Камера сгорания газотурбинной установки Российский патент 2018 года по МПК F01D15/10 F02C1/05 

Камера сгорания газотурбинной установки, относится к устройствам камер сгорания газотурбинных установок, при большей детализации устройства кроме использования топлива, в данном камере сгорания используется высокочастотное электромагнитное излучения во время процесса горения, созданное при помощи блоков постоянных магнитов и электромагнитов, вращающихся блоков цилиндров определенной конфигурацией, чередованием и положением друг относительно друга, расположенном на одном валу с компрессором и турбиной, задающего генератора высокой частоты в виде магнетрона.

Типовая газовая турбина включает в себя компрессор спереди, одну или несколько камер сгорания вокруг середины и турбину сзади. Компрессор передает кинетическую энергию рабочего тела (воздуха), чтобы привести его в состояние высокого давления. Сжатое рабочее тело (воздух) выходит из компрессора и течет в камеры сгорания. Камеры сгорания смешивают топливо со сжатым воздухом, а смесь топлива и воздуха воспламеняется для получения газов сгорания, имеющих высокую температуру, давление и скорость. Газы сгорания поступают в турбину, где они расширяются, производят работу.

Газовые турбины все чаще требуют более высокой эффективности при производстве меньших выбросов. Более высокая эффективность может быть достигнута за счет увеличения температуры горения топливной смеси в камерах сгорания газовой турбины.

Также эффективность газовой турбины могут быть достигнуты за счет подачи обедненной воздушно-топливной смеси в камеру сгорания, но температура горения в камеру сгорание будет значительно снижена, что может привести к снижению КПД всей системы в совокупности.

Более низкая температура, более высокая эффективность процесса горения может быть достигнута за счет использования высокочастотного электромагнитного излучения в процессе горения.

Например, в патенте US 5370525 А США описано, что сжигание может быть увеличено путем размещения множества магнетронов вокруг горелки и направления микроволн в зону горения. Использование электромагнитного излучения во время горения может привести к образованию свободных радикалов, которые поддерживают дожигание СО и других UHC, что приводит к снижению выбросов СО и UHC. Кроме того, электромагнитное излучение стимулирует сжигание топлива за счет возбуждения атомов углерода в топливе, что повышает эффективность процесса горения;

в патенте US 20090229581 А1 США описано, что осуществляется воздействие микроволнами магнетроном на поток газовой струи;

в патенте US 20110225948 А1 США описано, что осуществляется зональное воздействие микроволнами магнетрона на поток газовой струи, то есть в разные зоны температурного нагрева, цель равномерное распределение излучения по объему;

в патенте DE 102013010706 В3 Германии описано, что осуществляется воздействие микро волнами магнетрона на поток газовой струи, расположение магнетронов по радиусу для создания равномерного воздействия;

За последние пятнадцать лет появилось множество проектных патентных разработок, но предполагаю, мало или нет действующих, на данной монет времени это не известно автору. Основной причиной, как представляется, является не выполнение достаточно необходимых условий для создания электромагнитного возбуждения рабочего теля (топливной смеси, газа) турбореактивного двигателя с заданной мощностью в камере сгорания высокочастотным генератором (магнетроном) при условии, высокого давления, высокой температуры и высокой скорости потока рабочего тела (топливной смеси, газа). Существующие разработки представлены без учета выше упомянутых параметров. Величина мощности, которую надо подвести и использовать в магнетронах для создания необходимых условий для возбуждения среды со измерима с мощностью самого двигателя и может составлять от 5% до 50% от мощности двигателя, значения зависят от инженерной реализации (что тоже вносит свой вклад в усложнения и удорожание системы), в абсолютных единицах величина, пример турбина, применяемая в вертолетных установках величиной в 1500 кВт при минимальных параметрах в 5%, составляет 75 кВт, что в свою очередь влечет за собой установку генератора, проводку и магнетронов количество, мощность должна соответствовать 75 кВт,

Решение может быть достигнуто, если применить динамическое и электромагнитное формирование достаточно необходимых условий внутри камеры сгорания.

Поставленная задача решается за счет того, что газотурбинная установка содержит воздушный компрессор, газовую турбину, блок вращающихся цилиндров камеры сгорания, установленные на одном валу, корпус воздушного компрессора, корпус камеры сгорания изготовлен из материала способного пропускать переменное магнитное поле высокой частоты и имеет хорошую магнитную проницаемость или имеет окна из материала способного пропускать переменное магнитное поле высокой частоты и хорошую магнитную проницаемость, - кварца, а с наружи камеры сгорания располагаются блоки, по периметру камеры сгорания и в одной плоскости вращающихся цилиндров, магнитного и электромагнитного воздействия, блок постоянных магнитов, блок электромагнитов, блок магнетронов.

