Газотурбинная установка Советский патент 1993 года по МПК F02C3/16 

Изобретение относится к области турбостроения, а именно к газотурбинным установкам, преимущественно силовым.

Цель изобретения -- снижение габаритов и металлоемкости установки.

Указанная цель достигается за счет выполнения расширяющегося к камере сгора- ния короба компрессора, снабженного ковшовыми воздухозаборниками, расположенными на поверхности наружного витка спирали и подключенными ко входу компрессора, а турбина образована внешними стенками короба компрессора, на которых выполнены ребра жесткости.

Простейшим вариантом реализации установки является монотурбина, содержащая камеру сгорания, продолжающуюся расширяющимся газовым соплом, заключенная в расширяющийся к камере сгорз- ния короб центростремительного компрессора, завершающегося воздушной рубашкой, окружающей камеру сгорания, которые закручены в спираль вокруг оси

вращения. Балансировка устройства возможна одним из известных способов, например, устройство противовесов или использованием двух установок, разнесенных вдоль вала с диаметрально противоположным расположением сопел.

Рассмотрим варианты исполнения установки в виде сдвоенных турбин, одну из которых можно рассматривать в качестве противовеса.

На фиг.1 изображен разрез А-А одного из вариантов исполнения установки; на фиг.2 - разрез Б-Б фиг.1; на фиг.З - разрез 8-6 второго варианта исполнения установки; на фиг.4 изображена схема-развертка установки во фронтальном разрезе; на фиг.5 -фрагмент 1 фиг.З. идентичная конструкция и у фиг.1; на фиг.6 - разрез Г-Г фиг.З; на фиг.7 - фрагмент И фиг.2; на фиг.8 - фрагмент ill фиг.6; на фиг.9 - эпюры сил, действующих на турбину, где Р - реактивная сила на выходе турбины, RI - реактивная сила действующая на стенки турбины, г - рассто(Л

С

|00

го ел

00 XI XI

яние от оси вращения до площадки приложения КцМкр - крутящий момент, w - вектор угловой скорости, Мн - момент реакции нагрузки.

Газотурбинная установка содержит две камеры сгорания 1, продолжающиеся газовыми соплами 2, вал 3 с каналом 4 и форсунками с запальниками 5, составляющие турбину, и охватывающие их короба 6 компрессоров, включающих воздухозаборники 7, конфузорные сопла 8, завершающиеся воздушными рубашками 9 камеры сгорания

1,из которых в последние открываются отверстия 10. На стенках компрессоров, охва- тывающих газовые сопла 2 турбин, выполнены ребра жесткости в виде гребней 11 и перегородок 12. Газоотводящие короба 13 предназначены для выброса газов турбин в атмосферу. Для газового уплотнения коробов 13 промежутки между соплами 2 турбин закрыты пластинами 14, прикрепленными к коробам 6 компрессоров ребрами жесткости 15.

Работает установка следующим образом.

Запуск установки может производиться как от постороннего источника крутящего момента, так и самостоятельно. Рассмотрим последний. В начальный момент, когда камеры сгорания 1 естесттвенным путем заполнены воздухом, в них по каналу 4 вала 3 через форсунки 5 с запальниками подается топливо с начальным (стартовым) расходом и поджигается. Продукты сгорания, проходя по спирально закрученным газовым соплам

2,расширяются, создавая крутящий момент, покидают сопла 2 турбин, производя дополнительно реактивный момент (фиг.9), и через газоотводящий короб 13 (фиг.2. или короба 13 на фиг.6) выбрасываются в атмосферу. Под действием этих реактивных моментов установка приходит во вращение, при этом воздухозаборниками 7 забирается воздух и конфузорными соплами 8 компрессора направляется в воздушные рубашки 9

камер сгорания 1. По мере продвижения от воздухозаборников 7 воздух охлаждает газовые сопла 2, отбирая тепло, и приобретает дополнительную скорость. Поступая в воздушные рубашки 9, воздух скоростной напор трансформирует в давление и через отверстия Ю поступает в камеры сгорания 1. По мере повышения давления воздуха, увеличивают расход топлива и установка набирает обороты. Регулировка подачи топлива, скорости вращения и крутящего момента производится одним из известных способов. Ребра жесткости в виде гребней 11 и перегородок 12, повышая жесткость конструкции, увеличивают регенерацию тепла.

Как видно из фиг. 1-8 конструкция установки выполнена в виде четырехзаходной спирали и не имеет лопаточного механизма, что резко упрощает ее конструкцию. Поскольку турбины заключены в короба компрессоров, налицо компактность установки, снижение металлоемкости, повышение ре- генерации тепла.

Формула изобретения

1, Газотурбинная установка, содержащая компрессор с выполненным в виде спирального короба ротором, центробежную спиральную турбину, размещенную на одном валу с компрессором, и камеру сгорания, расположенную по оси вращения установки, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения габаритов и металлоемкости, ротор компрессора снабжен ковшовыми воздухозаборниками, расположенными на

поверхности наружного витка спирали и подключенными к входу компрессора, причем короб ротора компрессора выполнен расширяющимся к камере сгорания, а турбина образована внешними стенками короба

компрессора.

2. Установка поп.1,отличающая- с я тем, что, с целью увеличения регенерации тепла и повышения прочности конструкции, на стенках корпуса компрессора

выполнены ребра жесткости.

ч

J

| « V Q

iu

PS

,

Использование: в силовых газотурбинных установках. Сущность изобретения: газотурбинная установка содержит компрессор с ротором, выполненным в виде спирального короба, центробежную спиральную турбину, приводящую компрессор, и камеру сгорания, расположенную на оси вращения. Причем короб компрессора снабжен ковшовыми воздухозаборниками, расположенными на поверхности наружного витка спирали, а рабочий канал турбины образован внешними стенками короба компрессора, на стенках которого выполнены ребра жесткости. 9 ил.«

п §r

&ftХХХЧХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХ

/ / / / / / / / / / / /

а

г/

9 М(Ь

/ / / / / / / / / / / /

//

1Л89Ш

d/Weft Ј ; fc

Фиг. 9