RU2290521C2 - Gas-turbine engine - Google Patents
Gas-turbine engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2290521C2 RU2290521C2 RU2004118624/06A RU2004118624A RU2290521C2 RU 2290521 C2 RU2290521 C2 RU 2290521C2 RU 2004118624/06 A RU2004118624/06 A RU 2004118624/06A RU 2004118624 A RU2004118624 A RU 2004118624A RU 2290521 C2 RU2290521 C2 RU 2290521C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat exchanger
- working fluid
- evaporator
- turbine
- compressor
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к энергетическим установкам, способным производить полезную работу.The invention relates to a power system, in particular to power plants capable of producing useful work.
Известно изобретение «Способ работы поршневого пневмодвигателя» (а.с. № 663858, SU), в котором предложен способ работы поршневого двигателя, основанного на получении работы не за счет тепла, выделяемого при горении топлива, а за счет охлаждения воздуха окружающей среды в ограниченном объеме с помощью ввода в этот объем хладагента. За счет испарения хладагента давление в этом объеме падает и внешнее давление атмосферы может быть использовано для получения полезной работы.The invention is known "Method of operation of a piston air motor" (AS No. 663858, SU), which proposes a method of operation of a piston engine based on obtaining work not due to the heat generated by the combustion of fuel, but due to cooling of the ambient air in a limited volume by entering refrigerant into this volume. Due to the evaporation of the refrigerant, the pressure in this volume drops and the external pressure of the atmosphere can be used to obtain useful work.
В изобретении «Способ работы поршневого двигателя и устройство для его реализации» (патент № 2116460, RU) эта идея получила дальнейшее развитие и был предложен способ и устройство для получения полезной работы с помощью хладагента, который подавался в термически связанную, но изолированную от замкнутого объема с воздухом полость. В результате теплообмена между воздухом и хладагентом воздух охлаждается, а хладагент испаряется и нагревается. В результате можно получить полезную работу как от окружающей атмосферы, так и от испарившегося хладагента.In the invention, “The method of operation of a piston engine and a device for its implementation” (patent No. 2116460, RU), this idea was further developed and a method and device for obtaining useful work using a refrigerant, which was supplied to a thermally bonded, but isolated from a closed volume, was proposed with air cavity. As a result of heat exchange between the air and the refrigerant, the air is cooled and the refrigerant evaporates and heats up. As a result, you can get useful work both from the surrounding atmosphere and from the evaporated refrigerant.
В изобретении «Способ преобразования в механическую работу всего тепла, получаемого рабочим телом теплового двигателя от нагревателя, в частности тепла, полученного от вещества окружающей среды, и устройство для его осуществления» (патент № 2101521, RU) показано, что тепло, полученное хладагентом, может быть эффективно превращено в работу с частичным возвращением тепла источнику. В устройстве, содержащем стандартные элементы поршневого теплового двигателя, рабочие цилиндры разделены на два блока, один из которых находится в тепловом контакте и равновесии с нагревателем, а в другом каждый цилиндр адиабатически изолирован. Поэтому хладагент после расширения снова можно частично перевести в жидкое состояние для последующего использования, а газовую составляющую сжать, охладить до температуры рабочего тела, а затем снова расширить, т.е. контур хладагента сделать замкнутым.In the invention, “A method of converting into mechanical work all the heat received by the working fluid of a heat engine from a heater, in particular heat obtained from an environmental substance, and a device for its implementation” (patent No. 2101521, RU) shows that the heat received by the refrigerant, can be effectively turned into work with partial return of heat to the source. In a device containing standard elements of a piston heat engine, the working cylinders are divided into two blocks, one of which is in thermal contact and in equilibrium with the heater, and in the other each cylinder is adiabatically isolated. Therefore, after expansion, the refrigerant can again be partially converted into a liquid state for subsequent use, and the gas component can be compressed, cooled to the temperature of the working fluid, and then expanded again, i.e. make the refrigerant circuit closed.
В настоящее время широкое распространение получили газотурбинные двигатели, используемые в различных отраслях техники, - в энергетике, на транспорте и т.д.At present, gas turbine engines used in various branches of technology, such as energy, transport, etc., are widely used.
Эти установки имеют большую удельную мощность и высокий коэффициент полезного действия, а также достаточно просты по конструкции.These plants have a high power density and high efficiency, and are also quite simple in design.
