RU2065240C1 - Electrogasodynamic co-laser - Google Patents
Electrogasodynamic co-laser Download PDFInfo
- Publication number
- RU2065240C1 RU2065240C1 RU93020138A RU93020138A RU2065240C1 RU 2065240 C1 RU2065240 C1 RU 2065240C1 RU 93020138 A RU93020138 A RU 93020138A RU 93020138 A RU93020138 A RU 93020138A RU 2065240 C1 RU2065240 C1 RU 2065240C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mixture
- gas
- laser
- air
- shaft
- Prior art date
Links
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области лазерной техники, а точнее, к проблеме создания компактных, мобильных, автономных, непрерывно работающих, экологически чистых электрогазодинамических (ЭГД) СО-лазеров, применяемых в отрыве от стационарного источника энергии и с неограниченным объемом рабочей среды. The invention relates to the field of laser technology, and more specifically, to the problem of creating compact, mobile, autonomous, continuously working, environmentally friendly electro-gas-dynamic (EHD) CO lasers used in isolation from a stationary energy source and with an unlimited volume of working medium.
Известен газодинамический СО2-лазер (см. А.С. Борейшо, Н.А. Ильин и др. "Технология судостроения", N 5, 1988), содержащий газотурбинную установку, соединенную с камерой сгорания, выполненной в виде углеродной матрицы, к торцам которой подведено средство ее предварительного разогрева. Камера сгорания связана со входом в профилированные сопла донорного газа соплового блока, имеющего также конические сопла излучающего газа, соединенные с системой выхлопа газотурбинной установки, являющейся источником CO2. На выходе сопловой блок связан с резонатором, после которого установлена система выброса отработанной лазерной смеси при помощи эжектора.Known gas-dynamic CO 2 laser (see A. S. Boreisho, N. A. Ilyin and others. "Shipbuilding Technology", N 5, 1988), containing a gas turbine unit connected to a combustion chamber made in the form of a carbon matrix, to the ends of which summed up the means of its preliminary heating. The combustion chamber is connected with the nozzle block having conical nozzles of the emitting gas connected to the exhaust system of the gas turbine installation, which is the source of CO 2, at the entrance to the shaped nozzles of the donor gas. At the output, the nozzle block is connected to the resonator, after which a waste laser mixture ejection system is installed using an ejector.
В известном решении в камеру сгорания помещают углеродную матрицу, которую предварительно разогревают от источника постоянного электротока. После разогрева электроток отключается и осуществляется подача сжатого воздуха из газотурбинной установки, подающей воздух из атмосферы во время работы и обеспечивающей нужные для лазера расходы при приемлемых степенях сжатия. Потом продукты газификации поступают в сопловой блок, где к ним подмешивают СО2, в качестве которого используют выхлопные газы газотурбинной установки. И далее смесь выводят в резонатор.In a known solution, a carbon matrix is placed in the combustion chamber, which is preheated from a constant current source. After warming up, the electric current is switched off and compressed air is supplied from the gas turbine unit, which supplies air from the atmosphere during operation and provides the necessary expenses for the laser at acceptable compression ratios. Then the gasification products enter the nozzle block, where CO 2 is mixed with them, the exhaust gases of a gas turbine plant are used as them. And then the mixture is removed to the resonator.
Увеличение мощности излучения в этом лазере достигается за счет повышения расходов лазерной среды. При этом КПД газодинамического лазера ≈ 1% и он не может быть большим из-за того, что при течении в сопле основная доля энергии нагретого и сжатого газа переходит в кинетическую энергию струи газа, которая затрачивается на ускорение потока газа, а не на излучение. An increase in the radiation power in this laser is achieved by increasing the expenditure of the laser medium. In this case, the efficiency of a gas-dynamic laser is ≈ 1% and it cannot be large due to the fact that during the flow in the nozzle, the bulk of the energy of the heated and compressed gas passes into the kinetic energy of the gas jet, which is spent on accelerating the gas flow, and not on radiation.
Кроме того, квантовый КПД молекулы СО2 мал (≈ 40%). Это приводит к тому, что доля энергии накачки, превращающаяся в тепло в процессе возбуждения, в рабочем диапазоне температур оказывается высокой (80-90%).In addition, the quantum efficiency of the CO 2 molecule is small (≈ 40%). This leads to the fact that the fraction of the pump energy that turns into heat during the excitation process turns out to be high (80-90%) in the working temperature range.
Основным недостатком известного лазера является низкий КПД преобразования энергии в излучение из-за его больших тепловых потерь при нарабатывании требуемого количества лазерной смеси. The main disadvantage of the known laser is the low efficiency of the conversion of energy into radiation due to its large heat losses during production of the required amount of the laser mixture.
