способ работы газотурбинного двигателя солнечного тепла

Формула изобретения

Способ работы газотурбинного двигателя (ГТД) путем сжатия воздуха в компрессоре, сгорания вместе с топливом в камере сгорания, расширения в газовой турбине и выработки электроэнергии генератором, отличающийся тем, что количество тепла, подаваемого форсункой подачи топлива в камеру сгорания (Q_см), равно количеству тепла, поступающего в газоводяной теплообменник (Q₄), и при условии когда КПД сжатия воздуха _c = 0,85, КПД расширения газа _p = 0,92; Тн = 288 К получим = 7; T₃ = 1090 К; Q_э = Q_н = 69 ккал/кг, Q_см = Q₃ - Q₂ = Q₄ = 171 ккал/кг; Q_Т = Q₄ - Q₅ = 171-79 = 92 ккал/кг с пересчетом на КПД тепловых электростанций _псч = 0,4 тепловая эффективность ГТД солнечного тепла



где l - степень повышения давления в ГТД;

P₂ - давление воздуха на выходе из компрессора;

P_н - давление воздуха на входе в компрессор;

К - показатель адиабаты сжатия (расширения) воздуха;

- степень сжатия;

T₃ - абсолютная температура газов на входе их в сопловой аппарат газовой турбины ГТД;

Q_э - тепло, эквивалентное вырабатываемой электроэнергии;

Q_н - атмосферное тепло;

Q_см - количество тепла, подаваемое форсункой подачи топлива в камеру сгорания;

Q₃ - абсолютное тепло 1 кг газа на входе в сопловой аппарат турбины ГТД;

Q₂ - абсолютное тепло 1 кг воздуха после сжатия его в компрессоре ГТД;

Q₄ - абсолютное тепло газа после срабатывания перепада давления и температуры газа в газовой турбине ГТД (технологическое тепло);

Q_т - тепло, поглощаемое теплообменником;

Q₅ - тепло 1 кг газа, сбрасываемого в атмосферу.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для производства электричества и тепла. Аналогом изобретения являются существующие (ТВД) турбовинтовые двигатели (источник информации "Теория реактивных двигателей", авторы: Б.С. Стечкин П.Н. Казаджан и др. Изд. 1985 г., Москва, Оборонгиз, стр. 345, фиг. 12.1. Принципиальная схема ТВД), в которых привод воздушного винта заменен на привод генератора электрического тока. В действующих ТВД солнечное тепло, аккумулированное в воздухе и поступающее в воздушный компрессор ТВД выбрасывается в атмосферу с температурой воздуха T₄ после газовой турбины ТВД. Недостатком ТВД является так же то, что, с целью повышения экономичности ТВД, температура газов на входе в сопловой аппарат газовой турбины относительно высокая, что снижает технический ресурс работы ВТД и удорожает стоимость ТВД.

Известен способ работы газотурбинного двигателя путем сжатия воздуха в компрессоре, сгорания вместе с топливом в камере сгорания, расширения в газовой турбине и выработки электроэнергии генератором (SU 1388570 A1, F 02 C 3/00, 15.04.88). Недостатком данного способа является невысокая экономичность и неполное использование получаемого тепла.

Сущность изобретения заключается в том, что параметры работы ГТД, режим работы ГТД рассчитаны таким образом, чтобы тепло, эквивалентное вырабатываемой электроэнергии, равнялось (Q_н) - атмосферному теплу, а тепло, сбрасываемое в газоводяной теплообменник подогрева воды (Q₄), равнялось теплу топливовоздушной смеси.

То есть Q₃ - Q₂ = Q₄ = Q_см. (1)

При таком способе работы ГТД Q_т = Q_см - Q₅; Q₅ - тепло, сбрасываемое в атмосферу с угарными газами,

Q_т - тепло поглощаемое теплообменником Q_т = Q₄ - Q₅.

На чертеже изображена кинематическая схема ГТД солнечного тепла и способ его работы, где:

1 - воздушный компрессор ГТД;

2 - камера сгорания ГТД;

3 - форсунка подачи топлива в камеру сгорания;

4 - газовая турбина ГТД;

5 - генератор электрического тока;

6 - водяной насос;

7 - газоводяной теплообменник;

8 - водяной радиатор;

9 - потребитель электричества и горячей воды.

Возможность осуществления изобретения с реализацией указанного способа подтверждается наличием и использованием в авиации и морском флоте ТВД.

Результат, указанный в сущности изобретения, получаем в случае работы ГТД в режиме, когда: Q_см = Q₄ = Q₃ - Q₂, где Q_см - тепло, полученное при сгорании топливовоздушной смеси (кк), Q₃ - абсолютное тепло 1 кг газа на входе в сопловой аппарат турбины ГТД, Q₂ - абсолютное тепло 1 кг воздуха после сжатия его в компрессоре ГТД, Q₄ - абсолютное тепло газа после срабатывания перепада давления и температуры газа в газовой турбине ГТД (технологическое тепло).

Q_э - тепло, эквивалентное вырабатываемой электроэнергии.

Q_э = Q₃ - Q₄ - (Q₂ - Q_н); где Q_н - тепло одного кг атмосферного воздуха, или из условия Q_э = Q₃ - Q₄ - Q₂ + Q_н = Q₄ - Q₄ + Q_н = Q_н.

То есть выработка электроэнергии при этом режиме работы ГТД полностью происходит за счет атмосферного тепла.

Принимаем известные соотношения:









l - степень повышения давления воздуха в ГТД,

P₂ - давление воздуха на выходе из компрессора,

P_н - давление воздуха на входе в компрессор,

K - показатель адиабаты сжатия (расширения) воздуха,

- удельная теплоемкость воздуха при постоянном давлении является функцией абсолютной температуры (T (в K)),

T_н - абсолютная температура атмосферного воздуха,

T₂ - абсолютная температура воздуха после сжатия его в воздушном компрессоре ГТД,

T₃ - абсолютная температура газов на входе их в сопловой аппарат газовой турбины ГТД,

T₅ - абсолютная температура газов на выходе из газоводяного теплообменника,

Q₅ - тепло одного кг газа, сбрасываемого в атмосферу.

Принимаем:

T_н = 288 К; T₅ = 340 К;



.

Решаем уравнение (1) относительно "l".

Согласно уравнению (1) T₃Cp₃ - T₂Cp₂ = T₄Cp₄;

_c - КПД сжатия воздуха в ГТД;

_p - КПД расширения газа в ГТД;



умножаем уравнение на







al² - bl + c = 0



Принимаем:

_c = 0,85; _p = 0,92; T_н = 288 К;









1,125l² - 2,03l + 0,15 = 0.

;

.

С учетом КПД получение электроэнергии на тепловых паро-силовых установках _псу = 0,4, тепловая эффективность ГТД солнечного тепла (_Э)

.

Экологически более чистый способ получения электричества и тепла. Экономия 80% топлива.