ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1998 года по МПК F02C6/04 

Изобретение относится к газотурбостроения и может быть использовано при создании установок для тушения пожаров, включая лесные, газо-нефтяные, пожаров в зданиях, книгохранилищах, музеях.

Известны различные устройства тушения пожаров, основным из которых является агрегат подачи воды. Известны устройства для заранее подготовленных баллонов. Эти способы предполагают наличие достаточного количества воды или инертных газов (Охрана окружающей среды: Справочник. Сост. Л.П.Шариков. Л.: Судостроение. 1978, с. 560, Русак О.Н. Милохов В.В., Яковлев Ю.А. Защита воздушной среды деревообрабатывающих производств. М.: Лесная промышленность, 1982, с. 216).

Для сравнительного анализа с предлагаемым техническим решением выбрано техническое решение, описание в статье Б.Х.Перельштейна "Анализ параметров и характеристик ТРДД со ступенчатым подводом тепла", ИВУЗ, Авиационная техника, N 3, 1976.

Указанная газотурбинная установка последовательно содержит расположенные в первом контуре входное устройство, газогенератор, включающий в себя компрессор для сжатия рабочего тела, камеру сгорания и турбину привода компрессора, вакуумирующий агрегат, состоящий из урбины перерасширения, теплообменника для отвода тепла во второй контур и дожимающего компрессора, приводимого турбиной перерасширения, и турбину привода охлаждающего вентилятора второго контура.

В подобной установке получают на выходе из внутреннего контура горячее рабочее тело с содержанием кислорода. При освоенных степенях повышения давления и температур перед турбинами имеют при одной камере сгорания коэффициент избытка воздуха α = 2,4 (П = 25; Тз = 1640 К), при двух камерах сгорания порядка α = 1,8 и при трех - порядка α = 1,2 (из-за относительно высоких температур рабочего тела после компрессора и промежуточного расширения). Температура на выхлопе 700 - 800 К.

Изобретение решает задачу получения в промышленных масштабах на месте катастрофы холодных бескислородных продуктов сгорания - технического инертного газа (в смысле его окислительных свойств - далее по тексту "инертный газ" приемлемых параметров для тушения пожаров непосредственно из наружного воздуха, в том числе и с температурой ниже окружающей среды.

Поставленная задача достигается тем, что газотурбинная установка, последовательно содержит расположенные в первом контуре входное устройство, газогенератор, включающий в себя компрессор для сжатия рабочего тела, камеру сгорания и турбину привода компрессора, вакуумирующий агрегат, состоящие из турбины перерасширения, теплообменника для отвода тепла во второй контур и дожимающего компрессора, приводимого турбиной перерасширения, и турбину привода охлаждающего вентилятора второго контура - установка снабжена камерой сгорания и дополнительным теплообменником, в первом контуре за входным устройством последовательно установлены камера сгорания, вакуумирующий агрегат, газогенератор, дополнительный теплообменник и турбина детандерного типа привода охлаждающего вентилятора второго контура.

На чертеже показана схема газотурбинной установки, которая включает входное устройство 1, камеру сгорания 2, вакуумирующий агрегат 3, который состоит из турбины перерасширения 4, теплообменника 5 и приводимого по валу дожимающего компрессора 6. Устройство последовательно включает основной газотурбинный двигатель 7 с компрессором 8, камерой сгорания 9, турбиной привода компрессора 10, теплообменник 11, турбину детандерного типа 12, вентилятор 13, сопло выхлопа холодных бескислородных продуктов сгорания (инертного газа) 14, входное устройство второго контура 15 и выхлоп второго контура 16.

Наружный воздух поступает во входное устройство 1, нагревается в камере сгорания 2 и поступает на вакуумирующий агрегат 3, где перерасширяется до давления ниже атмосферного на турбине 4 (степень расширения Пт = 3 - 4), охлаждается в теплообменнике 5 и сжимается в компрессоре 6. Сжатое рабочее тело до давлений выше внешней среды (как правило) поступает на основной двигатель 7, включающий компрессор 8, камеру сгорания 9 и турбину привода компрессора 10. Далее уже бескислородное рабочее тело поступает на теплообменник 11 и далее на турбину детандерного типа 12, которая нагружена вентилятором 13, на который поступает охлаждающий воздух из входного устройства второго контура 15 и далее вентилятором подается на теплообменники. Нагретый воздух в теплообменниках 5 и 11 подается на выхлоп 16. Бескислородные холодные продукты сгорания (инертный газ) через сопло выхлопа 14 подается струей или по коммуникациям к месту катастрофы.

По всем параметрическим решениям ГТУ не исключается получение рабочего тела при коэффициенте избытка воздуха = 1,05 - 1,1 и выше, с температурой порядка от -20^oC до 30^oC, избыточным давлением от 0,15 до 0,4 МПа и иное. Производительность может колебаться от 0,5 кг/с до 50 кг/с и иное. Все определяется базовым двигателем. Не исключается прямая подача при лесном пожаре и с подачей инертного газа к месту катастрофы при температуре выше 2 - 3^oC в стандартных пожарных шлангах. По данному изобретению, например, на базе серийного двигателя ГТУ - 16П (КБ Пермские моторы) можно в течение одного часа произвести порядка 180 тысяч кг холодного инертного газа температура в первой и второй (основной) камере сгорания по 1640 К. Условно этого достаточно для покрытия в течение одного часа высотой один метр площади порядка 20,2 га. Для технико-экономической оценки можно ограничиться следующим. В год на земном шаре выгорает лесов примерно на 10 миллиардов долларов. В России в течение одних суток происходит 30 загораний леса. Горят нефтянные скважины, библиотеки, картинные галереи, дома.

Газотурбинная установка предназначенная для создания установок для тушения пожаров, включая лесные, газо-нефтяные, пожары в зданиях, книгохранилищах, музеях, содержит расположенные последовательно в первом контуре входное устройство, камеру сгорания, вакуумирующий агрегат, газогенератор, дополнительный теплообменник , турбину привода охлаждающего вентилятора второго контура, выполненную детендерного типа. Газогенератор включает в себя компрессор для сжатия рабочего тела, камеру сгорания и турбину привода-компрессора. Вакуумирующий агрегат состоит и> турбины перерасширения, телообменника для отвода тепла во второй контур и дожигающего компрессора, приводимого турбиной перерасширения. 1 ил.

Газотурбинная установка, содержащая расположенные в первом контуре входное устройство, газогенератор, включающий в себя компрессор для сжатия рабочего тела, камеру сгорания и турбину привода компрессора, вакуумирующий агрегат, состоящий из турбины перерасширения, теплообменника для отвода тепла во второй контур и дожимающего компрессора, приводимого турбиной перерасширения, и турбину привода охлаждающего вентилятора второго контура, отличающаяся тем, что установка снабжена камерой сгорания и дополнительным теплообменником, в первом контуре за входным устройством последовательно установлены камеры сгорания, вакуумирующий агрегат, газогенератор, дополнительный теплообменник и турбина детандерного типа привода охлаждающего вентилятора второго контура.