RU2069779C1 - Gas-turbine engine - Google Patents
Gas-turbine engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2069779C1 RU2069779C1 RU94012040A RU94012040A RU2069779C1 RU 2069779 C1 RU2069779 C1 RU 2069779C1 RU 94012040 A RU94012040 A RU 94012040A RU 94012040 A RU94012040 A RU 94012040A RU 2069779 C1 RU2069779 C1 RU 2069779C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat exchanger
- path
- collectors
- plates
- engine according
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к газотурбинным (ГТД), преимущественно автомобильным (АГТД) и другим подобным сравнительно маломощным двигателям. The invention relates to gas turbine (GTE), mainly automobile (AGTD) and other similar relatively low-power engines.
Известны маломощные АГТД, содержащие последовательно включенные по ходу рабочего тела компрессор, нагреватель и турбину. Как правило, такие ГТД имеют регенеративный теплообменник, в котором воздух перед камерой сгорания подогревается выхлопными газами [1] Расчеты показывают, что такие АГТД по экономичности могут составить конкуренцию дизельному ДВС только при очень высокой температуре газа перед турбиной (≥1350К). Такая температура может быть (в неохлажденном варианте) достигнута только в керамической турбине. Однако высота проточной части лопаточных машин столь высокотемпературных ГТД при малой мощности очень мала, что предопределяет большую величину концевых и кромочных потерь. Кроме того, технология изготовления высокотемпературных керамических элементов еще недостаточно отработана для практического применения. Наконец, горение в таких ГТД происходит при высоких давлениях, что обуславливает наличие в выхлопных газах токсичных примесей (например NOx).Low-power gas turbine engines are known, containing a compressor, a heater, and a turbine sequentially connected along the working fluid. Typically, such gas turbine engines have a regenerative heat exchanger in which the air in front of the combustion chamber is heated by exhaust gases [1] Calculations show that such gas turbine engines can be competitive with a diesel engine only at a very high gas temperature in front of the turbine (≥1350K). This temperature can be (uncooled) achieved only in a ceramic turbine. However, the height of the flowing part of the blade machines of such a high-temperature gas turbine engine at low power is very small, which determines a large value of the end and edge losses. In addition, the manufacturing technology of high-temperature ceramic elements is not yet sufficiently developed for practical use. Finally, combustion in such gas turbine engines occurs at high pressures, which leads to the presence of toxic impurities in the exhaust gases (for example, NO x ).
Известны газотурбинные двигателя, содержащие последовательно включенные по ходу рабочего тела нагреватель, турбину, нагревающий тракт и коллектор теплообменника, компрессор, причем охлаждающий тракт и коллектор теплообменника сообщены с атмосферой [2] Описанный узел ГТД обычно используется в качестве так называемого "вакуумирующего агрегата" для увеличения мощности и КПД основного ГТД. Gas turbine engines are known that comprise a heater, a turbine, a heating path and a heat exchanger manifold, a compressor in series connected in series along the working fluid, the cooling path and the heat exchanger manifold communicating with the atmosphere [2] The described gas turbine engine assembly is usually used as the so-called “vacuum unit” to increase power and efficiency of the main gas turbine engine.
Известен газотурбинный двигатель, содержащий последовательно по ходу рабочего тела включенные нагреватель, турбину, нагревающий тракт основного теплообменника и компрессор, причем охлаждающий тракт основного теплообменника сообщен на входе с атмосферой, на выходе с входом нагревателя, а между нагревающим трактом основного теплообменника и компрессором включен нагревающий тракт дополнительного газовоздушного теплообменника [3]
Недостатком указанных двигателей является токсичность выхлопа и пониженная экономичность при малых мощностях.A gas turbine engine is known that contains a heater, a turbine, a heating path of the main heat exchanger and a compressor sequentially along the working fluid, the cooling path of the main heat exchanger communicated at the inlet with the atmosphere, at the outlet with the heater inlet, and a heating path is connected between the heating path of the main heat exchanger and the compressor additional gas-air heat exchanger [3]
The disadvantage of these engines is the toxicity of the exhaust and reduced efficiency at low power.
Решаемой задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков. The object of the present invention is to remedy these drawbacks.
Это достигается тем, что выход охлаждающего тракта основного теплообменника сообщен с входом нагревателя, выхлопной тракт двигателя снабжен дополнительным газовоздушным теплообменником, понижающим перед компрессором температуру выхлопных газов воздухом, забираемым из атмосферы вентилятором, а также газотопливным теплообменником, в котором топливо подогревается до температуры, при которой не происходит отложений, с целью уменьшения токсичности выхлопа. This is achieved by the fact that the output of the cooling path of the main heat exchanger is in communication with the heater inlet, the exhaust duct of the engine is equipped with an additional gas-air heat exchanger, which reduces the temperature of the exhaust gases in front of the compressor by air taken from the atmosphere by a fan, and also a gas-fuel heat exchanger, in which the fuel is heated to a temperature at which no deposits occur in order to reduce exhaust toxicity.
В основном теплообменнике может осуществляться L, П или Z-образная схема течения теплоносителей. In the main heat exchanger, an L, P, or Z-shaped flow pattern of heat carriers can be carried out.
