СПОСОБ РАБОТЫ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 1999 года по МПК F02C3/20 

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

Известны различные способы тушения пожаров, основным из которых является заливка огня водой. Известны способы и устройства для названной цели с вводом в очаг поражения инертных газов. Эти способы предполагают наличие достаточного количества воды или инертных газов (см., например, "Охрана окружающей среды": Справочник. Сост. Л.П. Шариков.-Л.: Судостроение, 1978. 560 с. ; Русак О. Н., Милохов В.В., Яковлев Ю.А. Защита воздушной среды деревообрабатывающих производств.-М.: Лесная промышленность, 1982. 216 с.).

Известен способ работы газотурбинной установки, включающий в первом рабочем контуре процессы сжатия в компрессоре, ступенчатый подвод тепла в камерах сгорания, расширения на турбинах, ступенчатый отвод тепла во второй контур в теплообменниках (см. Манушин Э.А. Газовые турбины: проблемы и перспективы. -Москва: Энергоатомиздат, 1986, с. 19-20, рис. 1,7 г.). При таком способе работы получают на выходе из внутреннего контура рабочее тело с температурой 400-500K и существенным содержанием кислорода 12-15%.

Изобретение решает задачу получения нейтрального газа (с точки зрения тушения пожаров) из наружного воздуха, в том числе и с температурой ниже окружающей среды непосредственно на месте поражения в промышленных масштабах.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе работы газотурбинной установки, включающем в первом рабочем контуре процессы сжатия в компрессоре, ступенчатый подвод тепла в камерах сгорания, расширения на турбинах, ступенчатый отвод тепла во второй контур в теплообменниках, при этом первую ступень подвода тепла и первую ступень отвода тепла последовательно осуществляют, по крайней мере, один раз в первом контуре до начала процесса сжатия, в последующей ступени отвода тепла осуществляют его охлаждение перед расширением на турбине низкого давления, при этом подвод тепла в первой ступени подвода тепла осуществляют из условия получения на выходе из основной камеры сгорания нейтрального газа.

На фиг. 1 показано устройство, реализующее названный способ; на фиг. 2 - газотурбинная установка, где турбина низкого давления автономно приводит вентилятор; на фиг. 3 - газотурбинная установка, где часть рабочего тела отбирают на наружной части вентилятора второго контура и подают на первую ступень подвода тепла первого контура.

Газотурбинная установка состоит из входного устройства 1, камеры сгорания 2, теплообменника 3, основного газотурбинного двигателя 4, теплообменника 5, турбины низкого давления 6, вентилятора 7, входного устройства второго контура 8, коммуникаций 9 - 14. Наружный воздух (фиг. 1) поступает в рабочий (первый) контур газотурбинной установки через входное устройство 1 и нагревается в камере сгорания 2, охлаждается в теплообменнике 3, подается на основной двигатель 4. В камере сгорания 2 осуществляют подогрев из расчета получения такого коэффициента избытка воздуха, чтобы при подводе топлива в основной камере сгорания базового двигателя 4 получить, например, рабочее тело с заданным содержанием кислорода в рабочей смеси.

За основным двигателем рабочее тепло подают на теплообменник 5, турбину низкого давления 6 и через коммуникации 14 к месту катастрофы. Наружный воздух поступает во входное устройство второго контура 8 и сжимается на вентиляторе 7. По коммуникациям 12, а далее по 9, 10 поступает на теплообменники 3 и 5 для охлаждения рабочего тела первого контура. Выхлоп нагретого воздуха происходит по коммуникациям 11, 13. На фиг. 2 показана турбина низкого давления 6, которая автономно приводит вентилятор 7. На фиг. 3 показано, что часть рабочего тела второго контура отбирают на наружной части вентилятора второго контура 7 и подают на первую ступень подвода тепла первого рабочего контура. По всем конструктивным решениям, реализующим данный способ работы ГТУ, не исключается получение рабочего тела при коэффициенте избытка воздуха a = 1,05-1,2 и выше с температурой порядка от -50^oC до температуры +30^oC, избыточном давлении 0,15-4 МПа и иначе. Производительность может колебаться от 0,5 до 100 кг/с и иначе. Все определяется базовым двигателем. Возможен переносный вариант исполнения. Не исключается прямая подача при лесном пожаре и с подачей нейтрального газа к месту катастрофы при температуре выше 2-З^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 200000 кг холодного нейтрального газа (температура -20-30^oC; избыточное давление перед магистралью 14 порядка 0,2-0,15 МПа). Условно, этого достаточно для покрытия в течение 1 ч высотой 1 м площади порядка 20,0 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 нефтяные скважины, библиотеки, картинные галереи, дома.

Способ работы газотурбинной установки предназначен для создания установок для тушения пожаров и включает в первом рабочем контуре процессы сжатия в компрессоре, ступенчатый подвод тепла в камерах сгорания, расширения на турбинах, ступенчатый отвод тепла во второй контур в теплообменниках. Первую ступень подвода тепла и первую ступень отвода тепла последовательно осуществляют по крайней мере один раз в первом контуре до начала процесса сжатия из условия получения на выходе из основной камеры сгорания нейтрального газа. В последующей ступени отвода тепла осуществляют его охлаждение перед расширением на турбине низкого давления. Такое осуществление способа позволяет получать нейтральный газ из наружного воздуха в промышленных масштабах. 3 ил.

Способ работы газотурбинной установки, включающий в первом рабочем контуре процессы сжатия в компрессоре, ступенчатый подвод тепла в камерах сгорания, расширения на турбинах, ступенчатый отвод тепла во второй контур в теплообменниках, отличающийся тем, что первую ступень подвода тепла и первую ступень отвода тепла последовательно осуществляют по крайней мере, один раз в первом контуре до начала процесса сжатия, в последующей ступени отвода тепла осуществляют его охлаждение перед расширением на турбине низкого давления, при этом подвод тепла в первой ступени подвода тепла осуществляют из условия получения на выходе из основной камеры сгорания нейтрального газа.