Горелка для турбин стала одним из 100 лучших изобретений года

Колечко, лопаточки, дырочки. По виду похоже на бесполезные, но некогда популярные вставки-крыльчатки под карбюратор, якобы улучшающие экономичность ДВС чуть ли не на половину, а выбросы вредных веществ — в разы. Но на этот раз речь идёт не об экономичности. И даже не о ДВС вообще. Зато "экологии" от нового "дуршлага" — целый вагон.
Ранний прототип новой горелки. Данный экземпляр с внутренним диаметром 5 сантиметров горит, выделяя мощность 15 киловатт. Сделано устройство из пластмассы, что показывает уникальную особенность изобретения — приподнятое пламя (фото с сайта lbl.gov).
Ранний прототип новой горелки. Данный экземпляр с внутренним диаметром 5 сантиметров горит, выделяя мощность 15 киловатт. Сделано устройство из пластмассы, что показывает уникальную особенность изобретения — приподнятое пламя (фото с сайта lbl.gov).
Роберт Чэн (Robert Cheng) и его коллеги из национальной лаборатории Лоуренса в Беркли (Lawrence Berkeley National Laboratory) завоевали престижную награду R&D 100 Awards 2007 от журнала R & D Magazine. Их горелка для турбин, позволяющая в пять с лишним раз снизить выбросы NOx, стала одним из 100 лучших изобретений года.

Секрет новой технологии сгорания зовётся LSI (low-swirl injector), что можно перевести как "Инжектор с медленным завихрением". В газотурбинном двигателе LSI занимается подачей топлива в поток воздуха, смешением компонентов, и фактически этот узел поставляет пламя в камеру сгорания, откуда продукты горения попадают уже собственно на лопатки турбины.

Изобретение Чэна — это особая форма инжектора/смесителя, в которой смеси придаётся вращение вокруг продольной оси, но сравнительно медленное, в противовес сильному завихрению в традиционных системах. В результате уже вне среза горелки формируется очень устойчивое пламя, отличающееся более низкой, чем обычно, температурой горения.

Такой процесс ультрачистого горения в медленном "водовороте" Чэн назвал UCLSC (ultra-clean low-swirl combustion).

Роберт Чэн демонстрирует горелку своей системы. Он держит руку на корпусе, показывая, что стабильное пламя располагается полностью вне устройства, которое остаётся холодным (фото с сайта lbl.gov).
Роберт Чэн демонстрирует горелку своей системы. Он держит руку на корпусе, показывая, что стабильное пламя располагается полностью вне устройства, которое остаётся холодным (фото с сайта lbl.gov).
Поскольку процесс образования окислов азота (вредных соединений, являющихся частью смога, а также парниковыми газами) сильно зависит от температуры, обычная газовая турбина с новым инжектором выделяет намного меньше этих соединений.

Тесты показали, что горелка для газовой турбины, оснащённая устройством LSI, выделяет NOx в концентрации 2 части на миллион, что более чем в пять раз ниже, чем у горелки традиционной конструкции, сообщает лаборатория. А вообще "большие промышленные установки, использующие природный газ, выбрасывают оксиды азота в количестве 100 частей на миллион", — утверждает Чэн, что способствует появлению вредного озона вблизи поверхности земли.

Любопытно, что изобретатель называет новинку "противоинтуитивной идеей", отмечая, что она "бросает вызов традиционным подходам в конструировании таких узлов; эксперты лишь начинают применять принципы термодинамики, газовой динамики и химии горения для объяснения того, как работает этот феномен".

Тут, правда, возникает вопрос о КПД двигателя, сильно зависящем от температуры перед первым колесом турбины. Вероятно, для электростанций небольшое падение КПД (если оно будет) можно простить в обмен на "экологию", а вот, скажем, разработчики авиадвигателей не факт что приветствуют изобретение, поскольку обычно стремятся максимально повысить температуру в камере сгорания движка. Для самолётов каждый грамм горючего важен: лопатки лучших современных турбореактивных движков закономерно работают около точки своего плавления.

Инжектор LSI устроен на удивление просто, но за выбранными формами — годы исследований и тестов: 1 — завихритель потока; 2 — центральные каналы (фото с сайта lbl.gov).
Инжектор LSI устроен на удивление просто, но за выбранными формами — годы исследований и тестов: 1 — завихритель потока; 2 — центральные каналы (фото с сайта lbl.gov).
Но вернёмся на землю. Важно, что для адаптации турбин на новый лад не нужно менять сильно их конструкцию, переделки минимальны, как и замена деталей. Чэн и его коллеги оборудовали новыми горелками турбину Taurus 70 от компании Solar Turbines. Её специалисты, к слову, принимали участие в проекте.

