Турбина Казакова

[Kazakov]

Кстати, идейка для автора - стационарная установка по открытой схеме, без конденсатора. КПГУ, емнип, такая схема называется.
Т. е. берём КС, совмещаем её с парогенератором и пароперегревателем, перегретый пар - подаём в газовый тракт перед турбинами. Турбин две, одна в составе картриджа ТКР для наддува КС, вторая - свободная силовая.

Плюсы - низкая температура газа перед турбиной, можно использовать рабочие колеса от ТКР. Упрощение конструкции. Меньшие массагабариты.
Минус - расход воды, что не критично для стационарной установки.

Согласен, вариантов много всяких:

Если позволяет система охлаждения конденсатора, есть большие резервы для увеличения КПД, если применить впрыск воды перед компрессором. Мощность на привод компрессора можно снизить на 25-35%. После срабатывания в газотурбинной цикле, вода и вода из топлива конденсируется в теплообменнике парового котла, после этого подаётся в паротурбинных цикл. Прирост КПД около - 1.15.
Это можно применить на стационарных и судовых системах.

Для дальнейшего повышения КПД ещё интересен следующий вариант. В цикле Брайтона (газовая турбина) между каскадами компрессоров происходит промежуточное охлаждение воздуха, тепло отводится в цикл Ренкина (паровая турбина), т.е. достигается очень высокая степень сжатия с малыми потерями. Теоретически можно достичь КПД в 60%, с реальными характеристиками компрессоров и турбин.

 

[Stak]

Как-то так.
Суть предложения в том, что с использованием турбин от ТКР вы высокие температуры пред турбиной не получите (они на них не рассчитаны) . А значит, и про КПД высокий можете забыть.

Впрыск пара в тракт - снижает температуру на турбине. А кпд при этом все же достигает 40+ %, и их вы вполне реально сможете получить на небольшой установке по такой схеме, с использованием доступных компонентов.

 

[Барада]

вы какой-то тепловой(термический КПД) только считаете по книжке (там он не правильный естественно)
а все остальные КПД куда делись? как вы оцените реальный КПД всей системы полностью. как системы.
от и до. если вы не видите удельного расхода топлива на 1 кв. в час ?
ну всех же и так устраивает, правда ;-)

 

[Kazakov]

Суть предложения в том, что с использованием турбин от ТКР вы высокие температуры пред турбиной не получите (они на них не рассчитаны) . А значит, и про КПД высокий можете забыть.

Впрыск пара в тракт - снижает температуру на турбине. А кпд при этом все же достигает 40+ %, и их вы вполне реально сможете получить на небольшой установке по такой схеме, с использованием доступных компонентов.

Свой двигатель создаю на основе нескольких идей, под определенные задачи, и монарная ПГУ тут не сильно подходит.
Но давай рассмотрим предложенную схему для нашего случая. Монарная ПГУ может быть эффективна только при высоких степенях сжатия в ГТД (от 17ед) и сохранении температуры цикла.
Для степени сжатия в 5-7ед и пониженной температуре, прирост энтрапии воды будет очень маленький. Термический КПД цикла Ренкина, при таких параметрах, будет примерно 15-18%. Термический КПД Брайтона (гтд) при снижении температуры до 870-900К будет 12-14%. Поэтому общего КПД в 40% не достичь.

Паровая часть этого двигателя имеет малые размеры, поэтому обладает общеизвестными недостатками. Но есть некоторые достоиства.

• Высокие обороты, окружная скорость около 300м/с и даже выше. Это позволяет: использовать сверхзвуковое сопло с высокой степенью расширения, одну ступень турбины, не мучатся с конденсацией на лопатках.
• Радиальный отвод отработавшего пара создаёт сильно пониженное давление перед зоной сопла, этим достигается ещё более высокий теплоперепад в ступени. Эффект как на последних ступенях промышленных конденсационных турбин. Сейчас я добился температуры после паровой турбины менее 80с (353к), без всяких эжекторов.
• После турбины пар при переходе с низкого на атмосферное давление конденсируется, поэтому уменьшаются требования к системе конденсации пара.
• Малые расходы пара, подразумевают малые диаметры труб пароперегревателя. Стенка трубок менее 1мм (сталь очень хорошая), поэтому очень интенсивный теплообмен, которы не снился промышленным пароперегревателям. На некоторых испытания я разогревал трубку перед паровой турбиной до покраснения. Она греется изнутри! Какая там температура пара?
• В промышленных ПГУ бинарный цикл последовательный. Они силь ограничены в максимальной температуре парового цикла. В своей турбине я добьюсь перекрытия полей температур циклов. Охлаждение частей газовой турбины я отдам в паровой цикл. Это дополнительно повысит общий кпд.

 

[Stak]

 

[Kazakov]

Температуры в ТКР, емнип, порядка 600С. И турбина центростремительная, не самая эффективная.