Известен также электрогазодинамический СО-лазер по заявке на изобретение Российской Федерации N 4912294/25 (014414) с решением о выдаче патента Р.Ф. от 17.02.93 г. "Способ получения активной среды СО-лазера", выбранный автором в качестве прототипа и содержащий состыкованные последовательно устройство конверсии продуктов сгорания в смесь СО, сопловой блок, газоразрядную камеру, систему выхлопа отработанной лазерной смеси и камеру дожигания СО для СО2 с источником горючего. Причем в сопловой блок включены сверхзвуковые сопла, через устройство конверсии продуктов сгорания в смесь СО соединенные с камерой сгорания, и сверхзвуковые воздушные сопла, связанные с источником воздуха высокого давления, выполненным в виде баллонов со сжатым воздухом, а в газоразрядной камере расположены зеркала резонатора и установлены электроды, связанные со стационарным источником электроэнергии.An electrogasdynamic CO laser is also known according to the application for the invention of the Russian Federation N 4912294/25 (014414) with the decision to grant a patent R.F. dated 02.17.93, “A method for producing an active medium of a CO laser,” selected by the author as a prototype and containing a sequentially coupled device for converting combustion products into a mixture of CO, a nozzle block, a gas discharge chamber, an exhaust system for exhausting a laser mixture, and a CO afterburning chamber for CO 2 with a source of fuel. Moreover, the supersonic nozzles are included in the nozzle block, through the device for converting the combustion products into a CO mixture, connected to the combustion chamber, and supersonic air nozzles connected to a high-pressure air source made in the form of cylinders with compressed air, and resonator mirrors are located in the discharge chamber and installed electrodes connected to a stationary source of electricity.
В известном решении в камере сгорания получают продукты сгорания, которые пропускают через устройство конверсии продуктов сгорания в смесь СО. А на выходе из сверхзвуковых сопел через сверхзвуковые воздушные сопла к смеси СО для ее охлаждения подмешивают воздух от источника воздуха высокого давления. Подача воздуха осуществляется из баллонов со сжатым воздухом, имеющих ограниченный объем. При этом образуется охлажденная и ионизированная смесь, которая возбуждается электрическим разрядом в газоразрядной камере от стационарного источника тока или аккумуляторных батарей. После этого излучение выводят из газоразрядной камеры при помощи зеркал резонатора, а отработанную газовую смесь в систему выброса отработанной лазерной смеси, где восстанавливают давление газового потока и затем производят дожигание СО до СО2.In a known solution, combustion products are obtained in the combustion chamber, which are passed through a device for converting combustion products into a CO mixture. And at the outlet of supersonic nozzles, through a supersonic air nozzle, a mixture of CO is mixed with CO mixture to cool air from a high pressure air source. Air is supplied from compressed air cylinders with a limited volume. In this case, a cooled and ionized mixture is formed, which is excited by an electric discharge in the gas discharge chamber from a stationary current source or batteries. After that, the radiation is removed from the gas discharge chamber with the help of resonator mirrors, and the spent gas mixture is emitted into the exhaust system of the spent laser mixture, where the pressure of the gas stream is restored and then the afterburning of CO to CO 2 is performed.
В данном ЭГД СО-лазере-прототипе квантовый КПД порядка 90% а колебательная энергия в процессе генерации остающаяся в рабочей среде из-за отличия КПД от единицы, не переходит практически мгновенно в тепло, а остается запасенной длительное время на колебательных уровнях. Благодаря этому доля энергии накачки, превращающаяся в тепло в процессе возбуждения, оказывается низкой (≈ 10%) по сравнению с аналогичной характеристикой для СО2-лазерной смеси (80-90% ), как, например, в выше описанном аналоге. Высокая эффективность ЭГД СО-лазера-прототипа достигается тем, что электрический разряд служит для создания инверсной населенности, а сверхзвуковое расширение используется для охлаждения газа и удаления отработанного рабочего тела.In this EHD CO laser prototype, the quantum efficiency is of the order of 90%, and the vibrational energy in the process of generation remains in the working medium due to the difference in efficiency from unity, it does not transform almost instantly into heat, but remains stored for a long time at vibrational levels. Due to this, the fraction of the pump energy that turns into heat during the excitation process turns out to be low (≈ 10%) in comparison with the similar characteristic for a CO 2 laser mixture (80-90%), as, for example, in the analogue described above. The high efficiency of the EHD of the CO laser prototype is achieved by the fact that the electric discharge serves to create an inverse population, and supersonic expansion is used to cool the gas and remove the spent working fluid.
Недостатком прототипа является ограниченное время работы из-за применения в качестве источника воздуха высокого давления, баллонов с ограниченным объемом, а повышение экологичности достигается применением на выходе отработанной газовой смеси камеры дожигания СО до СО2 с источником горючего, что требует дополнительного расхода горючего и увеличивает материальные затраты. Также прототип не является автономным, мобильным и компактным из-за применения стационарного источника электрического тока и баллонов со сжатым воздухом.The disadvantage of the prototype is the limited time due to the use of high pressure as a source of air, cylinders with a limited volume, and environmental friendliness is achieved by the use of an afterburner of CO to CO 2 with a fuel source at the outlet of the exhaust gas mixture, which requires additional fuel consumption and increases material expenses. Also, the prototype is not autonomous, mobile and compact due to the use of a stationary source of electric current and cylinders with compressed air.
