Газотурбинный струйный двигатель

Номер документа 5420150006

РУБРИКА:
17. Инвестиционные проекты по энергосбережению

РУБРИКА ГРНТИ:
55.42.35. Газовые и газожидкостные двигатели внутреннего сгорания

АТРИБУТЫ:
Отрасли: Машиностроительная
Тепловая энергия:
Электрическая энергия:
Виды топлива: Жидкое, газообразное
Водные ресурсы:

РЕКВИЗИТЫ:
Вид документа: Описание
Номер: 5420150006
Автор (принявший орган): НОВИНКОР, 630091 г.Новосибирск, ул. Достоевского, д. 8, тел: +7 913 710 10 30, e-mail: info@novinkor.com, skype: pmityakin
Дата: 26.03.2015
Регион: Новосибирская область
Источник информации: http://novinkor.com/projects/industry/10-engine.html

ПОЛНЫЙ ТЕКСТ ДОКУМЕНТА:

Краткое описание Проекта, его цели и задачи

Газотурбинные двигатели (ГТД) обладают рядом преимуществ по сравнению с поршневыми двигателями за счет значительно большей мощности на единицу веса, возможности работы на различных видах жидкого и газообразного топлива, благоприятных моментных характеристик, отсутствия возвратно движущихся деталей - что определяет повышенный ресурс и снижение требований к смазке, однако проигрывают им по экономичности. Уникальными также являются низкий шум газотурбинного двигателя и отсутствие дыма. Вероятно, самой важной из всех его характеристик является его надежность, простота конструкции и обслуживания. В газотурбинном двигателе примерно на 30 % меньше деталей, чем в поршневом.

Недостаточно высокий КПД ГТД определяется ограничением температуры на входе в турбину (800 – 900°С) по причине недостаточной жаропрочности материала турбинных лопаток. Понижение температуры газов до допустимых пределов в известных ГТД достигается за счет подачи большого количества воздуха, в 3 – 6 раз превышающего требуемое для сжигания топлива при стехиометрическом соотношении. На прокачку избыточного воздуха затрачивается дополнительная мощность. Повышение допустимой рабочей температуры в известных случаях достигается за счет увеличения жаропрочности лопаток, например, применения термостойких покрытий на основе металлокерамики или внутреннего охлаждения лопаток. Лучшие зарубежные ГТД имеют температуру газов на входе в турбину 1500°С, с перспективой ее увеличения до 1700°С, однако эти значения существенно ниже температуры горения стехиометрических смесей углеводородных топлив с воздухом, равным ~ 2300°К. То есть потенциально имеются большие возможности повышения температуры рабочего тела и, следовательно, увеличения экономичности двигателя.

ГТД устанавливаемые на наземные транспортные средства имеют сравнительно небольшие мощности и, следовательно, малый расход воздуха. Диаметр рабочего колеса традиционной турбины при этом получается небольшим, и в случае наличия рабочих лопаток возрастает отрицательное влияние относительного увеличения зазоров между ротором и статором, экономичность турбины падает. Реактивные сопла во вращающейся камере сгорания по типу сегнерова колеса позволяют устранить этот недостаток.

Целью проекта является повышение экономичности ГТД за счет увеличения температуры рабочего тела, которое достигается путем применения вращающейся камеры сгорания, оснащенной реактивными соплами по типу известного устройства – сегнерова колеса и приближения состава топливо-воздушной смеси к стехиометрическому соотношению.

Оценочный расчет показывает, что предложенное техническое решение - ГТД с вращающимися камерой сгорания и соплами – обеспечивает значительное повышение экономичности газотурбинного двигателя. Вращающиеся роторы с соплами, по существу, представляют собой вращающиеся ракетные двигатели, термодинамическая эффективность которых, сопоставима с эффективностью поршневых двигателей.
 

Ресурсное обеспечение

Для изготовления двигателя потребуются материалы, применяемые в промышленности.
 

Механизм реализации

Учреждение предприятия любой формы собственности, не противоречащее законодательству РФ.

