ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1998 года по МПК F02C6/04 

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

Известны различные устройства тушения пожаров, основным из которых является агрегат для подачи воды. Известны устройства для заранее подготовленных баллонов. Эти способы предполагают наличие достаточного количества воды или инертных газов (Охрана окружающей среды: Справочник./Сост. П.П.Шариков. - Л. : Судостроение, 1978, 560 с.; Русак О.Н., Милохов В.В., Яковлев Ю.А. Защита воздушной среды деревообрабатывающих производств. - М.: Лесная промышленность, 1952, 216 с.).

Для сравнительного анализа с предлагаемым техническим решением выбрано техническое решение, описанное в статье; Перельштейн Б.Х. 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, состоящий из компрессора для сжатия рабочего тела, камеры сгорания и турбины привода компрессора, по крайней мере один теплообменник для отвода тепла во второй контур, вентилятор второго контура для подачи охлаждающего воздуха в теплообменник, турбину привода 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 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, содержащая расположенные в первом контуре входное устройство, газогенератор, состоящий из компрессора для сжатия рабочего тела, камеры сгорания и турбины привода компрессора, по крайней мере один теплообменник для отвода тепла во второй контур, вентилятор второго контура для подачи охлаждающего воздуха в теплообменник, турбину привода вентилятора второго контура, снабжена эжектором, установленным в первом контуре за входным устройством, разделителем выходных потоков, один из которых соединен с эжектором, причем теплообменник для отвода тепла во второй контур установлен за турбиной газогенератора, а турбина привода вентилятора второго контура выполнена детандерного типа.

Поставленная задача достигается тем, что газотурбинная установка, содержащая входное устройство, газогенератор, состоящий из компрессора для сжатия рабочего тела, камеры сгорания и турбины привода компрессора, по крайней мере один теплообменник для отвода тепла во второй контур, снабжена эжектором, установленным за входным устройством, разделителем потоков, один из которых соединен с эжектором, причем теплообменник установлен за турбиной газогенератора и выполнен как контактный холодильник рабочего тела в виде аэротермопрессора. Газотурбинная установка отличается тем, что она снабжена вентилятором и турбиной его привода.

На фиг. 1, 2, 3 показаны схемы вариантов газотурбинной установки.

Газотурбинная установка по фиг. 1 включает входное устройство 1, эжектор 2, газогенератор 3, который состоит из компрессора 4, камеры сгорания 5 и турбины привода компрессора 6. Устройство последовательно включает теплообменник 7, турбину детандерного типа 8, вентилятор 9 второго контура 13, разделитель потока (например, регулируемый) 10, сопло выхлопа инертного газа 11, газовод выхлоп-эжектор 12 и выхлоп 14.

Газотурбинная установка по фиг. 2 включает входное устройство 1, эжектор 2, газогенератор 3, который состоит из компрессора 4, камеры сгорания 5 и турбины привода компрессора 6. Устройство последовательно включает контактный теплообменник, выполненный в виде аэротермопрессора 15 с водяными форсунками 16, разделитель потока (например, регулируемый) 10, сопло выхлопа инертного газа 11, газовод выхлоп-эжектор 12.

Газотурбинная установка по фиг. 3 включает входное устройство 1, эжектор 2, газогенератор 3, который состоит из компрессора 4, камеры сгорания 5 и турбины привода компрессора 6. Устройство последовательно включает контактный теплообменник, выполненный в виде аэротермопрессора 15 с водяными форсунками 16, турбину детандерного типа 8, вентилятор 9 второго контура 13, разделитель потока (например, регулируемый) 10, сопло выхлопа инертного газа 11, газовод выхлоп-эжектор 12 и выхлоп 14.

Наружный воздух (фиг. 1) поступает во входное устройство 1, смешивается (с увеличением количества движения) с холодным рабочим телом, отобранным из-за турбины детандерного типа 8, и поступает на основной газогенератор. В процессе работы (после запуска) часть рабочего тела, отобранная из-за турбины детандерного типа, уже не содержит в себе кислорода и процесс выгорания топлива идет только за счет свежего воздуха, поступающего во входное устройство. Например, при допустимой с точки зрения прочности турбины температуре 1640 К и подмешивании 60% бескислородного рабочего тела получаем в камере сгорания коэффициент избытка воздуха, равный единице. Далее бескислородное рабочее тело расширяется на турбине газогенератора 6 и поступает (по крайней мере на один) теплообменник 7 и далее на турбину детандерного типа 8, которая нагружена вентилятором 9, на который поступает охлаждающий воздух из входного устройства второго контура 13. Нагретый воздух подается на выхлоп второго контура. Холодный инертный газ после разделителя потоков 10 одной частью поступает через коммуникацию 12 в эжектор 2 и другой частью на сопло выхлопа инертного газа 11. Далее подается струей или по коммуникациям (шлангам) к месту катастрофы.