Основной теплообменник L-образной схемы из кольцевых пластин с выштамповками секторных внутренних и наружных окон и прямолинейных гофр, пластины попарно соединены по выштамповкам окон с образованием продольных коллекторов и по кромкам с образованием равномерно расположенных по внутренней и внешней боковым поверхностями отверстий, сообщающих соответственно атмосферу с охлаждающим трактом и выход турбины с нагревающим трактом. Поверхности, ограничивающие указанные тракты, образованы пересекающимися гофрами смежных пластин. Выштамповки окон имеют дополнительные отбортовки. Соседние пластины соединены по дополнительным отбортовкам с образованием проходных отверстий, расположенных у периферии коллекторов нагревающего тракта и у корня охлаждающего тракта. The main heat exchanger of the L-shaped circuit from annular plates with embossments of sector inner and outer windows and rectilinear corrugations, the plates are connected in pairs along the embossings of windows with the formation of longitudinal collectors and along the edges with the formation of holes evenly spaced along the inner and outer side surfaces, communicating respectively the atmosphere with the cooling path and turbine output with a heating path. The surfaces bounding these paths are formed by intersecting corrugations of adjacent plates. Window stampings have additional flanges. Neighboring plates are connected by additional flanges with the formation of through holes located at the periphery of the collectors of the heating tract and at the root of the cooling tract.
Основной теплообменник П-образной схемы снабжен газосборником и выполнен из кольцевых пластин с выштамповками секторных внутренних и наружных окон и прямолинейных гофр, пластины попарно соединены по выштамповкам окон с образованием продольных коллекторов, а также по кромкам с образованием равномерно расположенных по внутренней и внешней боковым поверхностям теплообменника отверстий, сообщающих соответственно выход турбины с нагревающим трактом, выход последнего с газосборником, наружные коллекторы на входе сообщены с атмосферой и через охлаждающий тракт с внутренними коллекторами, поверхности, ограничивающие указанные тракты, образованы пересекающимися гофрами смежных пластин. The main heat exchanger of the U-shaped circuit is equipped with a gas collector and is made of annular plates with stamping of sector internal and external windows and straight corrugations, the plates are connected in pairs along the stamping of windows with the formation of longitudinal collectors, as well as along the edges with the formation of uniformly located on the inner and outer side surfaces of the heat exchanger holes, respectively communicating the output of the turbine with a heating path, the output of the latter with a gas collector, the external collectors at the inlet are in communication with the atmosphere and through the cooling path with internal collectors, the surfaces bounding these paths are formed by intersecting corrugations of adjacent plates.
Основной теплообменник Z-образной схемы снабжен газосборником и выполнен из кольцевых пластин с выштамповками секторных окон и прямолинейных гофр, пластины попарно соединены по выштамповкам окон с образованием чередующихся продольных входных и выходных коллекторов, а также по кромкам с образованием равномерно расположенных по внутренней и внешней боковым поверхностям теплообменника отверстий, сообщающих соответственно выход турбины с нагревающим трактом, выход последнего с газосборником, входные коллекторы сообщены с атмосферой и через охлаждающий тракт с выходными коллекторами, а поверхности, ограничивающие указанные тракты, образованы пересекающимися гофрами смежных пластин. The main heat exchanger of the Z-shaped circuit is equipped with a gas collector and is made of annular plates with stamping of sector windows and rectilinear corrugations, the plates are connected in pairs by stamping of windows with the formation of alternating longitudinal input and output collectors, as well as along the edges with the formation of uniformly located on the inner and outer side surfaces a heat exchanger of openings respectively communicating the output of the turbine with a heating path, the output of the latter with a gas collector, the input manifolds are in communication with the atmosphere and through the cooling path with the outlet manifolds, and the surfaces bounding these paths are formed by intersecting corrugations of adjacent plates.
Выштамповки окон теплообменников П и Z-образной схем также имеют дополнительные отбортовки, при соединении по которым с соседними пластинами образуются отверстия у периферии коллекторов для входа воздуха в охлаждающий тракт и отверстия у корня коллекторов для выхода его из тракта в коллектор. The window stampings of the heat exchangers of the P and Z-shaped circuits also have additional flanges, when connected to adjacent plates, holes are formed at the periphery of the collectors for air to enter the cooling path and holes at the root of the collectors to exit it from the path to the collector.
Вместо дополнительных отбортовок между выштамповками окон в коллекторах могут быть установлены вставки, образующие проходные отверстия. Вставки могут быть из теплоизоляционного материала. Instead of additional flanges between window stampings, inserts forming passage openings can be installed in the collectors. The inserts may be made of insulating material.
Пластины теплообменника для обеспечения равномерности распределения расхода могут быть выполнены многогранными в виде пересекающихся касательных к средней линии коллекторов на внутреннем диаметре и пересекающихся секущих, соединяющих крайние точки соседних коллекторов на внешнем диаметре. Угол между соответственно секущими и касательными составляет от 120 до 180oC. При этом отношение внутренних радиусов гофр со стороны теплоносителей большей r1 и меньшей r2 плотности составляет r2/r1 1.3. Пластины теплообменника могут быть выштампованы овальными с равновеликими площадями теплообменной поверхности и проходных сечений коллекторов соответственно.To ensure uniform flow distribution, the heat exchanger plates can be multifaceted in the form of intersecting tangent to the middle line of the collectors on the inner diameter and intersecting secant connecting the extreme points of neighboring collectors on the outer diameter. The angle between the secant and tangent, respectively, is from 120 to 180 o C. Moreover, the ratio of the internal radii of the corrugations from the side of heat carriers of greater r 1 and lower r 2 density is r 2 / r 1 1.3. The heat exchanger plates can be stamped oval with equal areas of the heat exchange surface and through sections of the collectors, respectively.