Taurus 70 производит 7 мегаватт электроэнергии, а опытный "образец Чэна" делает это теперь ещё и чище. Чем, собственно, команда исследователей и заслужила R&D 100 Awards.

Да, главная сфера применения новинки, по мнению её разработчиков, – это именно стационарные газотурбинные двигатели, применяемые в качестве привода генераторов местных электростанций среднего размера.

LSI может сжигать широкое разнообразие топлив — от традиционных углеводородов до синтез-газа (смесь водорода и монооксида углерода) и чистого водорода.

Устройство газотурбинного двигателя Taurus 70: 1 — компрессор, 2 — инжектор, 3 — камера сгорания, 4 — турбина (иллюстрация с сайта lbl.gov).
Устройство газотурбинного двигателя Taurus 70: 1 — компрессор, 2 — инжектор, 3 — камера сгорания, 4 — турбина (иллюстрация с сайта lbl.gov).
Исследователи рассчитывают, что турбины с новым инжектором будут применены для выработки энергии по новой программе американского министерства энергетики (Department of Energy), предусматривающей газификацию угля с выделением из смеси водорода и захоронением получающегося в процессе газификации углекислого газа.

Данный проект называется FutureGen. Его цель — создание первой в мире электростанции на угле с почти нулевым выхлопом.

В качестве привода генераторов там должны использоваться 200-мегаваттные газовые турбины, быть может, как раз с инжекторами LSI (они рассматриваются как один из вариантов), а в качестве топлива — водород или синтез-газ с высокой долей водорода.

Вообще же, национальная лаборатория Лоуренса в Беркли готова предоставить лицензию на данное изобретение любому изготовителю газотурбинных двигателей. И более того – новинка может применяться для разогрева водяных котлов и во многих других сходных областях.

Основные компоненты LSI. Внизу: найденный принцип легко адаптируется под устройства разных размеров (фото с сайта lbl.gov).
Основные компоненты LSI. Внизу: найденный принцип легко адаптируется под устройства разных размеров (фото с сайта lbl.gov).
Что до электростанций, заметим, в последнее время в мире наблюдается рост проектов в области безуглеродных технологий, призванных замедлить пресловутое глобальное потепление. Тут и конверсия метана в водород и углекислый газ, после которой водород перекачивают в электростанцию, а CO2 захоранивают, и многие схожие проекты.

Поскольку выбросы оксидов азота для загрязнения атмосферы и того же парникового эффекта — тоже важны, технология LSI/UCLSC появилась очень вовремя. Можно сказать на гребне "зелёной волны".

Ну и следует непременно отметить, что свой стендовый движок с новым инжектором американские учёные успешно испытали на чистом водороде, в результате чего выброс вредных соединений оказался почти равным нулю.

Поразительный эффект от такой несложной (на первый взгляд) штуковины, как LSI.

Кроме того...
Плавающие пирамиды
Лучше гор быть могут только пирамиды. И правда, что возможно сделать из горы? Ничего! А из пирамиды – всё, что угодно: хоть самовары, хоть клюшки....
Новая система идентификации личности по отпечаткам пальцев
Команда исследователей из университета Уорика...
Видеоигра для борьбы с ожирением
Организация Kaiser Permanente, предоставляющая медицинские услуги в США, разместила в интернете видеоигру, которая учит детей есть здоровую пищу и...
  • Текущие обсуждения статей
Бионическая рука-протез
Телепортация - фантастика или реальность?
Ученые вывели формулу удачи
Смех не лечит раковых больных
Приливы и отливы вызывают сейсмические колебания
Нью-Йорк и Лос-Анджелес уйдут под воду к 2015-му году
Посмотреть весь форум