Температура выхлопных газов в ДВС достигает 900с (1173к) после ГБЦ. Крыльчатки хороших ткр рассчитаны на такую температуру, высокое содержание хрома, никеля. Сотня грамм крыльчатки - это основная стоимость ткр, она приваривается к валу.

 

[Kazakov]

Посмотреть вложение 556055

Согласен с таблицей. Но ГТД с КПД 35-36% - это практически максимальные значения для данного двигателя. Степень сжатия 25-35 единиц. В авиации такие КПД только в супер двигателях, в максимальных режимах, лопатки из монокристалла. Тут можно поддать пару в камеру сгорания, но не в воздухе...

 

[Stak]

Видимо, это очень хорошие ТКР для плохих ДВС... (бензиновых, возможно).
Мне как то больше такие картинки попадались:

Это турбокомпаунд, но в части ТКР у него от классики отличий нет.

Согласен с таблицей. Но ГТД с КПД 35-36% - это практически максимальные значения для данного двигателя. Степень сжатия 25-35 единиц. В авиации такие КПД только в супер двигателях, в максимальных режимах, лопатки из монокристалла. Тут можно поддать пару в камеру сгорания, но не в воздухе...

А вы таки авиационный двигатель строите?
Ну и насколько я помню, ПГУ с совмещенными трактом появились изначально именно потому, что ГТД на высокие температуры делать не умели, а впрыск пара снижает температуры на турбине до уровня тех, что уже были освоены для ТКР. Но это не точно)

 

[Stak]

Вот ещё неплохая статейка попалась, по конверсии авиатурбин в энергетические по такой схеме.

https://www.cell.com/heliyon/fulltext/S2405-8440(23)06135-2

Вкратце - Впрыск пара в массовой доле 10% снижает затраченную работу в компрессоре на те же 10%, таким образом поднимая общий кпд.

В общем, если пальцепотолочной оценкой пользоваться, то по такой схеме можно даже при одной центробежный ступени компрессора и температуре перед турбиной в 700С получить какие-то приличные цифры общего кпд. Сколько конкретно - уже надо считать с калькулятором, но ряд выглядит перспективно.

 

[JohnDoe]

Впрыск пара проигрывает варианту ГТД с теплообменником газ-газ практически по всем параметрам. По массе, габариту, стоимости/сложности и ТД. Не говоря уже об экологии, контакт воды/пара с продуктами горения порождает жгучий коктейль(угольная кислота и прочее), в замкнутых системах потребуется разделитель воды и газов, минимум детандер, плюс системы очистки, далее по списку.
А система с теплообменником состоит из собственно теплообменника воткнутого между компрессором и КС и всё. Эффективна правда лишь для ГТД/ГТУ с небольшими ПИк, в которых газ за компрессором имеет температуру ниже, чем температура на выходе из турбины. Но тут как раз про такие.
Имху

 

[Kazakov]

Сборкой двигателя занялся старший сын Иван, что неожиданно для меня. Студент технического ВУЗа, сейчас каникулы. В детстве много занимались картингом. Руки не золотые, скорее омедненные, поэтому начинаем с не самых сложных деталей. Не бесплатно.

 

[Kazakov]

Надеюсь уважаемые форумчане не будут против. Хочу поделиться небольшим успехом не связанным с моим двигателем, но связанным с основными работами.
По моему проекту, на крупном деревообрабатывающем предприятии запущена в эксплуатацию система транспортеров общей протяженностью более 500м. Транспортеры связывают три разных производства, и заменяют старые системы пневмотранспорта общей мощностью 550квт и автомобильный транспорт. Эффект от внедрения должен быть более 1.5млн/мес.
Главная особенность этих транспортеров, это воздушная подушка под транспортерной лентой. Т.е. нет роликов, лента практический не касается лотка, не изнашивается, минимальное трение.
В 2009 начал изучать зарубежные проекты.
В 2011, сделал первый проект транспортера, но использовал сложные решения, лазерную резку и т.п. У потенциальных заказчиков возникали вопросы про работу зимой.
В 2017, сделал проект под простую технологию "болгарка - резак".
В 2018, зимой, был запущен первый транспортер древесной щепы, длиной 75м. Он работает в режиме 7000-8000ч/год непрерывно.
В 2020, на другом производстве, запущен транспортер 105м, для питания большой технологической котельной, режим "без остановки". 7500ч/г.
В 2022-2024, строилась система из семи транспортеров 500м, для объединения производств.
Весь монтаж в условиях непрерывного производства.
Требования к надежности очень высокие, никто их не проверяет, не обслуживает, людей нет. Интересный момент, в транспортере (кроме эл двигателя) четыре подшипника в барабанах, два подшипника в дополнительном ролике. На самом первом транспортере, на ролике, год назад подшипник крякнул, так и работает с визгом, вал уже стерся. Поэтому два последних транспортера я сделал уже без ролика.
Извиняюсь, что не по теме...

