Газотурбинный двигатель наземного применения

Авторы патента:

F02C3/32 - индуцирование воздушного потока с помощью струй жидкости или газа, например с помощью эжектирования

Владельцы патента RU 2268379:

Общество с ограниченной ответственностью "Самара-Авиагаз" (RU)

Газотурбинный двигатель наземного применения относится к области машиностроения и может быть использован при создании газотурбинных двигателей авиационного типа, предназначенных для привода различных машин, например генераторов тока или газовых компрессорных станций магистральных трубопроводов для транспортировки природного газа. Газотурбинный двигатель наземного применения содержит компрессор, коллектор чистого воздуха, коллектор смешанного воздуха, камеру сгорания, рабочую турбину, свободную силовую турбину, улитку выхлопную. Улитка выхлопная дополнительно снабжена эжектором, соединенным воздуховодом с коллектором чистого воздуха, установленным за компрессором, и воздуховодом подачи смеси воздуха с выхлопными газами с коллектором смешанного воздуха, расположенным перед камерой сгорания. Изобретение повышает КПД. 1 ил.

Газотурбинный двигатель наземного применения относиться к области машиностроения и может быть использован при создании газотурбинных двигателей авиационного типа, предназначенных для привода различных машин, например генераторов тока или газовых компрессорных станций магистральных трубопроводов для транспортировки природного газа.

Известны газотурбинные двигатели (ГТД), например двигатель НК-38СТ ОАО «СНТК им. Н.Д.Кузнецова», двигатель ПС-90ГП-1 ОАО «Пермский моторный завод», используемые в качестве привода газовых компрессоров газоперекачивающих агрегатов, компрессорных станций, генераторов тока на электростанциях, содержащие газогенератор и свободную (или силовую) турбину, преобразующую энергию газового потока после рабочей турбины газогенератора в энергию вращательного движения ее ротора и передающую крутящий момент потребителю («Анализ основных компоновочных и технических решений, принятых различными производителями ГПА при их разработке» альбом ОАО «Сумское НПО им М.В.Фрунзе», 2001 г., стр.77, 80, см. приложение).

Наиболее близкой по технической сущности является компоновка двигателя НК-16-18СТ серии 2, разработанного ОАО КПП «Авиамотор» и ОАО «Казанское моторостроительное производственное объединение» (изготовитель), принятый за прототип, который содержит газогенератор и свободную (или силовую) турбину, преобразующую энергию газового потока после рабочей турбины газогенератора в энергию вращательного движения ее ротора (Рекламный проспект ОАО «Казанское моторостроительное производственное объединение», приводной газотурбинный двигатель НК-16-18СТ серии 2, смотри копию в приложении).

Характерной особенностью известных двигателей, в том числе и принятого за прототип, является то, что количество воздуха, подаваемого компрессором газогенератора (цикловой воздух) на вход в его камеру сгорания значительно, в 4 и более раза, превышает необходимое для обеспечения сгорания топлива. Это продиктовано температурными ограничениями со стороны применяемых конструкционных материалов деталей и узлов, работающих в условиях высоких температур.

Известные двигатели обеспечивают относительно низкий коэффициент полезного действия (КПД), составляющий у двигателя НК-16 СТ, например, всего 29%.

Задачей предлагаемого технического решения является существенное повышение КПД по отношению к известньм двигателям, в том числе и двигателей серии НК-16-18 СТ.

Поставленная задача решается за счет того, что газотурбинный двигатель наземного применения содержит компрессор, коллектор чистого воздуха, коллектор смешанного воздуха, камеру сгорания, рабочую турбину, свободную силовую турбину, улитку выхлопную, при этом улитка выхлопная дополнительно снабжена эжектором, соединенным воздуховодом с коллектором чистого воздуха, установленным за компрессором, и воздуховодом подачи смеси воздуха с выхлопными газами с коллектором смешанного воздуха, расположенным перед камерой сгорания.

На чертеже схематично изображен газотурбинный двигатель наземного применения, который содержит компрессор 1, коллектор чистого воздуха 2, коллектор смешанного воздуха 3, камеру сгорания 4, рабочую турбину 5, свободную силовую турбину 6, улитку выхлопную 7 с эжектором, воздуховод отбора чистого воздуха 8, воздуховод подачи смеси воздуха с выхлопными газами 9.

За компрессором 1 установлен коллектор чистого воздуха 2, соединенный воздуховодом отбора чистого воздуха 8 с эжектором выхлопной улитки 7, установленной на выходе свободной силовой турбины 6. За коллектором чистого воздуха 2 расположены коллектор смешанного воздуха 3, соединенный воздуховодом 9 подачи смеси воздуха с выхлопными газами с эжектором выхлопной улитки 7, камера сгорания 4 и рабочая турбина 5.