Для осуществления очистки теплообменника от сажистых отложений путем повышения температуры стенки ГТД снабжен перепускной магистралью, имеющей клапан, которая сообщает выход дополнительного газовоздушного теплообменника по воздуху с входом охлаждающего тракта основного теплообменника. To carry out cleaning of the heat exchanger from soot deposits by increasing the wall temperature, the gas turbine engine is equipped with a bypass line having a valve that communicates the output of the additional gas-air heat exchanger through the air with the inlet of the cooling path of the main heat exchanger.
В случае использования специальных жидкостей в коллекторе нагревающего тракта установлены форсунки, сообщенные с источником очищающей среды. In the case of using special liquids, nozzles are connected to the source of the cleaning medium in the collector of the heating duct.
На фиг. 1 показана схема газотурбинного двигателя; фиг. 2 поперечное сечение теплообменника L-образной схемы; фиг. 3 сечение А-А фиг. 2; фиг. 4 - сечение Б-Б фиг. 2. фиг. 5 внутреннее и наружное окно теплообменника с соответствующими выштамповками; фиг. 6 сечение В-В фиг. 5; фиг. 7 сечение Г-Г фиг. 5; фиг. 8 схема подсоединения основного теплообменника при П-образной схеме течения теплоносителей; фиг. 9 схема подсоединения основного теплообменника при Z-образной схеме течения теплоносителей; фиг. 10 часть поперечного сечения основного теплообменника П-образной схемы; фиг. 11 часть поперечного сечения основного теплообменника Z-образной схемы; фиг. 12 сечение Д-Д фиг. 10 и фиг. 11; фиг. 13 сечение Е-Е фиг. 10; фиг. 14 - сечение Ж-Ж фиг. 11; фиг. 15 сечение З-З фиг. 11; фиг. 16 внутреннее и наружное окно основного теплообменника с вставками; фиг. 17 сечение И-И фиг. 16; фиг. 18 сечение К-К фиг. 16; фиг. 19 сечение Б-Б фиг. 2 при различном отношении внутренних радиусов гофр; фиг. 20 часть поперечного сечения многогранного теплообменника с уменьшенными потерями давления на поворот потока; фиг. 21 поперечное сечение теплообменника овальной формы. In FIG. 1 shows a diagram of a gas turbine engine; FIG. 2 is a cross section of an L-shaped heat exchanger; FIG. 3 section AA of FIG. 2; FIG. 4 is a section BB of FIG. 2. FIG. 5 inner and outer window of the heat exchanger with the corresponding stampings; FIG. 6, section BB of FIG. 5; FIG. 7 section GG of FIG. 5; FIG. 8 diagram of the connection of the main heat exchanger with a U-shaped flow diagram of coolants; FIG. 9 connection diagram of the main heat exchanger with a Z-shaped flow diagram of coolants; FIG. 10 is a part of the cross section of the main heat exchanger of the U-shaped circuit; FIG. 11 is a part of a cross section of a main heat exchanger of a Z-shaped circuit; FIG. 12 section DD of FIG. 10 and FIG. eleven; FIG. 13 section EE of FIG. 10; FIG. 14 is a section FJ of FIG. eleven; FIG. 15, section Z-3 of FIG. eleven; FIG. 16 inner and outer window of the main heat exchanger with inserts; FIG. 17 section II; sixteen; FIG. 18 section KK of FIG. sixteen; FIG. 19 section BB of FIG. 2 with a different ratio of the internal radii of the corrugations; FIG. 20 is a portion of a cross-section of a multifaceted heat exchanger with reduced pressure loss on flow rotation; FIG. 21 cross section of an oval shaped heat exchanger.