При финансировании предполагается выполнить работы с целью создания ГТД. Направления работ следующие: проектно-конструкторские работы и отладка двигателя – исследование процесса теплопередачи и изучение условий образования тороидального вихря на входе в камеру сгорания, а также проектирование, определение характеристик, изготовление и испытание двигателя.

В последующем - коммерциализация ноу-хау.
 

Уникальность и конкурентоспособность продукции

Вращающаяся камера сгорания применительно к двигателям торпед в передаче «Поиск» на «Радио России» отмечалась как выдающееся достижение российской науки.

В качестве прототипа выбран комбинированный силовой агрегат, изложенный в публикации: В. Г. Некрасов. Комбинированный силовой агрегат: АГТД + маховик. Автомобильная промышленность, 1996, № 11, 1997, № 1. Силовой агрегат выполнен в виде струйной турбины по типу сегнерова колеса, на внешней поверхности вращающейся камеры сгорания которого установлены лопатки двухступенчатого центробежного компрессора, одновременно играющие роль элементов охлаждения камеры сгорания. Регенерация тепла осуществляется во вращающемся рекуператоре, нагреваемом выхлопными газами, через который проходит воздух, поступающий в камеру сгорания. Указанное техническое решение имеет недостатки. Например, нагрев воздуха от поверхности камеры сгорания (КС) в процессе повышения давления, снижает степень сжатия компрессора и КПД силового агрегата в целом, трудно обеспечить достаточный теплосъем от камеры сгорания вследствие небольшого коэффициента теплоотдачи к воздуху и, кроме этого, одноступенчатая турбина не позволяет полностью расширить рабочее тело в случае дальнейшего увеличения степени сжатия компрессора.

В предлагаемом инновационном Проекте КС сблокирована с центробежным или осевым компрессором, обеспечивающим необходимую для работы ГТД степень сжатия. Охлаждение КС предлагается осуществлять путем применения жидкометаллического теплоносителя. При этом охлаждение КС и сопел достигается гораздо проще, чем турбинных лопаток. Реактивные сопла выполняются нерасширяющимися, со звуковой скоростью истечения, тем самым устраняются волновые потери давления. Эти и другие решения способствуют повышению КПД двигателя, поскольку в этом случае реализуется цикл с регенерацией тепла.

Ряд предложений уже защищен патентами.
 

Газотурбинный струйный двигатель

 

Объем требуемого внешнего финансирования

Примерная стоимость НИР составит 20 –25 млн. рублей
Примерная стоимость ОКР – 800 тыс. рублей
Объём инвестиций для организации производства будет рассчитан при составлении бизнес-плана.
 

Прогноз объема продаж и прибылей

ГТД нашли широкое применение в авиации, в качестве основных двигателей силовых установок самолётов, вертолётов, беспилотных летательных аппаратов и т. п. ГТД используют на тепловых электростанциях для привода электрогенераторов; на передвижных электростанциях, например в энергопоездах; для привода компрессоров (воздушных и газовых) с одновременной выработкой электрической и тепловой энергии в нефтяной, газовой, металлургической и химической промышленности; в качестве тяговых двигателей газотурбовозов, автобусов, легковых и грузовых автомобилей, гусеничных тракторов, танков; как силовые установки кораблей, катеров, подводных лодок и для привода вспомогательных машин и механизмов (лебёдок, насосов и др.); на объектах военной техники в качестве энергетических и тяговых силовых установок. Область применения ГТД расширяется. В 1956 мощность ГТД во всём мире составила 900 Мвт, к 1958 она превысила 2000 Мвт, а к началу 1968 достигла 40 000 Мвт (без авиации и военной техники).

Предполагаемый в данном инновационном Проекте газотурбинный двигатель может найти применение в силовых установках гибридных схем для транспортных средств, когда на режиме заряда аккумуляторов ГТД должен работать на внешней характеристике.
 

Возврат займов инвесторам

Проектно-конструкторские работы займут 14 – 18 месяцев, после чего будет составлен детальный бизнес план коммерциализации ноу-хау и определены сроки окупаемости Проекта.