Все эти установки используют классический способ получения полезной работы путем сжигания горючего в окислительной среде, в частности в воздухе. В классическом газотурбинном двигателе (Маслеников М.М., Шельман Ю.И. «Авиационные газотурбинные двигатели», Москва, «Машиностроение», 1975 г.) атмосферный воздух предварительно сжимают в компрессоре, затем подают его в камеру сгорания, где происходит процесс горения. Продукты сгорания, имеющие высокую температуру и повышенное давление, подают на вход турбины, которая производит полезную работу.All these plants use the classical method of obtaining useful work by burning fuel in an oxidizing environment, in particular in air. In a classic gas turbine engine (Maslenikov M.M., Shelman Yu.I. “Aircraft gas turbine engines”, Moscow, “Mashinostroyenie”, 1975) atmospheric air is preliminarily compressed in a compressor, then it is supplied to the combustion chamber where the combustion process takes place . Combustion products having high temperature and high pressure are fed to the turbine inlet, which does useful work.
Но в процессе горения в продуктах сгорания образуются вредные примеси: окислы углерода, азота, выделяются твердые частицы (сажа), что разрушает среду обитания человека и создает большие проблемы в современном мире.But in the process of combustion, harmful impurities are formed in the combustion products: carbon oxides, nitrogen, solid particles (soot) are released, which destroys the human environment and creates big problems in the modern world.
Известно изобретение по патенту № 2145386, RU (прототип), которое относится к газотурбинным установкам и может быть использовано при создании наземных агрегатов для получения электричества и тепла с высокой эффективностью и при высоких экологических показателях. Устройство представляет собой газотурбинную установку с входной частью воздушного компрессора и с электрогенератором, турбодетандер, автономный воздушный компрессор, температуропонижающий теплообменник, систему подачи природного газа в ГТУ и систему потребления полезной работы.The invention is known by patent No. 2145386, RU (prototype), which relates to gas turbine units and can be used to create ground-based units for generating electricity and heat with high efficiency and high environmental performance. The device is a gas turbine unit with an inlet part of an air compressor and with an electric generator, a turboexpander, an autonomous air compressor, a temperature-reducing heat exchanger, a natural gas supply system to a gas turbine, and a useful work consumption system.
Основным недостатком данного изобретения, впрочем, как и аналогов, является использование в качестве горючего углеводородных соединений, которые, как уже отмечалось выше, при взаимодействии с воздушной средой вырабатывают большое количество вредных примесей (СО, СО2, NO и др.).The main disadvantage of this invention, however, like analogues, is the use of hydrocarbon compounds as a fuel, which, as noted above, when interacting with the air, they produce a large amount of harmful impurities (CO, CO 2 , NO, etc.).
Основной задачей заявляемого технического решения является получение полезной работы с помощью экологически чистого двигателя.The main objective of the proposed technical solution is to obtain useful work using an environmentally friendly engine.
Техническим результатом этого изобретения является создание энергетических установок (двигателей), в которых отсутствуют вредные выбросы в окружающую среду с одновременным обеспечением высокого коэффициента полезного действия преобразования тепловой энергии окружающей среды в полезную работу за счет использования в качестве хладоагента криогенной жидкости (жидкого гелия, жидкого азота, жидкого воздуха и т.д.).The technical result of this invention is the creation of power plants (engines) in which there are no harmful emissions into the environment while ensuring a high coefficient of efficiency converting the thermal energy of the environment into useful work by using cryogenic liquid (liquid helium, liquid nitrogen, as a coolant) liquid air, etc.).
Конструкция предлагаемого газотурбинного двигателя содержит контур рабочего тела, состоящий из последовательно расположенных компрессора, теплообменника и турбины с потребителем полезной работы, при этом перед компрессором установлен теплообменник-испаритель и двигатель дополнительно содержит контур хладагента. Контур хладагента выполнен замкнутым и состоит из последовательно соединенных емкости жидкого хладагента, насоса, теплообменника-испарителя, входящего в контур рабочего тела, теплообменника-подогревателя, турбодетандера, соединенного с потребителем полезной работы, ожижителя, один из выходов которого соединен с емкостью жидкого хладагента трубопроводом с установленным на нем насосом, а другой соединен через компрессор сжатия паров хладагента и теплообменник-перегреватель с турбодетандером.The design of the proposed gas turbine engine contains a working fluid circuit, consisting of a sequentially arranged compressor, heat exchanger and turbine with a consumer of useful work, while a heat exchanger-evaporator is installed in front of the compressor and the engine further comprises a refrigerant circuit. The refrigerant circuit is closed and consists of series-connected liquid refrigerant tanks, a pump, a heat exchanger-evaporator included in the circuit of the working fluid, a heat exchanger-heater, a turboexpander connected to the consumer of useful work, a fluidizer, one of the outlets of which is connected to the liquid refrigerant tank by a pipeline with a pump installed on it, and the other is connected through a compressor for compressing refrigerant vapor and a heat exchanger-superheater with a turbo expander.