Позиции на чертежах обозначают: 1 нагреватель (камера сгорания), 2 - турбина, 3 нагревающий тракт (вход газа), 4 коллектор нагревающего тракта основного теплообменника, 5 компрессор, 6 охлаждающий тракт (вход воздуха), 7 коллектор охлаждающего тракта основного теплообменника, 8 - дополнительный газовоздушный теплообменник, 9 топливогазовый теплообменник, 10 патрубок выхода воздуха из дополнительного газовоздушного теплообменника, 11 магистраль подачи горячего воздуха на вход в основной теплообменник, 12 - клапаны управления подачей горячего воздуха, 13 клапан, соединяющий камеру сгорания с атмосферой, 14 форсунки подачи в коллектор нагревающего тракта (3) жидкости или газа для очистки теплообменника, 15 пластина основного теплообменника с L-образной схемой течения, 16 выштамповки внутренних окон, 17 выштамповки наружных окон, 18 внутреннее окно, 19 наружное окно, 20 - прямолинейные гофры, 21 внутренняя кромка, 22 наружная кромка, 23 - внутренняя боковая поверхность, 24 внешняя боковая поверхность, 25 - дополнительная отбортовка внутреннего окна, 26 дополнительная отбортовка наружного окна, 27 проходное отверстие внутреннего окна, 28 проходное отверстие наружного окна, 29 вставка для образования проходных отверстий, 30 газосборник, 31 пластина основного теплообменника с П-образной схемой течения, 32 наружный коллектор, 33 пластина основного теплообменника с Z-образной схемой течения, 34 выштамповки окон Z-образного теплообменника, 35 входной коллектор Z-образного теплообменника, 36 выходной коллектор Z-образного теплообменника, 37 дополнительные отбортовки Z-образного теплообменника. The positions in the drawings indicate: 1 heater (combustion chamber), 2 - turbine, 3 heating path (gas inlet), 4 collector of the heating path of the main heat exchanger, 5 compressor, 6 cooling path (air inlet), 7 collector of the cooling path of the main heat exchanger, 8 - additional gas-air heat exchanger, 9 gas-gas heat exchanger, 10 pipe for air outlet from the additional gas-air heat exchanger, 11 main line for supplying hot air to the inlet to the main heat exchanger, 12 - hot air supply control valves xa, 13 valve connecting the combustion chamber to the atmosphere, 14 nozzles for supplying liquid or gas to the collector of the heating path (3) for cleaning the heat exchanger, 15 plate of the main heat exchanger with an L-shaped flow pattern, 16 stamping of the inner windows, 17 stamping of the outer windows, 18 inner window, 19 outer window, 20 - straight corrugations, 21 inner edge, 22 outer edge, 23 - inner side surface, 24 outer side surface, 25 - additional flanging of the inner window, 26 additional flanging of the outer window, 27 passage hole of the inner window, 28 passage hole of the outer window, 29 insert for forming passage holes, 30 gas collector, 31 plate of the main heat exchanger with a U-shaped flow pattern, 32 external collector, 33 plate of the main heat exchanger with a Z-shaped flow pattern, 34 window stamping Z-shaped heat exchanger, 35 inlet manifold of the Z-shaped heat exchanger, 36 outlet manifold of the Z-shaped heat exchanger, 37 additional flanges of the Z-shaped heat exchanger.
Конструктивно предлагаемый ГТД содержит нагреватель (1), турбину компрессора (2) и свободную турбину, нагревающий тракт (3) подвода продуктов сгорания к коллектору нагревающего тракта (4) основного теплообменника, компрессор (5). Основной теплообменник имеет также коллектор охлаждающего тракта (7), сообщенный с атмосферой охлаждающим трактом (6). Выход охлаждающего тракта (7) соединен с входом нагревателя (1), а выход нагревающего тракта (4) с дополнительным газовоздушным теплообменником (8) и затем с компрессором (5). Перед дополнительным теплообменником (8) установлен топливогазовый теплообменник (9) для подогрева топлива, поступающего в нагреватель (1). Охлаждение продуктов сгорания в дополнительном теплообменнике (8) осуществляется атмосферным воздухом, подаваемым специальным вентилятором или вентилятором, установленным на одном валу с компрессором (на схеме не показано). Патрубок (10) выхода воздуха из дополнительного теплообменника (8) соединен с системой отопления объекта и с помощью трубопровода (11) и клапанов (12) с охлаждающим трактом (6) для повышения температуры воздуха на входе в теплообменник при очистке его путем "прожига". Для этой же цели служит клапан (13), соединяющий нагреватель (1) с атмосферой, что приводит к уменьшению расхода воздуха через теплообменник и повышению температуры его стенок. С целью снижения температуры прожига при очистке теплообменника в коллектор нагревающего тракта (3) подается с помощью форсунок (24) специальная жидкость (например 33%-ный раствор перекиси водорода) или озон, генерируемый специальным прибором (на схеме не показан). Structurally, the proposed gas turbine engine comprises a heater (1), a compressor turbine (2) and a free turbine, a heating path (3) for supplying combustion products to the collector of the heating path (4) of the main heat exchanger, a compressor (5). The main heat exchanger also has a collector of the cooling path (7), in communication with the atmosphere of the cooling path (6). The output of the cooling path (7) is connected to the input of the heater (1), and the output of the heating path (4) with an additional gas-air heat exchanger (8) and then with the compressor (5). In front of the additional heat exchanger (8), a gas-gas heat exchanger (9) is installed for heating the fuel entering the heater (1). The combustion products are cooled in an additional heat exchanger (8) by atmospheric air supplied by a special fan or fan mounted on the same shaft as the compressor (not shown in the diagram). The pipe (10) of the air outlet from the additional heat exchanger (8) is connected to the heating system of the facility and, using a pipe (11) and valves (12), with a cooling duct (6) to increase the temperature of the air at the inlet to the heat exchanger when cleaning it by “burning” . For the same purpose, a valve (13) connecting the heater (1) with the atmosphere serves, which leads to a decrease in air flow through the heat exchanger and an increase in the temperature of its walls. In order to reduce the burning temperature when cleaning the heat exchanger, a special liquid (for example, a 33% hydrogen peroxide solution) or ozone generated by a special device (not shown) is supplied to the collector of the heating path (3).
