подачи воды в теплообменник и в систему впрыска мелкодисперсной жидкости, резервуар с водой, сепаратор, аккумулятор пара, обратный клапан, регулируемые паровые заслонки подачи пара к турбинам высокого и низкого давления, байпасный клапан, конденсатор, датчики температуры и давления, блок управления, при этом система впрыска мелкодисперсной жидкости в компримируемый воздух включает емкость с активатором, дозатор, смеситель, регулируемую заслонку, форсунку распыла жидкости.Полезная модель позволяет кратковременно увеличить мощность газотурбинного двигателя танка подачей мелкодисперсной жидкости на компрессор первого каскада и(или) подачей пара под большим давлением на турбину высокого и низкого давления, благодаря чему удается повысить КПД и удельную мощность ГТД, уменьшить эффект «турбоямы» и несколько снизить эффект «турбоподхвата».The utility model relates to engine manufacturing. A device for a short-term increase in the power of a gas turbine engine of a tank by supplying a liquid and (or) steam, containing a two-stage compressor, a system for injecting finely dispersed liquid into compressed air, an accelerator sensor, a rotational speed sensor for a power turbine, pumps for supplying water to the heat exchanger and to the finely dispersed liquid injection system, a tank with water, separator, steam accumulator, check valve, adjustable steam shutters for steam supply to high and low pressure turbines, bypass valve, condenser, dates temperature and pressure sensors, a control unit, while the system of finely dispersed liquid injection into the compressed air includes a container with an activator, a dispenser, a mixer, an adjustable damper, and a liquid atomizing nozzle. A useful model allows for a short-term increase in the capacity of a tank gas turbine engine by supplying finely dispersed liquid to the compressor of the first cascade and (or) by supplying steam under high pressure to the high and low pressure turbine, due to which it is possible to increase the efficiency and specific power of the gas turbine engine, to reduce the effect of “t rboyamy "and somewhat reduce the effect of" turbopodhvata ".

Description

Полезная модель относится к газотурбинным двигателям (ГТД) танков и может быть использована для быстрого кратковременного увеличения удельной мощности силовой установки танка.The utility model relates to gas turbine engines (GTE) of tanks and can be used to quickly increase the specific power of a tank’s power plant for a short time.

Силовые установки танков с ГТД имеют ряд негативных особенностей, характерных для газотурбинных силовых установок, используемых в транспортных средствах специального назначения, среди которых можно назвать эффект запаздывания роста давления воздуха в компрессоре первого и второго каскада двигателя и инерционность увеличения оборотов силовой турбины при резком нажатии на педаль акселератора, вследствие инерции нарастания давления газов на турбинах первого и второго каскада - эффект «турбоямы». И после преодоления эффекта «турбоямы» имеет место резкое увеличение давления воздуха, нагнетаемого компрессорами первого и второго каскада ГТД - так называемый «турбоподхват», с последующим увеличением оборотов силовой турбины, также обусловленный инертностью турбокомпрессоров. Вышеуказанные особенности негативно влияют на общую управляемость танка с ГТД.The power plants of tanks with gas turbine engines have a number of negative features characteristic of gas turbine power plants used in special vehicles, including the effect of a delay in the increase in air pressure in the compressor of the first and second engine stages and the inertia of the increase in the speed of the power turbine with a sharp pedal accelerator, due to the inertia of the increase in gas pressure on the turbines of the first and second cascade - the effect of "turboyama". And after overcoming the “turboyama” effect, there is a sharp increase in the air pressure pumped by the compressors of the first and second GTE cascades - the so-called “turbo pick-up”, followed by an increase in the speed of the power turbine, also due to the inertia of the turbocompressors. The above features negatively affect the overall controllability of a tank with a gas turbine engine.

Кроме того, отработавшие газы на выходе силовой турбины имеют высокую температуру, при этом их энергия используется неэффективно вследствие выброса в атмосферу, тем самым значительно снижая общий КПД.In addition, the exhaust gases at the output of the power turbine have a high temperature, while their energy is used inefficiently due to emissions into the atmosphere, thereby significantly reducing the overall efficiency.

