Турбина Казакова

[JohnDoe]

Электрогенератор на основе автомобильного ткр был сделан англичанами давно, ещё в 90х, 00х. Был составной частью системы электрического наддува. Те клмпрессор/нагнетатель с элприводом и элтурбогенератор. Я про его упоминал в давнишнем разговоре с Игорем Петровичем про раздельный наддув. Капстоновская С30/С60 использовалась в проекте гибридного автобуса Тролза и как один из первых вариантов СУ в Ёмобиле(тогда ещё не бывшем ёшкой). Сделать турбостартер-генератор для дизеля плевое дело. У дтн. Богданова с НПО "Сатурн" давно уже и патент есть. А у меня имеется несколько собственных мыслей в развитие идеи.
Скажем повысить ьермический кпд гтд, его газогенератора можно. Можно снизить затраты на сжатие, можно обойтись без компрессора вообще. И тд.
Имху

 

[MWG]

Убедили, сдаюсь 😎 Но то что печка в ЛУАЗе взрывоопасна, это вы напрасно так её ругаете, а керамическая печка на пропане и вовсе хороша.

Игорь Петрович,очень редко ругаюсь)) А тем более на технические изделия. Вообще то начинал разговор в предмет темы)) Да простят автор темы и модераторы,не флуда ради,а для расширения кругозора,в порядке новогоднего рассказа возле камина)). Печка Луаз,она же Заз,она же на кунгах стояла,была очень прожорлива,и капризна. В попытках обуздать аппетит народ без должных знаний лез крутить "болтики". Или переделывал с бензина на газ или солярку. Большинству,конечно везло,но.. Во время переворота в Чили наши посольские успели вывезти туристический автобус Мерседес правительства Альенде. Автобус шикарный,но не немецкий,а бразильский на шасси Мерса,и тропический,без печки. В нашей автобазе при МИДе его использовали только летом, важных буржуев по экскурсиям возить,и МИДовских отпрысков в пионерлагеря,а потом продали украинской футбольной команде.Вот те и впендюрили тудысь этот самый агрегат и..и сгорел автобус в первом же рейсе. Мы совсем не туда уехали от темы,извиняюсь перед автором. А начинал о том,что его идея вполне жизнеспособна и может быть востребована в качестве вспомогательного агрегата. Удачи,от души!

 

[JohnDoe]

Небольшое пояснение по представленной мной конструкции.
Двигатель которым я занимался весной, летом 2022 года служил для отработки вихревой камеры сгорания и паровой части (цикла Ренкина). Учитывая параметры температуры в камере сгорания, и компрессора, то цикл газовой турбины (цикл Брауна) имел КПД 0.1-.012. Это как у примитивных ГТД. Тепловых отходов (0.88-0.9) хватает на привод компрессора, используя цикл Ренкина с внутренним КПД 0.15-0.2. Общий КПД установки до 0.22-0.24.
Дальнейшее развитие - это повышение КПД газовой турбины. Учитывая размерности, температуры и применение центробежных компрессоров, то КПД в цикле Брауна можно достичь 0.26 (можно больше, но не в моих условиях). Такой КПД достигается при оптимальном давлении сжатия 6-7, но при этом компрессор потребляет 0.42-0.44 условных единиц мощности (долей тепловой мощности топлива). Так как тепловые отходы от Брауна составляют 0.74, при использовании их в паровом цикле (внутренний КПД 0.25, можно больше, но не в моих условиях), распологаем 0.185 условных единиц мощности. Выяснили, что паровой цикл может компенсировать только часть мощности на привод компрессоров.
Выбрал схему - первая ступень компрессора на одном валу с силовой турбиной и генератором, вторая ступень компрессора приводится паровой турбиной, динамическое сжатие в вихревой камере - бонус.
Две центробежные ступени компрессора мне проще реализовать без экстремальных окружных скоростей, при высоком КПД.
В такой комбинации теоретически можно достичь КПД 0.45.