Основной теплообменник L-образной схемы выполнен из кольцевых пластин (15) с отбортовками внутренней (21) и внешней (22) кромок по форме пластины (15), расположенными в различных плоскостях и с выштамповками (16, 17) секторных внутренних (18) и наружных (19) окон, расположенными в плоскостях, противоположных соответствующим отбортовкам. Окна (18) и (19) имеют также дополнительные отбортовки (25), (26) в плоскостях, соответствующих отбортовкам внутренней (21) и внешней (22) кромкам, соединение которых с отбортовками соседних пластин препятствует доступу теплоносителей к центральной части окон (18), (19). Для перетекания теплоносителей из теплопередающей части поверхности пластины (15) в коллектор служат проходные отверстия (27) внутреннего окна (18) и проходного отверстия (28) наружного окна (19), расположены у периферии коллекторов нагревающего тракта (4) и у корня коллекторов охлаждающего тракта (7) теплообменника. Площадь проходных сечений определяется высотой дополнительных отбортовок (25), (26), составляющей 0,6. 0,8 высоты окна. The main heat exchanger of the L-shaped circuit is made of annular plates (15) with flanges of the internal (21) and external (22) edges in the shape of the plate (15) located in different planes and with stampings (16, 17) of the sector internal (18) and external (19) windows located in planes opposite to the corresponding flanges. Windows (18) and (19) also have additional flanges (25), (26) in planes corresponding to flanges of the inner (21) and external (22) edges, the connection of which with flanges of adjacent plates prevents the coolant from accessing the central part of the windows (18) ), (19). For the flow of coolants from the heat transferring part of the surface of the plate (15) to the collector, the through holes (27) of the inner window (18) and the through hole (28) of the outer window (19) are located at the periphery of the collectors of the heating path (4) and at the root of the collectors path (7) of the heat exchanger. The cross-sectional area is determined by the height of the additional flanges (25), (26), which is 0.6. 0.8 window height.
Основной теплообменник П-образной схемы снабжен газосборником (30) и выполнен из кольцевых пластин (31) с выштамповками (16), (17) секторных внутренних (18) и наружных (19) окон и прямолинейных гофр (20), пластины (31) попарно соединены по выштамповкам (16), (17) окон (18), (19) с образованием наружного (32) и внутреннего (7) продольных коллекторов, а также по кромкам (21), (22) с образованием равномерно расположенных по внутренней (23) и внешней (24) боковым поверхностям отверстий, сообщающих выход турбины (2) с нагревающим трактом (3), а выход последнего с газосборником (30). Наружные коллекторы (32) на входе сообщены с атмосферой и через охлаждающий тракт с внутренними коллекторами (7). Поверхности, ограничивающие указанные тракты, образованы пересекающимися гофрами смежных пластин. The main heat exchanger of the U-shaped circuit is equipped with a gas collector (30) and is made of annular plates (31) with punchings (16), (17) sector internal (18) and external (19) windows and straight corrugations (20), plates (31) pairwise connected along the punchings (16), (17) of the windows (18), (19) with the formation of the outer (32) and internal (7) longitudinal collectors, as well as along the edges (21), (22) with the formation of uniformly located along the inner (23) and the outer (24) side surfaces of the holes communicating the turbine outlet (2) with a heating path (3), and the latter outlet with a gas collector (30). The external collectors (32) at the inlet are in communication with the atmosphere and through the cooling path with the internal collectors (7). The surfaces bounding these paths are formed by intersecting corrugations of adjacent plates.
Основной теплообменник Z-образной схемы также снабжен газосборником (30) и выполнен из кольцевых пластин (33) с выштамповками (34) секторных окон и прямолинейных гофр (20), пластины (33) попарно соединены по выштамповкам (34) окон с образованием продольных входных (35) и выходных (36) коллекторов, а также по кромкам (21), (22) с образованием равномерно расположенных по внутренней (23) и внешней (24) боковым поверхностям отверстий, сообщающих выход турбины (2) с нагревающим трактом (3), а выход последнего с газосборником (30), входные коллекторы (35) сообщены с атмосферой и через охлаждающий тракт с выходными коллекторами (36). Поверхности, ограничивающие указанные тракты, образованы пересекающимися гофрами смежных пластин. The main heat exchanger of the Z-shaped circuit is also equipped with a gas collector (30) and is made of annular plates (33) with embossments (34) of sector windows and straight corrugations (20), plates (33) are paired over the embossments (34) of windows with the formation of longitudinal inlets (35) and output (36) collectors, as well as along the edges (21), (22) with the formation of holes evenly spaced along the inner (23) and external (24) lateral surfaces, communicating the output of the turbine (2) with a heating path (3 ), and the outlet of the latter with a gas collector (30), input collectors (35) are connected to the atmosphere swarm and through the cooling path with the output manifolds (36). The surfaces bounding these paths are formed by intersecting corrugations of adjacent plates.
