NscaleClub.ru - форум о моделях железных дорог 9мм
Тамбур => Тамбур => Тема начата: капитан от 19 Ноября 2019, 21:45:26
-
Друзья, хочу Вас тезисно познакомить с новым Проектом Самарского национального исследовательского университета им. С.П. Королева ( бывший Куйбышевский Авиационный Институт). Суть идей следующая: на базу паровоза ФД-20 устанавливается Газотурбинная установка (ГТУ) на базе авиационного двигателя АЛ-31, где роль камеры сгорания играет теплообменник. Топливом является УГОЛЬ. Процесс работы таков: топка разогревает в теплообменнике воду, которая смешиваясь с воздухом из-за компрессора под давлением вращает турбину, которая в свою очередь через вал передает крутящий момент на колесные пары. Установка является полузамкнутого типа, т.е. часть продуктов сгорания направляется обратно в топку, а остывшая паровоздушная смесь из-за турбины- в теплообменник. Таким образом решаются экологические проблемы. Из других плюсов высоки КПД- порядка 35-40% (у паровоза ФД-20 около 8-9%), ну и стоимость тонны угля существенно ниже стоимости любых углеводородов.
Это не шутка. В данный момент Проект проходит техническую экспертизу. Если тема заинтересовала, могу «выкрасть» схемы.
-
Я не понял - паровая турбина передаёт момент через вал на колпары??? Механический привод в смысле??? Напрямую? :o :-\ Тут или проект родился 1 апреля, или страшно за таких "разработчиков"
-
И я не понял ??? Электродвигатель имеет КПД намного выше и по экологии тоже вроде ничего. Или разработчикам нужно срочно отчитаться за освоенные деньги?
-
Обычно используется либо электро-,либо гидро-механическая трансмиссия,съедающие свою долю КПД,но разрывающие жёсткую связь между силовой установкой и колпарами !А у вас--да! Что-то не стыкуется !
-
У двигателя АЛ-31 ресурс до капремонта 1000 - 1500 часов (ЕМНИП).
Новый - вряд ли будет установлен. Значит - БУ. Выглядит как лабораторная установка.
При этом у "Салюта" есть наработки по гражданской тематике.
И непонятно - используется и компрессор и турбина? А камера сгорания полностью переделывается?
(http://unotices.com/weapons_all/731/tyrboreaktivnii_dvyhkontyrnii_dvigatel_al-31fp-4.jpg)
Кстати, куда поток газов направляется? У движка тяга больше 10 тонн. :-[
-
Друзья, не углубляйтесь в мелкие частности, на данном этапе тут важна сама идея, принцип двигателя. И деньги разработчики ни какие "не съели". Данный Проект только претендует на грант. Вот только при получении денег должны быть произведены полные расчеты, рабоче констукторская документация и возможно изготовлен опытный образец. А пока есть только идея. И пока бесплатная.
... и добавил:
А камера сгорания полностью переделывается?
Камера сгорания отсутствует. Только теплообменник. А АЛ-31 давно используется как база для различных ГТУ. Сколько электростанций на них работают!!!
-
Не знаю вращать практически напрямую колёсные пары , мне кажется не потянет даже через большой понижающий редуктор. Не даром когда дизель ставили на рельсы и пытались вращать колесные пары напрямую ничего не получилось. Про подобный проект , подобный в части про возвращению отопления углём (угольной пылью) писали ещё в далёкие далекие годы в журнале "Техника-Молодёжи". Надо найти статью. Там интересные предложения и схема "современного паровоза" предложена.
-
Цепляться и мысли не было.
Просто непонятно немного:
Газотурбинная установка (ГТУ) на базе авиационного двигателя АЛ-31, где роль камеры сгорания играет теплообменник. Топливом является УГОЛЬ. Процесс работы таков: топка разогревает в теплообменнике воду, которая смешиваясь с воздухом из-за компрессора под давлением вращает турбину
Двигатель - не картинке сверху.
Теплообменник не может играть роль камеры сгорания. Скорее всего он установлен после неё. А с учётом имеющегося места - вместо сопла.
В камере сгорания температура 1600 градусов. Там применяются жаропрочные материалы. Редкий теплообменник такое выдержит.
И схема полностью выглядит так:
- компрессор сжимает воздух
- в камере сгорания происходит резкое повышение температуры, а следовательно - и давления. Сгорание - типа "в кипящем слое"?
