Газотурбинный двигатель Советский патент 1992 года по МПК F02K3/00 

Изобретение относится к двигателе- строению и газотурбинных двигателей.

Известны газотурбинные двигатели со сгоранием при постоянном давлении и газотурбинные двигатели со сгоранием при постоянном объеме.

Наиболее близким к предлагаемому является газотурбинный двигатель со сгоранием при постоянном объеме, снабженный впускными и выпускными клапанами с приводами от вала отбора мощности. В нем горючая смесь сжигается в замкнутой камере.

Теоретически при одной и той же величине повышения давления в компрессоре цикл с подводом теплоты при постоянном обьеме является экономически более выгодным, чем цикл с подводом теплоты при постоянном давлении. Однако газотурбинные двигатели со сгоранием при постоянном объеме в настоящее время практически не применяются. Это объясняется тем, что в них нет синхронизации открытия и закрытия клапанов для эффективного использова- ния динамики повышения давления турбиной. К тому же в них невозможно осуществить экономичный режим использования горючей смеси, что приводит к увеличению вредных выбросов от неполного сгорания и загрязнения окружающей среды.

Целью изобретения является уменьшение вредных выбросов в атмосферу путем ступенчатого сжигания топлива.

Газотурбинный двигатель снабжен дополнительными предвключенными камерами сгорания с установленными в них впускными и выпускными клапанами и циклическими форсунками, причем предвклю- ченные камеры сгорания подсоединены посредством впускных клапанов к выходу из компрессора, а выпускных - к основным камерам сгорания. Для синхронизации работы камер сгорания клапаны снабжены штоками и расположенными на них пружинами с регулируемым натяжением при помощи резьбового соединения и каждый клапан снабжен индивидуальным приводом, выполненным в виде реверсного двигателя.

Изобретение дает возможность путем ступенчатого сжигания топлива эффективно использовать бедную горючую смесь с внешним смесеобразованием в камере сгорания с повышенной степенью сжатия, сле&

fe

2

ю ел

43

чз

довательна, существенно уменьшаются вредные выбросы в атмосферу, вместе с тем повышается КПД, газотурбинный двигатель может использоваться как в режиме Р- const, так м в экономичном режиме V- const-P-corist.

На чертеже изображена конструктивная схема газотурбинного двигателя.

Газотурбинный двигатель состоит из основной камеры 1 сгорания, имеющей на входе опускной автоматический дистанционно регулируемый кяапан 2 с направляющей втулкой 3, которая наклонно установлена на подводящем канале 4. Направляющая втулка 3 клапана 2 имеет регулируемую упорную гайку-шестерню 5, предназначенную для регулировки силы пружины 6, связанную с шестереночной осью реверсного электродвигателя 7, В подводящем канале 4 также установлены форсунки непрерывной работы 8 и цикличной работы 9, совместная работа которых характеризует форсажный режим, На выходе основной камеры 1 сгорания установлен вг-ускной клапан 10, аналогичный впускному клапану 7., напрааляющая втулка которого наклонно установлена в корпусе основной кямеры 1 сгорания. К основной камере 1 сгорания состыкована предеклю- ченная камера 11 сгорания с впускным клапаном 12, аналогичным клапану 10. Вход предвключенной камеры 11 сгорания снабжен впускным клапаном, идентичным впускному клапану 2 камеры 1 сгорания. Предвключенная камера 11 сгорания, кроме существующих запальных зажигательных элементов 14, содержащих форсунки 15 непрерывной работы, имеет дополнительную форсунку 16 для цикличного рабочего процесса двигателя.