Выштамповки окон теплообменника с П-образной схемой течения (16), (17) и Z-образной схемой (34) имеют дополнительные отбортовки (25, 26 и 37), причем дополнительные отбортовки соседних пластин соединены с образованием расположенных у периферии проходных отверстий для входа воздуха в охлаждающий тракт и отверстий для выхода воздуха, расположенных у корня коллекторов. Это позволяет увеличить длину траектории движения воздуха по охлаждающему тракту. The window stampings of the heat exchanger with the U-shaped flow pattern (16), (17) and the Z-shaped flow pattern (34) have additional flanges (25, 26 and 37), and additional flanges of adjacent plates are connected with the formation of passage openings located at the periphery air into the cooling path and air outlet openings located at the root of the collectors. This allows you to increase the length of the trajectory of the air along the cooling path.
Выбор схемы течения теплоносителей определяется конструктивными особенностями двигателя, а также соотношением потерь давления и степенью регенерации тепла на основании результатов расчета. The choice of coolant flow pattern is determined by the design features of the engine, as well as the ratio of pressure losses and the degree of heat recovery based on the calculation results.
В зависимости от технологических возможностей вместо дополнительных отбортовок (25, 26, 37) между выштамповками (16, 17, 34) окон могут быть установлены вставки (29) по форме профиля и высоте подобные дополнительным отбортовкам. Пустотелые вставки заполняются теплоизоляционным материалом. Depending on the technological capabilities, instead of additional flanges (25, 26, 37), between inserts (16, 17, 34) of windows, inserts (29) can be installed in profile shape and height similar to additional flanges. Hollow inserts are filled with insulating material.
Наряду с кольцевой формой пластин для уменьшения потерь давления теплоносителей при изменении траектории движения с радиальной на окружную предлагается пластины выполнить многогранными в виде пересекающихся касательных к средней линии коллекторов на внутреннем диаметре и секущих, соединяющих крайние точки соседних коллекторов на внешнем диаметре. Угол соответственно между секущими и касательными может составлять 180 120o.Along with the annular shape of the plates, in order to reduce the loss of heat carrier pressure when changing the path from radial to circumferential, it is proposed that the plates be multifaceted in the form of intersecting tangent to the middle line of the collectors on the inner diameter and secant, connecting the extreme points of neighboring collectors on the outer diameter. The angle, respectively, between secants and tangents can be 180 120 o .
В случае, когда имеются ограничения высоты отсека, в котором располагается теплообменник, он может быть выполнен овальной формы с равновеликими площадями теплопередающей поверхности при равных площадях проходных отверстий коллекторов. In the case where there are restrictions on the height of the compartment in which the heat exchanger is located, it can be oval in shape with equal areas of the heat transfer surface with equal areas of the manifold through holes.
Двигатель, снабженный основным теплообменником с L-образной схемой течения, работает следующим образом. Воздух из атмосферы через тракт (6) по каналам, образованным пересекающимися прямолинейными гофрами (20), поступает через окно (27) в коллектор (7) охлаждающего тракта основного теплообменника. Для предотвращения утечки воздуха из воздушной полости, образованной стенками двух пластин (15), внутренние кромки (21) соединяются между собой герметично сваркой или пайкой. Дополнительные отбортовки внутреннего окна (25) предотвращают поступление воздуха в верхнюю часть окна (18), направляя его в окно (27) и коллектор (7), что позволяет увеличить длину воздушного канала и, следовательно, площадь теплообмена. При присоединении соседних пар пластин к исходной паре по выштамповкам (16) окон образуется герметичная воздушная полость с входом воздуха из тракта (6) и выходом в тракт (7). Подогретый за счет теплоты выхлопных газов воздух направляется в подогреватель (1). После подогрева или сжигания в камере сгорания (1) воздух или продукты сгорания, имеющие высокую температуру, поступают на турбину (2) (или на турбину компрессора и свободную турбину) для привода компрессора (5) и создания свободной мощности. После прохождения теплоизолированного нагревающего тракта (3) продукты сгорания, проходя по газовым каналам, образованными гофрами (20) пластин (15), отдают тепло воздуху через стенку пластины (15) и поступают через окно (28) в коллектор (4). Кромки (22) предотвращают утечки газа, а дополнительные отбортовки (26) увеличивают длину газового канала. При этом кромками (22) исходная пара пластин (15) соединяется попарно с соседними пластинами (15). После соединения исходных пар пластин по выштамповкам (17) наружных окон (19) газовая полость замыкается, соединяясь с одной стороны с нагревающим трактом (3), а с другой с коллектором (4). Вывод коллектора нагревающего тракта (4) соединен с компрессором (5), отсасывающим продукты сгорания из двигателя в атмосферу. Для уменьшения работы компрессора продукты сгорания охлаждаются в дополнительном газовоздушном теплообменнике (8) за счет атмосферного воздуха, подаваемого специальным вентилятором (на схеме не показан), а также подогревая топливо в топливогазовом теплообменнике (9). При подаче подогретого топлива в камеру сгорания (1) улучшается его распыление, испаряемость и полнота сгорания, что улучшает экологические характеристики двигателя. Подача воздуха из дополнительного теплообменника (8) на обогрев салона повышает комфорт в холодное время года. An engine equipped with a main heat exchanger with an L-shaped flow pattern operates as follows. Air from the atmosphere through the duct (6) through the channels formed by the intersecting rectilinear corrugations (20) enters through the window (27) into the collector (7) of the cooling path of the main heat exchanger. To prevent air leakage from the air cavity formed by the walls of the two plates (15), the inner edges (21) are connected tightly by welding or