В ГТУ по фиг. 2 рабочее тело после турбины газогенератора 6 поступает на контактный теплообменник 15, куда подается вода из форсунок 16. Дальнейшая работа подобна ГТУ по фиг. 1.

В ГТУ по фиг. 3 рабочее тело после турбины газогенератора 6 поступает на контактный теплообменник 15, куда подается вода из форсунок 16, далее на турбину детандерного типа 8 (холодная турбина, обязателен прогрев для недопущения ледообразования в проточной части), которая приводит вентилятор 9 второго контура 13. Сам вентилятор второго контура является, как правило, балластной нагрузкой на турбину 8. Не исключен надув первого контура (не показано).

По всем параметрическим решениям ГТУ не исключается получение рабочего тела при коэффициенте избытка воздуха 1,05-1,1 и выше, с температурой порядка от минус 20^oC до плюс 30^oC (последнее относится к ГТУ по фиг. 2), избыточном давлении 0,15 - 0,4 МПа и др. 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 изобретению (фиг. 1) можно производить мобильные, включая разборные, установки на базе малых газотурбинных двигателей с производительностью 0,5 - 3 кг/с и др., вплоть до 20 - 25 кг/c бескислородного газа.

Для технико-экономической оценки можно ограничиться следующим. За год на земном шаре выгорает лесов примерно на 10 млрд. долл. Горят нефтяные скважины, библиотеки, картинные галереи, дома. При создании установок для тушения подобных пожаров может быть применена предлагаемая газотурбинная установка.

Газотурбинная установка и ее вариант предназначены для создания установок для тушения пожаров. Газотурбинная установка содержит расположенные в первом контуре входное устройство, газогенератор, по крайней мере один теплообменник для отвода тепла во второй контур, вентилятор второго контура для подачи охлаждающего воздуха в теплообменник, турбину привода вентилятора второго контура. Газогенератор состоит из компрессора для сжатия рабочего тела камеры сгорания и турбины привода компрессора. Газотурбинная установка снабжена эжектором, установленным в первом контуре за входным устройством, разделителем выходных потоков, один из которых соединен с эжектором. Теплообменник для отвода тепла во второй контур установлен за турбиной газогенератора. Турбина привода вентилятора второго контура выполнена детандерного типа. В варианте выполнения газотурбинной установки теплообменник для отвода тепла во второй контур также установлен за турбиной газогенератора и выполнен как контактный холодильник рабочего тела в виде аэротермопрессора. Такое выполнение установки позволяет получить в промышленных масштабах холодные бескислородные продукты сгорания, приемлемые для тушения пожаров. 2 с.п. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Газотурбинная установка, содержащая расположенные в первом контуре входное устройство, газогенератор, состоящий из компрессора для сжатия рабочего тела, камеры сгорания и турбины привода компрессора, по крайней мере один теплообменник для отвода тепла во второй контур, вентилятор второго контура для подачи охлаждающего воздуха в теплообменник, турбину привода вентилятора второго контура, отличающаяся тем, что установка снабжена эжектором, установленным в первом контуре за входным устройством, разделителем выходных потоков, один из которых соединен с эжектором, причем теплообменник для отвода тепла во второй контур установлен за турбиной газогенератора, а турбина привода вентилятора второго контура выполнена детандерного типа. 2. Газотурбинная установка, содержащая входное устройство, газогенератор, состоящий из компрессора для сжатия рабочего тела, камеры сгорания и турбины привода компрессора, по крайней мере один теплообменник для отвода тепла во второй контур, отличающаяся тем, что установка снабжена эжектором, установленным за входным устройством, разделителем выходных потоков, один из которых соединен с эжектором, причем теплообменник установлен за турбиной газогенератора и выполнен как контактный холодильник рабочего тела в виде аэротермопрессора. 3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что она снабжена вентилятором и турбиной его привода.