Спосіб роботи двигуна літака

Спосіб роботи двигуна літака, що включає процеси відбору частини продуктів згорання, змішування продуктів згорання з деякою кількістю основного палива, підігрів суміші теплом продуктів згорання, здійснення процесів конверсії палива з продуктами згорання, подачу конвертованого палива на згорання разом з основним паливом, який відрізняє ться тим, що відібрані продукти згорання охолоджують, конденсують, відділяють вологу, викидають гази продуктів згорання, здійснюють процес парової конверсії для суміші основного палива з водою, а сам процес конверсії реалізовують за рахунок енергії гальмування літака при його посадці, а конвертоване паливо зберігають на літаку і використовують на режимах стартовопосадочного циклу. UA (11) 84635 (21) a200702094 (22) 27.02.2007 (24) 10.11.2008 (46) 10.11.2008, Бюл.№ 21, 2008 р. (72) ЧУМАЧЕНКО СЕРГІЙ МИКОЛАЙОВИЧ, UA, ЛИСЕНКО ОЛЕКСАНДР ІВАНОВИЧ, UA, ФІЛІПЧУК В`ЯЧЕСЛАВ ЄВГЕНОВИЧ, UA, ЧЕКАНОВА ІРИНА ВІТАЛІЇВН А, UA, ТУРЕЙЧУК АНДРІЙ МИКОЛАЙОВИЧ, UA (73) ФІЛІПЧУК В`ЯЧЕСЛАВ ЄВГЕНОВИЧ, UA, ЛИСЕНКО ОЛЕКСАНДР ІВАНОВИЧ, U A, ЧУ МАЧЕНКО СЕРГІЙ МИКОЛАЙОВИЧ, UA, ЧЕКАНОВА ІРИНА ВІТАЛІЇВНА, UA, ТУРЕЙЧУК АНДРІЙ МИКОЛАЙОВИЧ, U A (56) SU 1384801 A1, 4 F01K 13/00, 30.03.1988 SU 1392963 A1, 5 F02B 43/08, 30.10.1993 SU 1377421 A1, 4 F01K 23/06, 29.02.1988 SU 1013726 A, 3 F27D 17/00, 23.04.1983 SU 1633155 A1, 5 F02M 25/06, 07.03.1991 US 3901197, 2 F02B 43/08, 26.08.1975 US 3918412, 2 F02B 43/08, 11.11.1975 US 4829763, 4 F02G 3/00, 16.05.1989 US 3828736, F02M 25/06, 13.08.1974 UA 2004021033 C2, 8 C21B 5/06, C01B 3/00, 15.08.2005 C2 2 (19) 1 3 84635 версію, а іншу частину підігрівають теплом продуктів згорання, конвертують, спалюють і повертають в реактивне сопло. Аналіз способів аналогів і найближчого аналога показує, що в жодному з них не відзначається той момент, що найбільш забруднюючими режимами роботи ГТД є його робота на холостому ходу, малому газі, під час маневрування на режимах стартово-посадочного циклу. В [2], відмічено, що при старті виділяється до-90% загальної кількості окислів вуглецю і незгорілих вугле воднів, що створює в аеропортах, при великій інтенсивності польотів, значне забруднення навколишнього середовища, що оцінюється офіційними органами IKAO небезпечним для життя людей. Задачею винаходу є розробка способу роботи двигуна літака з мінімальною кількістю шкідливих речовин в продуктах згорання на режимах стартово-посадочного циклу. Поставлена задача вирішується тим, що до відомих процесів роботи ГТД, а саме: відбирання повітря дифузором, стиснення в компресорі, спалювання паливав камері згорання, розширення продуктів згорання в турбіні, розширення продуктів згорання в реактивному соплі, змішування основного палива з продуктами згорання, підігрів суміші до температури конверсії, конверсія суміші, спалення конвертованого палива і основного палива, згідно з винаходом додають наступні процеси, а саме: ті котрі виконують при посадці літака відбір частини продуктів згорання з вихлопного каналу, охолодження продуктів згорання, відділення конденсованої вологи, викидання газів продуктів згорання, змішування деякої кількості основного палива з конденсованою вологою, подачу суміші палива з водою на нагрів, випаровування, стиснення парової суміші з використанням для цього енергії гальмування літака, проведення парової конверсії суміші палива з парами води, зберігання конвертованого палива; ті котрі проводять під час старту літака подачу конвертованого палива до основного на згорання в камеру згорання в режимах старто 4 вого циклу. Запропонований спосіб особливий тим, що в результаті парової конверсії основного палива з водою отримують нове конвертоване паливо, в склад якого входить водень, що являється дуже активним горючим компонентом, а тому його подача суттєво покращує режими згорання палива на малому газі, холостому ході, суттєво зменшує кількість незгорілих вугле воднів, моно окислів вуглецю, зменшує кількість окислів азоту в продуктах згорання. Пропонований спосіб основано на тому факті, що суміш вуглеводнів з водою при підігріванні до високих температур супроводжується проходженням ендотермічних реакцій розділення молекул вуглеводнів на радикали, проходженням цепних реакцій перетворень з виділенням водню і моно окислу вуглецю. Парова конверсія палива (конверсія вищих аліфатичних вуглеводнів) в загальному вигляді (реакцію брутто) записується в наступному вигляді, C n Hm + nH 2 O = m+1 H 2 + nCO + Q 2 (1) котра відбувається з значним поглинанням теплоти. Ме ханізм дії реакцій конверсії такий, що вона добре проходить при подвійній кількості парів води до кількості основного палива реакції (1) (в порівнянні з стехіометричними співвідношеннями) вже в діапазоні температур біля 500 град C, а його кількість може бути регульована температурним рівнем реакцій конверсії, наявністю каталітичних речовин, співвідношенням вхідних реагентів, ін [6]. Приклад реалізації способу, що заявляється, перевірено розрахунками проведеними для літака серійного типу з стартовою масою ( посадочною масою) 20 тон., посадочною швидкістю - 100 км/год., з силовою установкою