ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2006 года по МПК F02C6/02 F02C7/12 

Изобретение относится к энергетическим и транспортным установкам и касается газотурбинных установок, использующих продукты сгорания топлива.

Известна газотурбинная установка, выбранная в качестве прототипа (см. авт. св. №408587, кл. F 02 C 7/14, дата подачи заявки 11.04.72 г., заявитель: Московский ордена Ленина авиационный институт им. Серго Орджоникидзе).

Известное техническое решение содержит компрессорный блок, включающий компрессор и пневматическую турбину, силовую турбину, камеру сгорания и установленный перед компрессором теплообменник. Пневматическая турбина размещена перед теплообменником и механически соединена с валом компрессора.

Недостатком известной газотурбинной установки-прототипа являются невысокие КПД и надежность работы.

Задачей настоящего изобретения является:

- повышение КПД газотурбинной установки;

- повышение надежности и ресурса деталей, работающих при высокой температуре;

- снижение пожароопасности и взрывоопасности.

Решение поставленной задачи и преимущества заявляемого изобретения вытекают из последующего подробного описания газотурбинной установки и примера их конкретного выполнения.

Для решения указанной задачи газотурбинная установка, содержащая компрессор, пневматическую турбину, соединенную с валом компрессора, силовую турбину, камеру сгорания и теплообменник, согласно предлагаемому изобретению газотурбинная установка дополнительно содержит два компрессора и две пневматические турбины, причем компрессоры и пневматические турбины соединены между собой и установлены на едином валу последовательно, при этом они заключены в рубашку, образуя полость между поверхностями компрессоров с пневматическими турбинами и рубашкой, с которой соединен вход теплообменника, а выход его соединен с многотрубчатым переходом, выходы которого подключены к кольцевой камере сгорания, расположенной между двумя силовыми турбинами.

Задача решается за счет того, что в газотурбинной установке согласно предлагаемому изобретению вал, на котором установлены компрессоры с пневматическими турбинами, соединен с валом силовых турбин.

Согласно предлагаемому изобретению все агрегаты заключены в корпус, при этом они отделены от него тепловым экраном.

Снижение расхода мощности на компрессор может быть достигнуто путем многоступенчатого сжатия воздуха с промежуточным охлаждением.

Как видно из вышеизложенного, отличительными от прототипа признаками являются наличие трех компрессоров и трех пневматических турбин, соединенных между собой и установленных на едином валу последовательно. При таком устройстве газотурбинной установки обеспечивается охлаждение воздуха в процессе его сжатия, что позволяет уменьшить работу сжатия, а следовательно, и мощность, расходуемую на сжатие воздуха для горения. Вследствие чего увеличивается КПД газотурбинной установки.

Наличие теплообменника и многотрубчатого перехода, по которым течет низкотемпературный воздух, подогреваемый отработанными газами, позволяет снизить тепловые потери.

Газотурбинная установка снабжена корпусом с тепловым экраном, посредством которого снижается температура наружного корпуса, вследствие чего повышается надежность и снижаются пожароопасность и взрывоопасность.

Заявляемое техническое решение по сравнению с прототипом (см. авт. св. №408587, кл. F 02 C 7/14, дата подачи заявки 11.04.72 г., заявитель: Московский ордена Ленина авиационный институт им. Серго Орджоникидзе) имеет новую совокупность существенных признаков, следовательно, соответствует критерию "новизна".

Приведенная совокупность отличительных признаков и достигаемый результат характеризуют единство изобретения и не следуют явным образом из изученного уровня техники, то есть имеют изобретательский уровень.

Заявляемое техническое решение может быть использовано в промышленности, следовательно, оно является промышленно применимым.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется описанием конкретных примеров его выполнения и прилагаемыми чертежами, где:

- на фиг.1 изображена газотурбинная установка;

- на фиг.2 - разрез А-А по фиг.1.

Пример конкретного выполнения

Газотурбинная установка содержит компрессор 1, пневматическую турбину 2, компрессор 3, пневматическую турбину 4, компрессор 5, пневматическую турбину 6, теплообменник 7, силовые турбины 8, 9, камеру сгорания 10, тепловой экран 11 и корпус 12. Компрессоры 1, 3, 5 и пневматические турбины 2, 4, 6 соединены между собой и установлены на едином валу 13 последовательно. Вал 13, на котором установлены компрессоры и пневматические турбины, соединен с валом 14 силовых турбин 8, 9, имеющие общую камеру сгорания 10.

Компрессоры 1, 3, 5 и пневматические турбины 2, 4, 6 заключены в рубашку 15, образуя полость 16 между поверхностями компрессоров с пневматическими турбинами и рубашкой, с которой соединен вход теплообменника 7, а выход его соединен с многотрубчатым переходом 17, выходы которого подключены к кольцевой камере сгорания 10, расположенной между двумя силовыми турбинами 8 и 9.

Камера сгорания 10 снабжена кольцевым распылителем 18, который соединен посредством трубопроводов подачи топлива 19 и 20, с кольцевым испарителем топлива 24, разделенным на две половины перегородками.