Электрический кпд, те уже со всеми потерями, микротурбин Capstone 0,28 - 0,3. Без всяких паровых циклов. За счёт подогрева воздуха за компрессором, перед КС теплом выхлопа в рекуператоре. Этот подход наиболее эффективен для гтд с малой степенью повышения давления, примерно до 8-10. Дальше не имеет смысла, тк из-за подогрева воздуха в компрессоре от сжатия его температура практически сравнивается с температурой выхлопа. Вот на таких гту, с Пик 10 и выше, имеет смысл заморачиватся паровым циклом. Собственно давно уже заморачиваются. На стационарных ГТУ, на ТЭЦ, ГРЭС и пр.
Имху

 

[Kazakov]

Электрический кпд, те уже со всеми потерями, микротурбин Capstone 0,28 - 0,3. Без всяких паровых циклов. За счёт подогрева воздуха за компрессором, перед КС теплом выхлопа в рекуператоре. Этот подход наиболее эффективен для гтд с малой степенью повышения давления, примерно до 8-10. Дальше не имеет смысла, тк из-за подогрева воздуха в компрессоре от сжатия его температура практически сравнивается с температурой выхлопа. Вот на таких гту, с Пик 10 и выше, имеет смысл заморачиватся паровым циклом. Собственно давно уже заморачиваются. На стационарных ГТУ, на ТЭЦ, ГРЭС и пр.
Имху

Да согласен, конструкция Capstone передовая, очень нравиться кольцевой противоточный теплообменник. Несколько постов выше форумчанин показал фото ГТД с теплообменниками но не кольцевыми, они менее прогрессивны. По давлениям с рекуператорами, у вас неправильная информация, в установке C30 давление 3.5, в установках C60, C200 давление 4.5. Выше давление не сделать из-за потери эффективности. КПД двигателя capst до 0.32. У этой фирмы была в 2016 большая программа по повышению КПД до 0.4 с помощью промежуточного охлаждения, найдите в сети, интересно, сложно.
Я с вами обсуждал capstone в начале пандемии, на форуме.
Я предполагаю, мой двигатель должен быть лучше.

 

[JohnDoe]

Да согласен, конструкция Capstone передовая, очень нравиться кольцевой противоточный теплообменник. Несколько постов выше форумчанин показал фото ГТД с теплообменниками но не кольцевыми, они менее прогрессивны. По давлениям с рекуператорами, у вас неправильная информация, в установке C30 давление 3.5, в установках C60, C200 давление 4.5. Выше давление не сделать из-за потери эффективности. КПД двигателя capst до 0.32. У этой фирмы была в 2016 большая программа по повышению КПД до 0.4 с помощью промежуточного охлаждения, найдите в сети, интересно, сложно.
Я с вами обсуждал capstone в начале пандемии, на форуме.
Я предполагаю, мой двигатель должен быть лучше.

Для ПИк 3,5 кпд цикла Брайтона 0,3
температура конца сжатия, за компрессором 180-200С, температура выхлопа, за турбиной 700-800С. При кпд теплообменника 50%(достижимо даже в гараже) можно грубо считать температуру перед КС как 450-500С, с соответствующим снижением расхода топлива. Потому заявленный кпд у Капстонов вполне реальный.
Второй, паровой контур для самолёта, авто не есть хорошо. Он требует доп. устройств(котёл, конденсатор, питательный насос, бак с водой и тд) и вторую турбину. Для стационарных решений вероятно приемлемо, хотя тоже смотря для чего.
Повышать эффективный кпд можно не только пытаясь по максимуму отжать выхлоп, но и максимально снижая затраты. Перейдя, скажем, с цикла Брайтона на цикл Хамфри можно снизить затраты на предварительное сжатие, теоритически, в пределе сведя их к нулю(цикл Ленуара). Ну и тд.
Имху

 

[Kazakov]

Предполагаю, что не бывает циклов без потерь на сжатие, но бывают двигатели без компрессора. Повышение энтальпии в цикле Ленуара наверно тоже требует энергии.