  • поиск статей на сайте
Введите фразу, слово или часть слова
Темы этого номера
HypoSurface показывает на стене объёмное движение
HypoSurface показывает на стене объёмное движение HypoSurface показывает на стене объёмное движение
Стена зашевелилась? Она подаёт вам знаки? Ещё и брыкается? Не расстраивайтесь и не спешите звонить в "ноль-три" — с вами всё в порядке и дела не так плохи. Даже так скажем: всё очень даже хорошо
Взлет над рельсами
Взлет над рельсами Взлет над рельсами
К концу прошлого века железнодорожный транспорт в большинстве стран мира стал двигаться быстрее воздушного транспорта начала века. И это ещё не предел..
Новое решение в ветровой энергетике
Новое решение в ветровой энергетике Новое решение в ветровой энергетике
В этих странных огромных сооружениях, вращающихся сравнительно медленно, наблюдатель не сразу распознает ветровые турбины. Подойдя ближе, можно будет увидеть их работу
Горелка для турбин стала одним из 100 лучших изобретений года
Горелка для турбин стала одним из 100 лучших изобретений года Горелка для турбин стала одним из 100 лучших изобретений года
Колечко, лопаточки, дырочки. По виду похоже на бесполезные, но некогда популярные вставки-крыльчатки под карбюратор, якобы улучшающие экономичность ДВС чуть ли не на половину, а выбросы вредных веществ — в разы
Роботы общаются между собой и с человеком
Роботы общаются между собой и с человеком Роботы общаются между собой и с человеком
"Это не похоже на отношения, которые хозяева выстраивают с котом или собакой, — говорит автор необычного проекта. – Скорее, этот опыт будет интересен человеку, которого привлекает разведение пауков или ящериц"
Новый сенсор оповестит о жажде растений
Новый сенсор оповестит о жажде растений Новый сенсор оповестит о жажде растений
Создан особый сенсор (размером не больше крыла мухи), прикрепляющийся на лист растения, и который по изменению различных параметров может определять, испытывает ли растение "водное голодание"
Гибрид скейтборда и одноколёсного велосипеда
Гибрид скейтборда и одноколёсного велосипеда Гибрид скейтборда и одноколёсного велосипеда
Ишь, какая штука! Интригующая форма с изящными обводами "кузова", красное на чёрном, одно большое велосипедное колесо плюс маленькое сзади. Явно — средство передвижения, но как именно на нём ехать
GPS для чайников
GPS для чайников GPS для чайников
Прекрасная идея – выпускать гаджеты «для чайников». Ведь не всем удается с лету разбираться во всех функциях очередной новинки. Предложить такой GPS-навигатор разработчики обещают уже этой осенью
Солнце погибнет
Солнце погибнет Солнце погибнет
Президент в тоске. Астрономы в печали. Есть о чём горевать: Солнце погибнет. Оно будет раздуваться, поглощая Меркурий, Венеру, Землю… Живого не останется. Из аккуратного желтоватого шарика оно превратится в красную тушу
Ученые обнаружили две сверхновые звезды в одной галактике
Ученые обнаружили две сверхновые звезды в одной галактике Ученые обнаружили две сверхновые звезды в одной галактике
Телескоп, расположенный на спутнике NASA Swift, зафиксировал два взрыва сверхновых в созвездии Геркулес, в галактике MCG +05-43-16, с промежутком в 16 дней
Каникулы на орбите
Каникулы на орбите Каникулы на орбите
На Международной космической станции побывали уже пять туристов. Сегодня словосочетание «космический туризм» - уже не фантастика, а реальность
Смоделирована высадка людей на астероид
Смоделирована высадка людей на астероид Смоделирована высадка людей на астероид
Высадка людей на астероиде кажется ещё более захватывающей, чем высадка на Луне. Однако удивительно
Ученым впервые удалось полностью удалить из клеток ВИЧ
Ученым впервые удалось полностью удалить из клеток ВИЧ Ученым впервые удалось полностью удалить из клеток ВИЧ
Искусственно синтезированный фермент Tre-рекомбиназа (Tre recombinase) поворачивает вспять процесс, с помощью которого ВИЧ встраивает свой генетический материал в геном инфицированной клетки
Хочешь похудеть? Попробуй диету из подгузников!
Хочешь похудеть? Попробуй диету из подгузников! Хочешь похудеть? Попробуй диету из подгузников!
Рецепт у очередного средства для похудения простой: натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы и гидроксиэтилцеллюлоза, полимеризованные с помощью дивинилсульфона. Принимать по 1 грамму за полчаса до еды и запить литром воды
Мужское бесплодие: поможет клонирование сперматозоидов
Мужское бесплодие: поможет клонирование сперматозоидов Мужское бесплодие: поможет клонирование сперматозоидов
Испытанную на мышах технику клонирования сперматозоидов когда-нибудь можно будет использовать при лечении мужского бесплодия
Ученые доказали невозможность отоспаться на выходных
Ученые доказали невозможность отоспаться на выходных Ученые доказали невозможность отоспаться на выходных
Ученые утверждают, что постоянно недосыпающие люди не "наверстывают" упущенные часы сна, отсыпаясь на выходных
Когда и где кошка перестала гулять сама по себе
Когда и где кошка перестала гулять сама по себе Когда и где кошка перестала гулять сама по себе
Ученые наконец-то разобрались, когда и где кошка перестала гулять сама по себе, а стала жить с человеком. Работы над геномом кошки показали
Солнечные вспышки мешают работе мобильных устройств
Солнечные вспышки мешают работе мобильных устройств Солнечные вспышки мешают работе мобильных устройств
Во время солнечной вспышки велика вероятность сброса мобильного звонка. Причём дело не в солнечной радиации – к сбою приводит возмущённая магнитосфера Земли. Исправить ситуацию, по крайней мере пока, невозможно
Медузы - как источник косметических и пищевых добавок
Медузы - как источник косметических и пищевых добавок Медузы - как источник косметических и пищевых добавок
Активно размножающиеся в потеплевших океанах медузы – не только проблема прибрежных регионов, но и потенциальный источник косметических и пищевых добавок
Планер кайнозойский
Планер кайнозойский Планер кайнозойский
Особенности полёта самой крупной доисторической птицы – гигантского тераторна – привели учёных к неожиданному выводу. Оказалось, что птица, известная также науке под именем Argentavis magnificens
Triplex - безопасное стекло
Triplex - безопасное стекло Triplex - безопасное стекло
Нам кажется, что они были всегда. Торговые марки, связанные с этими предметами, во многих случаях стали настолько привычными, что превратились в нарицательные имена
Американская семья объявила бойкот "Made in China"
Американская семья объявила бойкот "Made in China" Американская семья объявила бойкот "Made in China"
Примечательный эксперимент провела над собой одна американская семья. Обнаружив в один прекрасный день, что дом завален товарами китайского производства