потужністю 3700 кВт, питомими витратами палива 0,56 кг/сек, основне паливо керосин. Основні результати розрахунків процесу конверсії подані в таблиці 1. Таблиці 1 № 1 2 3 4 6 7 8 9 10 Назва Стартово-посадочна маса Посадочна швидкість Енергія гальмування Температура продуктів згорання на вході Витрати палива на малому газу Час роботи на малому газу Сумарні витрати палива на стартовому циклі (30 хв.) Витрати палива на конверсію Витрати енергії на конверсію Тепловий ефект реакцій парової конверсії визначається, по рівнянню (1), наприклад, для октану процес супроводжується поглинанням біля 1027 кДж/кг (закон Геса). З таблиці 1 видно, що енергії гальмування цілком достатньо для проведення реакцій конверсії. Одиниці виміру кг км/год кДж K кг/сек Сек 20000 100 72900 600 0,03 1800 кг 50 кг кДж 5 55000 Робота способу підтверджена даними про рівноважний склад гомолога октану (метану) отриманих в близьких умовах розрахованих в [7] для процесів різного температурного рівня. Результати розрахунків рівноважного складу поданого в таблиці 2. 5 84635 6 Таблиця 2 Температура К 600 800 1000 Н2 0,105 1,07 2,68 Рівноважний склад продуктів конверсії (кмоль/моль СН4) СН4 СО2 Н2О CO Сумар. обєм 0,974 0,359 1,2 0 2,6347 0,78 0,38 0,9 0,2 3,3 0 0 0,61 1,25 4,54 Як видно з таблиці 2 при температурі більше 800 K кількість водню в конвертованому паливі досягає біля 30%, що після змішування в камері згорання разом з основним паливом і повітрям складає майже 10 % об'ємну концентрацію водню в паливо повітряній суміші, що подається на згорання. При таких співвідношеннях суміш згорає з суттєво меншим вмістом CH, CO в продуктах згорання. Результати розрахунків проілюстровані на фіг. 1 і фіг.2, на котрих показана якісна картина зміни концентрацій CH і CO в продуктах згорання (вісь ординат) в залежності від коефіцієнта надлишку повітря (вісь абсцис). Верхня крива фіг.1 показує концентрацію CO при роботі ГТД на керосині, нижня - на суміші конвертованого і основного палива. Аналогічні дані показано на фіг.2 для концентрації CH в продуктах згорання. Верхня крива фіг.2 показує концентрацію CH при роботі ГТД на керосині, нижня - на суміші конвертованого і основного палива. Як видно з фіг. 1 концентрація CO, як і фіг.2 концентрація CH - при роботі ГТД на суміші обох палив концентрації обох речовин зменшується майже на порядок. При конструктивній реалізації способу до загально відомих елементів ГТД додаються елементи для відбору, конденсації, змішування, підігрівання, і випаровування, стискування суміші з використанням енергії гальмування і і підігрівання суміші, проведення реакцій конверсії, вприскування і згорання, зберігання конвертованого палива, проведення конверсії суміші, КВП, елементи регулювання, управління, ін. Робота ГТД по способу, що заявляється, при посадці літака здійснюється відбір деякої частини продуктів згорання, їх охолодження, конденсація парів води, відділення газових компонентів. Потім конденсована вода змішується з деякою кількістю основного палива, підігрівається, випаровується, наприклад, теплотою продуктів згорання і парова суміш направляється на стискання в резервуар з використанням роботи гальмування. При стисканні відбувається суттєве підвищення температур суміші, що забезпечує проходження реакцій конвер %Н2 3,98 32 59 сії. Нове конвертоване паливо направляться в резервуар для зберігання. Під час старту літака продукти конверсії разом основним паливом подаються в камеру згорання. Після старту робота ГТД здійснюється в загально визначеному режимі. Перевірка працездатності способу була проведена на математичних моделях елементів реалізації способу з використанням відомих пакетів Control System Toolbox середовища Matlab і його бібліотеки Simulink. Результати досліджень підтвердили можливість здійснення способу, що заявляється, для зменшення забруднення навколишнього середовища в районі аеропорту, досягнення бажаних по санітарним нормам умов для перебування пасажирів в аеропорту. Використання запропонованого способу роботи двигуна можливе на залізничному, автомобільному, морському транспорті, на об'єктах військової, добувної, сільськогосподарської техніки, в інших галузях, в інши х умовах. Джерела інформації 1. Способ взлета самолета. Патент RU № 2128127, кл. В 24 C,15/02, 1996. 2. Канило П.М. и др. Энергетические и экологические характеристики ГТД при использовании углеводородных топлив и водорода. К., Наукова думка, 1987,220 с. 3. Носач В.Г., Филипчук В.E. и др. Экономные системы отопления нагревательных печей с пониженным содержанием вредных ве ществ в продуктах сгорания. «Повышение эффективности использования топлива в энергетике.» Респ. научн.-техн. конф. 24-25 марта, К., 1992 г. 4. Способ питания силовой установки. AC SU №1027421, кл. F 02 В 43/02 1983г. 5. Газотурбинный двигатель. ACSU № 1759074, кл. F 02 К 9/00, 1989г. 6. Справочник азотчика. В 2- томах. M., Химия, 1989 г. 7. Носач .В.Г., Филипчук В.E. и др. Равновесный состав конверсии метана с продуктами сгорания. Химическая технология. 1985, №3, с. 49-51. 7 Комп’ютерна в ерстка Д. Шев ерун 84635 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601