СПОСОБ РАБОТЫ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 1997 года по МПК F02C3/14 

Изобретение относится к двигателестроения, в частности газотурбинным двигателям.

Известен способ работы газотурбинного двигателя [1] в котором все топливо сжигается в камере сгорания. Энергия продуктов сгорания частично используется для совершения работы в газовой турбине, приводящей компрессор, а оставшаяся часть используется для создания тяги.

Недостатком известного способа является сравнительно низкая экономичность, неполное сгорание топлива, а также слабая форсировка двигателя.

Известен способ работы газотурбинного двигателя, выбранный в качестве прототипа [2] в котором производится сжатие воздуха в компрессоре, сжигание топлива в камере сгорания, расширение продуктов сгорания в газовой турбине, подогрев продуктов сгорания в форсажной камере сгорания и выброс продуктов сгорания через сопло в атмосферу.

Недостатком известного технического решения является сравнительно низкая экономичность и неполное сгорание топлива при работе газотурбинного двигателя, особенно на форсажном режиме.

Предлагаемый способ работы газотурбинного двигателя решает задачу повышения экономичности и полноты сгорания топлива при работе газотурбинного двигателя как на крейсерском, так и на форсажном режиме работы.

В предлагаемом способе указанные преимущества достигаются путем сжигания топлива в камере сгорания при коэффициенте избытка воздуха 0,4 0,6, а дожигание несгоревшего топлива осуществляют сначала в проточной части турбины с коэффициентом избытка воздуха меньше 0,8, а затем в форсажной камере сгорания с коэффициентом избытка воздуха больше 1 за счет подвода дополнительных порций воздуха из соответствующих ступеней компрессора, помимо этого, в ступени компрессора и/или камеру сгорания впрыскивают воду.

Повышение экономичности газотурбинного двигателя по предлагаемому способу его работы происходит вследствие квазиизотремического расширения рабочего тела в газовой турбине, а улучшение полноты сгорания топлива и других экологических показателей за счет ступенчатого сжигания топлива.

Выбор коэффициента избытка воздуха в камере сгорания в пределах 0,4 0,6 и впрыск воды обусловлен поддержанием заданной температуры продуктов сгорания на входе в газовую турбину.

Сопоставительный анализ предлогаемого и известного решений показывает, что работа газотурбинного двигателя по предлагаемому способу отличается тем, что процесс сжигания топлива осуществляют с коэффициентом избытка воздуха меньше 0,8 в камере сгорания и газовой турбине и с коэффициентом избытка воздуха больше единицы в форсажной камере за счет подвода дополнительного воздуха, отбираемого из соответствующих ступеней компрессора.

На чертеже изображена принципиальная схема газотурбинного двигателя, в котором реализуется предлагаемый способ.

Газотурбинный двигатель включает компрессор 1, камеру сгорания 2, газовую турбину 3, форсажную камеру 4, выходное сопло 5, воздуховоды 6, трубопроводы для впрыска воды 7.

Способ осуществляют следующим образом.

Воздух из атмосферы подают в компрессор 1, часть сжатого до максимального давления воздуха поступает в камеру сгорания 2, куда подают топливо. В камере сгорания 2 топливо сжигают с коэффициентом избытка воздуха меньше 1 (в пределах 0,4 0,6) в зависимости от требуемой температуры получаемых продуктов сгорания на входе в газовую турбину 3. Далее продукты сгорания в газовой турбине 3 дожигают с повышением коэффициента избытка воздуха за счет отбираемых порций воздуха из соответствующих ступеней компрессора 1 по воздуховодам 6. Далее продукты неполного сгорания топлива вводят в форсажную камеру 4, где дожигают с коэффициентом избытка воздуха больше 1 путем подачи в нее воздуха из компрессора 1 по соответствующему воздуховоду 6. Затем продукты полного сгорания топлива через выходное сопло 5 выбрасывают в атмосферу, создавая необходимую тягу.

При работе не на форсируемом режиме количество подаваемого топлива в камеру 2 сгорания уменьшают с тем, чтобы процесс сгорания на выходе из газовой турбины 3 завершался при коэффициенте избытка воздуха 1, а регулирование требуемой температуры на выходе из камеры сгорания 2 осуществляют впрыском воды по трубопроводам 7.

Использование: в газотурбинном двигателестроении. Сущность изобретения: повышение экономичности и экологичности газотурбинных двигателей достигается путем ступенчатого сжигания топлива с коэффициентом избытка воздуха меньшей 1 с квазиизотремическим расширением рабочего тела в газовой турбине и впрыском воды в компрессор и камеру сгорания. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Способ работы газотурбинного двигателя, включающий сжатие воздуха в компрессоре, сжигание топлива в камере сгорания, расширение продуктов сгорания в газовой турбине, подогрев продуктов сгорания в форсажной камере сгорания и выброс продуктов сгорания через сопло в атмосферу, отличающийся тем, что сжигание топлива в камере сгорания производят при коэффициенте избытка воздуха 0,4 0,6, после чего осуществляют дожигание несгоревшего топлива сначала в проточной части турбины с коэффициентом избытка воздуха до 0,8, а затем в форсажной камере сгорания с коэффициентом избытка воздуха больше 1 за счет подвода дополнительных порций воздуха из соответствующих ступеней компрессора. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в ступени компрессора и/или камеру сгорания впрыскивают воду.