- струя разогретых газов раскручивает турбину
- эта же струя нагревает теплообменник (тем самым - теряет энергию)
- в после теплообменника нагретое рабочее тело попадает на турбину
- на эту же турбину попадает остаточная реактивная струя
Для меня последняя турбина выглядит нетривиально. И процесс согласования реактивной и паровой тяги кажется весьма непростым.
Я уж не говорю о требованиях по очистке угольного выхлопа...
Можно деталей побольше?
... и добавил:
Судя по технологиям используемым в Формуле 1, идея дополнительной утилизации тепла (и кинетической энергии) - правильная. Они в полтора раза (!) увеличили КПД двигательных установок. Но там все преобразования энергии делаются через электричество, как наиболее простой вариант.
... и добавил:
Цепляться и мысли не было.
Просто непонятно немного:
Газотурбинная установка (ГТУ) на базе авиационного двигателя АЛ-31, где роль камеры сгорания играет теплообменник. Топливом является УГОЛЬ. Процесс работы таков: топка разогревает в теплообменнике воду, которая смешиваясь с воздухом из-за компрессора под давлением вращает турбину
Двигатель - не картинке сверху.
Теплообменник не может играть роль камеры сгорания. Скорее всего он установлен после неё. А с учётом имеющегося места - вместо сопла.
В камере сгорания температура 1600 градусов. Там применяются жаропрочные материалы. Редкий теплообменник такое выдержит.
И схема полностью выглядит так:
- компрессор сжимает воздух
- в камере сгорания происходит резкое повышение температуры, а следовательно - и давления. Сгорание - типа "в кипящем слое"?
- струя разогретых газов раскручивает турбину
- эта же струя нагревает теплообменник (тем самым - теряет энергию)
- в после теплообменника нагретое рабочее тело попадает на турбину
- на эту же турбину попадает остаточная реактивная струя
Для меня последняя турбина выглядит нетривиально. И процесс согласования реактивной и паровой тяги кажется весьма непростым.
Я уж не говорю о требованиях по очистке угольного выхлопа...
Можно деталей побольше?
... и добавил:
Судя по технологиям используемым в Формуле 1, идея дополнительной утилизации тепла (и кинетической энергии) - правильная. В Формуле 1 в полтора раза (!) увеличили КПД двигательных установок. Но там все преобразования энергии делаются через электричество, как наиболее простой вариант.
-
Ребята, во первых давления повышает только компрессор, а в камере сгорания оно даже немного падает, с этим борятся пассивными методами (допускается падение не более 1%), во вторых: разогретая вода в теплообменике смешиваясь с воздушной струей из-за компрессора с большим давлением попадает на турбину и вращает ее. Нету камеры сгорания. И температуры соответственно на турбине не такие большие (что значительно повышает ресурс). Соответственно газовой струи нет, а есть паровоздушная смесь, которая частично уходит в атмосферу, а частично обратно в теплообменник.
-
я вот не понял: что вращает компрессор,если нет камеры сгорания ? он же на одном валу с турбиной !
-
У двигателя АЛ-31 ресурс до капремонта 1000 - 1500 часов (ЕМНИП).
1000 на ранних сериях (уже вряд ли остались), 4000 на последних.
Но вы упускаете, что на тех же ГПУ газогенераторы от ПС-90А отхаживают по 50-60 тысяч часов (новые, не с самолета) при ресурсе "на крыле" даже у второй серии всего 11 тыс.часов.
Новый - вряд ли будет установлен. Значит - БУ.
Маловероятно. Газогенератор - наиболее нагруженный узел, и именно он определяет ресурс всего мотора (можно даже сазать так: ресурс остальных узлов авиадвигателя подгоняется под ресурс газогенератора).
Поэтому для ГПУ и прочих применений, где режим много менее напряженный и требования к отказоустойчивости ниже - применение новых двигателей даёт значительный экономический выигрыш.
Выглядит как лабораторная установка. При этом у "Салюта" есть наработки по гражданской тематике.
Пока и есть лабораторная установка - отрабатывать-то идею на чем-то надо.
И непонятно - используется и компрессор и турбина? А камера сгорания полностью переделывается?
Используется т.н. механизм "свободной турбины". То есть газогенератор (компрессор + турбина) используется как есть, но вместо вентиляторов устанавливается механизм отбора мощности.