Газотурбинный двигатель может содержать емкость рабочего тела, установленную в контуре рабочего тела перед теплообменником-испарителем и связанную теплопроводами с теплообменником, теплообменником подогревателем и теплообменником-перегревателем при его наличии.A gas turbine engine may contain a working fluid capacity installed in the working fluid circuit in front of the heat exchanger-evaporator and connected by heat conduits to the heat exchanger, heat exchanger heater and heat exchanger-superheater, if any.
При этом предлагаемый ГТД может быть дополнительно снабжен регенератором, установленным в контуре рабочего тела. При отсутствии в ГТД емкости рабочего тела один вход регенератора соединен с атмосферой, а выход - с теплообменником-испарителем, второй вход связан с выходом турбины, а выход - с атмосферой.Moreover, the proposed gas turbine engine can be additionally equipped with a regenerator installed in the circuit of the working fluid. If there is no working medium capacity in the turbine engine, one input of the regenerator is connected to the atmosphere, and the output is connected to the heat exchanger-evaporator, the second input is connected to the turbine output, and the output to the atmosphere.
При наличии в ГТД емкости рабочего тела один вход регенератора соединен с емкостью рабочего тела, а выход - с теплообменником-испарителем, второй вход соединен с выходом турбины, а выход - с емкостью рабочего тела.If there is a working fluid capacity in the turbine engine, one input of the regenerator is connected to the working fluid capacity, and the output is connected to the heat exchanger-evaporator, the second input is connected to the turbine output, and the output is connected to the working fluid capacity.
Изобретение поясняется следующими чертежами.The invention is illustrated by the following drawings.
На фиг.1 представлена схема ГТД.Figure 1 presents the scheme of the gas turbine engine.
На фиг.2 представлена схема ГТД, дополнительно содержащая емкость рабочего тела.Figure 2 presents the scheme of the gas turbine engine, additionally containing the capacity of the working fluid.
На фиг.3 представлена схема ГТД, содержащая регенератор, соединенный с атмосферой.Figure 3 presents the scheme of a gas turbine engine containing a regenerator connected to the atmosphere.
На фиг.4 представлена схема ГТД с регенератором, связанным с контуром рабочего тела.Figure 4 presents the scheme of a gas turbine engine with a regenerator associated with the circuit of the working fluid.
Газотурбинный двигатель (фиг.1) включает в себя теплообменник-испаритель 1, компрессор 2, теплообменник 3, турбину 4, емкость жидкого хладагента 5, насос для подачи хладагента 6, теплообменник-подогреватель 7, потребитель полезной работы 8, турбодетандер 9, ожижитель 10, насос 11, компрессор сжатия паров хладагента 12, теплообменник-перегреватель 13 и потребитель полезной работы 14.The gas turbine engine (Fig. 1) includes a heat exchanger-
В качестве потребителя полезной работы 14 может выступать компрессор 2 и компрессор сжатия паров хладагента 12. В этом случае турбодетандер может быть, в частности, объединен валом с этими компрессорами.As a consumer of
Газотурбинный двигатель (фиг.2) может быть снабжен емкостью рабочего тела 15. Емкость 15 устанавливается в контуре рабочего тела перед теплообменником-испарителем 1 и связана теплопроводами с теплообменником 3, теплообменником-подогревателем 7 и теплообменником-перегревателем 13.The gas turbine engine (figure 2) can be equipped with a capacity of the working
Для более полного использования тепла выход турбины может быть подключен ко входу регенератора 16, а выход - связан с атмосферой (фиг.3) или с емкостью рабочего тела (фиг.4). Второй вход регенератора может быть связан с атмосферой или с емкостью рабочего тела, а выход соединен с теплообменником-испарителем 1, что позволяет предварительно охладить входной воздух за счет выхлопа из турбины 2, что в свою очередь позволяет уменьшить расход хладагента.For a more complete use of heat, the turbine output can be connected to the input of the
В качестве рабочего тела может быть использован любой газ, хранящийся в емкости 15.As the working fluid can be used any gas stored in the
Поддержание теплового равновесия рабочего тела при этом должно обеспечиваться за счет тепла, подводимого от постороннего источника тепла.Maintaining the thermal balance of the working fluid should be ensured by the heat supplied from an external heat source.