soldering. Additional flanging of the inner window (25) prevents air from entering the upper part of the window (18), directing it to the window (27) and the collector (7), which allows to increase the length of the air channel and, therefore, the heat transfer area. When adjacent pairs of plates are connected to the initial pair through window stampings (16), a sealed air cavity is formed with air inlet from the duct (6) and exit to the duct (7). Heated due to the heat of the exhaust gases, the air is sent to the heater (1). After heating or burning in the combustion chamber (1), air or combustion products having a high temperature enter the turbine (2) (or the compressor turbine and free turbine) to drive the compressor (5) and create free power. After passing through the heat-insulated heating path (3), the combustion products passing through the gas channels formed by the corrugations (20) of the plates (15) transfer heat to the air through the wall of the plate (15) and enter the collector (4) through the window (28). Edges (22) prevent gas leaks, and additional flanges (26) increase the length of the gas channel. In this case, with the edges (22), the initial pair of plates (15) is connected in pairs with neighboring plates (15). After connecting the initial pairs of plates along the punchings (17) of the outer windows (19), the gas cavity closes, connecting on one side with the heating path (3), and on the other with the collector (4). The output of the collector of the heating path (4) is connected to a compressor (5), which sucks the combustion products from the engine into the atmosphere. To reduce the compressor operation, the combustion products are cooled in an additional gas-air heat exchanger (8) due to the atmospheric air supplied by a special fan (not shown in the diagram), as well as heating the fuel in a fuel-gas heat exchanger (9). When heated fuel is supplied to the combustion chamber (1), its atomization, evaporation, and combustion completeness are improved, which improves the environmental performance of the engine. The air supply from the additional heat exchanger (8) for heating the passenger compartment increases comfort in the cold season.
Для теплообменника с П-образной и Z-образной схемами продукты сгорания, проходя по газовым каналам, образованными гофрами (20) пластин (31) или (33), поступает в газосборник (30), из которого направляется в топливогазовый (9), а затем в дополнительный газовоздушный (8) теплообменники и компрессор (5). For a heat exchanger with a U-shaped and Z-shaped circuits, the combustion products passing through the gas channels formed by the corrugations (20) of the plates (31) or (33) enter the gas collector (30), from which it is sent to the fuel-gas (9), and then to the additional gas-air (8) heat exchangers and compressor (5).
Для теплообменника с П-образной схемой в воздушную полость теплообменника, образующуюся при соединении кромок (21) и (22) соседних пластин, и после прохода по каналам поступает через отверстие (27) во внутренний коллектор (7), из которого направляется в подогреватель (1). For a heat exchanger with a U-shaped circuit, into the air cavity of the heat exchanger formed when the edges (21) and (22) of adjacent plates are connected, and after passing through the channels, it passes through the hole (27) into the internal collector (7), from which it is sent to the heater ( 1).
В теплообменнике Z-образной схемы воздух из раздающего коллектора (35) через отверстия (28) проходит по воздушным каналам и после выхода из отверстий (27) поступает в выходной коллектор (36). In the heat exchanger of the Z-shaped circuit, air from the distribution manifold (35) through the holes (28) passes through the air channels and, after exiting the holes (27), enters the output manifold (36).
Повышение экологии двигателя обусловлено не только подогревом топлива, но и сжиганием его при давлениях, меньших атмосферного, при которых особенно существенно снижается выделение NOx и частиц сажи. Так как при длительной эксплуатации отложения на стенках теплообменника приводят к росту гидравлических потерь давления и снижению степени регенерации тепла, необходима периодическая очистка теплообменника. Для очистки "прожигом", когда температура стенки теплообменника должна превышать 650.700oC, выход (10) воздуха из дополнительного теплообменника (8) с помощью трубопровода (11) соединяется с (6). Повышение температуры воздуха на входе тракт (6) приводит к росту температуры стенки пластин (15, 31, 33) и самоочистке теплообменников. Клапаны (12) регулируют интенсивность повышения температуры воздуха на входе в теплообменник. Для этой же цели служит регулируемый клапан (13), соединяющий атмосферу с камерой сгорания (1), при частичном или полном открытии которого растет давление воздуха перед камерой сгорания (1) и уменьшается расход воздуха через теплообменник, вследствие чего возрастает температура стенки.Improving the ecology of the engine is caused not only by heating the fuel, but also by burning it at pressures lower than atmospheric, at which the emission of NO x and soot particles is especially significantly reduced. Since during prolonged use, deposits on the walls of the heat exchanger lead to an increase in hydraulic pressure losses and a decrease in the degree of heat recovery, periodic cleaning of the heat exchanger is necessary. For cleaning by "burning", when the temperature of the wall of the heat exchanger should exceed 650.700 o C, the output (10) of air from the additional heat exchanger (8) is connected to the pipe (11) via a pipe (11). An increase in the air temperature at the inlet of the duct (6) leads to an increase in the temperature of the wall of the plates (15, 31, 33) and self-cleaning of the heat exchangers. Valves (12) regulate the intensity of the increase in air temperature at the inlet to the heat exchanger. For the same purpose, an adjustable valve (13) is used that connects the atmosphere with the combustion chamber (1), with partial or full opening of which the air pressure in front of the combustion chamber (1) increases and the air flow through the heat exchanger decreases, as a result of which the wall temperature increases.
