Газовая турбина внутреннего сгорания

 

Газовая турбина внутреннего сгорания используется в двигателестроении и содержит корпус, ротор с полным валом, имеющим подающие каналы топлива и рабочего тела, размещенные в чередующемся порядке, камеры сгорания, ограниченные внутренними поверхностями газовых сопел и с внешними поверхностями, выполненными в виде лопаток осевого компрессора. Газовые сопла расположены на корпусе с шагом, равным угловому шагу камер сгорания, и снабжены установленными на них клапанами с механизмами регулирования. Электрические контакты системы зажигания камер сгорания размещены на торцах реактивных сопел. Такое выполнение газовой турбины приводит к упрощению конструкции и эксплуатации, снижению металлоемкости, возможности использовать экологически чистое топливо и повышению КПД. 1 ил.

Газовая турбина может быть использована в качестве экологически чистого двигателя в двигателестроении.

Ближайшим аналогом предлагаемого устройства является турбина, известная из патента России N 2051284, содержащая ротор турбины, состоящий из нескольких лопастей, изготовленных в виде изогнутых патрубков, жестко прикрепленных одним концом к валу.

Вал полый крепится подвижно на оси. Ось имеет продольные каналы для подачи газовых компонентов и топлива в лопасти, расположенные в чередующем порядке. В местах крепления лопастей к валу в корпусе вала просверлены отверстия для подачи в камеры сгорания горючего. На внутренней поверхности корпуса турбины смонтированы искровые контакты. Для отвода отработанных газов на корпусе турбины установлены патрубки.

Недостатком известной турбины является то, что она имеет пониженную мощность и экономичность, т.к. в момент воспламенения топлива камеры негерметичны, открыты со стороны газовых сопел.

Задачей настоящего изобретения является упрощения конструкции и эксплуатации, снижение металлоемкости и возможности использования экологически чистого топлива, повышение КПД.

Поставленная задача достигается за счет того, что в газовой турбине внутреннего сгорания, содержащей корпус, ротор с полым валом, имеющим подающие каналы топлива и рабочего тела, размещенные в чередующемся порядке, камеры сгорания, ограниченные внутренними поверхностями газовых сопел, систему зажигания, газовые сопла расположены на корпусе с шагом, равным угловому шагу камер сгорания, и снабжены установленными на них клапанами с механизмами регулировки, внешние поверхности камер сгорания выполнены в виде лопаток осевого компрессора, а электрические контакты системы зажигания размещены на торцах реактивных сопел.

На чертеже изображена газовая турбина внутреннего сгорания.

Газовая турбина внутреннего сгорания имеет следующую конструкцию: в корпусе 1 с газовыми соплами 2 для отвода отработанных газов установлен ротор 3 с камерами внутреннего сгорания 4. Ротор установлен на валу 5. Вал 6 полый, внутри полого вала смонтирован с зазором газораспределительный коллектор с каналами подачи топлива и рабочего тела 7, 8, размещенными в чередующемся порядке. Напротив каждой камеры сгорания 4 на валу 5 в его ступице имеется сквозное отверстие, направляющее топливо и рабочее тело из каналов 7, 8 в камеры внутреннего сгорания 4, жестко закрепленные на ступице вала и имеющие внешние поверхности, выполненные в виде лопаток осевого компрессора.

Каждая лопатка полая, имеющая свободный выход на периферии. Полость внутри лопатки составляет камеру внутреннего сгорания 4. Газовые сопла 2 расположены на корпусе равномерно с шагом, равным угловому шагу, установлены на роторе камер сгорания, которые ограничены внутренними поверхностями газовых сопел.

Электрические контакты системы зажигания размещены на торцах газовых сопел 2 в местах соприкосновения с торцами камер внутреннего сгорания. Половина подающих каналов 7 сообщена с системой питания топлива (водород, метан), остальные каналы 8 с патрубками для подачи рабочего тела (кислород, водород).

В корпусах газовых сопел 2 установлены клапаны, имеющие корпус клапана 10, пружину и регулирующий шток 12, шток имеет резьбу, сопряженную с резьбой втулки на корпусе газового сопла.

Наружный конец пружины упирается в торец штока. Положение штока 12 регулируется вручную через резьбу, этим регулируется степень сжатия пружины 11, а через нее максимальная нагрузка на клапан 10, при которой он срабатывает. Этим самым регламентируется максимальное давление в полости камеры внутреннего сгорания, при котором происходит "хлопок" и выброс отработанных газов из камер 4.

Работа турбины внешнего сгорания осуществляется следующим образом: при подаче топлива в камеры внутреннего сгорания 4 клапан 10 находится в закрытом состоянии, и потому не происходит утечки продуктов сгорания за ее пределы. От вращения ротора 1 происходит совмещение искровых контактов, возникает искра, которая воспламеняет топливо. Возгорание сопровождается "хлопком", т. е. под давлением газов в камере 4 возникает пиковая нагрузка, которая при наличии закрытого клапана выше, чем при его отсутствии. Клапан 10 отрегулирован на определенное давление (при помощи механизма регулировки). Только при заданной нагрузке по давлению газов клапан 10 срабатывает и открывается. Открытие клапана 10 происходит только при максимально возможном давлении с учетом горючих компонентов топлива.

При этой пиковой нагрузке происходит интенсивный выброс газов из камер 4. Скорость движения газов из камер 4 максимальная, и поэтому реактивные силы, движущие ротор, максимальны.

Таким образом, максимально используется кинематическая энергия газов, образующихся при горении. Поскольку клапан 10 открывается с некоторым запозданием от момента начала горения, то и горючие продукты успевают сгореть полностью. Все упомянутые факторы повышают мощность турбины и ее КПД по сравнению с аналогом.

Формула изобретения

Газовая турбина внутреннего сгорания, содержащая корпус, ротор с полым валом, имеющим подающие каналы топлива и рабочего тела, размещенные в чередующемся порядке, камеры сгорания, ограниченные внутренними поверхностями газовых сопел, систему зажигания, отличающаяся тем, что, с целью упрощения конструкции и эксплуатации, снижения металлоемкости и возможности использования экологически чистого топлива, повышения КПД, газовые сопла расположены на корпусе с шагом, равным угловому шагу камер сгорания, и снабжены установленными на них клапанами с механизмами регулировки, внешние поверхности камер сгорания выполнены в виде лопаток осевого компрессора, а электрические контакты системы зажигания размещены на торцах реактивных сопел.

РИСУНКИ

Рисунок 1