Перед заявляемым изобретением ставится задача создания компактного, мобильного, автономного, непрерывно работающего, более экологически чистого, электрогазодинамического СО-лазера многоцелевого назначения. The claimed invention is tasked with creating a compact, mobile, autonomous, continuously working, more environmentally friendly, electro-gas dynamic multi-purpose CO laser.
Поставленная задача достигается тем, что в ЭГД СО-лазер, включающий газоразрядную камеру, в которой расположены зеркала резонатора и установлены электроды, соединенные с источником электроэнергии, при этом с газоразрядной камерой связан источник СО, выполненный в виде камеры сгорания и устройства конверсии продуктов сгорания в смесь СО, через сверхзвуковые сопла соплового блока, содержащего также сверхзвуковые воздушные сопла, соединенные с источником воздуха высокого давления, и систему вывода отработанной лазерной смеси из газоразрядной камеры, введена турбореактивная установка, которая выполнена в виде состыкованных последовательно турбокомпрессора, камеры сгорания и газовой турбины. При этом вал газовой турбины кинематически связан с валом турбокомпрессора и с валом дополнительно введенного электрогенератора, который подключен через высокочастотный генератор к электродам, установленным в газоразрядной камере. Также между камерой сгорания и газовой турбиной расположен коллектор отбора продуктов сгорания, трубопроводом связанный с устройством конверсии продуктов сгорания в смесь СО, а между турбокомпрессором и камерой сгорания расположен воздухоотборный коллектор, трубопроводом связанный со сверхзвуковыми воздушными соплами. Кроме этого, система вывода отработанной лазерной смеси соединена со входом в турбокомпрессор. The task is achieved by the fact that in the EHD CO laser, which includes a gas discharge chamber, in which the resonator mirrors are located and electrodes are connected to the electric power source, while a CO source made in the form of a combustion chamber and a device for converting combustion products into a gas discharge chamber is connected CO mixture, through supersonic nozzles of the nozzle block, which also contains supersonic air nozzles connected to a high-pressure air source, and a system for removing the spent laser mixture from gas discharge a nuclear chamber, a turbojet installation was introduced, which is made in the form of a turbocharger, a combustion chamber and a gas turbine stacked in series. In this case, the shaft of the gas turbine is kinematically connected with the shaft of the turbocompressor and with the shaft of the additionally introduced electric generator, which is connected through the high-frequency generator to the electrodes installed in the gas-discharge chamber. Also, between the combustion chamber and the gas turbine there is a collector for the selection of combustion products, a pipeline connected to the device for converting the combustion products into a mixture of CO, and between the turbocompressor and the combustion chamber there is an air sampling manifold connected by a pipe to supersonic air nozzles. In addition, the output system of the spent laser mixture is connected to the entrance to the turbocompressor.
В заявляемом решении турбокомпрессор, приводимый в движение газовой турбиной, подает воздух в камеру сгорания. После камеры сгорания получаемые продукты сгорания попадают на рабочие лопатки турбины и приводят ее в движение. При этом с помощью коллектора отбора продуктов сгорания часть газа (менее 10% ) подается по трубопроводу через устройство конверсии продуктов сгорания в смесь СО в сверхзвуковые сопла соплового блока. На выходе из соплового блока через сверхзвуковые воздушные сопла для охлаждения подмешивают воздух. Причем воздух отбирается из турбокомпрессора воздухоотборным коллектором и подается трубопроводом в сверхзвуковые воздушные сопла. При этом образуется охлажденная и ионизированная смесь, возбуждаемая электрическим разрядом, который возникает между электродами, подключенными через ВЧ-генератор к электрогенератору, связанному с вращающимся валом газовой турбины. После этого излучения выводят из газоразрядной камеры за счет зеркал резонатора, а отработанную лазерную смесь подают через систему вывода на вход в турбокомпрессор. In the claimed solution, a turbocharger driven by a gas turbine supplies air to the combustion chamber. After the combustion chamber, the resulting combustion products fall on the working blades of the turbine and set it in motion. In this case, with the help of the collector for the selection of combustion products, part of the gas (less than 10%) is supplied through the pipeline through the device for converting the combustion products into a mixture of CO into supersonic nozzles of the nozzle block. At the exit of the nozzle block, air is mixed in through supersonic air nozzles for cooling. Moreover, air is taken from the turbocharger by an air sampling manifold and is piped to supersonic air nozzles. In this case, a cooled and ionized mixture is generated, which is excited by an electric discharge, which occurs between the electrodes connected through an RF generator to an electric generator connected with a rotating shaft of a gas turbine. After this radiation is removed from the gas discharge chamber due to the resonator mirrors, and the spent laser mixture is fed through the output system to the input of the turbocompressor.
