RU2423616C2 - System of compressed air production and its application - Google Patents
System of compressed air production and its application Download PDFInfo
- Publication number
- RU2423616C2 RU2423616C2 RU2007102026/06A RU2007102026A RU2423616C2 RU 2423616 C2 RU2423616 C2 RU 2423616C2 RU 2007102026/06 A RU2007102026/06 A RU 2007102026/06A RU 2007102026 A RU2007102026 A RU 2007102026A RU 2423616 C2 RU2423616 C2 RU 2423616C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- compressed air
- steam
- gas turbine
- generator
- aircraft
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Control Of Turbines (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к системе производства сжатого воздуха, в частности к системе производства сжатого воздуха из перегретого пара для обеспечения системы сжатого воздуха летательного аппарата и для запуска газовой турбины, например, авиационного двигателя.The invention relates to a compressed air production system, in particular to a system for producing compressed air from superheated steam for providing a compressed air system for an aircraft and for starting a gas turbine, for example, an aircraft engine.
Газовая турбина должна быть приведена во вращение с достаточной скоростью для того, чтобы степень сжатия стала достаточной для ее работы на топливе. В настоящее время газовые турбины преимущественно запускаются механическими пусковыми устройствами, которые могут иметь привод от пускового электродвигателя или пневматический привод.The gas turbine must be set in rotation at a sufficient speed so that the compression ratio becomes sufficient for its operation on fuel. Currently, gas turbines are predominantly started by mechanical starting devices, which can be driven by a starting motor or a pneumatic drive.
Однако автономный электрический запуск газовой турбины, например, авиационного двигателя требует очень большого расхода электроэнергии и использования тяжелого пускового электродвигателя. Пневматический запуск требует очень большого расхода сжатого воздуха, который трудно обеспечить передвижным агрегатом.However, an autonomous electric start of a gas turbine, for example, an aircraft engine, requires a very large power consumption and the use of a heavy starting electric motor. Pneumatic start-up requires a very large flow of compressed air, which is difficult to provide with a mobile unit.
Задачей настоящего изобретения является создание системы, которая могла бы обеспечить легкий запуск газовой турбины, например, авиационного двигателя.The objective of the present invention is to provide a system that could provide an easy start to a gas turbine, for example, an aircraft engine.
Решение этой задачи обеспечивается предлагаемой в изобретении системой, которая отличается использованием парогенератора, в частности водородно-кислородного парогенератора, который может обеспечить производство достаточно больших количеств пара высокого давления. Затем этот пар или горячая смесь пара и подаваемого воздуха может быть использована для запуска газовой турбины, например, авиационного двигателя. В этом случае отпадает необходимость в использовавшихся до настоящего времени вспомогательных установках, например, в пусковом электродвигателе. В качестве альтернативного варианта вырабатываемый пар также может подаваться непосредственно в систему сжатого воздуха.The solution to this problem is provided by the system of the invention, which is characterized by the use of a steam generator, in particular a hydrogen-oxygen steam generator, which can ensure the production of sufficiently large quantities of high pressure steam. Then this steam or a hot mixture of steam and supplied air can be used to start a gas turbine, for example, an aircraft engine. In this case, there is no need for auxiliary installations that have been used up to now, for example, in a starting motor. Alternatively, the generated steam can also be supplied directly to the compressed air system.
При использовании парогенераторов Н2/O2, имеющих высокую удельную мощность, для запуска двигателей или газовых турбин можно существенно снизить вес летательного аппарата по сравнению с вариантом использования пускового электродвигателя.When using H2 / O2 steam generators with a high specific power for starting engines or gas turbines, the weight of the aircraft can be significantly reduced compared to the use of a starting electric motor.
В соответствии с другим вариантом предлагаемой в изобретении системы пар, вырабатываемый парогенератором Н2/O2, подается в генератор сжатого воздуха, содержащий паровую турбину и компрессор, для производства необходимого количества сжатого воздуха, который может использоваться для запуска стационарной или передвижной газовой турбины или же может подаваться в систему сжатого воздуха.In accordance with another embodiment of the inventive system, the steam generated by the H2 / O2 steam generator is supplied to a compressed air generator comprising a steam turbine and a compressor to produce the required amount of compressed air, which can be used to start a stationary or mobile gas turbine or can be supplied into the compressed air system.