Известно множество схем, направленных на повышение КПД ГТД за счет охлаждения компримируемого в компрессоре воздуха. С этой целью, в том числе, осуществляют впрыск тонкодиспергированной воды перед компрессором ГТД (цикл Top Hat, LM6000 Spring designen hancedto in crease power and efficiency. Victorde Biasi. GAS TURBINE WORLD, July-August 2000, p.16-20) или ее впрыск на лопатки первой ступени компрессора ГТД (Романов В.И:, Дикий Н.А., Жирщкий О.Г. и др. Изотермирование процесса сжатия воздуха в компрессоре и его влияние на характеристики газотурбинного двигателя. (НПП «Машпроект», НТУ Украины «Киевский политехнический институт»)//Промышленная теплотехника. 1988. Т. 20, №6, С. 45-50), либо промежуточных ступеней компрессора ГТД (цикл CHAT, Irwin Stanibler, CHAT technologyat 54,7% efficiency, 350 kw ready for commercialdemo. GAS TURBINE WORLD, May-June 1996, p.36-44.) для осуществления так называемого «влажного» сжатия воздуха. Многие технические решения в этой области запатентованы, (например, патенты США №№5930990, 5867977, 6216443, 7146794, 7353655, 7353656, 7444819, 7481060, 7520137, 7784286, 7950240, 7040083). Для нужного полного испарения микрокапель в компрессоре или на входе в камеру сгорания разработаны специальные, весьма трудоемкие и энергозатратные методы распыления, позволяющие повысить долю воды (до ≈1,5%) в компримируемом воздухе.There are many known schemes aimed at increasing the efficiency of a gas turbine engine by cooling the air compressed in the compressor. For this purpose, including the injection of finely dispersed water in front of the gas turbine compressor (Top Hat cycle, LM6000 Spring designen hancedto in crease power and efficiency. Victorde Biasi. GAS TURBINE WORLD, July-August 2000, p. 16-20) or its injection on the blades of the first stage of a gas turbine compressor (Romanov V.I .: Dikiy N.A., Zhirshchiy O.G. et al. Isothermalization of the air compression in the compressor and its effect on the characteristics of a gas turbine engine. (NPP Mashproekt, NTU Ukraine) "Kiev Polytechnic Institute") // Industrial heat engineering. 1988. T. 20, No. 6, P. 45-50), or intermediate stages of the compressor GT (Cycle CHAT, Irwin Stanibler, CHAT technologyat 54,7% efficiency, 350 kw ready for commercialdemo. GAS TURBINE WORLD, May-June 1996, p.36-44.) To carry out so-called "wet" air compression. Many technical solutions in this area are patented (for example, US patents Nos. 5930990, 5867977, 6216443, 7146794, 7353655, 7353656, 7444819, 7481060, 7520137, 7784286, 7950240, 7040083). For the necessary complete evaporation of microdroplets in the compressor or at the inlet to the combustion chamber, special, very laborious and energy-intensive spraying methods have been developed that make it possible to increase the proportion of water (up to ≈1.5%) in compressed air.

Наиболее близким решением к предлагаемому устройству является ГТУ с впрыском жидкости и пара в контур ГТУ, описанная в патенте №2517995 (прототип). Такая газотурбинная установка содержит: компрессор низкого давления и компрессор высокого давления для сжатия воздуха, систему впрыска мелкодисперсной влаги в компримируемый воздух, предназначенную для охлаждения воздуха в процессе сжатия и уменьшения затрат энергии на сжатие воздуха, топливный насос для подачи топлива, камеру сгорания, куда поступает сжатый компрессором воздух и топливо и где происходит их смешение и последующее воспламенение и сгорание горючей смеси топлива с воздухом, газовую турбину высокого давления, газовую турбину среднего давления и газовую турбину низкого давления, которые приводят во вращение потоки образующихся продуктов сгорания топлива и добавляемого пара, электрогенератор для выработки электроэнергии, механические средства для передачи механической энергии от турбины высокого давления на работу компрессора высокого давления, механические средства для передачи механической энергии от турбины среднего давления на работу компрессора низкого давления, механические средства для передачи механической энергии от турбины низкого давления на вращение электрогенератора, систему подачи активатора горения и систему смешения активатора горения с жидкостью, дозатор, регулирующий впрыск жидкости в компрессор низкого давления и в компрессор высокого давления, перегреватель для получения перегретой жидкости, подаваемой в компрессор низкого давления, теплообменник или котел утилизатор, предназначенный для нагрева подаваемой воды за счет теплоты продуктов сгорания и получения пара высокого и низкого давлений, которые используют в качестве рабочего тела для работы турбин высокого и среднего давлений.The closest solution to the proposed device is a gas turbine with injection of liquid and steam into the circuit of the gas turbine, described in patent No. 2517995 (prototype). Such a gas turbine installation contains: a low-pressure compressor and a high-pressure compressor for compressing air, a system for injecting fine moisture into compressed air, designed to cool the air during compression and reduce energy costs for air compression, a fuel pump for supplying fuel, and a combustion chamber that receives compressed air and fuel and where they mix and then ignite and burn a combustible mixture of fuel with air, a high-pressure gas turbine, gas medium-pressure bin and low-pressure gas turbine, which rotate the flows of the resulting products of fuel combustion and added steam, an electric generator for generating electricity, mechanical means for transferring mechanical energy from a high-pressure turbine to a high-pressure compressor, mechanical means for transmitting mechanical energy from medium-pressure turbines for operation of a low-pressure compressor, mechanical means for transferring mechanical energy from a low-pressure turbine rotation of the electric generator, the supply system of the combustion activator and the mixing system of the combustion activator with the liquid, a dispenser that regulates the injection of liquid into the low-pressure compressor and the high-pressure compressor, a superheater to produce superheated liquid supplied to the low-pressure compressor, a heat exchanger or a boiler utilizer to heat the supplied water due to the heat of the combustion products and to obtain high and low pressure steam, which are used as a working fluid for the operation of turbines in HIGH-and medium pressures.