 

[Kazakov]

Трубка парового котла, две длины. Бесшовная, цельнотянутая. Тянем, (шутка).

 

[Kazakov]

Трубка парового котла, две длины. Бесшовная, цельнотянутая. Тянем, (шутка).Посмотреть вложение 559744

Ошибочка. Это половина длины.

 

[А Лозовой]

Надеюсь уважаемые форумчане не будут против. Хочу поделиться небольшим успехом не связанным с моим двигателем, но связанным с основными работами.
По моему проекту, на крупном деревообрабатывающем предприятии запущена в эксплуатацию система транспортеров общей протяженностью более 500м. Транспортеры связывают три разных производства, и заменяют старые системы пневмотранспорта общей мощностью 550квт и автомобильный транспорт. Эффект от внедрения должен быть более 1.5млн/мес.
Главная особенность этих транспортеров, это воздушная подушка под транспортерной лентой. Т.е. нет роликов, лента практический не касается лотка, не изнашивается, минимальное трение.
В 2009 начал изучать зарубежные проекты.
В 2011, сделал первый проект транспортера, но использовал сложные решения, лазерную резку и т.п. У потенциальных заказчиков возникали вопросы про работу зимой.
В 2017, сделал проект под простую технологию "болгарка - резак".
В 2018, зимой, был запущен первый транспортер древесной щепы, длиной 75м. Он работает в режиме 7000-8000ч/год непрерывно.
В 2020, на другом производстве, запущен транспортер 105м, для питания большой технологической котельной, режим "без остановки". 7500ч/г.
В 2022-2024, строилась система из семи транспортеров 500м, для объединения производств.
Весь монтаж в условиях непрерывного производства.
Требования к надежности очень высокие, никто их не проверяет, не обслуживает, людей нет. Интересный момент, в транспортере (кроме эл двигателя) четыре подшипника в барабанах, два подшипника в дополнительном ролике. На самом первом транспортере, на ролике, год назад подшипник крякнул, так и работает с визгом, вал уже стерся. Поэтому два последних транспортера я сделал уже без ролика.
Извиняюсь, что не по теме...Посмотреть вложение 559413Посмотреть вложение 559414

Извиняюсь, вы хотите сказать что этого вентилятора хватает на две ленты? А уплотнение как организовано?

 

[slav]

Впрыск пара проигрывает варианту ГТД с теплообменником газ-газ практически по всем параметрам. По массе, габариту, стоимости/сложности и ТД. Не говоря уже об экологии, контакт воды/пара с продуктами горения порождает жгучий коктейль(угольная кислота и прочее), в замкнутых системах потребуется разделитель воды и газов, минимум детандер, плюс системы очистки, далее по списку.

Возмутительно , нужно впрыскивать воду ! В остальном - правда !

 

[Kazakov]

Извиняюсь, вы хотите сказать что этого вентилятора хватает на две ленты? А уплотнение как организовано?

Да, вентилятор среднего давления, производительностью 2000-3000м3/ч обеспечивает воздушную подушку на обеих лентах, длина до 105м каждой (в моих проектах). На верхней ленте расход воздуха больше.

 

[JohnDoe]

Возмутительно , нужно впрыскивать воду ! В остальном - правда !

"Какая разница?!"(с)Робин Гуд, мужчины в трико.
Впрыск воды ничем не лучше пара. Недостатки те же. Ну, минус котёл, зато плюс больше требуется времени на парообразование. Пар должен генерироваться внутри "рабочего" ГВТ, на это нужно время, потребуется удлиняющая вставка между КС и турбиной = рост массы, габарита, стоимости. Возможно меньше, чем при наличии котла, но всё-таки. Контроль за параметрами пара хуже.
Имху

 

[А Лозовой]

Да, вентилятор среднего давления, производительностью 2000-3000м3/ч обеспечивает воздушную подушку на обеих лентах, длина до 105м каждой (в моих проектах). На верхней ленте расход воздуха больше.

А по деньгам сколько выходит в год по электричеству?
Ролики не дешевле обойдутся?

 

[Kazakov]

А по деньгам сколько выходит в год по электричеству?
Ролики не дешевле обойдутся?

Т.е. нет роликов, лента практический не касается лотка, не изнашивается, минимальное трение.

Требования к надежности очень высокие, никто их не проверяет, не обслуживает, людей нет. Интересный момент, в транспортере (кроме эл двигателя) четыре подшипника в барабанах, два подшипника в дополнительном ролике. На самом первом транспортере, на ролике, год назад подшипник крякнул, так и работает с визгом, вал уже стерся. Поэтому два последних транспортера я сделал уже без ролика.

На сто метров длины нужно минимум 250 роликов, это 500 подшипников. Трение всех роликов больше мощности данного вентилятора - расходная мощность которого 2.5-3кВт.
На пол километра транспортеров, нужно 1250роликов 2500подшипников - отдельное рабочее место для обслуживания - 2млнр/год.
Лучше общаться по этой теме в переписке.