 
  • Главные темы / архив
№082текущий номер Технологии
Биоклиматическое здание
    

    

    

    

    

 
  • Человек
  • Планета Земля
  • История изобретений
  • Triplex - безопасное стеклоTriplex - безопасное стекло
    Нам кажется, что они были всегда. Торговые марки, связанные с этими предметами, во многих случаях стали настолько привычными, что превратились в нарицательные имена
  • Чёрный ящик
  • Воля случая
  • Технологии
  • HypoSurface показывает на стене объёмное движениеHypoSurface показывает на стене объёмное движение
    Стена зашевелилась? Она подаёт вам знаки? Ещё и брыкается? Не расстраивайтесь и не спешите звонить в "ноль-три" — с вами всё в порядке и дела не так плохи. Даже так скажем: всё очень даже хорошо
  • Взлет над рельсамиВзлет над рельсами
    К концу прошлого века железнодорожный транспорт в большинстве стран мира стал двигаться быстрее воздушного транспорта начала века. И это ещё не предел..
  • Новое решение в ветровой энергетикеНовое решение в ветровой энергетике
    В этих странных огромных сооружениях, вращающихся сравнительно медленно, наблюдатель не сразу распознает ветровые турбины. Подойдя ближе, можно будет увидеть их работу
  • Горелка для турбин стала одним из 100 лучших изобретений годаГорелка для турбин стала одним из 100 лучших изобретений года
    Колечко, лопаточки, дырочки. По виду похоже на бесполезные, но некогда популярные вставки-крыльчатки под карбюратор, якобы улучшающие экономичность ДВС чуть ли не на половину, а выбросы вредных веществ — в разы
  • Техника
  • Роботы общаются между собой и с человекомРоботы общаются между собой и с человеком
    "Это не похоже на отношения, которые хозяева выстраивают с котом или собакой, — говорит автор необычного проекта. – Скорее, этот опыт будет интересен человеку, которого привлекает разведение пауков или ящериц"
  • Новый сенсор оповестит о жажде растенийНовый сенсор оповестит о жажде растений
    Создан особый сенсор (размером не больше крыла мухи), прикрепляющийся на лист растения, и который по изменению различных параметров может определять, испытывает ли растение "водное голодание"
  • Гибрид скейтборда и одноколёсного велосипедаГибрид скейтборда и одноколёсного велосипеда
    Ишь, какая штука! Интригующая форма с изящными обводами "кузова", красное на чёрном, одно большое велосипедное колесо плюс маленькое сзади. Явно — средство передвижения, но как именно на нём ехать
  • GPS для чайниковGPS для чайников
    Прекрасная идея – выпускать гаджеты «для чайников». Ведь не всем удается с лету разбираться во всех функциях очередной новинки. Предложить такой GPS-навигатор разработчики обещают уже этой осенью
  • Космос
  • Солнце погибнетСолнце погибнет
    Президент в тоске. Астрономы в печали. Есть о чём горевать: Солнце погибнет. Оно будет раздуваться, поглощая Меркурий, Венеру, Землю… Живого не останется. Из аккуратного желтоватого шарика оно превратится в красную тушу
  • Ученые обнаружили две сверхновые звезды в одной галактике Ученые обнаружили две сверхновые звезды в одной галактике
    Телескоп, расположенный на спутнике NASA Swift, зафиксировал два взрыва сверхновых в созвездии Геркулес, в галактике MCG +05-43-16, с промежутком в 16 дней
  • Каникулы на орбитеКаникулы на орбите
    На Международной космической станции побывали уже пять туристов. Сегодня словосочетание «космический туризм» - уже не фантастика, а реальность
  • Смоделирована высадка людей на астероидСмоделирована высадка людей на астероид
    Высадка людей на астероиде кажется ещё более захватывающей, чем высадка на Луне. Однако удивительно
002