Таким образом, получен технический результат, заключающийся в том, что заявляемый ЭГД СО-лазер является компактным, мобильным, автономным, непрерывно работающим, более экологически чистым лазером многоцелевого назначения. Thus, the technical result is obtained, namely, that the claimed EHD CO laser is a compact, mobile, autonomous, continuously operating, more environmentally friendly multi-purpose laser.
Заявляемое изобретение является новым, так как совокупность его признаков не известна из отечественных и зарубежных общедоступных источников информации. The claimed invention is new, since the totality of its features is not known from domestic and foreign publicly available sources of information.
По мнению автора, заявляемое изобретение имеет изобретательский уровень, так как оно явным образом не следует из источников общедоступной информации, характеризующей уровень техники данной отрасли. According to the author, the claimed invention has an inventive step, since it does not explicitly follow from sources of publicly available information characterizing the state of the art in this industry.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображен общий вид ЭГД СО-лазера в продольном разрезе. The invention is illustrated in the drawing, which shows a General view of the EHD CO laser in longitudinal section.
ЭГД СО-лазер состоит из газоразрядной камеры 1, в которой установлены зеркала 2 резонатора и электроды 3, к которым подключен электрогенератор 4 через высокочастотный генератор 5. С одной стороны к газоразрядной камере 1 пристыкован сопловой блок 6, состоящий из сверхзвуковых сопел 7 для подачи смеси СО и сверхзвуковых воздушных сопел 8 для подачи воздуха высокого давления, а с другой стороны установлена система вывода отработанной лазерной смеси, включающая диффузор 9. При этом ко входу в сверхзвуковые сопла 7 соплового блока 6 пристыковано устройство 10 конверсии продуктов сгорания в смесь СО, представляющее собой углеродную матрицу. The EHD CO laser consists of a gas discharge chamber 1, in which mirrors 2 of the resonator and electrodes 3 are installed, to which the electric generator 4 is connected via a high-frequency generator 5. On one side of the gas discharge chamber 1 is a nozzle block 6 consisting of supersonic nozzles 7 for supplying a mixture CO and supersonic air nozzles 8 for supplying high-pressure air, and on the other hand, an exhaust laser mixture output system is installed, including a diffuser 9. At the same time, an adapter is attached to the entrance to the supersonic nozzles 7 of the nozzle block 6 a trinity 10 of converting the combustion products into a CO mixture, which is a carbon matrix.
В лазер введена турбореактивная установка, выполненная в виде состыкованных последовательно турбокомпрессора 11, камеры сгорания 12 и газовой турбины 13. Турбореактивная установка имеет также систему запуска, состоящую из электродвигателя 14, питаемого от аккумуляторных батарей 15 и соединенного с валом 16 турбокомпрессора 11. Причем вал 17 газовой турбины 13 кинематически связан с валом 18 электрогенератора 4 через редуктор 19 и с валом 16 турбокомпрессора 11. При этом валы соосны. Между камерой сгорания 12 и газовой турбиной 13 установлен коллектор 20 отбора продуктов сгорания (СО2, H2O, O2, N2), соединенный трубопроводом 21 при помощи редукционного клапана 22 через устройство 10 конверсии продуктов сгорания в смесь СО со входом в сверхзвуковые сопла 7 соплового блока 6. А между турбокомпрессором 11 и камерой сгорания 12 установлен воздухоотборный коллектор 23, соединенный трубопроводом 24 через редукционный клапан 25 со сверхзвуковыми воздушными соплами 8. Диффузор 9 газоводом 26 соединен со входом в турбокомпрессор 11. Камера сгорания 12 выполнена в виде кольцевой жаровой трубы 27, на выходе имеющей кольцевое сопло 28 для подачи продуктов сгорания в газовую турбину 13, а на входе в жаровую трубу 27 размещены головки 29 для подачи топлива. Кроме этого, в стенках жаровой трубы 27 расположены отверстия 30 подачи воздуха из турбокомпрессора 11 в камеру сгорания 12, а за ними установлены по два воспламенителя 31 для воспламенения рабочей топливно-воздушной смеси. В каждую головку 29 жаровой трубы 27 установлена топливная форсунка 32, соединенная с топливным коллектором 33. При этом топливный коллектор 33 трубопроводом 34 связан с топливной системой. Топливная система представляет собой бак 35 для горючего, например, керосина, фильтр 36 очистки, насос 37 и расходомер 38, который соединен трубопроводом 34 с топливным коллектором 33.A turbojet installation made in the form of a turbocharger 11, a combustion