В указанном устройстве по патенту №2517995 так же, как и в других известных устройствах с впрыском жидкости и (или) пара, не в полной мере реализованы потенциальные возможности кратковременного увеличения мощности ГТД, а также снижения эффектов «турбоямы» и «турбоподхвата», соответственно, увеличения КПД ГТД.In this device according to patent No. 2517995, as well as in other known devices with injection of liquid and (or) steam, the potentialities of a short-term increase in the power of a gas turbine engine, as well as a decrease in the effects of “turboyama” and “turbo pickup,” respectively, are not fully realized. , increase the efficiency of a gas turbine engine.

Целью предлагаемого технического решения является возможность обеспечения быстрого кратковременного увеличения удельной мощности ГТД, снижения при этом эффектов «турбоямы» и «турбоподхвата» и увеличение КПД ГТД.The purpose of the proposed technical solution is the ability to provide a quick short-term increase in the specific power of a gas turbine engine, while reducing the effects of a "turbo hole" and "turbo pickup" and increasing the efficiency of a gas turbine engine.

Указанные цели достигаются тем, что в известном устройстве - газотурбинном двигателе, содержащем: компрессор первого каскада и компрессор второго каскада для сжатия воздуха, систему впрыска мелкодисперсной жидкости в компримируемый воздух, топливный насос для подачи топлива, камеру сгорания, куда поступает сжатый компрессорами первого и второго каскада воздух, содержащий впрыснутую жидкость, и топливо, где происходит их смешение, последующее воспламенение и сгорание горючей смеси, турбину высокого давления, турбину низкого давления и силовую турбину, которые приводятся во вращение потоками образующихся продуктов сгорания топлива и паром, трансмиссия танка, компрессор первого каскада находится на одном валу с турбиной низкого давления, компрессор второго каскада находится на одном валу с турбиной высокого давления, силовая турбина соединена валом с трансмиссией танка, теплообменник, предназначенный для нагрева подаваемой воды за счет теплоты продуктов сгорания и получения пара, который используют в качестве рабочего тела для работы турбин высокого и низкого давления, согласно предлагаемой полезной модели содержит датчик акселератора, установленный на педали подачи топлива механика-водителя танка, датчик частоты вращения силовой турбины, первый насос подачи воды из резервуара с водой в теплообменник, второй насос подачи воды из резервуара с водой в смеситель системы впрыска мелкодисперсной жидкости, резервуар с водой, сепаратор, соединенный с выходом теплообменника и имеющий выход конденсата, соединенный с резервуаром с водой, и выход пара, аккумулятор пара сообщен выходами с турбиной низкого и высокого давления через регулируемые паровые заслонки и входом через обратный клапан с сепаратором, обратный клапан, первая регулируемая паровая заслонка, через которую осуществляется подача пара от аккумулятора пара к турбине высокого давления, вторая регулируемая паровая заслонка, через которую осуществляется подача пара от аккумулятора пара к турбине низкого давления, регулируемая заслонка, через которую осуществляется подача жидкости на форсунку распыла жидкости в компримируемый воздух компрессора первого каскада, байпасный клапан, установленный между вторым выходом аккумулятора пара и входом конденсатора, конденсатор, выход которого соединен с резервуаром с водой, датчики температуры и давления, установленные на выходе из компрессора первого каскада, на выходе из компрессора второго каскада, в камере сгорания, на выходе из камеры сгорания, в выхлопном патрубке перед теплообменником, в аккумуляторе пара, блок управления, информационные входы которого подключены к датчику акселератора, датчику частоты вращения силовой турбины и датчикам температуры и давления, первый управляющий выход которого подключен к управляющему входу первого насоса, второй управляющий выход подключен к управляющему входу второго насоса, третий управляющий выход подключен к управляющему входу дозатора системы впрыска мелкодисперсной жидкости в компримируемый воздух, четвертый управляющий выход подключен к управляющему входу регулируемой заслонки системы впрыска мелкодисперсной жидкости в компримируемый воздух, пятый управляющий выход подключен к управляющему входу первой регулируемой паровой заслонки, шестой управляющий выход подключен к управляющему входу второй регулируемой паровой заслонки, седьмой управляющий выход подключен к управляющему входу емкости с активатором системы впрыска мелкодисперсной жидкости в компримируемый воздух, при этом система впрыска мелкодисперсной жидкости в компримируемый воздух состоит из емкости с активатором, соединенной с дозатором, выход которого соединен со смесителем, выход смесителя соединен через регулируемую заслонку с форсункой распыла жидкости на входе компрессора первого каскада.These goals are achieved by the fact that in the known device - a gas turbine engine, comprising: a compressor of the first cascade and a compressor of the second cascade for compressing air, a system for injecting finely dispersed liquid into compressed air, a fuel pump for