Принцип работы парогенераторов Н2/O2 прост, а их удельная мощность высока так, что пусковая установка, использующая такой парогенератор, может быть особенно полезна в тех областях, где требуется малый вес установки, высокий КПД и высокий коэффициент готовности.The principle of operation of H2 / O2 steam generators is simple, and their specific power is high so that a launcher using such a steam generator can be especially useful in areas where a low weight of the installation, high efficiency and high availability factor are required.
Вместо чистого кислорода в парогенераторе Н2/O2 можно использовать воздух или смесь воздуха и кислорода. Однако это приводит к увеличению эмиссии NOx.Instead of pure oxygen, air or a mixture of air and oxygen can be used in an H2 / O2 steam generator. However, this leads to an increase in NOx emission.
В соответствии с изобретением возможна замена турбины с приводом от набегающего потока воздуха, поскольку она может быть заменена установкой, содержащей парогенератор Н2/O2 и паровую турбину, которая может обеспечивать привод генератора и/или поддержание давления в гидравлической системе или в системе горячего сжатого воздуха. Таким образом, в соответствии с изобретением достигается снижение веса и повышение эффективности по сравнению с традиционными турбинами с приводом от набегающего потока воздуха.In accordance with the invention, it is possible to replace a turbine driven by an oncoming air flow, since it can be replaced by an installation comprising an H2 / O2 steam generator and a steam turbine that can drive the generator and / or maintain pressure in the hydraulic system or in the hot compressed air system. Thus, in accordance with the invention, a reduction in weight and an increase in efficiency are achieved in comparison with traditional turbines driven by a free air flow.
Поскольку парогенераторы Н2/O2 могут производить большие количества пара высокого давления, то в соответствии с другим вариантом реализации изобретения возможно использование пара, производимого парогенератором Н2/O2, для привода паровой турбины, которая в свою очередь используется для привода генератора сжатого воздуха для систем сжатого воздуха. Возможные применения могут относиться, например, к системам сжатого воздуха транспортных средств, в частности летательных аппаратов. Предлагаемая в изобретении система особенно полезна в тех случаях, когда отсутствует какой-либо внешний источник энергии, и когда требуется высокая эффективность.Since H2 / O2 steam generators can produce large quantities of high pressure steam, in accordance with another embodiment of the invention, it is possible to use the steam produced by the H2 / O2 steam generator to drive a steam turbine, which in turn is used to drive a compressed air generator for compressed air systems . Possible applications may relate, for example, to compressed air systems of vehicles, in particular aircraft. The system proposed in the invention is especially useful in cases where there is no external energy source, and when high efficiency is required.
Предлагаемая в изобретении система парового генератора может использоваться, например, в антиобледенительной системе летательного аппарата (для удаления льда с аэродинамических поверхностей). До настоящего времени в таких системах сжатого воздуха использовался горячий сжатый воздух, который отбирался на выходе двигателя. Такие системы не используются постоянно в течение всего полета, а только на этапах набора высоты и снижения, когда имеется опасность образования льда. Однако отбор сжатого воздуха из двигателей приводит к потере мощности, увеличению расхода горючего и, соответственно, к увеличенному взлетному весу летательного аппарата. КПД антиобледенительных систем, которые работают на сжатом воздухе, отбираемом от двигателей, низок, и поэтому замена и/или поддержка этих систем предлагаемой в изобретении системой может быть целесообразной. В этом случае сжатый воздух получают с помощью генератора сжатого воздуха, работающего на перегретом паре (например, паровая турбина с компрессором). Дополнительно возможно смешивание перегретого пара с воздухом и/или его охлаждение воздухом и непосредственное использование пара.The steam generator system according to the invention can be used, for example, in the anti-icing system of an aircraft (for removing ice from aerodynamic surfaces). To date, such compressed air systems have used hot compressed air, which was taken at the engine outlet. Such systems are not used continuously throughout the flight, but only at the stages of climb and descent, when there is a danger of ice formation. However, the selection of compressed air from the engines leads to a loss of power, an increase in fuel consumption and, consequently, to an increased take-off weight of the aircraft. The efficiency of anti-icing systems that operate on compressed air taken from the engines is low, and therefore the replacement and / or support of these systems by the system proposed in the invention may be appropriate. In this case, compressed air is obtained using a compressed air generator operating on superheated steam (for example, a steam turbine with a compressor). Additionally, it is possible to mix superheated steam with air and / or to cool it with air and the direct use of steam.