chamber 12 and a gas turbine 13 connected in series is introduced into the laser. The turbojet installation also has a starting system consisting of an electric motor 14, powered by storage batteries 15 and connected to the shaft 16 of the turbocompressor 11. Moreover, the shaft 17 the gas turbine 13 is kinematically connected with the shaft 18 of the generator 4 through the gearbox 19 and with the shaft 16 of the turbocharger 11. The shafts are aligned. Between the combustion chamber 12 and the gas turbine 13, a collector 20 for the selection of combustion products (CO 2 , H 2 O, O 2 , N 2 ) is installed, connected by a pipe 21 using a pressure reducing valve 22 through the device 10 for converting the combustion products into a mixture of CO with an entrance to supersonic the nozzle 7 of the nozzle block 6. And between the turbocharger 11 and the combustion chamber 12, an air manifold 23 is installed, connected by a pipe 24 through a pressure reducing valve 25 with supersonic air nozzles 8. A diffuser 9 is connected to the inlet to the turbocharger 11 by a gas duct 26. burning out 12 is formed in an annular flame tube 27, the outlet having an annular nozzle 28 for supplying combustion gases to the gas turbine 13 and entering the flame tube 27 has a head 29 for supplying the fuel. In addition, in the walls of the flame tube 27 are openings 30 for supplying air from the turbocharger 11 to the combustion chamber 12, and behind them two igniters 31 are installed to ignite the working fuel-air mixture. A fuel nozzle 32 is connected to each head 29 of the flame tube 27 and is connected to the fuel manifold 33. In this case, the fuel manifold 33 is connected by a pipe 34 to the fuel system. The fuel system is a tank 35 for fuel, for example, kerosene, a filter 36, a pump 37 and a flow meter 38, which is connected by a pipe 34 to the fuel manifold 33.
Диффузор 9 соединен газоводом 26 со входом турбокомпрессора 11 через теплообменник. Теплообменник выполнен в виде трубопровода-змеевика 39 с охлаждаемой водой, подаваемой насосом 40 из емкости 41 через холодильник 42. А на входе в турбокомпрессор 11 установлено эжекторное устройство 43. The diffuser 9 is connected by a gas duct 26 to the input of the turbocharger 11 through a heat exchanger. The heat exchanger is made in the form of a pipe-coil 39 with cooled water supplied by the pump 40 from the tank 41 through the refrigerator 42. And at the inlet to the turbocompressor 11 an ejector device 43 is installed.
Воздухоотборный коллектор 23 выполнен в виде ресивера 44 с трубопроводами 45 для равномерного отбора воздуха высокого давления с выхода турбокомпрессора 11. Причем полость трубопроводов 45 соединена с выходом из турбокомпрессора 11 за счет штуцеров 46, а ресивер 44 соединен трубопроводом 24 со сверхзвуковыми воздушными соплами 8 соплового блока 6. The air intake manifold 23 is made in the form of a receiver 44 with pipelines 45 for uniform high-pressure air extraction from the outlet of the turbocompressor 11. Moreover, the cavity of the pipelines 45 is connected to the outlet of the turbocompressor 11 via fittings 46, and the receiver 44 is connected by a pipe 24 to supersonic air nozzles 8 of the nozzle block 6.
Коллектор 20 отбора продуктов сгорания также выполнен в виде ресивера 47 с трубопроводами 48 для равномерного отбора продуктов сгорания из жаровой трубы 27. При этом полость трубопроводов 48 соединена с выходом из камеры сгорания 12 за счет штуцеров 49, а ресивер 47 соединен трубопроводом 21 через устройство 10 конверсии продуктов сгорания в смесь СО со сверхзвуковыми соплами 7 соплового блока 6. Причем трубопроводы 48, ресивер 47, трубопровод 21 с редукционным клапаном 22 и устройство 10 конверсии продуктов сгорания в смесь СО теплоизолированы для сохранения высокой температуры продуктов сгорания, поступающих в сопловой блок 6. The collector 20 of the selection of combustion products is also made in the form of a receiver 47 with pipelines 48 for uniform selection of the products of combustion from the flame tube 27. In this case, the cavity of the pipes 48 is connected to the outlet of the combustion chamber 12 through fittings 49, and the receiver 47 is connected by a pipe 21 through the device 10 the conversion of combustion products into a mixture of CO with supersonic nozzles 7 of the nozzle block 6. Moreover, the pipelines 48, receiver 47, pipe 21 with a pressure reducing valve 22 and the device 10 for converting combustion products into a mixture of CO are thermally insulated to preserve the high temperature of the combustion products entering the nozzle block 6.