АЛ-31 здесь хорош тем, что у него очень высокий коэффициент устойчивости: то бишь, при резких колебаниях нагрузки (например, от рывков поезда), газогенератор продолжит работать устойчиво и без забросов/просадки оборотов. Не в последнюю очередь в силу того, что двигатель двухвальный - то есть вал привода вентиляторов полностью отделен от вала газогенератора, и имеет свои крыльчатки позади дисков турбины.
Кстати, куда поток газов направляется? У движка тяга больше 10 тонн.
По диагонали вверх (т.е.чтоб и не вбок, и КС не пожечь). Равно как и в ГТУ-1.
Р Е З Ю М Е :
Вот это вот всё мною сказанное - относится к "классическим" турбовозам.
Но то, о чем написал топикстартер - это примерно как "а давайте используем вибромоторчики от телефонов, только сделанные из золота 999 пробы, для отопления коттеджа" - то есть схема вывернута наизнанку, причем из неё выкинуты наиболее эффективные элементы и заменены не пойми чем с заведомо низким кпд... Короче, как тема для распила бабла - идеально, но применить её на практике не придет в голову даже шизофренику.
-
Я не специалист, но всё это напоминает вытащенные с дальных пыльных полок проекты 50-60х годов
И тут пока вы турбину обсуждаете, а привод от неё на колпары вам не кажется полным бредом? Сколько оборотов у турбины?
... и добавил:
Нашел - у ал-31 номинал 13300 об/мин... Как это они представляют себе механический привод на колеса и реализацию изменения кол-ва оборотов колеса? Тут или что-то не договорено или это никакую экспертизу не пройдет. В смысле по честному
-
Точно первоапрельская шутка... Такие двигателя работают на жидком топливе к коим уголь не относится. Или на вход компрессора лопатами уголь кидать будут? Далее аппетит у такого двигателя не малый - тоннами керосин кушает... Ну и про обороты уже озвучили - редуктор конский надо. К такому "тепловозу" ещё крылья приделать и пощёль...
-
ещё крылья приделать
так вроде уже, СУ-27 получился... :D
-
я вот не понял: что вращает компрессор,если нет камеры сгорания
Компрессор вращает турбина, а камера сгорания относится к статору, она вращять не может. Ребята, друзья, давайте по порядку. К нам в институт пришел проект паротурбовоза для проведения экспертной оценки. Вчера я случайно его увидел и заинтересовался. Информацию довел до Вашего внимания, я не являюсь автором данного Проекта. Сами авторы государственные деньги, как утверждают некоторые форумчане, "не деребанили". Проект не финансировался. Повторяю еще раз: камеры сгорания нет, ее заменяет теплообменник, воду в котором нагревает угольная топка. (уголь в воздухозаборник лопатами не сыпят, как и керосин ведрами не льют на обычных авиадвигателях). Пар (750 градусов) смешивается с сжатым воздухом из-за компрессора и подается под давлением на двухступенчатую турбину ( турбину вращает паровоздушная смесь), одна ступень которой вращает компрессор, а вторая генератор, который в свою очередь приводит в движения злектродвигатели колпар. Остывшая паровоздушная смесь из-за турбины возвращается в теплообменник (замкнутый цикл-КПД возрастает). Принцип действия двигателя не вызывает сомнения.Расчетная мощность 4,5 мВт. У меня как инженера вызывают вопросы размеры теплообменика, расчет которого в данном проекте не производился- по опыту махина будет большая. Но сам проект имеет право на существование. Да и мысли о возможном возвращении паровозов меня радуют.
-
Используется т.н. механизм "свободной турбины". То есть газогенератор (компрессор + турбина) используется как есть, но вместо вентиляторов устанавливается механизм отбора мощности.
У АЛ-31 коэффициент двухконтурности довольно-таки низкий. Это сделано скорее для охлаждения, чем для дополнительной тяги, поэтому много мощности со второго контура не снять в принципе. И второй контур начинается не после вентилятора, которого нет, а после компрессора низкого давления. Поэтому попытки отобрать мощность с вала турбины низкого давления принципиально скажутся на режиме работы двигателя. А устойчивость работы как-раз достигнута за счёт двухвальности. Так что и устойчивости не будет.