supplying fuel, a combustion chamber that receives compressed by compressors of the first and second cascade air containing injected liquid and fuel, where they are mixed, subsequent ignition and combustion of the combustible mixture, high pressure turbine, low pressure turbine and a sludge turbine driven by the flows of generated combustion products and steam, a tank transmission, a compressor of the first stage is located on the same shaft as the low-pressure turbine, a compressor of the second stage is located on the same shaft as the high-pressure turbine, the power turbine is connected by the shaft to the tank’s transmission, a heat exchanger designed to heat the supplied water due to the heat of the combustion products and steam, which is used as a working fluid for the operation of high and low pressure turbines I, according to the proposed utility model, contains an accelerator sensor mounted on the fuel supply pedal of the tank driver, a speed sensor for the power turbine, a first pump for supplying water from the water tank to the heat exchanger, a second pump for supplying water from the water tank to the finely divided injection system mixer liquids, a water tank, a separator connected to the outlet of the heat exchanger and having a condensate outlet connected to the water tank, and a steam outlet, the steam accumulator is connected by outputs to the low and high pressure through adjustable steam damper and inlet through a non-return valve with a separator, non-return valve, the first adjustable steam damper through which steam is supplied from the steam accumulator to the high pressure turbine, the second adjustable steam damper through which steam is supplied from the steam accumulator to the turbine low pressure, adjustable damper through which fluid is supplied to the nozzle for spraying liquid into the compressed air of the compressor of the first stage, bypass valve en installed between the second output of the steam accumulator and the inlet of the condenser, a capacitor whose output is connected to the water tank, temperature and pressure sensors installed at the outlet of the compressor of the first stage, at the outlet of the compressor of the second stage, in the combustion chamber, at the outlet of the chamber combustion, in the exhaust pipe in front of the heat exchanger, in the steam accumulator, a control unit, the information inputs of which are connected to the accelerator sensor, the speed sensor of the power turbine and the temperature and pressure sensors, the first control output of which is connected to the control input of the first pump, the second control output is connected to the control input of the second pump, the third control output is connected to the control input of the dispenser of the finely divided liquid injection system, the fourth control output is connected to the control input of the adjustable shutter of the fine liquid injection system into compressed air, the fifth control output is connected to the control input of the first adjustable steam damper, sixth pack The pressure output is connected to the control input of the second adjustable steam damper, the seventh control output is connected to the control input of the tank with an activator of the system for injecting finely dispersed liquid into compressed air, while the system for injecting finely dispersed liquid into compressed air consists of a tank with an activator connected to a dispenser, the output of which connected to the mixer, the output of the mixer is connected through an adjustable damper to the liquid atomizer at the compressor inlet of the first stage.

Мелкодисперсная жидкость представляет собой мелкодисперсную смесь активатора (например, пероксид водорода) и жидкости (например, вода). Активатор представляет собой вещество, которое при повышенных температурах легко диссоциирует с образованием гидроксильных радикалов (ОН), что ускоряет сгорание топлива и продуктов его высокотемпературных превращений, включая СО. Одним из примеров активатора горения является пероксид водорода (Н₂О₂), который при повышенных температурах легко диссоциирует с образованием гидроксильных радикалов (ОН), что способствует ускорению и углублению процесса сгорания топлива. Увеличение полноты сгорания СО позволяет увеличить подачу в камеру сгорания мелкодисперсной влаги и/или пара, благодаря чему удается повысить КПД.A finely divided liquid is a finely divided mixture of an activator (for example, hydrogen peroxide) and a liquid (for example, water). An activator is a substance that easily dissociates at elevated temperatures to form hydroxyl radicals (OH), which accelerates the combustion of fuel and the products of its high-temperature transformations, including CO. One example of a combustion activator is hydrogen peroxide (H ₂ O ₂ ), which at high temperatures easily dissociates with the formation of hydroxyl radicals (OH), which helps to accelerate and deepen the process of fuel combustion. Increasing the completeness of combustion of CO allows you to increase the flow of finely dispersed moisture and / or steam into the combustion chamber, which makes it possible to increase the efficiency.