Благодаря высокой эффективности предлагаемой в изобретении системы может быть снижен вес антиобледенительной системы и летательного аппарата в целом. Таким образом, экономичность системы может быть улучшена, а эмиссия вредных газов может быть уменьшена.Due to the high efficiency of the system of the invention, the weight of the de-icing system and the aircraft as a whole can be reduced. Thus, the efficiency of the system can be improved, and the emission of harmful gases can be reduced.
Сжатый воздух, вырабатываемый предлагаемой в изобретении системой, также может быть использован в других системах сжатого воздуха, в частности в системе кондиционирования воздуха, вместо использования воздуха, отобранного от двигателя. При таком устройстве можно говорить о полной замене или поддержке традиционных систем (например, в периоды пиковых нагрузок, в частности при быстром падении давления). В предлагаемой в изобретении системе сжатый воздух получают с помощью генератора сжатого воздуха, работающего на перегретом паре (например, паровая турбина с компрессором).Compressed air produced by the system of the invention can also be used in other compressed air systems, in particular in an air conditioning system, instead of using air taken from the engine. With such a device, we can talk about the complete replacement or support of traditional systems (for example, during periods of peak loads, in particular with a rapid drop in pressure). In the system proposed in the invention, compressed air is obtained using a compressed air generator operating on superheated steam (for example, a steam turbine with a compressor).
Ниже со ссылками на чертеже описан предпочтительный вариант предлагаемой в изобретении системы. На чертеже представлена блок-схема предпочтительного варианта предлагаемой в изобретении системы для использования на летательном аппарате.Below, with reference to the drawing, a preferred embodiment of the system of the invention is described. The drawing shows a block diagram of a preferred option proposed in the invention system for use on an aircraft.
Как можно видеть на чертеже, система 1 отличается в частности тем, что водородно-кислородный парогенератор 2 вырабатывает перегретый пар, который используется для поддержки системы сжатого воздуха летательного аппарата и пусковой установки для пуска двигателя, как это описано ниже.As can be seen in the drawing, the system 1 is characterized in particular in that the hydrogen-
Водородно-кислородный парогенератор 2 - это известное устройство, которое используется для стерилизации паром пищевых продуктов, упаковочных материалов, медицинских инструментов, текстильных изделий и растворов, а также для производства чистой воды в фармацевтической промышленности.Hydrogen-
В водородно-кислородном генераторе 2 осуществляют управляемую реакцию водорода с кислородом (или с воздухом) для получения пара. В частности в водородно-кислородном парогенераторе 2 в соответствии с принципом работы ракетного двигателя создается стехиометрическая водородно-кислородная смесь, и осуществляется управляемое сгорание этой смеси для образования пара.In a hydrogen-
Как можно видеть на чертеже, система содержит также охлаждающий блок 3 для подвода воды или воздуха к производимому пару, в результате чего становится возможным получение необходимых характеристик чистого пара. С помощью охлаждающего блока 3 необходимые характеристики пара могут быть получены за очень короткое время. Достоинствами такого генератора 2 перегретого пара являются высокая степень чистоты пара, высокий коэффициент готовности, возможность управления параметрами состояния и малые размеры.As can be seen in the drawing, the system also contains a