Газотурбинный двигатель наземного применения работает следующим образом. Атмосферный воздух, забираемый компрессором 1, поступает в установленный на его выходе коллектор чистого воздуха 2 и по воздуховоду отбора чистого воздуха 8 в качестве «активной» составляющей в эжектор, установленный в выхлопной улитке 7 на выходе из свободной силовой турбины 6. При такой компоновке из атмосферы забирают часть необходимого по массе количества циклового воздуха. Вторую, недостающую часть воздуха добирают с помощью эжектора, размещенного в улитке выхлопной 7 из потока выхлопных газов. Воздух сжимают в компрессоре 1 до давления, которое превышает необходимое, рассчитанное для полного количества воздуха, участвующего в цикле. «Активный» воздух, проходя через выхлопную улитку 7 с эжектором, захватывает часть выхлопных газов и в смеси с ними по воздуховоду подачи смешанного воздуха 9 поступает через коллектор сжатого воздуха 3 на вход в камеру сгорания 4. Происходит рециркуляция части циклового воздуха. Последующая часть цикла происходит, как и у двигателя, взятого за прототип.

Сущность предлагаемого технического решении состоит в том, что в качестве циклового воздуха в термодинамическом цикле двигателя используется не только атмосферный воздух, забираемый и нагнетаемый компрессором газогенератора непосредственно из атмосферы, но и воздух, смешанный с продуктами сгорания, забираемый из выхлопной системы на выходе из свободной силовой турбины двигателя, содержащий достаточное количество кислорода и имеющий температуру приблизительно такую же, что и воздух на выходе из компрессора.

Отбор чистого воздуха сразу после компрессора, смешивание его с выхлопными газами с помощью эжектора и подача в камеру сгорания уже разогретой смеси позволяет снизить количество топлива, сжигаемого в камере сгорания, то есть расходуемого двигателем, что и определяет более высокий КПД двигателя с рециркуляцией циклового воздуха по сравнению с известными.

Газотурбинный двигатель наземного применения, содержащий компрессор, коллектор чистого воздуха, коллектор смешанного воздуха, камеру сгорания, рабочую турбину, свободную силовую турбину, улитку выхлопную, отличающийся тем, что улитка выхлопная дополнительно снабжена эжектором, соединенным воздуховодом с коллектором чистого воздуха, установленным за компрессором, и воздуховодом подачи смеси воздуха с выхлопными газами с коллектором смешанного воздуха, расположенным перед камерой сгорания.

Изобретение относится к способу и устройству для повышения давления газа, в частности воздуха, поставляемого компрессором на электростанции, с применением бустера.

Двигатель, использующий немеханическое сжатие воздуха // 2209327

Турбоэжекторный двигатель // 2190772

Изобретение относится к воздушно-реактивным газотурбинным двигателям, преимущественно к двигателям эжекторного типа, и может быть использовано в авиадвигателестроении.

Способ преобразования энергии в силовой установке (варианты) , струйно-адаптивном двигателе и газогенераторе // 2188960

Способ охлаждения сжатого воздуха или газа и компрессорная установка // 2172854

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в силовых установках, включая газотурбинные установки (ГТУ), и компрессорных установках (КУ), имеющих в своем составе двигатель внутреннего сгорания (ДВС), включая двигатель внутреннего сгорания газотурбинного типа (ГТД), компрессор, включая компрессор, входящий в состав двигателя, и теплообменник для охлаждения нагревающегося в процессе сжатия в компрессоре воздуха или газа.

Эжекторный усилитель тяги газотурбинного двигателя // 2150593

Изобретение относится к области реактивных газотурбинных двигателей. .

Газотурбинная установка на топливном газе высокого давления // 2149273

Изобретение относится к энергетическим газотурбинным установкам (ГТУ), работающим на низкокалорийных газах высокого давления, в том числе сопутствующих нефтяным месторождениям, что является актуальным при утилизации газов промышленного производства и нефтедобычи.

Двигатель // 2066777

Двигатель внутреннего сгорания // 2063530

Изобретение относится к машиностроению, точнее к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания (ДВС). .

Способ преобразования тепловой энергии в механическую в газотурбинном двигателе и газотурбинный двигатель для его осуществления // 2018010

Изобретение относится к энергетике, а именно к способу преобразования тепловой энергии в механическую в газотурбинном двигателе и к газотурбинному двигателю, реализующему этот способ.