Полезная модель поясняется чертежом, на котором на фиг. 1 представлен пример устройства.The utility model is illustrated in the drawing, in which in FIG. 1 shows an example of a device.

Устройство кратковременного увеличения мощности газотурбинного двигателя танка подачей жидкости и(или) пара на фиг. 1 содержит: компрессор первого каскада 1 и компрессор второго каскада 2 для сжатия воздуха, топливный насос 7 для подачи топлива, камеру сгорания 3, куда поступает сжатый компрессором воздух и топливо и где происходит их смешение и последующее воспламенение и сгорание горючей смеси топлива с воздухом, турбину высокого давления 4, турбину низкого давления 5 и силовую турбину 6, которые приводятся во вращение потоком образующихся продуктов сгорания топлива и добавляемого пара, трансмиссия танка 33, механически соединенная с силовой турбиной 6, теплообменник 8, предназначенный для нагрева подаваемой воды за счет теплоты продуктов сгорания и получения пара, которые используют в качестве рабочего тела для работы турбин высокого и низкого давлений, резервуар с водой 10, сепаратор 9, имеющий выход конденсата, соединенный с резервуаром с водой 10, первый насос подачи воды 11 из резервуара с водой 10 в теплообменник 8, второй насос подачи воды 12 из резервуара с водой 10 в систему впрыска мелкодисперсной жидкости в компримируемый воздух, обратный клапан 13, первая регулируемая паровая заслонка 15, вторая регулируемая паровая заслонка 14, аккумулятор пара 16, байпасный клапан 17, конденсатор 18, датчик акселератора 23, датчик частоты вращения силовой турбины 31, блок управления 24, датчики температуры и давления, установленные на выходе из компрессора первого каскада 25, на выходе из компрессора второго каскада 26, в камере сгорания 27, на выходе из камеры сгорания 28, в выхлопном патрубке перед теплообменником 29, в аккумуляторе пара 30, систему впрыска мелкодисперсной жидкости в компримируемый воздух, включающую емкость с активатором 19, дозатор 20, смеситель 21, регулируемую заслонку 22 и форсунку распыла жидкости 32.The device for a short-term increase in the power of a gas turbine engine of a tank by supplying liquid and (or) steam in FIG. 1 contains: a compressor of the first stage 1 and a compressor of the second stage 2 for compressing air, a fuel pump 7 for supplying fuel, a combustion chamber 3, where compressed air and fuel enter and where they are mixed and subsequently ignited and combusted with a combustible mixture of fuel and air high pressure turbine 4, low pressure turbine 5 and power turbine 6, which are driven into rotation by the flow of the resulting products of combustion of fuel and added steam, the transmission of the tank 33, mechanically connected to the power turbine 6, t a heat exchanger 8, designed to heat the supplied water due to the heat of the combustion products and steam, which are used as a working fluid for the operation of high and low pressure turbines, a water tank 10, a separator 9 having a condensate outlet connected to the water tank 10, the first pump for supplying water 11 from the tank with water 10 to the heat exchanger 8, the second pump for supplying water 12 from the tank with water 10 to the injection system of finely divided liquid into the compressed air, a check valve 13, the first adjustable steam damper 15, second adjustable steam damper 14, steam accumulator 16, bypass valve 17, condenser 18, accelerator sensor 23, power turbine speed sensor 31, control unit 24, temperature and pressure sensors installed at the outlet of the compressor of the first stage 25, at the outlet of the compressor the second stage 26, in the combustion chamber 27, at the outlet of the combustion chamber 28, in the exhaust pipe in front of the heat exchanger 29, in the steam accumulator 30, a system for injecting finely dispersed liquid into compressed air, including a container with activator 19, a dispenser 20, mixer 21, adjustable shutter 22 and liquid spray nozzle 32.