Для снижения температуры стенки при прожиге с 650.700oC до 300oC с помощью форсунки 14 в нагревающий тракт 4 теплообменника подается очищающая жидкость (например 33%-ый раствор перекиси водорода) или газ (например озон), генерируемый специальным прибором (на схеме не показано).To reduce the temperature of the wall when burning from 650.700 o C to 300 o C using the
Claims (13)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94012040A RU2069779C1 (en) | 1994-03-30 | 1994-03-30 | Gas-turbine engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94012040A RU2069779C1 (en) | 1994-03-30 | 1994-03-30 | Gas-turbine engine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU94012040A RU94012040A (en) | 1995-11-27 |
| RU2069779C1 true RU2069779C1 (en) | 1996-11-27 |
Family
ID=20154436
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU94012040A RU2069779C1 (en) | 1994-03-30 | 1994-03-30 | Gas-turbine engine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2069779C1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2449144C1 (en) * | 2010-09-30 | 2012-04-27 | Виктор Алексеевич Белоусов | Gas-turbine power plant with heat recuperation |
| RU2450210C2 (en) * | 2010-05-04 | 2012-05-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научный Центр "Керамические Двигатели" им. А.М. Бойко" (ООО "Центр Бойко") | Counterflow plate matrix-ring small-sized ceramic recuperator |
| RU2623133C1 (en) * | 2016-06-07 | 2017-06-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский политехнический университет" | System of heat exchange in small-sized gas-turbine energy installations (microturbines) with rotating rotary regenerative heat exchanger |
| WO2020040716A1 (en) * | 2018-08-21 | 2020-02-27 | Михаил Анатольевич КУДРЯШОВ | Gas turbine engine having heat exchanger |
| WO2020101631A1 (en) * | 2018-11-13 | 2020-05-22 | Тарас Мыколайовыч РЫМАР | Thermally insulating non-autoclaved cellular concrete |
-
1994
- 1994-03-30 RU RU94012040A patent/RU2069779C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Fransactions of ASME Ser A.Jannory, 1978, v. 100, p. 91-100. 2. Моравский А.В. Утилизация тепла в газотурбинных двигателях, М.: ВНИИГПЭ, 1985, с. 28-29. 3. Шнеэ Я.И. Газовые турбины. М.: Машиностроение, 1960, с. 95-96, фиг. 85. * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2450210C2 (en) * | 2010-05-04 | 2012-05-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научный Центр "Керамические Двигатели" им. А.М. Бойко" (ООО "Центр Бойко") | Counterflow plate matrix-ring small-sized ceramic recuperator |
| RU2449144C1 (en) * | 2010-09-30 | 2012-04-27 | Виктор Алексеевич Белоусов | Gas-turbine power plant with heat recuperation |
| RU2623133C1 (en) * | 2016-06-07 | 2017-06-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский политехнический университет" | System of heat exchange in small-sized gas-turbine energy installations (microturbines) with rotating rotary regenerative heat exchanger |
| WO2020040716A1 (en) * | 2018-08-21 | 2020-02-27 | Михаил Анатольевич КУДРЯШОВ | Gas turbine engine having heat exchanger |
| WO2020101631A1 (en) * | 2018-11-13 | 2020-05-22 | Тарас Мыколайовыч РЫМАР | Thermally insulating non-autoclaved cellular concrete |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0887612B1 (en) | Heat transfer structure | |
| US4694894A (en) | Heat exchangers | |
| KR100823654B1 (en) | Exhaust gas recirculation cooler | |
| KR100390521B1 (en) | Heat Exchanger of Condensing Boiler | |
| US20010037646A1 (en) | Cooling structure of combustor tail tube | |
| JPS6133972B2 (en) | ||
| CN217541541U (en) | Novel plate-type evaporative condenser | |
| RU2069779C1 (en) | Gas-turbine engine | |
| US7543631B2 (en) | Exhaust gas heat exchanger for cogeneration system | |
| CN109539258B (en) | Low NOx radiant tube combustion system of adjustable flue gas reflux volume | |
| JP2000234566A (en) | Egr gas cooling device | |
| JP2002021581A (en) | Gas turbine device equipped with heat exchanger | |
| RU94012040A (en) | GAS TURBINE ENGINE | |
| CN1171150A (en) | Gas burner for heaters, especially water heaters | |
| CN210128649U (en) | Heat regeneration device and gas turbine | |
| JPH05332164A (en) | Regeneration type gas turbine | |
| CN113237077B (en) | Condensation heat exchanger structure | |
| US6209630B1 (en) | Heat exchanger | |
| JP4631216B2 (en) | Exhaust gas heat exchanger | |
| CN219015007U (en) | Ceramic kiln flue gas heat regulation grading cyclic utilization device | |
| CN216159055U (en) | Air-cooled combustion chamber and combustor using same | |
| JP3343665B2 (en) | Exhaust gas heat exchanger | |
| CN213178320U (en) | Self-cooling energy-saving combustion device | |
| SU1712637A1 (en) | Exhaust silencer for internal-combustion engine | |
| CN219589166U (en) | Heat exchanger and water heater |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090331 |