СИСТЕМА АКТИВАЦИИ ТОПЛИВНОГО ГАЗА И АКТИВАТОР ТОПЛИВА Российский патент 2017 года по МПК F02C6/00 

Группа изобретений относится к двигателестроению, конкретно к камерам сгорания газотурбинного двигателя, и может использоваться в авиации и на стационарных газотурбинных двигателях, в том числе на газоперекачивающих агрегатах, использующих в качестве топлива природный газ.

Известны система активации и активатор топливного газа по патенту РФ на полезную модель РФ №118130, ПМК F02M 27/04, опубл. 27. 02.2014 г.

Этот активатор содержит корпус и средство активации.

Недостаток - низкая эффективность активации. Магнитное поле недостаточно мощное, чтобы разлагать молекулы топлива на ионы, атомы и радикалы.

Известны система активации и активатор топливного газа по патенту РФ на полезную модель РФ №155146, ПМК F02C 6/00, опубл. 20.09.2015 г., прототип.

Эта система активации топливного газа, содержащая активатор со средством активации, установленным на корпусе активатора, внутри которого выполнена полость активации, и соединенным с источником энергии

Этот активатор содержит по меньшей мере одно средство активации, установленное на корпусе активатора, соединенное с источником энергии. Средство активации выполнено электрическим и воздействует на топливный газ электрическим разрядом.

Недостатки - низкая эффективность активатора из-за большого потребления энергии и низкая надежность из-за перегрева и обгорания электродов. Кроме того, при активации образуется углерод, засоряющий форсунки, и образуется недостаточно водорода.

Задачи создания изобретения: повышение эффективности, надежности средства активации воздуха и обеспечение его ремонтопригодности.

Достигнутые технические результаты: увеличение эффективности за счет применения лазерного излучения, надежности и ремонтопригодности средства активации воздуха за счет его выноса вне корпуса и охлаждения.

Решение указанной задачи достигнуто в системе активации топливного газа, содержащей активатор со средством активации, установленным на корпусе активатора, внутри которого выполнена полость активации, и соединенным с источником энергии, тем что средство активации выполнено с возможностью лазерного излучения, а на внутренней стенке корпуса активатора установлена система зеркал.

Средство активации может быть выполнено быстросъемным. Средство активации может быть выполнено охлаждаемым. Система активации топливного газа может содержать систему впрыска воды в полость активации. Система впрыска воды может быть совмещена с системой охлаждения. Система впрыска воды, совмещенная с системой охлаждения может быть выполнена в виде двух втулок: внешней и внутренней, между которыми выполнен канал охлаждения и кольцевая полость, в которую выходят отверстия, сообщающие эту полость с полостью активации. На внутренней втулке может быть выполнено оребрение. Оребрение может быть выполнено по спирали. Внутренняя втулка может быть выполнена из металла с высокой электропроводностью. Внутренняя втулка может быть выполнена из меди.

Решение указанных задач достигнуто в активаторе топлива, содержащем по меньшей мере одно средство активации, установленное на корпусе активатора, соединенное с источником энергии, тем что средство активации выполнено с возможностью лазерного излучения, направленного в полость активации, а на внутренней стенке корпуса установлена система зеркал.

Система зеркал может быть выполнена в виде плоских зеркал многоугольной формы, полностью закрывающих внутреннюю поверхность корпуса, кроме входного и выходного отверстий. Лазерный блок может быть выполнен быстросъемным. Лазерный блок может быть выполнен охлаждаемым. Активатор топливного газа может содержать систему впрыска воды в полость активации. Система впрыска воды может быть совмещена с системой охлаждения. Система впрыска воды, совмещенная с системой охлаждения может быть выполнена в виде двух втулок: внешней и внутренней между которыми выполнен канал охлаждения и кольцевая полость, в которую выходят отверстия, сообщающие эту полость с полостью активации. На внутренней втулке может быть выполнено оребрение. Оребрение может быть выполнено по спирали. Внутренняя втулка может быть выполнена из металла с высокой электропроводностью. Внутренняя втулка может быть выполнена из медного сплава.