Газотурбинная установка содержит воздушный компрессор (6), Газовую турбину (8), камеру сгорания (7). Камера сгорание представляет собой блок полый цилиндр и имеет в составе блок вращающихся цилиндров (5) воздушного компрессора (6) и газовой турбины (8) на общем валу. Блок вращающихся цилиндров равномерно чередуются между собой и стенки цилиндров имею конфигурационную форму. Конфигурационная форма вращающегося цилиндра в отдельности представлено в виде сужения края цилиндра к центру (форма бутылочного горла) для создания зоны переменной турбулентности потока и статичной по отношению к корпусу двигателя и блокам магнитного воздействия. Корпус газовой турбины и воздушного компрессора из магнитного материала, металла. Корпус камеры сгорания полностью из материала способного пропускать переменное магнитное поле высокой частоты и имеет хорошую магнитную проницаемость или имеет окна из материала способного пропускать переменное магнитное поле высокой частоты и хорошую магнитную проницаемость. Снаружи камеры сгорания по периметру в плоскости вращения цилиндров камеры сгорания расположены блоки:

Блоки постоянных магнитов (2) (3), в составе которых группа магнитов, расположенных друг к другу так, что чередуется полярность полюсов;

Блоки электромагнитов (1), в составе которых группа соединения катушек для возможности создания переменного вращающегося магнитного поля внутри камеры сгорания;

Блоки магнетронов (4), в составе каждый магнетрон имеет согласование по работе собственной частоты электромагнитного излучения с другими в блоке;

Чередование вращающихся цилиндров конфигурационной формы создают в внутри камеры сгорания зоны переменной турбулентности и статичные по отношению корпуса и блока магнитов и электромагнитов. Расстояние между зонами должно быть равным длине волны задающего электромагнитного генератора (магнетрона). Блоки магнитов содержат постоянные магниты, расположенные по радиусу равномерно с чередованием полюсов намагниченности и с шагом равный длинны волны задающего генератора (магнетрона). Блоки электромагнитов содержат катушку электромагнитной индуктивности с металлическим сердечником, направленным перпендикулярно к корпусу двигателя, электромагниты размещены в блоке по радиусу равномерно с шагом длинны волны задающего генератора (магнетрона). Поток рабочего тела (топливной смеси, газа) через камеру сгорания формируют узлы с заданной турбулентностью и с заданным местоположение согласованной с задающим генератором (магнетроном), что создает условия для электромагнитного возбуждения рабочего тела (топливной смеси, газа). Также причиной нагрева вращающихся цилиндров является физическое свойство возникновение токов Фуко в металле в переменном магнитном поле. Вследствие чего происходит, разогрев рабочего тела газотурбинной установки. Блоки, состоящие из постоянных магнитов, с чередование полюсов, на поверхности вращающихся цилиндрах создают переменное магнитное поле, что является причиной появление токов Фуко в металле вращающихся цилиндров, вследствие чего происходит, нагрев вращающихся цилиндров и в рабочем теле газотурбинного двигателя. Блоков может быть несколько, что приводит к увеличению нагрева вращающихся цилиндров и рабочего тела, но увеличивает динамическую нагрузку на вал из-за возникновения магнитного взаимодействия, магнитной вязкости. Блоки, состоящие из электромагнитов, представляют собой группу электромагнитов, подключенных к контроллеру для создания переменного вращающегося магнитного поля, что является причиной наведения ЭДС и возникновении токов Фуко на поверхности вращающихся цилиндров и в рабочем теле газотурбинного двигателя, в следствии чего происходит, нагрев вращающихся цилиндров и рабочего тела. Блоки, состоящие из магнетронов, представляют группу магнетронов, расположенных симметрично по периметру камеры сгорания и имеют согласование по работе собственной частоты электромагнитного излучения с другими в блоке, между собой. Высокочастотное магнитное поле воздействует на поверхность вращающихся цилиндров и на разогретое рабочее тело газотурбинной установки, что является причиной возникновении токов Фуко и вследствие чего происходит, нагрев вращающихся цилиндров и рабочего тела.

Изобретение позволяет повысить КПД установки при работе на низкокалорийном газообразном топливе, снизить эмиссию вредных веществ в продуктах сгорания на основных режимах работы и расширить диапазон технических эффектов, достигаемых при использовании устройства. Может быть использовано в авиационной, судовой, автомобильной промышленности, а также в энергетике.

Газотурбинная установка содержит воздушный компрессор, газовую турбину, блок вращающихся цилиндров камеры сгорания, установленные на одном валу. Корпус камеры сгорания изготовлен из материала, способного пропускать переменное магнитное поле высокой частоты и имеющего хорошую магнитную проницаемость, или имеет окна из материала, способного пропускать переменное магнитное поле высокой частоты и имеющего хорошую магнитную проницаемость, - кварца. Снаружи камеры сгорания располагаются блоки, по периметру камеры сгорания и в одной плоскости вращающихся цилиндров, магнитного и электромагнитного воздействия, блок постоянных магнитов, блок электромагнитов, блок магнетронов. Изобретение позволяет повысить кпд установки при работе на низкокалорийном газообразном топливе, снизить эмиссию вредных веществ в продуктах сгорания на основных режимах работы. 1 ил.

Газотурбинная установка, содержащая воздушный компрессор (6), газовую турбину (8), блок вращающихся цилиндров (5) камеры сгорания (7), установленные на одном валу, корпус воздушного компрессора (6), корпус камеры сгорания (7) изготовлен из материала, способного пропускать переменное магнитное поле высокой частоты и имеющего хорошую магнитную проницаемость, или имеет окна из материала, способного пропускать переменное магнитное поле высокой частоты и имеющего хорошую магнитную проницаемость, - кварца, а снаружи камеры сгорания (7) располагаются блоки, по периметру камеры сгорания (7) и в одной плоскости вращающихся цилиндров (5), магнитного и электромагнитного воздействия, блок постоянных магнитов (2, 3), блок электромагнитов (1), блок магнетронов (4).