Высокочастотный генератор 5, предназначенный для преобразования частоты тока и напряжения, получаемых электрогенератором 4, в частоты порядка Мегогерц и напряжения порядка Киловатт, состоит из блока 50 нагрузочного контура и генераторного блока 51, охлаждаемого водой, подаваемой из емкости 41 насосом 40 через холодильник 42. The high-frequency generator 5, designed to convert the frequency of the current and voltage received by the electric generator 4, to frequencies of the order of Megahertz and voltage of the order of kilowatts, consists of a load circuit unit 50 and a generator unit 51 cooled by water supplied from the tank 41 by the pump 40 through the refrigerator 42.
Лазер работает следующим образом. The laser operates as follows.
При запуске турбореактивной установки электродвигатель 14, питаемый от аккумуляторных батарей 15, начинает вращать вал 16 турбокомпрессора 11. Турбокомпрессор 11 подает через отверстия 30 в жаровую трубу 27 камеры сгорания 12 сжатый воздух, который смешивается c топливом, поступаемым из бака 35. Топливо из бака 55 подается насосом 37, работающим от вращающегося вала 16 турбокомпрессора 11, через фильтр 36 очистки и расходомер 38, который регулирует подачу топлива в камеру сгорания 12, по трубопроводу 34 в топливный коллектор 33, от которого топливо подводится к форсункам 32. Форсунки 32 обеспечивают распыл и распределение топлива по головкам 29 жаровой трубы 27. Рабочая смесь, образованная при смешании топлива и воздуха, воспламеняется воспламенителями 31 за счет постоянного искрения свечей, установленных в них. Полученные при этом продукты сгорания расширяются при прохождении сопла 28 и потом, попадая на рабочие лопатки газовой турбины 13, начинают вращать вал 17 газовой турбины 13, по выходе из которой продукты сгорания уходят в выхлоп. При этом вал 17 газовой турбины 13 начинает вращать вал 18 электрогенератора 4 за счет редуктора 19 и вал 16 турбокомпрессора 11. Поэтому после запуска турбореактивной установки электродвигатель 14 отключается. Кроме того, часть продуктов сгорания (менее 10%) отбирается из камеры сгорания 12 коллектором 20 отбора продуктов сгорания. Отбор газа производится системой трубопроводов 48 равномерно по периметру с выхода жаровой трубы 27 через штуцеры 49. Трубопроводами 48 газ подается в ресивер 47. Откуда по трубопроводу 21 продукты сгорания, регулируемые редукционным клапаном 22, поступают через устройство 10 конверсии продуктов сгорания в сверхзвуковые сопла 7 соплового блока 6. При прохождении продуктов сгорания через устройство 10 конверсии продуктов сгорания в смесь СО происходит коррекция их состава, т. е. из смеси продуктов сгорания (N2, CO2, H2O, O2) образуется смесь СО (СО; Н2; N2).When the turbojet is started, the electric motor 14, powered by the batteries 15, starts to rotate the shaft 16 of the turbocharger 11. The turbocharger 11 supplies compressed air through the openings 30 to the flame tube 27 of the combustion chamber 12, which is mixed with the fuel coming from the tank 35. Fuel from the tank 55 is supplied by a pump 37, operating from a rotating shaft 16 of a turbocharger 11, through a filter 36 and a flow meter 38, which controls the fuel supply to the combustion chamber 12, through a pipe 34 to the fuel manifold 33, from which the fuel supplies I to the injectors 32. The injectors 32 provide atomized fuel and distribution on the head 29 of the flame tube 27. The working mixture formed when a mixed fuel and air is ignited by the igniters 31 due to the continuous arcing spark installed therein. The resulting combustion products expand during the passage of the nozzle 28 and then, falling on the working blades of the gas turbine 13, begin to rotate the shaft 17 of the gas turbine 13, at the exit of which the combustion products go into the exhaust. In this case, the shaft 17 of the gas turbine 13 starts to rotate the shaft 18 of the electric generator 4 due to the gearbox 19 and the shaft 16 of the turbocompressor 11. Therefore, after starting the turbojet, the electric motor 14 is turned off. In addition, part of the combustion products (less than 10%) is taken from the combustion chamber 12 by the collector 20 of the selection of combustion products. Gas is sampled by a system of pipelines 48 evenly around the perimeter from the exit of the flame tube 27 through fittings 49. By pipelines 48, gas is supplied to the receiver 47. From where, through the pipe 21, the combustion products regulated by the pressure reducing valve 22 are fed through the device 10 for converting the combustion products into supersonic nozzle 7 of the nozzle block 6. During the passage of the combustion products through the apparatus 10, the conversion of the combustion products in the mixture of CO occurs correction of their composition, ie a mixture of combustion products (N 2, CO 2, H 2 O, O 2), a mixture of CO (CO,.. H 2 ; N 2 ).
