Газотурбинный двигатель Дмитроцы Советский патент 1993 года по МПК F02C6/14 

Изобретение относится к газотурбино- строению, в частности к газотурбинным двигателям.

Недостатками известных двигателей, являются ограниченная теплонапряженность камер сгорания (малая удельная мощность) и малая эффективность.

Известны двигатели, срдержащие вращающийся диск, в корпусе которого по внешней окружности установлен под углом к плоскости вращения небольшие камеры сгорания с реактивными соплами 1. Эффективные при большом скоростном напоре камеры сгорания (реактивная турбина) вращают компрессор независимо от основной камеры сгорания турбореактивного двигателя и не влияют на теплонапряженность и удельную мощность двигателя.

Известны также газотурбинные двигатели, содержащие расположенную между осевыми рабочими лопаточными колесами компрессора и турбины свободно вращающуюся камеру сгорания, проточная часть которой разделена на-изолированные каналы продольными, установленными под углом к оси камеры лопастями 2. В такой камере

теплонапряженность (следовательно, и удельная мощность) выше, чем в обычных камерах и это не связано с повышением напряжений в элементах конструкции, но энергия свободного вращения камеры двигателем не используется.

Цель изобретения - повышение эффективности и уменьшение габаритов газотурбинных двигателей.

Цель достигается установкой вращающейся камеры сгорания с реактивными соплами по внешней окружности перед активной турбиной и совмещением некоторых рабочих узлов двигателя.

Вращающаяся камера (подвижный сопловой аппарат) позволяет использовать центробежное сжатие газа и получить дополнительную мощность (10%) без каких- либо энергетических затрат, что повышает экономичность двигателя, увеличить тепло- напряженность камеры сгорания (скорость истечения газов) без нарушения режима работы установленных после нее активных ступеней турбины, так как дополнительный теплоперепад срабатывается реактивной ступенью (камерой), вращающейся в протиСО

G

х| со Ч

ю о о

СА)

воположную первой активной ступени сторону.

С целью уменьшения габаритов (металлоемкости и стоимости) двигателя выполнено конструктивное и функционально совмещение рабочих узлов: рабочие лопатки турбины расположены на периферии вентиляторов, в свободной полости камеры сгорания размеЩе ны компрессор с воздухо- сборникЪм и электромотор для запуска, размеры двигателя определены внешним корпусом камеры сгорания,

В отличие от 1 , где реактивная турбина в виде отдельных камер сгорания с соплами выполняет полезную работу, вращая компрессор, но не влияет на эффективность основного двигателя, и 2, где свободно вращающаяся камера сгорания создает условия для повышения теплонапряженно- сти, но энергия ее вращения двигателем не используется, в предложенном варианте вращающаяся камера благодаря сочетанию с активными ступенями турбины выполняет полезную работу и повышает эффективность двигателя за счет центробежного сжатия газов и отбора излишней тепло- напряженности.

На фиг.1 схематично показан предлагаемый двигатель; на фиг.2 - разрез А-А. на. .фиг.1. .-.-

Газотурбинный Двигатель содержит камеру сгорания с внешним корпусом 1 и реактивными соплами 2. Рабочие лопатки 3 активных ступеней закреплены на периферии вентиляторов 4. Редуктор 5 передает вращение первой активной ступени турбины центробежному компрессору б, лопаточный диффузор 7 которого установлен на неподвижной стойке 8. К этой же стойке и к неподвижному валу 14 крепится статор электромотора (генератора) 9 и теплоизоля- тор 13. Шине 10 для принудительной подачи и предварительного нагрева воздуха установлен на внутреннем корпусе камеры сгорания. Топливные форсунки 11 и спирали 12 зажигания установлены на валу 14 между воздухосборником компрессора и собственно камерой сгорания. Штуцер 15 для подачи топлива из бака установлен в торце вала 14. Шкив 16 ременной (или иной) передачи жестко соединен через вентилятор 4 и рабочие лопатки Зс внешним корпусом 1 камеры сгорания. Оси двигателя (неподвижный вал 14 и ось вращения камеры сгорания) укреплены на крепежных стойках 17.

Запуск двигателя осуществляется электромотором 9, питаемым аккумуляторной батареей. Вращение ротора электромотора непосредственно передается крыльчатке компрессора 6. С включением электромотора подается ток на спирали 12 зажигания. После того, как компрессором создано некоторое давление и камера начала вращаться под действием реактивной силы выходящего из сопл 2 сжатого воздуха; в камеру сгорания подается топливо. Центробежными силами топливо распыляется (пленочное распыление), испаряется и, сгорая, устрем- ляется вместе с поступающим откомпрессо0 ра воздухом к соплам 2. По достижении устойчивого горения и вращения турбины спирали 12 отключаются, электромотор 9 становится генератором, так как вращение крыльчатки компрессора теперь обеслечи5 вается через редуктор 5 первой ступенью, турбины. Вторая активная ступень турбины, работающая в паре с реактивной ступенью, через шкив 16 передает механическую энергию внешнему потребителю. Топливо в фор0 сунки 11 подается насосом или под давлением через штуцер 15 и металлическую трубку в канале неподвижного вала 14. Этот же (или такой же) канал используется для размещения электропроводки от акку5 мулятора к электромотору 9 и спиралям 12 зажигания.

Предложенная конструкция двигателя компактна (из-за совмещения узлов) и может быть применена вместо поршневых

0 ДВС. В закрытом варианте исполнения (рабочее тело - водород) без особых изменений в ней может быть использована, кроме химической, как солнечная энергия (внешний корпус 1 камеры - абсорбер в фокусе телио5 концентратора), так и ядерная (на месте спиралей 12 размещаются капсулы с радиоизотопным горючим). Простая форма камеры сгорания позволяет покрыть внутреннюю полость и сопла термостойким ма0 териалом (например, керамикой) и сократить потери тепла с ее внешнего корпуса. :

Формула и з о б р е т е н.и я Газотурбинный двигатель, содержащий

5 двухступенчатый вентилятор, компрессор с ротором, камеру сгорания с наружным и внутренним корпусами и форсункой, турбину с сопловыми рабочими лопатками и выхлопное устройство, о т ли чающийся

0 тем, что, с целью уменьшения габаритов и повышения эффективности работы, двигатель снабжен стартер-генератором, рабо- . чие лопатки турбины расположены на .периферии соответствующих ступеней вен5 тилятора, камера сгорания снабжена шнеком, закрепленным на ее внутреннем корпусе, расположена по периферии двигателя, ее наружный и внутренний корпуса закреплены на роторе с возможностью вращения и соединены с сопловыми лопатками

турбины, причём внутренний корпус камеры сгорания установлен с образованием полости, а компрессор и стартер-генератор установлены в последней.

Использование: энергетическое машиностроение. Сущность изобретения: двигатель содержит вентиляторные ступени с размещенными на концах их лопаток лопатками турбины, вращающуюся камеру сгорания, конструктивно связанную с первой и последней ступенями турбины. Внутри камеры сгорания образована полость, в которой расположёны компрессор высокого давления и стартер-генератор. 2 ил.

3

А-А

V

V V

/

М

1/1

з7

Уиг.2