Газотурбинный двигатель работает следующим образом (фиг.1). Рабочее тело засасывается компрессором 2, предварительно охлаждаясь в теплообменнике-испарителе 1. После сжатия в компрессоре 2 и прохождения теплообменника 3 рабочее тело нагревается и подается на вход турбины 4, которая отдает энергию потребителю 8. Хладагент, подаваемый насосом 6 из емкости 5 хладагента, поступает в теплообменник-испаритель 1, где он испаряется за счет тепла рабочего тела, затем подогревается в теплообменнике-подогревателе 7. Пары хладагента после теплообменника-подогревателя 7 подают на вход турбодетандера 9, после чего их ожижают в ожижителе 10 для получения жидкой и газовой фракций, причем жидкую фракцию возвращают насосом 11 в емкость хладагента 5, а газовую сжимают компрессором сжатия паров хладагента 12, охлаждают в теплообменнике-перегревателе 13 и подают на вход турбодетандера 7. Избыточную работу турбодетандера 7 использует потребитель полезной работы 14.The gas turbine engine operates as follows (figure 1). The working fluid is sucked in by the
Регенератор 16, который может быть установлен в контуре рабочего тела (фиг.3 и 4), позволяет охладить рабочее тело до подачи его в теплообменник-испаритель 1 за счет охлажденного рабочего тела, выходящего из турбины, что повышает эффективность работы двигателя.The
Таким образом, решается основная задача получения полезной работы с помощью экологически чистого двигателя, т.е. процесс горения топлива заменяется процессом испарения хладагента, в качестве которого могут выступать жидкие азот, воздух, гелий и иные вещества с низкой по отношению к рабочему телу температурой кипения. Источником тепла в этом случае могут выступать атмосфера, вода, солнечный нагрев, вторичное тепло электростанций, тепловые выбросы металлургических установок, химических агрегатов и т.д.Thus, the main task of obtaining useful work using an environmentally friendly engine, i.e. the fuel combustion process is replaced by a refrigerant evaporation process, which can be liquid nitrogen, air, helium and other substances with a low boiling point relative to the working fluid. In this case, the source of heat may be the atmosphere, water, solar heating, secondary heat of power plants, thermal emissions of metallurgical plants, chemical units, etc.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004118624/06A RU2290521C2 (en) | 2004-06-21 | 2004-06-21 | Gas-turbine engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004118624/06A RU2290521C2 (en) | 2004-06-21 | 2004-06-21 | Gas-turbine engine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2004118624A RU2004118624A (en) | 2006-01-10 |
RU2290521C2 true RU2290521C2 (en) | 2006-12-27 |
Family
ID=35871572
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2004118624/06A RU2290521C2 (en) | 2004-06-21 | 2004-06-21 | Gas-turbine engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2290521C2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2010101130A (en) * | 2010-01-15 | 2011-07-20 | Максим Владимирович Бочаров (RU) | ENERGY INSTALLATION ON BEAM-WAVE ENERGY |
-
2004
- 2004-06-21 RU RU2004118624/06A patent/RU2290521C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2004118624A (en) | 2006-01-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4329842A (en) | Power conversion system utilizing reversible energy of liquefied natural gas | |
US8707701B2 (en) | Ultra-high-efficiency engines and corresponding thermodynamic system | |
US5680764A (en) | Clean air engines transportation and other power applications | |
KR102196751B1 (en) | System for Liquid Air Energy Storage using Liquefied Gas Fuel | |
US20220412263A1 (en) | Engine using heated and turbo-expanded ammonia fuel | |
He et al. | Working fluid selection for an Organic Rankine Cycle utilizing high and low temperature energy of an LNG engine | |
US7398642B2 (en) | Gas turbine system including vaporization of liquefied natural gas | |
CN112780409B (en) | Continuous detonation-based gas turbine and liquid compressed air energy storage coupling system and method | |
US20080216510A1 (en) | Combined Cycle System For Gas Turbines and Reciprocating Engines and a Method for the Use of Air as Working Fluid in Combined Cycle Power Plants | |
US20030074900A1 (en) | Energy conversion method and system with enhanced heat engine | |
Igobo et al. | Review of low-temperature vapour power cycle engines with quasi-isothermal expansion | |
RU2009106714A (en) | METHOD AND DEVICE FOR EFFICIENT AND LOW-TOXIC OPERATION OF POWER PLANTS, AND ALSO FOR ACCUMULATION AND ENERGY CONVERSION | |
Paanu et al. | Waste heat recovery: bottoming cycle alternatives | |
Kanbur et al. | Thermoeconomic assessment of a micro cogeneration system with LNG cold utilization | |
JP2002097965A (en) | Cold heat utilizing power generation system | |
Garcia et al. | Critical review of the first-law efficiency in different power combined cycle architectures | |
RU2290521C2 (en) | Gas-turbine engine | |
Plummer et al. | Liquid nitrogen as a non-polluting vehicle fuel | |
CA2987343A1 (en) | Natural gas engine | |
JP2001159318A (en) | Cryogenic power generating device | |
KR102452417B1 (en) | Complex power generating system and ship having the same | |
CA3129483A1 (en) | Method, device and system for operating internal combustion engines with a considerably increased pressure ratio and vehicle with this system | |
Kaikko et al. | Air bottoming cycle for cogeneration of power, heat and cooling | |
WO1999022189A1 (en) | Temperature difference heat engine | |
GB2295858A (en) | Liquid hydrogen fuelled powerplant |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110622 |