Автореферат (Авиационный ГТД в системе пожаротушения большой мощности и дальности действия)

На правах рукописиИСТОМИН ЕВГЕНИЙ АНДРЕЕВИЧАВИАЦИОННЫЙ ГТД В СИСТЕМЕ ПОЖАРОТУШЕНИЯ БОЛЬШОЙМОЩНОСТИ И ДАЛЬНОСТИ ДЕЙСТВИЯСпециальность 05.07.05«Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательныхаппаратов»Авторефератдиссертации на соискание учёной степеникандидата технических наукМосква – 2012Работа выполнена в Московском авиационном институте (национальномисследовательском университете)Научный руководитель: д.т.н., профессор Лепешинский ИгорьАлександровичОфициальные оппоненты:Махров Владислав Петрович – д.т.н., профессор, Московскийавиационный институт (национальный исследовательский университет),профессор кафедры «Проектирование аэрогидрокосмических систем»;Чабанов Владимир Александрович – к.т.н., ФГУП «Государственныйнаучно-исследовательский институт авиационных систем», начальникподразделения.Ведущая организация: Научно-технический центр им.

А.Люльки НПО"Сатурн"Защита диссертации состоится « 17 » декабря 2012 года в 13.00 назаседании диссертационного совета Д212.125.08, созданного на базеМосковского авиационного института ( анционального исследовательскогоуниверситета) по адресу 125993, г . Москва, А -80, ГСП-3, Волоколамскоеш., д.4.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московскогоавиационного института (национального исследовательского университета)Автореферат разослан «___» _________2012гУченый секретарь диссертационного совета Д212.125.08,д.т.н., профессор2Ю.

В. ЗуевОбщая характеристика работыАктуальность темыВ городах ежедневно происходит большое количество пожаровразличной сложности, периодически случаются крупные пожары, для тушениякоторых требуется длительное время. Пожары являются причиной большогоматериального ущерба и человеческих жертв, причем часто ущерб от процессатушения может превышать ущерб от пожара из-за длительного тушения изаливания водой объектов вне очага пожара. Кроме этого в атмосферувыбрасывается большое количество вредных веществ-продуктов сгорания: СО2,CO, NOх, сажи и других веществ, оказывающих неблагоприятное воздействиена людей, здания и технические сооружения.

Продукты сгорания крупныхпожаров приводят к ухудшению экологической обстановки не только в районепожара, но и во всем регионе.Наиболее опасны пожары на нефтеперерабатывающих заводах,бензозаправочныхстанциях,нефтехранилищах,напредприятиях,производящих экологически опасную продукцию, поскольку сегодняпрактически отсутствуют соответствующие системы пожаротушения,обеспечивающие большую дальность действия.

Такие пожары обладаютвысокой интенсивностью излучения, что делает практически невозможнымприближение к ним существующих средств. Отсутствует возможность тушениясильных очагов пожаров в высотных зданиях и лесных массивов (Рис.1).Рис.1В МАИ разработана новая технология получения пожаротушащих струйи создан ряд систем ее реализующих под общим названием газодинамическиеуправляемые дисперсные пожарные системы. Эта технология иразрабатываемые на ее основе системы позволяют успешно решать всевышерассмотренные проблемы пожаротушения.3Существо созданной технологии заключается в формированиивысокоскоростных газокапельных струй, содержащих мелкодисперсные к аплижидкости, а в качестве рабочего газа - воздух.

Принципиальная схема системыреализующей новую технологию показана на Рис.2. Источник сжатого воздуха1 с давлением до 15 [атм]. и расходом до 10давлением до 15 атм. и расходом до 300,источник жидкости 2 сподают свои рабочие тела в камерусмешения 3, где происходит дробление жидкости на капли заданного размера.Полученная двухфазная газокапельная смесь направляется в сопло 4 , гдеразгоняется до высокой с корости. На выходе образуется высокоскоростнаягазокапельная струя 5.

Получение рабочих тел с такими параметрами требуетогромных затрат мощности, поэтому данная технология может бытьреализована только на базе ГТД.Рис.2 Принципиальная схема системы пожаротушенияСистема пожаротушения большой мощности и дальностиможетобеспечить дальность действия струи порядка 150-300 м., поэтому можетиспользоваться для тушения пожаров с высокой интенсивностью излучения,т.е. там, где невозможно приблизиться к объекту, например в высотныхзданиях, на топливных складах и т.д.Цель и задачи работыНастоящая работа посвящена исследованию установки пожаротушениябольшой мощности, где в качестве источника мощности рассматриваетсяавиационный газотурбинный двигатель со свободной турбиной.В работе необходимо было решить следующие задачи:1.