Рабочий процесс газотурбинного двигателя. Сила пружины 6 регулируется на минимум, чтобы сила давления компрессора могла приоткрыть клапаны 2,10,12 и 13 при помощи реверсных электродвигателей 7, вкручивая упорную гайку-шестерню 5. Компрессором осуществляется продувка предвключенной и основной камер сгорания, разделяя воздух на два потока. Одна часть воздуха, составляющая примерно 25% от общего расхода воздуха, через автоматический дистанционно регулируемый клапан 13 поступает в предвключенпую камеру 11 сгорания. Другая часть воздуха (примерно 75%) направляется а подводящий канал 4, выполняющий функцию испарителя смесеобразования,

В этот момент через форсунку 8 непрерывной работы, установленную в подводящем канале 4, подается топливо. Зажигание

осуществляется а камере 11 предвключен- ного сгорания как обычно зажигательным элементом 14. В основную камеру 1 сгорания поступаете подводящего канала 4 горючая смесь с внешним смесеобразованием через клапан 2 входа и в него же струя мощной хорошо горящей топливовоздуш- ной смеси из предвключенной камеры 11 сгорания через выпускной клапан 12, тем

0 самым ускоряется интенсивность сгорания. Резкое повышение давления в основной камере 1 сгорания способствует автоматическому закрытию клапанов 2 и 12 и автоматическому открытию выпускного кла5 пана 10, газовые продукты сгорания высокого давления направляются к турбине для совершения работы.

После вхождения в тепловой режим двигатель переводится в цикличный режим

0 рабочего процесса. Сила пружины б регулируется так, чтобы клапаны 10 и 12 начали удерживать давление компрессора и силу давления степени сжатия, форсунки 8 и 15 непрерывного рабочего процесса выключа5 ются, а форсунки 9 и 16 цикличной работы включаются, заодно включается и холодильная система.

Охлажденный, уплотненный в известных холодильных радиаторах и сжатый ком0 пресором воздух разделяется на два потока, как и в пуске, поступает в предвклю- ченную камеру 11 сгорания и подводящий канал 4. Так как имеются неколько комплектов камер сгорания и они работают после5 довательно в связи с поочередным впрыскиванием топлива от топливных аппаратур зажигания, за время до последующего впрыска появляется возможность теплообмена стенок предвключенной ка0 меры 11 сгорания с высокой температурой с низкотемпературным воздухом, а также стенок основной камеры 1 сгорания с высокой температурой с низкотемпературной уплотненной бедной горючей смесью с

5 внешним смесеобразованием, впрыснутой во время газообмена через форсунки 9. Это способствует созданию степени сжатия в предвключенной и основной камер сгорания за счет тепловых энергий предыдущего

0 цикла,

Далее впрыском горючего через форсунки 16 в преда ключе иную камеру сгорания осуществляется зажигание и впрыск мощной горючей топливовоздушной смеси

5 в основную камеру 1 сгорания. В основной камере 1 сгорания происходит горение, что приводит к резкому повышению в нем давления и температуры. В дальнейшем процессы открывания и закрывания клапанов 2, 10 и 12 повторяются как и в пуске. Газовые

продукты сгорания высокого давлений направляются к турбине для совершения работы. При этом точкой опоры сил не является компрессор, а замкнутый объем основной камеры 1 сгорания. В этот момент из-за инерционности происходит газообмен автоматическим открыванием впускных клапанов 2 и 13. Дальнейшие рабочие процессы повторяются аналогично.

Формула изобретения 1. Газотурбинный двигатель, содержащий компрессор, подключенные посредством подводящих каналов к его выходу и расположенные по окружности камеры сгорания с впускными и выпускными клапанами, турбину, отличающийся тем,что, с целью уменьшения вредных выбросов в

атмосферу путем ступенчатого сжигания топлива, двигатель снабжен дополнительными предвключенными камерами сгорания с установленными в них впускными и

выпускными клапанами и циклическими форсунками, причем предвключенные камеры сгорания подсоединены посредством впускных клапанов к выходу из компрессора, а выпускных - к основным камерам сгорания.

2. Двигатель поп, 1, отличающий- с я тем, что, с целью Сйтнхронизации работы камер сгорания, клапаны снабжены штоками и расположенными на них пружинами с

регулируемым натяжением при помощи резьбового соединения и каждый клапан снабжен индивидуальным приводом, выполненным в виде реверсивного двигателя,

X

/

«S

ч

4

Использование: газотурбодвигателест- роение. Сущность изобретения: снижение вредных выбросов в атмосферу путем ступенчатого сжигания топлива. Газотурбинный двигатель снабжен дополнительными предвключенными камерами сгорания и установленными в них впускными и выпускными клапанами, имеющими индивидуальные приводы, 1 з.п. ф-лы, 1 ил.