Устройство на фиг. 1 работает следующим образом. После запуска ГТД танка, блок управления получает сигналы от датчиков температуры и давления 25, 26, 27, 28, 29, 30 и датчика частоты вращения силовой турбины 31 и по заложенной программе осуществляет расчет величины и выдачу управляющего сигнала на первый насос подачи воды 11, который закачивает воду в теплообменник 8, где вода превращается в пар и поступает в сепаратор 9, который отделяет пар и остатки неиспарившейся воды. Неиспарившаяся вода сбрасывается из сепаратора 9 в резервуар с водой 10, а образовавшийся в теплообменнике 8 пар через обратный клапан 13 поступает в аккумулятор пара 16, где он накапливается под высоким давлением. В случае избыточного накопления пара в аккумуляторе пара 16, в целях безопасной работы устройства предусмотрен байпасный клапан 17, срабатывание которого приводит к сбросу излишков накопленного в аккумуляторе пара 16 пара в конденсатор 18, где пар конденсируется в воду и сбрасывается в резервуар с водой 10.The device of FIG. 1 works as follows. After the launch of the gas turbine engine of the tank, the control unit receives signals from temperature and pressure sensors 25, 26, 27, 28, 29, 30 and the speed sensor of the power turbine 31 and, according to the established program, calculates the magnitude and issues a control signal to the first water supply pump 11, which pumps water into the heat exchanger 8, where the water turns into steam and enters a separator 9, which separates the steam and the rest of the non-evaporated water. Unevaporated water is discharged from the separator 9 into the water tank 10, and the steam formed in the heat exchanger 8 through the check valve 13 enters the steam accumulator 16, where it accumulates under high pressure. In case of excessive accumulation of steam in the steam accumulator 16, for safe operation of the device, a bypass valve 17 is provided, the actuation of which leads to the discharge of excess steam accumulated in the accumulator of steam 16 into the condenser 18, where the steam condenses into water and is discharged into the water tank 10.

В процессе движения танка с ГТД, в случае возникновения необходимости быстрого кратковременного увеличения удельной мощности двигателя (например, для преодоления препятствия, или быстрого ухода с линии прицеливания противотанковых средств противника) механик-водитель воздействует на педаль подачи топлива - датчик акселератора 23, который подает управляющий сигнал на блок управления 24. Управление процессом увеличения удельной мощности осуществляется по двум каналам: управлением системой впрыска мелкодисперсной жидкости в компримируемый воздух и управлением подачей пара под высоким давлением из аккумулятора пара на турбины высокого и низкого давления.In the process of moving a tank with a gas turbine engine, if there is a need for a quick short-term increase in the specific power of the engine (for example, to overcome an obstacle, or quickly leave the anti-tank means of the enemy from the aiming line), the driver interacts with the fuel supply pedal - the accelerator sensor 23, which gives the control a signal to the control unit 24. The process of increasing the specific power is controlled by two channels: control of the fine fluid injection system in the compress air and control the supply of high pressure steam from the steam accumulator to the high and low pressure turbines.

При поступлении управляющего сигнала на емкость с активатором 19, активатор начинает поступать в дозатор 20, который в зависимости от величины поступившего от блока управления 24 сигнала регулирует подачу активатора (увеличивает или уменьшает количество активатора) в смеситель 21, в котором происходит смешение активатора и воды с дальнейшей их подачей на регулируемую заслонку 22. Регулируемая заслонка 22 в зависимости от величины поступившего от блока управления 24 сигнала регулирует подачу жидкости в форсунку распыла жидкости 32 с последующим распылом жидкости на компрессор первого каскада 1.Upon receipt of the control signal to the tank with activator 19, the activator begins to flow into the dispenser 20, which, depending on the value of the signal received from the control unit 24, regulates the supply of the activator (increases or decreases the amount of activator) to the mixer 21, in which the activator and water mix with their further supply to the adjustable damper 22. The adjustable damper 22, depending on the size of the signal received from the control unit 24, regulates the flow of fluid into the nozzle of the liquid spray 32 with subsequent m spraying liquid onto the compressor of the first stage 1.