Чтобы предварительно ионизировать газ, на входе в сверхзвуковые сопла 7 смесь СО должна иметь достаточно высокую температуру (≈ 1700 К), поэтому часть конструкции, за счет которой продукты сгорания поступают в сверхзвуковые сопла 7 соплового блока 6, теплоизолирована. Для получения объемного разряда при высоком давлении (Р ≈ 50 Тор) требуется повышенный уровень начальной электронной плотности в разрядном промежутке путем предварительной ионизации, реализуемой при адиабатическом охлаждении предварительно нагретого газа. Поэтому для понижения температуры смеси на выходе из сверхзвуковых сопел 7 к рабочему газу через сверхзвуковые воздушные сопла 8 подмешивают воздух, охлаждая его также резким расширением в соплах. Воздух отбирается воздухоотборным коллектором 23. Отбор производится с выхода турбокомпрессора 11 трубопроводами 45 через штуцеры 46. Система трубопроводов 45 забирает воздух высокого давления равномерно по периметру с выхода турбокомпрессора 11 и подает его в ресивер 44. Из ресивера 44 трубопроводом 24 воздух, регулируемый редукционным клапаном 25, подается в сверхзвуковые воздушные сопла 8 соплового блока 6. На выходе из соплового блока 6 образуется охлажденная и ионизированная смесь (СО, N2, H2), которую возбуждают в газоразрядной камере 1 электрическим разрядом, который возникает при подаче к электродам 3 высокого напряжения, задаваемого электрогенератором 4 при вращении вала 17 газовой турбины 13. Напряжение, получаемое электрогенератором 4, преобразуется высокочастотным генератором 5 и подается на электроды 3 газоразрядной камеры 1.In order to pre-ionize the gas, at the entrance to the supersonic nozzles 7, the CO mixture must have a sufficiently high temperature (≈ 1700 K), therefore, the part of the structure due to which the combustion products enter the supersonic nozzles 7 of the nozzle block 6 is thermally insulated. To obtain a volume discharge at high pressure (P ≈ 50 Torr), an increased level of the initial electron density in the discharge gap is required by preliminary ionization, which is realized by adiabatic cooling of a preheated gas. Therefore, to lower the temperature of the mixture at the outlet of the supersonic nozzles 7, air is mixed into the working gas through supersonic air nozzles 8, also cooling it by a sharp expansion in the nozzles. Air is taken from the air sampling manifold 23. The sampling is made from the outlet of the turbocharger 11 by pipelines 45 through fittings 46. The piping system 45 takes high pressure air evenly around the perimeter from the outlet of the turbocharger 11 and delivers it to the receiver 44. From the receiver 44, the pipe 24 is regulated by a pressure reducing valve 25 is supplied to the supersonic air nozzles 8 of the nozzle block 6. At the exit of the nozzle block 6, a cooled and ionized mixture (CO, N 2 , H 2 ) is formed, which is excited in the gas discharge chamber 1 electron discharge, which occurs when a high voltage is applied to the electrodes 3, set by the electric generator 4 when the shaft 17 of the gas turbine 13 is rotated. The voltage received by the electric generator 4 is converted by the high-frequency generator 5 and applied to the electrodes 3 of the gas-discharge chamber 1.
Излучение, получаемое при помощи зеркал 2 резонатора, выводят из газоразрядной камеры 1. А отработанную газовую смесь подают в диффузор 9, где повышают давление газового потока. При подводе отработанной газовой смеси на вход турбокомпрессора 11 газовую смесь охлаждают при помощи теплообменника, у которого трубопровод-змеевик 39 с водой, постоянно охлаждаемой холодильником 42, расположен поперек потоку газа. Применение теплообменника позволяет снизить температуру отработанной газовой смеси до температуры воздуха, поступающего в турбокомпрессор 11 и далее подаваемого в сверхзвуковые воздушные сопла 8 соплового блока 6 для охлаждения рабочей газовой смеси в газоразрядной камере 1. Также на входе турбокомпрессора 11 установлено эжекторное устройство 40 для понижения давления воздуха, подаваемого в турбокомпрессор 11 из атмосферы. Эжекторное устройство 40 производит забор газа из диффузора 9 на лопатки турбокомпрессора 11. The radiation obtained using the mirrors 2 of the resonator is removed from the gas discharge chamber 1. And the exhaust gas mixture is fed into the diffuser 9, where the pressure of the gas stream is increased. When supplying the exhaust gas mixture to the inlet of the turbocharger 11, the gas mixture is cooled using a heat exchanger, in which the coil pipe 39 with water, constantly cooled by the refrigerator 42, is located across the gas stream. The use of a heat exchanger reduces the temperature of the exhaust gas mixture to the temperature of the air entering the turbocompressor 11 and then supplied to the supersonic air nozzles 8 of the nozzle block 6 for cooling the working gas mixture in the gas discharge chamber 1. An ejector device 40 is also installed at the inlet of the turbocompressor 11 to reduce air pressure supplied to the turbocharger 11 from the atmosphere. The ejector device 40 draws gas from the diffuser 9 onto the blades of the turbocharger 11.