Внутри корпуса активатора может быть установлен перфорированный контейнер с катализатором. На внутреннюю стенку активатора топлива может быть нанесено покрытие из материала, обладающего каталитическими свойствами. В качестве материала, обладающего каталитическими свойствами, может быть использован никель.

Сущность изобретения поясняется на фиг. 1…14, где:

- на фиг. 1 приведена схема активатора топливного газа,

- на фиг. 2 приведен активатор воздуха с двумя лазерными блоками,

- на фиг. 3 приведен разрез А-А,

- на фиг. 4 приведен лазерный блок,

- на фиг. 5 приведен разрез В-В,

- на фиг. 6 приведен разрез С-С,

- на фиг. 7 приведен разрез D-D,

- на фиг. 8 система охлаждения, совмещенная с системой впрыска воды,

- на фиг. 9 приведено расположение средств активации в составе одноконтурного ГТД,

- на фиг. 10 приведено расположение двух средств активации в составе двухконтурного ГТД,

- на фиг. 11 приведено расположение двух средств активации в составе газоперекачивающего агрегата,

- на фиг. 12 приведено расположение средства активации в составе ГТД более детально,

- на фиг. 13 приведен активатор топлива с контейнером с катализатором,

- на фиг. 14 приведен активатор топлива с покрытием из материала, обладающего каталитическими свойствами.

Система активации содержит активатор топлива 1 (фиг. 1…14), который предназначен для активации газообразного топлива, поступающего к энергетическому объекту 2.

Активатор топлива 1 содержит корпус 3, камеру активации 4, расположенную внутри корпуса 3, систему зеркал 5, размещенную на внутренней поверхности 6 корпуса 3. Корпус 3 имеет входное и выходное отверстия 7 и 8. К входному отверстию 7 присоединен входной трубопровод 9, к выходному отверстию 8 - выходной трубопровод 10. Система зеркал 5 состоит из многогранных плоских зеркал 11, укрывающих всю внутреннюю поверхность 6 корпуса 3, кроме отверстий 7 и 8.

На корпусе 3 установлено по меньшей мере одно средство активации 12, выполненное с возможность создания лазерного луча.

Средство активации 12 содержит клеммный наконечник 13, который проводом 14 присоединен к блоку питания 15.

Перед активатором топлива 1 по потоку в входном трубопроводе 9 установлена форсунка 16, к которой присоединена система впрыска воды 17.

Средство активации 12 содержит корпус 18, внутри которого в полости 19 установлен источник лазерного излучения 20. В корпусе 3 выполнено резьбовое отверстие 21 для установки средства активации 12.

Система зеркал 5 представляет собой многогранные плоские зеркала 11, закрывающие всю внутреннюю поверхность 6 корпуса 3, кроме отверстий 7 и 8 (фиг. 1). Это необходимо для многократного, практически бесконечного отражения луча лазера 22 для активации топлива в камере активации 4.

Средство активации 12 может быть выполнен охлаждаемым. Это предпочтительно. Охлаждение осуществляется относительно водой. Для этого на корпусе 18 выполнен входной патрубок 23.

Более детально конструкция средства активации 12 приведена на фиг. 4.

Средство активации 12 (фиг. 4) содержит корпус 18, выполненный металлическим, и резьбовой участок 24.

Кроме того, оно содержит внутреннюю втулку 25 и внешнюю втулку 26 (фиг. 4). Между внутренней втулкой 25 и внешней втулкой 26 выполнен топливный канал 27, который выполнен кольцевым. Топливный канал 27 имеет кольцевую полость 28, которая отверстиями 29 сообщается с полостью 30. На внутренней втулке 25 целесообразно выполнить оребрение 31 для увеличения скорости движения топлива, охлаждающего эту втулку и увеличения коэффициента теплоотдачи. Оребрение 31 выполнено спиральным. Систему охлаждения и систему впрыска воды целесообразно совместить. Для этого (фиг. 2) к внешней втулке 26 присоединен входной патрубок 23, соединенный трубопроводом 32 с выходом из насоса 33, имеющим привод 34.

В полости 19 внутри внутренней втулки 25 в полости 19 установлен источник лазерного излучения 20, который соединен с одной стороны внутренним проводом 35 с клеммным наконечником 13 и оптическим волокном 36 - с оптическим окном 37. Для выхода луча лазера 22 предусмотрено отверстие 38 (фиг. 4).