Все агрегаты, заключены в корпус 12, при этом они отделены от него тепловым экраном 11, установленным между корпусом 12 и рубашкой 25 выхлопной полости 22 (см. фиг.1).

Работа газотурбинной установки осуществляется следующим образом.

В компрессор 1 засасывается воздух из окружающей среды, где частично сжимается и поступает на пневматическую турбину 2, в которой происходит его частичное расширение, сопровождаемое охлаждением.

Затем воздух попадает в компрессор 3, где частично сжимается вдвое и поступает на пневматическую турбину 4, в которой происходит его частичное расширение, сопровождаемое охлаждением.

После чего воздух попадает в компрессор 5, где снова сжимается и поступает на пневматическую турбину 6, в которой происходит его частичное расширение, сопровождаемое охлаждением.

В связи с тем, что рабочее давление в камере сгорания 10 ниже, чем давление сжатого воздуха, выходящего из пневматической турбины 6, происходит дросселирование из полости 16 в теплообменник 7, выход которого соединен с многотрубчатым переходом 17, где повышается его температура и давление до предельно допустимого максимума.

Затем воздух попадает в кольцевую камеру сгорания 10, расположенную между силовыми турбинами 8 и 9.

Посредством двух насосов (на фиг.1 не показано), работающих параллельно, топливо поступает через трубопроводы подачи топлива 19 и 20 и кольцевой испаритель топлива 24 в кольцевой распылитель 18, затем в камеру сгорания 10.

Причем один из насосов имеет более высокое давление и работает только при форсаже.

После сжигания в воздухе топлива в камере сгорания 10 полученный газ поступает на рабочие лопатки силовых турбин 8 и 9, совершая, тем самым, полезную работу на валах 13 и 14.

Отработавший горячий газ выходит из силовых турбин 8, 9, поступает в межтрубчатое пространство 21, выхлопной полости 22, отдает тепло, подогревая воздух, проходящий через многотрубчатый переход 17 до предельно допустимого максимума. Отработавший горячий газ одновременно подогревает трубопроводы подачи топлива 19, 20 и кольцевой испаритель топлива 24. Далее, отработавший газ, минуя наружный пластинчатый переход теплообменника 7, через отверстия 23 в корпусе 12 выходит в окружающую среду.

Тепловой экран 11 предохраняет корпус 12 от нагрева, обеспечивая снижение пожароопасности и взрывоопасности.

Корпус газотурбинной установки для военной промышленности может быть выполнен из современной брони.

Газотурбинная установка опирается на три опорные подшипника. Опорный подшипник 26 жестко соединен с корпусом 12 через фланец 27 многотрубчатого перехода 17 при помощи тяг.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет повысить КПД газотурбинной установки, а также повысить надежность и ресурс деталей, работающих при высокой температуре, и при этом обеспечивается снижение пожароопасности и взрывоопасности.

Кроме того, при использовании предлагаемой газотурбинной установки возможен вертикальный взлет почти всех летательных аппаратов.

Изобретение относится к энергетическим и транспортным установкам и касается газотурбинных установок, использующих продукты сгорания топлива. Газотурбинная установка содержит компрессор, пневматическую турбину, соединенную с валом компрессора, силовую турбину, камеру сгорания и теплообменник. Кроме того, газотурбинная установка дополнительно содержит два компрессора и две пневматические турбины. Компрессоры и пневматические турбины соединены между собой и установлены на едином валу последовательно, при этом они заключены в рубашку, образуя полость между поверхностями компрессоров с пневматическими турбинами и рубашкой, с которой соединен вход теплообменника. Выход теплообменника соединен с многотрубчатым переходом, выходы которого подключены к кольцевой камере сгорания, расположенной между двумя силовыми турбинами. Изобретение повышает надежность и ресурс деталей, работающих при высокой температуре, снижает пожароопасность и взрывоопасность. 3 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Газотурбинная установка, содержащая компрессор, пневматическую турбину, соединенную с валом компрессора, силовую турбину, камеру сгорания и теплообменник, отличающийся тем, что газотурбинная установка дополнительно содержит два компрессора и две пневматические турбины, причем компрессоры и пневматические турбины соединены между собой и установлены на едином валу последовательно, при этом они заключены в рубашку, образуя полость между поверхностями компрессоров с пневматическими турбинами и рубашкой, с которой соединен вход теплообменника, а выход его соединен с многотрубчатым переходом, выходы которого подключены к кольцевой камере сгорания, расположенной между двумя силовыми турбинами.2. Газотурбинная установка по п.1, отличающаяся тем, что вал, на котором установлены компрессоры с пневматическими турбинами, соединен с валом силовых турбин.3. Газотурбинная установка по п.1, отличающаяся тем, что все агрегаты заключены в корпус.4. Газотурбинная установка по п.1, отличающаяся тем, что все агрегаты, заключенные в корпус, отделены от него тепловым экраном