В соответствии с изобретением с помощью водородно-кислородного парогенератора 2 и охлаждающего блока 3 температура пара может быть установлена в диапазоне 200°С-3300°С, путем впрыска воды или подмешивания воздуха для охлаждения пара. В соответствии с предпочтительным вариантом реализации изобретения, представленным на чертеже, перегретый пар, температура которого регулируется, как указано выше, подается в генератор 4 сжатого воздуха. Генератор 4 сжатого воздуха может содержать, например, паровую турбину 5 с компрессором 6. Паровая турбина 5 работает на перегретом пару, температуру которого поддерживают на заданном уровне с помощью охлаждающего блока 3. В качестве альтернативного варианта горячий воздух, вырабатываемый водородно-кислородным генератором, может также подаваться непосредственно (без охлаждения) в генератор 4 сжатого воздуха. В этом случае генератор 4 сжатого воздуха вырабатывает сжатый воздух из перегретого пара с помощью паровой турбины 5 и компрессора 6.In accordance with the invention, using a hydrogen-
Сжатый воздух, вырабатываемый генератором 4 сжатого воздуха, может подаваться в систему 7 сжатого воздуха, которая в соответствии с изобретением может быть антиобледенительной системой 7а, гидравлической системой 7b, системой 7с кондиционирования воздуха и другой аналогичной системой.Compressed air generated by the
Как показано на чертеже, сжатый воздух, производимый генератором 4 сжатого воздуха, может также использоваться для раскрутки двигателя 8 для достижения такой степени сжатия воздуха, которая достаточна для работы двигателя на топливе.As shown in the drawing, the compressed air produced by the
Хотя изобретение было описано выше на примере предпочтительного варианта его реализации в отношении летательного аппарата, однако ясно, что предлагаемая в изобретении система может также быть использована в других транспортных средствах, содержащих газовые турбины, которые необходимо запускать. Кроме того, предлагаемая в изобретении система может также использоваться для запуска стационарных газовых турбин.Although the invention has been described above with an example of a preferred embodiment for an aircraft, it is clear that the system of the invention can also be used in other vehicles containing gas turbines that need to be launched. In addition, the system of the invention may also be used to start stationary gas turbines.
Перечень ссылочных обозначенийReference List
1 - система1 - system
2 - водородно-кислородный парогенератор2 - hydrogen-oxygen steam generator
3 - охлаждающий блок3 - cooling unit
4 - генератор сжатого воздуха4 - compressed air generator
5 - паровая турбина5 - steam turbine
6 - компрессор6 - compressor
7 - система сжатого воздуха7 - compressed air system
7а - антиобледенительная система7a - anti-icing system
7b - гидравлическая система7b - hydraulic system
7с - система кондиционирования воздуха7c - air conditioning system
8 - газовая турбина/двигатель8 - gas turbine / engine
Claims (4)
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US60050204P | 2004-08-11 | 2004-08-11 | |
| US60/600,502 | 2004-08-11 | ||
| DE102004039019.3 | 2004-08-11 | ||
| DE102004039019A DE102004039019A1 (en) | 2004-08-11 | 2004-08-11 | Compressed air generating system for starting gas turbine e.g. aircraft engine has hydrogen/oxygen steam generator that produces steam that is fed into gas turbine for gas turbine to reach sufficiently high rotary speed |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007102026A RU2007102026A (en) | 2008-09-20 |
| RU2423616C2 true RU2423616C2 (en) | 2011-07-10 |
Family
ID=39294137
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007102026/06A RU2423616C2 (en) | 2004-08-11 | 2005-08-10 | System of compressed air production and its application |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| AT (1) | ATE423271T1 (en) |
| BR (1) | BRPI0513524A (en) |
| DE (1) | DE602005012837D1 (en) |
| RU (1) | RU2423616C2 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB615689A (en) * | 1946-07-16 | 1949-01-10 | David Havelock Ballantyne | Improvements in or relating to the starting of internal-combustion turbine plants |
| GB635195A (en) * | 1944-04-26 | 1950-04-05 | British Thomson Houston Co Ltd | Improvements in and relating to gas turbine power plant |
| US2994194A (en) * | 1958-12-05 | 1961-08-01 | Bendix Corp | Starting system having a gas generator |