На фиг. 9 приведено расположение двух лазерных блоков в составе одноконтурного ГТД. Одноконтурный ГТД содержит компрессор 39, камеру сгорания 40, турбину 41, реактивное сопло 42 и два активатора топлива 1, размещенных вне корпуса 43 камеры сгорания 40. Вне корпуса 43 также установлен внешний кольцевой коллектор 44, к которому присоединен трубопровод подвода 9.

На фиг. 10 - в составе двухконтурного ГТД. Двухконтурный ГТД содержит вентилятор 45, внешний корпус 46 и второй контур 47.

На фиг. 11 приведен активатор топлива 12 в составе двухконтурного ГПА - газоперекачивающего агрегата. Газоперекачивающий агрегат содержит входное устройство 45, с фильтром 46, выходное устройство 47.

На фиг. 12 более детально показано соединение выходного трубопровода 10 с камерой сгорания 40, точнее с ее коллектором 55, установленным в воздушном тракте 56 на форсуночной плите 57, к которой крепится жаровая труба 58. На форсуночной плите 57 установлены топливовоздушные форсунки 59, соединенные с коллектором 55. Для подачи воздуха в топливовоздушные форсунки 59 в форсуночной плите 57 выполнены отверстия 60.

На фиг. 13 приведен активатор топлива 1 с контейнером 61 с катализатором 62. В качестве катализатора может использоваться порошок драгоценных металлов в виде наночастиц размерами от 10 до 100 гм.

На фиг. 14 приведен активатор топлива 1 с покрытием 62 на внутренней поверхности 6 корпуса 3 из материала, обладающего каталитическими свойствами, например никеля. Применение катализаторов на порядок уменьшает потребление энергии для разложения топливного газа на радикалы.

РАБОТА СИСТЕМЫ АКТИВАЦИИ ТОПЛИВНОГО ГАЗА И АКТИВАТОРА ТОПЛИВА

При работе энергетического блока 2 в него подают предварительно активированный в активаторе топлива 1 топливный газ (фиг. 1).

Для этого по входному трубопроводу 9 подают топливный газ в активатор топлива 1 (фиг. 1), точнее в полость активации 4, где происходит его облучение лучом лазера, идущим из отверстия 38 средства активации топлива 12 (фиг. 4) через резьбовое отверстие 21 (фиг. 3). В полости активации 4 происходит активация топливного газа, т.е. частичное его разложение (от 1 до 2%) на ионы, радикалы, водород и атомарные частицы, предназначенные для активации процесса горения.

Луч лазера 21 (фиг. 3) создается источником лазерного излучения 20 (фиг. 4) при этом энергия подводится из блока энергии 15 по проводу 14.

В результате снижается эмиссия вредных веществ на всех режимах. На режиме запуска.

Охлаждение средства активации 12 (фиг. 2). Выполняют водой, подаваемой насосом 33 по трубопроводу 32 в входной патрубок 23. При этом вода проходит через канал охлаждения 27, кольцевую полость 28 и отверстия 29 в полость 30 и далее в полость активации 4.

Вода разлагается на кислород и водород.

В камере сгорания энергетической установки 2 частицы водорода служат активаторами горения по всему объему камеры сгорания 40 на примере ГТД (фиг. 12).

Применение катализатора 62 или покрытия 63 из материала, обладающего каталитическими свойствами, уменьшает затраты энергии на активацию.

Ремонтопригодность устройства для активации воздуха обеспечивается его расположением вне корпуса 1 камеры сгорания и выполнением средства активации 12 быстросъемным (отворачивают ключом).

Для двухконтурного ГТД (фиг. 10) воздух второго контура 47 дополнительно охлаждает активатор топливного газа 1.

Применение группы изобретений позволило:

1. Повысить надежность работы средства активации топлива.

2. Улучшить охлаждение деталей средства активации топлива.

3. Обеспечить ремонтопригодность средства активации топлива.

4. Уменьшить эмиссию вредных веществ энергетических установок в режиме запуска, когда все процессы являются неуправляемыми и горение нестабилизированным.