Двигатель внутреннего сгорания // 2277640

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к газотурбинным ДВС, и может быть использовано в различных областях техники как первичный двигатель

Способ создания реактивной тяги и устройство для его осуществления в виде комбинированного воздушно-реактивного двигателя // 2280778

Изобретение относится к реактивным двигательным установкам и предназначено для применения при полетах летательных аппаратов, преимущественно скоростных самолетов в воздушном пространстве

Гиперзвуковой турбоэжекторный двигатель // 2386829

Изобретение относится к авиадвигателестроению

Способ защиты турбоэжекторного двигателя от помпажа // 2424439

Изобретение относится к авиадвигателестроению

Система ветряной турбины, приводимая в действие системой извлечения энергии повышенной эффективности // 2462606

Способ повышения давления газа // 2468260

Межлопаточный воздушно-замещающий способ повышения силы тяги реактивного двигателя и устройство его осуществления // 2634976

Увеличение силы тяги реактивного двигателя достигается увеличением сопротивления отделяемому телу путем дополнительного сопротивления от взаимодействия с поперечно-вставляемым новым телом в виде столба воздуха вместо отработанного, сформированного поперечно-слоистым наполнением освобождаемого пространства воздухом из окружающего пространства по мере ухода отсеченного отработанного тела. Отличительным моментом предложенной конструкции от цилиндрического роторного механизма, образующего каналы осевого направления, является односторонне закрытый цилиндрический корпус с боковым винтовым окном, рассекающий цилиндр между одним торцовым окном при открытых всех торцевых окнах с противоположной стороны цилиндра. Создаваемая сила тяги сравнима с создаваемым крылом самолета подъемной силы с отличием, что тяга создается в попутном направлении принудительным подводом неподвижной воздушной массы под сопло двигателя, а не приданием движения крылу самолета для пересечении им воздушного пространства. 2 н.п. ф-лы, 15 ил.

Способ выпуска отработавших газов из газовой турбины и выпускная система, имеющая оптимизированную конфигурацию // 2635001

Изобретение призвано предложить решение, препятствующее обратному нагнетанию горячего потока в периферическое отверстие, образованное между выпускной трубой и выпускным патрубком выпускного тракта газовой турбины. Для этого изобретением предлагается частично закрывать это периферическое отверстие для предупреждения нагнетания первичного потока в моторный отсек. В частности, изобретением предусмотрен способ выпуска отработавших газов из газовой турбины, в котором положение и центральный угол по меньшей мере одного сектора (21) периферического отверстия (1) с центром в точке С, который может образовать зону всасывания первичного потока (Fp) в моторный отсек (Mb), определяют через корреляцию взаимодействий между вторичными потоками (Fs) и первичным потоком (Fp) на основании параметров вращения и скорости воздуха на входе трубы (2), геометрии выпускного тракта (2, 3) и пути вторичного потока (Fs) охлаждения моторного отсека (Mb), а также геометрии и положения входов (Е1) вторичных потоков (Fs). Это периферическое отверстие закрывают на идентифицированном(ых) таким образом угловом(ых) секторе(ах) (21). Достигается способность адаптироваться к различным режимам работы двигателя. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

Турбоэжекторный двигатель и способ его регулирования // 2645373

Турбоэжекторный двигатель, состоящий из входного устройства, компрессора, основной камеры сгорания, одноступенчатой турбины, газового эжектора, канал высокого давления которого с одной стороны соединен с компрессором через основную камеру сгорания, а с другой стороны - с турбиной через камеру смешения, канал низкого давления с одной стороны соединен с атмосферой через входное устройство, а с другой стороны - с турбиной через камеру смешения, смесительного теплообменника, расположенного перед компрессором, форсажной камеры сгорания, выходного устройства. В каналах высокого и низкого давлений газового эжектора на входе в камеру смешения расположены сопловые аппараты, в канале низкого давления газового эжектора размещена заслонка, лопатки турбины охлаждаются воздухом, к которому подмешивается топливо, вода. Способ регулирования турбоэжекторного двигателя заключается в использовании закона регулирования nпр = const (постоянная приведенная частота вращения компрессора) во всем эксплуатационном диапазоне применения летательного аппарата, а также - гиперфорсированного режима - повышение тяги двигателя за счет подачи жидкости (воды, жидкого воздуха, жидкого кислорода, керосина в количестве не более 3% от расхода воздуха) на вход в компрессор на скоростях полета более четырех чисел Маха. Применение турбоэжекторных двигателей позволит увеличить скорость и высоту полета самолета-разгонщика до М ~ 7 и Н ~ 40 км, при которых первая ступень РКС становится ненужной. Это позволит повысить мощность второй ступени РКС в разы и, соответственно, увеличить полезную нагрузку в десятки раз. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 7 ил.