| GB1467681A (en) * | 1973-05-19 | 1977-03-16 | Ver Flugtechnische Werke | Aircraft power plant including auxiliary engine for driving aircraft auxiliary components and an air-conditioning unit |
| US6282883B1 (en) * | 1997-09-05 | 2001-09-04 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Hydrogen burning turbine plant |
| US20020100678A1 (en) * | 2001-01-26 | 2002-08-01 | Primlani Indru J. | Oxyhydrogen steam generator |
-
2005
- 2005-08-10 DE DE602005012837T patent/DE602005012837D1/en not_active Expired - Lifetime
- 2005-08-10 RU RU2007102026/06A patent/RU2423616C2/en not_active IP Right Cessation
- 2005-08-10 BR BRPI0513524-9A patent/BRPI0513524A/en not_active IP Right Cessation
- 2005-08-10 AT AT05772192T patent/ATE423271T1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB635195A (en) * | 1944-04-26 | 1950-04-05 | British Thomson Houston Co Ltd | Improvements in and relating to gas turbine power plant |
| GB615689A (en) * | 1946-07-16 | 1949-01-10 | David Havelock Ballantyne | Improvements in or relating to the starting of internal-combustion turbine plants |
| US2994194A (en) * | 1958-12-05 | 1961-08-01 | Bendix Corp | Starting system having a gas generator |
| GB1467681A (en) * | 1973-05-19 | 1977-03-16 | Ver Flugtechnische Werke | Aircraft power plant including auxiliary engine for driving aircraft auxiliary components and an air-conditioning unit |
| US6282883B1 (en) * | 1997-09-05 | 2001-09-04 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Hydrogen burning turbine plant |
| US20020100678A1 (en) * | 2001-01-26 | 2002-08-01 | Primlani Indru J. | Oxyhydrogen steam generator |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Алабин М.А. и др. Запуск авиационных газотурбинных двигателей. - М.: Машиностроение, 1968, с.19-22, рис.10. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE602005012837D1 (en) | 2009-04-02 |
| ATE423271T1 (en) | 2009-03-15 |
| RU2007102026A (en) | 2008-09-20 |
| BRPI0513524A (en) | 2008-05-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2562686C2 (en) | Operating method of power plant in standby mode (versions), and power plant | |
| EP3417205B1 (en) | Method and equipment for combustion of ammonia | |
| EP1245805A2 (en) | Supercharged gas turbine | |
| RU2017103126A (en) | HYBRIDIZATION OF COMPRESSORS OF TURBOJET ENGINE | |
| RU2394725C2 (en) | Aircraft water supply system | |
| CN101014760B (en) | compressed air generation system | |
| US20250035068A1 (en) | High-power hybrid-electric propulsion systems and methods | |
| RU2423616C2 (en) | System of compressed air production and its application | |
| RU2018101302A (en) | Floating ship and method of operating a floating vessel | |
| US20060232071A1 (en) | Turbo set with starting device | |
| US20180334957A1 (en) | Method and apparatus for operating a gas turbine using wet combustion | |
| RU135000U1 (en) | HYDROCARBON RECTANGULAR ENGINE | |
| RU2263799C2 (en) | Method of operation of heat internal combustion engine and device for implementing the method | |
| RU2527007C2 (en) | Gas turbine plant with supply of steam-fuel mixture | |
| CA2543379A1 (en) | Turbo set with starting device | |
| RU2594828C1 (en) | Propulsion engine of supersonic aircraft | |
| GB2126658A (en) | Generation of power from liquid hydrogen | |
| RU2679582C1 (en) | Energy complex | |
| RU2260134C1 (en) | Gas-turbine engine starting method | |
| RU2591361C1 (en) | Engine of hypersonic aircraft | |
| US20250206449A1 (en) | Aircraft power plant with electric motor powered by fuel cell | |
| RU2725296C1 (en) | Method for reducing fuel consumption of a gas turbine engine (gte) equipped with a starter | |
| US20250206153A1 (en) | Energy conversion arrangement, energy system and aircraft comprising same | |
| US20250207538A1 (en) | Energy conversion arrangement, energy system and aircraft comprising same | |
| EP4574671A1 (en) | Energy conversion arrangement, energy system and aircraft comprising same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170811 |