Изобретение относится к энергетике. Система активации топливного газа, содержащая активатор со средством активации, установленным на корпусе активатора, имеющем полость активации, и соединенным с источником энергии, отличающаяся тем, что средство активации выполнено с возможностью лазерного излучения в полость активации, а на внутренней стенке корпуса активатора установлена система зеркал. Также представлен активатор топлива. Изобретение позволяет повысить надежность средства активации топлива, а также позволяет обеспечить его ремонтопригодность. 2 н. и 22 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Система активации топливного газа, содержащая активатор со средством активации, установленным на корпусе активатора, имеющем полость активации, и соединенным с источником энергии, отличающаяся тем, что средство активации выполнено с возможностью лазерного излучения в полость активации, а на внутренней стенке корпуса активатора установлена система зеркал.

2. Система активации топливного газа по п. 1, отличающаяся тем, что средство активации выполнено быстросъемным.

3. Система активации топливного газа по п. 1, отличающаяся тем, что средство активации выполнено охлаждаемым.

4. Система активации топливного газа по п. 1, отличающийся тем, что она содержит систему впрыска воды в полость активации, образованную внутри корпуса активатора.

5. Система активации топливного газа по п. 4, отличающаяся тем, что система впрыска воды совмещена с системой охлаждения.

6. Система активации топливного газа по п. 5, отличающаяся тем, что система впрыска воды, совмещенная с системой охлаждения лазерного блока выполнена в виде двух втулок: внешней и внутренней, между которыми выполнен канал охлаждения и кольцевая полость, в которую выходят отверстия, сообщающие эту полость с полостью активации.

7. Система активации топливного газа по п. 6, отличающаяся тем, что на внутренней втулке выполнено оребрение.

8. Система активации топливного газа по п. 7, отличающаяся тем, что оребрение выполнено по спирали.

9. Система активации топливного газа по п. 6, отличающаяся тем, что внутренняя втулка выполнена из металла с высокой электропроводностью.

10. Система активации топливного газа по п. 9, отличающаяся тем, что внутренняя втулка выполнена из меди.

11. Активатор топлива, содержащий по меньшей мере одно средство активации, установленное на корпусе активатора, соединенное с источником энергии, отличающийся тем, что средство активации выполнено в виде лазерного блока, содержащего источник лазерного излучения, направленного внутрь корпуса, а на внутренней стенке корпуса установлена система зеркал.

12. Активатор топлива по п. 11, отличающийся тем, что система зеркал выполнена в виде плоских зеркал многоугольной формы, полностью закрывающих внутреннюю поверхность корпуса, кроме входного и выходного отверстий.

13. Активатор топлива по п. 11, отличающийся тем, что средство выполнено быстросъемным.

14. Активатор топлива п. 11, отличающийся тем, что средство активации выполнено охлаждаемым.

15. Активатор топлива по п. 11, отличающийся тем, что он содержит систему впрыска воды в полость активации, образованную внутри корпуса активатора.

16. Активатор топливного газа по п. 15, отличающийся тем, что система впрыска воды совмещена с системой охлаждения.

17. Активатор топлива по п. 16, отличающийся тем, что система впрыска воды, совмещенная с системой охлаждения лазерного блока, выполнена в виде двух втулок: внешней и внутренней, между которыми выполнен канал охлаждения и кольцевая полость, в которую выходят отверстия, сообщающие эту полость с полостью активации.

18. Активатор топлива по п. 17, отличающийся тем, что на внутренней втулке выполнено оребрение.

19. Активатор топливного газа по п. 18, отличающийся тем, что оребрение выполнено по спирали.

20. Активатор топлива по п. 17, отличающийся тем, что внутренняя втулка выполнена из металла с высокой электропроводностью.

21. Активатор топливного газа по п. 20, отличающийся тем, что внутренняя втулка выполнена из медного сплава.

22. Активатор топливного газа по п. 11, отличающийся тем, что внутри корпуса активатора установлен перфорированный контейнер с катализатором.

23. Активатор топлива по п. 22, отличающийся тем, что на внутреннюю стенку активатора топлива нанесено покрытие из материала, обладающего каталитическими свойствами.

24. Активатор топлива по п. 11, отличающийся тем, что в качестве материала, обладающего каталитическими свойствами, использован никель.