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.