Заявляемое изобретение благодаря введению турбореактивной установки, служащей в качестве источника смеси СО, воздуха высокого давления и электроэнергии, позволяет сделать компактный, мобильный, автономный, непрерывно работающий, более экологически чистый ЭГД СО-лазер многоцелевого назначения. The claimed invention due to the introduction of a turbojet, which serves as a source of a mixture of CO, high pressure air and electricity, allows to make a compact, mobile, autonomous, continuously working, more environmentally friendly EHD CO laser for multipurpose use.
У заявляемой конструкции неограниченное время работы из-за применения источника воздуха высокого давления с неограниченным объемом, в качестве которого используется воздух сжатый в турбокомпрессоре. Этот лазер обладает достаточно высокой экологичностью за счет того, что он работает по замкнутому циклу. Конструкция является компактной, автономной, мобильной, а также непрерывно работающей благодаря использованию неограниченных источников воздуха высокого давления, смеси СО и источника электроэнергии. Повышение экологичности достигается в заявляемом ЭГД СО-лазере путем вывода отработанной лазерной смеси в турбокомпрессор, что к тому же не требует дополнительных материальных затрат. The claimed design has unlimited operating time due to the use of a high pressure air source with unlimited volume, which is used as compressed air in a turbocharger. This laser has a fairly high environmental friendliness due to the fact that it operates in a closed loop. The design is compact, autonomous, mobile, as well as continuously working thanks to the use of unlimited sources of high pressure air, a mixture of CO and a source of electricity. Improving environmental friendliness is achieved in the inventive EHD CO laser by removing the spent laser mixture into a turbocharger, which also does not require additional material costs.
Все эти достоинства позволяют использовать заявляемое изобретение автономно, с неограниченным временем работы, а также работающим по замкнутому циклу, следовательно, более экологичным. All these advantages make it possible to use the claimed invention autonomously, with unlimited working time, and also working in a closed cycle, therefore, more environmentally friendly.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93020138A RU2065240C1 (en) | 1993-04-19 | 1993-04-19 | Electrogasodynamic co-laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93020138A RU2065240C1 (en) | 1993-04-19 | 1993-04-19 | Electrogasodynamic co-laser |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2065240C1 true RU2065240C1 (en) | 1996-08-10 |
| RU93020138A RU93020138A (en) | 1996-08-20 |
Family
ID=20140590
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU93020138A RU2065240C1 (en) | 1993-04-19 | 1993-04-19 | Electrogasodynamic co-laser |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2065240C1 (en) |
-
1993
- 1993-04-19 RU RU93020138A patent/RU2065240C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| А.С.Борейшо и др. Технология судостроения.- 1988, N 5. Патент РФ N 2002346, кл. H 01 S 3/0953, 1993. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5344314A (en) | Turbine device for hot air generation | |
| US5331806A (en) | Hydrogen fuelled gas turbine | |
| ES336944A1 (en) | Power plant with steam injection | |
| CN110718843B (en) | Air-breathing type continuous rotation detonation combustion driven premixing type carbon dioxide pneumatic laser | |
| CN110707521A (en) | Premixed carbon dioxide pneumatic laser driven by continuous rotation detonation rocket combustion | |
| US5353589A (en) | Gas turbine plant having a water or steam cooled energy exchanger | |
| US5950418A (en) | Electrical power plant | |
| RU2065240C1 (en) | Electrogasodynamic co-laser | |
| US5271216A (en) | Method for increasing the compressor-related pressure drop of the gas turbine of a power plant | |
| FI127654B (en) | System and method for generating electric energy | |
| RU2099553C1 (en) | Method and device for generating and utilizing generator gas | |
| CN111502940B (en) | Microwave air plasma water vapor injection pushing device | |
| JPS598079B2 (en) | Method for producing gas mixture for laser and apparatus for producing the same | |
| RU135000U1 (en) | HYDROCARBON RECTANGULAR ENGINE | |
| CN110739602B (en) | Pre-mixing type carbon dioxide pneumatic laser driven by pulse detonation rocket combustion | |
| RU95122403A (en) | METHOD FOR PRODUCING AND USING GENERATOR GAS AND INSTALLATION FOR ITS IMPLEMENTATION | |
| RU2076929C1 (en) | Peak power generation process and combined-cycle plant for its implementation | |
| RU2174614C1 (en) | Solar-heat gas-turbine engine operating process | |
| CN216950580U (en) | Internal and external mixed combustion engine with combustion nozzle | |
| US3982209A (en) | Combustion-electric laser | |
| RU2712339C1 (en) | Combined power gas turbine expander unit of main line gas pipeline compressor station | |
| RU2065241C1 (en) | Electrogasodynamic co-laser | |
| RU2088773C1 (en) | Gas-turbine plant operation process | |
| CN216950579U (en) | Internal and external mixed combustion engine with combustion nozzle | |
| RU83544U1 (en) | GAS TURBINE INSTALLATION |