 

[Kazakov]

Для ПИк 3,5 кпд цикла Брайтона 0,3
температура конца сжатия, за компрессором 180-200С, температура выхлопа, за турбиной 700-800С. При кпд теплообменника 50%(достижимо даже в гараже) можно грубо считать температуру перед КС как 450-500С, с соответствующим снижением расхода топлива. Потому заявленный кпд у Капстонов вполне реальный.
Второй, паровой контур для самолёта, авто не есть хорошо. Он требует доп. устройств(котёл, конденсатор, питательный насос, бак с водой и тд) и вторую турбину. Для стационарных решений вероятно приемлемо, хотя тоже смотря для чего.
Повышать эффективный кпд можно не только пытаясь по максимуму отжать выхлоп, но и максимально снижая затраты. Перейдя, скажем, с цикла Брайтона на цикл Хамфри можно снизить затраты на предварительное сжатие, теоритически, в пределе сведя их к нулю(цикл Ленуара). Ну и тд.
Имху

В турбогенераторах capstone вся энергия срабатывается в одной ступени турбины, там нет притиводавления (он не реактивный), поэтому температура после турбины 770-860K, то есть намного ниже. В камере сгорания 1000-1150K.

 

[JohnDoe]

В турбогенераторах capstone вся энергия срабатывается в одной ступени турбины, там нет притиводавления (он не реактивный), поэтому температура после турбины 770-860K, то есть намного ниже. В камере сгорания 1000-1150K.

В одной ступени турбины, любой, срабатывает перепад температур 150-180градусов. Не более.
1000К нижний предел для температуры перед турбиной (не в КС), ниже гтд просто нецелесообразно использовать. Для примера турбостартер ГТДЭ-117,примерно близок к Капстонам +/- лапоть:
".. Ограничения при запуске ГТДЭ-117 Максимальная температура газа на срезе выхлопного патрубка Т т гтдэ - 885С"
Имху

 

[JohnDoe]

Предполагаю, что не бывает циклов без потерь на сжатие, но бывают двигатели без компрессора. Повышение энтальпии в цикле Ленуара наверно тоже требует энергии.

Если в цикле Ленуара нет сжатия как такового, то и потерь на сжатие быть не может. По определению. Нельзя потерять то, чего нет. Повышение энтальпии происходит за счёт подвода теплоты тем или иным способом, как и в других тепловых двигателях.

 

[Kazakov]

В одной ступени турбины, любой, срабатывает перепад температур 150-180градусов. Не более.
1000К нижний предел для температуры перед турбиной (не в КС), ниже гтд просто нецелесообразно использовать. Для примера турбостартер ГТДЭ-117,примерно близок к Капстонам +/- лапоть:
".. Ограничения при запуске ГТДЭ-117 Максимальная температура газа на срезе выхлопного патрубка Т т гтдэ - 885С"
Имху

В capstone турбина радиальная активная, перепад температур много больше чем в одной ступени осевой. Примеры dresser-rand kg2, opra, capstone и т.п.

 

[Kazakov]

Если в цикле Ленуара нет сжатия как такового, то и потерь на сжатие быть не может. По определению. Нельзя потерять то, чего нет. Повышение энтальпии происходит за счёт подвода теплоты тем или иным способом, как и в других тепловых двигателях.

Как происходит полезная работа?

 

[JohnDoe]

В capstone турбина радиальная активная, перепад температур много больше чем в одной ступени осевой. Примеры dresser-rand kg2, opra, capstone и т.п.

Озвученный мною перепад температур предельный для одной ступени ЛЮБОЙ турбины. Это сказано и описано в литературе по гтд. Можете взять описание какого хотите гтд и посмотреть. Например в АЛ31 что-то около 170гр(лень искать точно) Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине «Устройство и проектирование летательных аппаратов» на тему: «Энергетический расчет и высотно-скоростные характеристики трддф»

 

[JohnDoe]

Как происходит полезная работа?