Для меня странно использовать специфический военный двигатель (да ещё и довольно дорогой), когда проще и дешевле - гражданский. Вертолётная турбина и компактнее и дешевле и заточена под работу именно с механическим редуктором. Правда, нагрузка - винт вертолёта а не паровоз.
-
Такие двигателя работают на жидком топливе
Про твердотопливные двигатели что нибудь слышали?
-
капитан, слушайте, если это с электропередачей, то всё это уже было. Да и при интенсивном сжигании угольной пыли он такой выхлоп даст, что не пролезет ни в какие экологические требования... Газотурбовоз из опытов 60-х годов, гораздо экологичнее... и неспроста все подобные эксперименты из тех времён ни во что не вылились в итоге. А проектантам надо посоветовать учить историю техники, чтобы не изобретать не то что велосипед, а какой-то педалеход
... и добавил:
В Японии маневровые тепловозы с гибридной установкой, а у нас какой то стимпанк - паровозы с турбинами :-\
-
Для меня странно использовать специфический военный двигатель (да ещё и довольно дорогой), когда проще и дешевле - гражданский.
Михаил, АЛ без внешнего контура (конечно модернизированая) давно используется как наземная ГТУ как впрочем и ПС-90
... и добавил:
Wooster, по экологии полностью согласен. А проект газотурбовозов (дизельных) 60-годов завернули главным образом по экономике. А в обсуждаемом проекте используется действительно угольная пыль, стоимость тонны которой в разы дешевле любого углеводорода.
-
Ребята, друзья, давайте по порядку.
Т.е. мы условно убираем камеры сгорания и в это место подаём пар? Условно, топка паровоза остаётся на месте, только переводится на более эффективные режимы сжигания угля (кстати, где происходит подготовка?). А турбина ставится вместо паровой машины? Тогда в целом - понятно.
Потом мы тратим энергию пара на сжимание воздуха, который затем подаём на ту же турбину? Зачем? Воздух забирает часть энергии пара и мы лучше утилизируем тепло?
Не очень понятно как потом собирается паровоздушная смесь для повторного использования. Это должно повысить давление за турбиной и снизить её эффективность.
Тогда теоретически получается, что при КПД теплообменника 70% и КПД паровой турбины 35% (резко уменьшается при уменьшении размеров турбины) можно выйти на 24% минус механические потери.
Интересно узнать как детали проекта, так и продолжение.
... и добавил:
АЛ без внешнего контура (конечно модернизированая) давно используется как наземная ГТУ
Естественно, Салют свои ГТУ не с нуля разрабатывал.
Но, боюсь, это всё-таки уже не АЛ-31.
Кстати большие проблемы были именно с надёжностью на первых порах.
-
Воздух забирает часть энергии пара
Смешивая воздух и пар мы резко увеличиваем расход/объем рабочего тела, а следовательно увеличиваем мощность.Не очень понятно как потом собирается паровоздушная смесь для повторного использования
Эта технология давно отработана на ГТУ полузамкнутого типа, где выхлопные газы частично направляются даже к КНД.
-
Цитировать
ещё крылья приделать
так вроде уже, СУ-27 получился...
Кстати, Дима, первый самолет, который поднялся в воздух, самолет Можайского, имел паровой двигатель.
-
Смешивая воздух и пар мы резко увеличиваем расход/объем рабочего тела, а следовательно увеличиваем мощность.
Ну да. А эту дополнительную мощность мы тратим на сжатие и подачу воздуха с учётом КПД процесса? За счёт чего прирост мощности? Да тут и не мощность важна, а общий КПД установки.
Я не физик, но предполагаю, что в основном КПД зависит от механических и тепловых потерь.
С механическими мы вряд ли сильно поборемся. Поэтому борьба за снижение тепловых потерь.
Тепловые потери у нас в разнице температур в топке и после теплообменника (эффективность теплообменника), в разнице температуры до и после турбины (эффективность турбины) и потери на нагрев всей системы.
НЯП борьба в данном проекте за вторую составляющую - эффективность турбины?
-
Михаил, автор представил расчеты КПД на уровне 35-40%, это очень высокое значение на сегодняшней день. Давайте пока поверим ему, ведь только испытания могут показать истину. Как говорили римляне: "Опыт есть лучший учитель". Надеюсь Проект получит какое ни будь продолжение- самому интересно.
-
это очень высокое значение на сегодняшней день
Согласен. Ждём результатов.