В результате в компрессор первого каскада 1 поступает мелкодисперсная жидкость, содержащая необходимую концентрацию активатора горения в воде. При нагревании воздуха в процессе сжатия капли жидкости испаряются, и за счет теплоты испарения охлаждают компримируемый воздух, обеспечивая энергетически выгодное квазиизотермическое сжатие. При увеличении подачи мелкодисперсной жидкости в компримируемый воздух происходит «проскок» не успевших испариться микрокапель жидкости в камеру сгорания 3. Температура кипения активатора горения составляет 150°С при нормальном давлении, что заметно выше температуры кипения воды. Вследствие этого в условиях повышенных температур в компрессоре с поверхности микрокапель будет испаряться преимущественно вода, и концентрация активатора горения при этом в микрокаплях будет нарастать, а с ростом концентрации активатора горения в микрокаплях соответственно возрастают его свойства как активатора горения. При проскоке неиспарившихся капель с высокой концентрацией активатора горения в камеру сгорания 3 горение топлива вблизи таких капель значительно ускоряется по сравнению с горением вблизи капель воды без добавки активатора горения. Это происходит благодаря процессу разложения (диссоциации) перекиси водорода на гидроксильные радикалы в объеме капли и их выходу в газовую фазу, т.е. в зону горения. Кроме того, из-за нестабильности концентрированной перекиси водорода при высоких температурах часть перекиси водорода в условиях испарения капель успевает превратиться в воду и газообразный кислород и подобно пропелленту дополнительно распыляет капли. Благодаря этому капли быстро разрушаются с выделением кислорода и гидроксильных радикалов, способных быстро окислять промежуточные вещества и продукты неполного сгорания, такие, как СО. Поэтому добавка активатора горения в распыляемую жидкость способствует эффективному сгоранию топлива и при более высоких недостижимых ранее в отсутствие активатора соотношениях воды к воздуху, необходимых для квазиизотермического и высокоэффективного сжатия воздуха в компрессоре.As a result, a finely dispersed liquid containing the necessary concentration of a combustion activator in water enters the compressor of the first stage 1. When air is heated during compression, the liquid droplets evaporate, and due to the heat of evaporation they cool the compressed air, providing energetically favorable quasi-isothermal compression. With an increase in the supply of finely dispersed liquid into the compressed air, a “breakthrough” occurs of liquid droplets that have not had time to evaporate into the combustion chamber 3. The boiling point of the combustion activator is 150 ° C at normal pressure, which is noticeably higher than the boiling temperature of water. As a result, under conditions of elevated temperatures, mainly water will evaporate from the surface of the microdrops in the compressor, and the concentration of the combustion activator in the microdrops will increase, and with the increase in the concentration of the combustion activator in the microdrops, its properties as a combustion activator increase accordingly. With the breakthrough of non-vaporized droplets with a high concentration of combustion activator into the combustion chamber 3, the combustion of fuel near such droplets is significantly accelerated compared to burning near water droplets without the addition of a combustion activator. This is due to the process of decomposition (dissociation) of hydrogen peroxide into hydroxyl radicals in the droplet volume and their release into the gas phase, i.e. into the combustion zone. In addition, due to the instability of concentrated hydrogen peroxide at high temperatures, part of the hydrogen peroxide under the conditions of evaporation of the droplets manages to turn into water and gaseous oxygen and, like a propellant, additionally atomizes the droplets. Due to this, the droplets are rapidly destroyed with the release of oxygen and hydroxyl radicals that can quickly oxidize intermediate substances and products of incomplete combustion, such as CO. Therefore, the addition of a combustion activator to the sprayed liquid promotes efficient fuel combustion even at higher ratios of water to air, which were previously unattainable in the absence of an activator, and are necessary for quasi-isothermal and highly efficient air compression in the compressor.

В случае недостаточного увеличения удельной мощности ГТД, которая регистрируется датчиком частоты вращения силовой турбины 31, блок управления 24 соотнеся сигналы, полученные от датчиков температуры и давления 25, 26, 27, 28, 29, 30, а также объемы подаваемого на компрессор первого каскада жидкости (воды и активатора), по заложенной программе осуществляет расчет величины и выдачу управляющих сигналов на первую 15 и вторую 14 регулируемые паровые заслонки, которые в зависимости от полученного сигнала с блока управления 24 регулируют подачу пара (уменьшают или увеличивают) под высоким давлением на турбину высокого давления 4 и турбину низкого давления 5 соответственно, увеличивая частоту вращения турбины высокого и низкого давления и совмещенных с ними компрессоров первого и второго каскада. В результате чего объем воздуха поступающего в камеру сгорания 3 увеличивается.In the case of insufficient increase in the specific power of the gas turbine engine, which is recorded by the rotational speed sensor of the power turbine 31, the control unit 24 correlates the signals received from the temperature and pressure sensors 25, 26, 27, 28, 29, 30, as well as the volumes of the first fluid stage supplied to the compressor (water and activator), according to the program laid down, it calculates the magnitude and issue control signals to the first 15 and second 14 adjustable steam dampers, which, depending on the received signal from the control unit 24, regulate the steam supply (decrease melt or increase) under high pressure to the high pressure turbine 4 and low pressure turbine 5, respectively, increasing the speed of the high and low pressure turbines and the combined compressors of the first and second cascade. As a result, the volume of air entering the combustion chamber 3 increases.