Также как и везде, в такте расширения.

 

[Kazakov]

Также как и везде, в такте расширения.

Расширение происходит из-за изменения давления?

 

[JohnDoe]

Расширение происходит из-за измения давления?

Давление, температура, объем и скорость потока(для гтд) связаны между собой. Рассматривать их по отдельности не стоит. В машинах объёмного расширения, поршневых, например, срабатывается перепад давления. В гтд, лопаточных машинах, давление и температура преобразуется в скорость потока и она срабатывается на лопатках турбины.
Имху

 

[Kazakov]

Просто хотел узнать как повысить приведенное давление не снижая температуры, и не совершая работы. Шутка, извините.

 

[Ромашчандр]

Ну если пошли шутки, то скажите мне серьёзно.
Взять две небольших (от легковушек) турбины.
У каждой между выпуском компрессора и впуском турбины поставить камеру сгорания (колокол с дырочками и свечой зажигания и впрыском).
Взять большую турбину(от трактора грузовика, большого джипа), снять с неё компрессор оставив вал для привода, например, винта.
А выпуск обоих малых турбин присоеденить к впуску большой турбины.
Вопросы:
Будет ли все это крутится?
Будет ли на валу привода приличное усилие и обороты.
Какое КПД этой установки будет.

 

[Kazakov]

Ну если пошли шутки, то скажите мне серьёзно.
Взять две небольших (от легковушек) турбины.
У каждой между выпуском компрессора и впуском турбины поставить камеру сгорания (колокол с дырочками и свечой зажигания и впрыском).
Взять большую турбину(от трактора грузовика, большого джипа), снять с неё компрессор оставив вал для привода, например, винта.
А выпуск обоих малых турбин присоеденить к впуску большой турбины.
Вопросы:
Будет ли все это крутится?
Будет ли на валу привода приличное усилие и обороты.
Какое КПД этой установки будет.

Давайте думать. По описаниям это ГТД прямой реакции с свободной турбиной. КПД ЦБ компрессора от легковушки 0.77-0.8 при Pк 1.8-2.2. Температура перед турбиной газогенератора до 900с (но недолго), центростремительная турбина в таком варианте с противодавлением не очень эффективна - поворот потока, поэтому КПД турбины невысокий. Тепловой КПД такого двигателя до 0.1 (скорее меньше).
В ответе 96 я ссылался на такой ГТД.

 

[JohnDoe]

Ну если пошли шутки, то скажите мне серьёзно.
Взять две небольших (от легковушек) турбины.
У каждой между выпуском компрессора и впуском турбины поставить камеру сгорания (колокол с дырочками и свечой зажигания и впрыском).
Взять большую турбину(от трактора грузовика, большого джипа), снять с неё компрессор оставив вал для привода, например, винта.
А выпуск обоих малых турбин присоеденить к впуску большой турбины.
Вопросы:
Будет ли все это крутится?
Будет ли на валу привода приличное усилие и обороты.
Какое КПД этой установки будет.

Крутится будет. В ютубе полно видосиков как из ткр делают демостратор ГТД с внешней камерой сгорания. Автомобильные ТКР почти не пригодны для практических целей, особенно от дизельных двс в силу невысоких рабочих температур. И да, нужно смотреть на параметры массового расхода для озвученной схемы. Может вполне быть так, что "большая" турбина будет иметь такой-же массовый расход, как и "маленькая". Разница будет в температурах, давлении, оборотах.
Проще всего взять готовый турбостартер, тот же ТС-21 или ГТДЭ-117. Желаемое будет достигнуто меньшими затратами.
Имху

 

[Kazakov]

Извиняюсь перед участниками форума. Начиная с первого поста этой темы я путаю название цикла ГТД, вместо Брайтон пишу Браун. Пускай простит меня Брайтон.
Стыдно!