Автор Тема: Вперед к эре Угля и пара  (Прочитано 2972 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Оффлайн капитан

  • Старожил
  • ****
  • Сообщений: 453
  • Репутация: +10/-1
  • Откуда: Москва
  • Имя: Александр
Вперед к эре Угля и пара
« : 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.
"Лучше меньше, да лучше"
                        В.И. ЛениN

Оффлайн Wooster

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2706
  • Репутация: +174/-0
  • Японист - международник
  • Откуда: Псков
  • Имя: Геннадий
Re: Вперед к эре Угля и пара
« Ответ #1 : 19 Ноября 2019, 21:59:14 »
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"

Оффлайн 4887

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 622
  • Репутация: +12/-0
  • Откуда: Киев
  • Имя: Андрей
Re: Вперед к эре Угля и пара
« Ответ #2 : 20 Ноября 2019, 00:06:45 »
И я не понял ??? Электродвигатель имеет КПД намного выше и по экологии тоже вроде ничего. Или разработчикам нужно срочно отчитаться за освоенные деньги?

Оффлайн HObbyTT-N

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 1514
  • Репутация: +34/-1
  • N--Die ideale spur!
  • Откуда: Севастополь
  • Имя: Андрей.
Re: Вперед к эре Угля и пара
« Ответ #3 : 20 Ноября 2019, 05:43:39 »
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 !

Оффлайн Gematogen

  • Глобальный модератор
  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 6923
  • Репутация: +252/-1
  • Имя: Михаил
Re: Вперед к эре Угля и пара
« Ответ #4 : 20 Ноября 2019, 06:23:53 »
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?


Кстати, куда поток газов направляется? У движка тяга больше 10 тонн. :-[
Михаил, DCC

Оффлайн капитан

  • Старожил
  • ****
  • Сообщений: 453
  • Репутация: +10/-1
  • Откуда: Москва
  • Имя: Александр
Re: Вперед к эре Угля и пара
« Ответ #5 : 20 Ноября 2019, 06:31:55 »
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!!!
"Лучше меньше, да лучше"
                        В.И. ЛениN

Оффлайн КБВ

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 3789
  • Репутация: +143/-0
  • Откуда: г. Северск
  • Имя: Борис
Re: Вперед к эре Угля и пара
« Ответ #6 : 20 Ноября 2019, 06:43:11 »
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.

Оффлайн Gematogen

  • Глобальный модератор
  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 6923
  • Репутация: +252/-1
  • Имя: Михаил
Re: Вперед к эре Угля и пара
« Ответ #7 : 20 Ноября 2019, 06:49:37 »
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.
Михаил, DCC

Оффлайн капитан

  • Старожил
  • ****
  • Сообщений: 453
  • Репутация: +10/-1
  • Откуда: Москва
  • Имя: Александр
Re: Вперед к эре Угля и пара
« Ответ #8 : 20 Ноября 2019, 07:04:26 »
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. 
"Лучше меньше, да лучше"
                        В.И. ЛениN

Оффлайн HObbyTT-N

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 1514
  • Репутация: +34/-1
  • N--Die ideale spur!
  • Откуда: Севастополь
  • Имя: Андрей.
Re: Вперед к эре Угля и пара
« Ответ #9 : 20 Ноября 2019, 09:24:17 »
я вот не понял: что вращает компрессор,если нет камеры сгорания ? он же на одном валу с турбиной !

Оффлайн ailcat

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 1542
  • Репутация: +59/-3
  • Незлобный гоблин
  • Откуда: Москва
  • Имя: Алексей
Re: Вперед к эре Угля и пара
« Ответ #10 : 20 Ноября 2019, 10:04:57 »
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.
Наш паровоз в тупик летит - в овраге остановка...

Оффлайн Wooster

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2706
  • Репутация: +174/-0
  • Японист - международник
  • Откуда: Псков
  • Имя: Геннадий
Re: Вперед к эре Угля и пара
« Ответ #11 : 20 Ноября 2019, 14:41:08 »
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

Оффлайн RADIST

  • Постоялец
  • ***
  • Сообщений: 75
  • Репутация: +8/-0
  • Откуда: Санкт-Петербург
  • Имя: Юрий
Re: Вперед к эре Угля и пара
« Ответ #12 : 20 Ноября 2019, 15:36:50 »
 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...

Онлайн Дмитрий N

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2597
  • Репутация: +140/-0
  • критик-тунеядец
  • Откуда: Москва
  • Имя: Дмитрий
Re: Вперед к эре Угля и пара
« Ответ #13 : 20 Ноября 2019, 17:04:58 »
Цитировать
ещё крылья приделать
так вроде уже, СУ-27 получился...  :D

Оффлайн капитан

  • Старожил
  • ****
  • Сообщений: 453
  • Репутация: +10/-1
  • Откуда: Москва
  • Имя: Александр
Re: Вперед к эре Угля и пара
« Ответ #14 : 20 Ноября 2019, 17:35:07 »
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.   
"Лучше меньше, да лучше"
                        В.И. ЛениN