сформулировать рекомендации по выбору оптимального сопла иструи с двухфазным воздухо-водяным рабочим телом, и произвести её расчет;42. сформулироватьконцепциюипровестиисследованиесмесительного устройства, использующего волновую структуру сверхзвуковогодвухфазного потока (наличие критических режимов), обеспечивающеекачественное смесеобразование для устойчивой работы сопла в широкомдиапазоне входных параметров и максимальную дальность струи;3.

экспериментально подтвердить возможность создания системыпожаротушения большой мощности идальности действия на основеразработанных в работе рекомендаций;4. сформулировать рекомендации по выбору схем ГТД на базеконкретных отечественных авиационных двигателей для создания системпожаротушения большой мощности и дальности действия;5.

провести работу по согласованию совместной работы основныхэлементов системы (ГТД, сопло с двухфазным рабочим телом, камерасмешения, струи, насосы, вспомогательный компрессор, теплообменники).6. создание математических моделей расчета: СПБМиДД, струи,сопла, смесителя, камеры смешения.Научная новизна работыДанная работа посвящена решению специфической задаче :исследование работы ГТД в системе пожаротушения большой мощности идальности действия.

Эта работа является продолжением работы КирдсукСакулты «ГТД как источник рабочего тела и мощности для системыпожаротушения большой мощности и дальности действия», рассматривающаясхему с отбором рабочего тела между ступенями турбины газогенератора исвободной турбины. В нашем случае рассматривались ГТД как источникимощности для привода вспомогательных агрегатов (вспомогательногокомпрессора, насосов). Новизна работы заключается в следующем:- Разработана математическая модель расчета различных схемиспользования авиационного ГТД всистемах пожаротушения большоймощности. На базе расчетов были сформулированы рекомендации по выборусхемы с точки зрения получения максимальной эффективности на различныхрежимах работы.- Проведено экспериментальное исследование режимов работысмесительного устройства, использующего волновую структуру сверхзвуковогодвухфазного потока.

Структура сверхзвукового двухфазного потока с высокойконцентрацией капель до сих пор малоизученна.5- Впервые была получена высокоскоростная, высококонцентрированнаядвухфазная струя с расходом жидкой фазы 50 кг /с и дальностью 140м,подтвердившая правильность математической модели расчета предложеннойдля расчета Ю.

В. Зуевым и И. А. Лепешинским.Достоверность полученных результатовДостоверность полученных результатов подтверждалась результатамиэкспериментов и сравнениями с результатами других авторов.Практическая ценность результатовРазработанные математические модели, алгоритмы, программы, а такжерезультаты теоретических и экспериментальных исследований могут бытьиспользованы для создания систем пожаротушения большой мощности идальности действия.Дополнив и расширив результаты экспериментов со смесительнымустройством можно использовать для проектирования топли вных форсунокосновной камеры сгорания ГТД.Реализация и внедрение результатов работыОсновные научные результаты, полученные в диссертационной работе,нашли применение при создании опытной установки по формированиюгазокапельной двухфазной струи с расходом жидкой фазы 50 кг/с, а также дляпроведения прикладных исследовательских работ по газокапельным течениям внаучно-исследовательской группе на базе стенда созданного в лабораториикафедры 201 МАИ.Основные положения, выносимые на защитуТепловой расчет ГТД как источник мощности в различных схемахсистемы пожаротушения большой мощности.Результаты теоретического и экспериментального исследования сопла сдвухфазным рабочем телом.Результаты теоретического иэкспериментального исследованиядвухфазных струй.Апробация результатов работыРезультаты выполненных исследований докладывались и получилиположительную оценку на аспирантских и газодинамических семинарахкафедры “Теории воздушно - реактивных двигателей” МАИ, а также на XIIIВсероссийскоймежвузовскойнаучно-техническойконференции«Газотурбинные и комбинированные установки и двигатели», Москва, 2008 г; наоткрытой конференции в Национальной Академии прикладных наук России,6Москва, 2009 г ;.