КОМПРЕССОРНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1995 года по МПК F01K21/04 F04D25/04 

Изобретение относится к конструкциям компрессоров динамического действия лопаточного типа, а конкретнее к паровоздушным компрессорам.

Наиболее близкой по конструкции к предлагаемому устройству является компрессорная установка, содержащая два компрессора, камеру сгорания, в которую через сопла подается жидкость, которая испаряется с образованием пара, и с дальнейшим образованием газопаровой смеси, которая подается на турбину.

Предлагаемая компрессорная установка содержит два компрессора, камеру сгорания с расположенным внутри нее сопловым аппаратом подачи топлива и с размещенными в ее стенках соплами подачи воды и сообщенную с ней газовую турбину.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предложенное техническое решение совпадает по двум существенным признакам и в этой части оно не новое. Однако оно отличается тем, что камера сгорания установлена между двумя компрессорами, расположенными относительно нее симметрично, а турбина размещена внутри камеры сгорания.

На фиг.1 представлена схема паровоздушного компрессора; на фиг.2 камера сгорания с газовой турбиной; на фиг.3 система подготовки и подачи топлива.

Конструкцию паровоздушного компрессора можно представить в виде ротора и статора (фиг. 1). Ротор представляет собой вал 1, размещенный в подшипниках 2, с находящейся на нем газовой турбиной 3 с радиальными лопатками 4, сопловым аппаратом 5 подачи топлива и рабочими колесами 6 ступеней двух компрессоров 7, 8, уравновешенных относительно вала. Статор представляет собой камеру сгорания 9 с направляющими лопатками 10 и со спиральным корпусом 11, в которой размещены сопловый аппарат подачи воды 12 и полость подвода воды 13, обратные направляющие аппараты 14 ступеней компрессоров. Рабочие колеса размещены в ступенях компрессоров, газовая турбина в камере сгорания. Система подготовки и подачи топлива включает механизм предварительной подготовки топлива 15 (например, "мельница" по а.с. N 1240145), сопловый аппарат, диск турбины 16 с теплоизолятором 17 и испарителем 18 и вал. Устройство снабжено воздушным клапаном 19.

Устройство работает следующим образом.

При пусковом вращении ротора паровоздушного компрессора начинается нагнетание воздуха в камеру сгорания 9, куда подается топливо через сопловый аппарат 5. При сгорании топлива образованная теплота используется на производство пара. Образовавшееся рабочее тело поступает на лопатки 4 газовой турбины 3, приводя во вращение ротор паровоздушного компрессора. Рабочее тело при выходе из лопаток газовой турбины формируется в спиральном корпусе 11 и подается потребителю. При подаче жидкого топлива в "мельницу" 15 при вращении ротора компрессора тяжелые фракции размалываются до более легких-парообразных. Далее топливо попадает в сопловый аппарат и под действием центробежной силы и перепада давления в камеру сгорания 9. Горение топлива происходит по обе стороны диска 16 газовой турбины 3 и нагревает его. Благодаря теплопроводности материала испарителя 18 происходит нагрев топлива в зоне соплового аппарата и доведения его до газового состояния. При работе паровоздушного компрессора в околосопловом пространстве образуется три слоя: топливо, воздух, вода. По границе воздуха и воды происходит распыление воды. Средняя часть воздушного потока служит разграничительной зоной. Далее от соплового аппарата процесс окисления заканчивается, а разграничительная зона сходит на нет и два потока-воздушная смесь и горячие газы начинают непосредственное взаимодействие. При этом работа теплового расширения "сухого" газа уменьшается из-за понижения температуры в результате теплообмена с водой в процессе испарения, но при этом появляется дополнительная работа расширения пара, эквивалентная затраченной тепловой энергии. Стенки камеры сгорания имеют полости 13 и сопла 12 для подачи воды, и вода, проходя через полости, охлаждает стенки со стороны последней ступени компрессоров 7, 8 и со стороны дисковой турбины 16, нагревается до температуры, близкой к точке кипения. Термоавтомат (не показан) регулирует температуру рабочего тела путем количественной подачи воды. Подача воды осуществляется за счет перепада давления (эжекция). При повышении температуры рабочего тела выше допустимого, автомат прекращает подачу топлива. Компрессоры создают первоначальное давление и поставляют окислитель в камеру сгорания. Степень сжатия зависит от количества ступеней в компрессорах, их типа и частоты вращения ротора. Основным критерием работы компрессоров является высокая степень сжатия с соответствующим расходом, достаточным для осуществления процессов окисления и парообразования.

Для уравновешивания осевых нагрузок последние ступени соединены между собой каналом (давление в них уравновешивается). Итак, в паровоздушном компрессоре при установившемся рабочем режиме происходит одновременно несколько процессов:
преобразование жидкого топлива в парообразное, парообразного в газообразное с нагревом до 800^оC,
сжатие воздуха в компрессорах и подача его в камеру сгорания, причем отвод тепла во внешнюю среду не производится, а используется в процессе окисления и парообразования,
процесс окисления топлива переходит в процесс парообразования.

Зажигание топлива осуществляется любым способом через топливный канал при помощи воздушного клапана 19 или через стенки камеры сгорания или спирального корпуса.

Предложенная компрессорная установка имеет самостоятельный внутренний привод, работающий на любом газообразном, жидком, твердом (через газогенератор) топливе. Конструкция симметрична, уравновешена, имеет высокое рабочее давление и относительно низкую температуру рабочего тела (до 250^оС). Паровоздушный компрессор не имеет системы смазки, охлаждения и зажигания в общепринятом виде. Паровоздушный компрессор как парогенератор имеет высокий термический КПД, почти вся энергия топлива идет на процесс парообразования. Конструкция экологична, так как топливо сгорает полностью. В паровоздушном компрессоре могут быть использованы подшипники скольжения, на воздушной подушке и магнитные радиального типа.

Паровоздушный компрессор предназначен для работы с турбинными детандерами, паровыми и газовыми турбинами, а также как производитель пара для тепловой сети.

Использование: в конструкциях компрессоров лопаточного типа, а конкретно в паровоздушных компрессорах. Сущность изобретения: камера сгорания 9 установлена между компрессорами 7, 8, расположенными относительно нее симметрично, а турбина 3 размещена внутри камеры сгорания. Устройство имеет систему подготовки и подачи топлива. 3 ил.

КОМПРЕССОРНАЯ УСТАНОВКА, содержащая два компрессора, камеру сгорания с расположенными внутри нее форсунками подачи топлива и с размещенными в ее стенках соплами подачи воды и сообщенную с ней газовую турбину, отличающаяся тем, что камера сгорания установлена между двумя компрессорами, расположенными относительно нее симметрично, а турбина размещена внутри камеры сгорания.