Таким образом, осуществляется снижение эффекта «турбоямы», быстрым увеличением частоты вращения турбокомпрессора 1 и 2 каскада подачей пара на турбины высокого и низкого давления, а также подачей жидкости в компрессор первого каскада, которая за счет теплоты испарения охлаждает компримируемый воздух, обеспечивая энергетически выгодное квазиизотермическое сжатие и увеличением количества активатора в камере сгорания, повышая тем самым температуру горения топливно-воздушной смеси и выходящих из камеры сгорания продуктов сгорания.Thus, the “turboyama” effect is reduced by rapidly increasing the speed of the turbocompressor 1 and 2 of the cascade by supplying steam to the high and low pressure turbines, as well as by supplying liquid to the compressor of the first stage, which cools the compressed air due to the heat of vaporization, providing an energy-efficient quasi-isothermal compression and increase in the amount of activator in the combustion chamber, thereby increasing the combustion temperature of the fuel-air mixture and the combustion products leaving the combustion chamber.

В случае резкого последующего увеличение давления воздуха, нагнетаемого компрессорами первого и второго каскада ГТД, возникновения эффекта «турбоподхвата», с последующим увеличением оборотов силовой турбины, обусловленного инертностью турбокомпрессоров. Блок управления 24 подает управляющий сигнал на регулируемую заслонку 22, которая перекрывает подачу жидкости в компримируемый воздух компрессора первого каскада 1. Также подается блоком управления 24 управляющие сигналы на первую регулируемую паровую заслонку 15 и вторую регулируемую паровую заслонку 14, тем самым перекрывая подачу пара на турбину высокого давления и турбину низкого давления. Вышеуказанными действиями несколько снижается эффект «турбоподхвата».In the event of a sharp subsequent increase in the air pressure pumped by the compressors of the first and second gas turbine engine cascades, the occurrence of a “turbo pickup” effect, followed by an increase in the speed of the power turbine due to the inertia of the turbocompressors. The control unit 24 provides a control signal to the adjustable damper 22, which shuts off the fluid supply to the compressed air of the compressor of the first stage 1. Also, the control unit 24 sends control signals to the first adjustable steam damper 15 and the second adjustable steam damper 14, thereby blocking the steam supply to the turbine high pressure and low pressure turbine. The above actions somewhat reduce the effect of "turbo-pickup".

Таким образом, в устройстве кратковременного увеличения мощности газотурбинного двигателя танка подачей жидкости и(или) пара благодаря наличию системы впрыска мелкодисперсной жидкости в компримируемый воздух и подачей пара из аккумулятора пара на турбины высокого и низкого давления, управляемых по заранее заложенной программе блоком управления, осуществляется быстрое кратковременное увеличение удельной мощности ГТД танка и снижение при этом эффектов «турбоямы» и «турбоподхвата».Thus, in the device for a short-term increase in the power of the gas turbine engine of the tank by supplying liquid and (or) steam due to the presence of a system of injection of finely dispersed liquid into the compressed air and the supply of steam from the steam accumulator to the high and low pressure turbines, controlled by a control unit pre-programmed, a short-term increase in the specific power of a gas turbine engine and a decrease in this case of the effects of “turbo-well” and “turbo-pickup”.

Claims

A device for a short-term increase in the power of a gas turbine engine of a tank by supplying liquid and (or) steam, comprising a compressor of the first stage and a compressor of the second stage for compressing air, a system for injecting finely divided liquid into compressed air, a fuel pump for supplying fuel, a combustion chamber, a high pressure turbine, a low turbine pressure and power turbine, which are driven into rotation by the flows of the resulting products of fuel combustion and steam, the tank transmission, the compressor of the first stage is located on one ohm shaft with a low pressure turbine, the compressor of the second stage is on the same shaft as the high pressure turbine, the power turbine is connected by a shaft to the tank transmission, a heat exchanger, a water tank, characterized in that it contains an accelerator sensor mounted on the fuel supply pedal of the tank driver , power turbine speed sensor, water supply pump to the heat exchanger, water pump to the mixer of the injection system of finely dispersed liquid into compressed air, a separator connected to the heat exchanger and a cut a boulevard with water, and through a non-return valve - with a steam accumulator, which is connected by exits to low and high pressure turbines through adjustable steam dampers, a bypass valve installed between the steam accumulator and the condenser connected to the water tank, temperature and pressure sensors installed on the outlet of the compressor of the first stage, the outlet of the compressor of the second stage, in the combustion chamber, at the outlet of the combustion chamber, in the exhaust pipe in front of the heat exchanger, in the steam accumulator, the control unit, at m finely dispersed in a liquid injection system komprimiruemy air comprises a container with an activator coupled to the dispenser, the output of which is connected to the mixer, the mixer output is coupled through an adjustable damper with a fluid spray nozzle for the first stage of the compressor inlet.