Газотурбинный двигатель с внешним теплообменником

Авторы патента:

Ковальногов Владислав Николаевич (RU)

Генералов Дмитрий Александрович (RU)

F23R3/34 - подача топлива в различные зоны сгорания

F02C3/20 - использующие специальное горючее, окислитель или определенную разжиженную среду для получения продуктов сгорания

Владельцы патента RU 2629304:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" (RU)

Газотурбинный двигатель с внешним теплообменником содержит корпус и герметизирующую вход в корпус крышку, компрессор, камеру сгорания, систему подачи электролита через форсунку с кавитатором, воспламеняющее устройство, турбину и электролизер. Герметизирующая вход в корпус крышка выполнена с возможностью регулируемого забора воздуха в двигатель. Система подачи электролита выполнена с возможностью подачи электролита через форсунку с кавитатором в поток забираемого в двигатель воздуха и с возможностью подачи топлива в камеру сгорания. Электролизер выполнен в виде кавитатора с центральным телом путем подводки постоянного электрического тока от источника питания к элементам кавитатора и установлен в обособленном корпусе, герметично соединенном с камерой сгорания, с возможностью подачи газовой смеси под давлением за компрессором через этот электролизер-кавитатор с центральным телом в камеру сгорания, трубу Леонтьева для разделения потока газа из камеры сгорания на дозвуковую и сверхзвуковую составляющие, канал рециркуляции дозвукового потока. Канал рециркуляции дозвукового потока соединен с теплообменником. Изобретение направлено на сокращение расхода топлива и повышение экономичности двигателя. 2 ил.

Изобретение относится к энергетике и машиностроению и может использоваться в двигателестроении.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является газотурбинный двигатель, содержащий корпус и герметизирующую вход в корпус крышку, компрессор, камеру сгорания, систему подачи электролита (водного раствора электролита) через форсунку с кавитатором, воспламеняющее устройство, турбину и электролизер, герметизирующую вход в корпус крышку с возможностью регулируемого забора воздуха в двигатель, систему подачи электролита с возможностью подачи электролита через форсунку с кавитатором в поток забираемого в двигатель воздуха и с возможностью подачи топлива в камеру сгорания, электролизер, выполненный в виде кавитатора с центральным телом путем подводки постоянного электрического тока от источника питания к элементам кавитатора и установленный в обособленном корпусе, герметично соединенном с камерой сгорания, с возможностью подачи газовой смеси под давлением за компрессором через электролизер-кавитатор с центральным телом в камеру сгорания, за камерой сгорания установлено устройство для разделения потока газа на дозвуковой и сверхзвуковой из камеры сгорания на дозвуковую и сверхзвуковую составляющие (см. Патент РФ №2557793, опубликованный 27.07.2015, Бюл. №21).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что известное устройство недостаточно экономично и неэффективно использует энергию дозвуковой составляющей потока газа.

Сущность изобретения заключается в использовании теплообменника для использования теплоты дозвукового потока газа, направляемого в канал рециркуляции.

Технический результат - увеличение КПД газотурбинного двигателя.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в этом газотурбинном двигателе, содержащем корпус и герметизирующую вход в корпус крышку, компрессор, камеру сгорания, систему подачи электролита (водного раствора электролита) через форсунку с кавитатором, воспламеняющее устройство, турбину и электролизер, герметизирующая вход в корпус крышка выполнена с возможностью регулируемого забора воздуха в двигатель, система подачи электролита выполнена с возможностью подачи электролита через форсунку с кавитатором в поток забираемого в двигатель воздуха и с возможностью подачи топлива в камеру сгорания, электролизер при этом выполнен в виде кавитатора с центральным телом путем подводки постоянного электрического тока от источника питания к элементам кавитатора и установлен в обособленном корпусе, герметично соединенном с камерой сгорания, с возможностью подачи газовой смеси под давлением за компрессором через этот электролизер-кавитатор с центральным телом в камеру сгорания, трубу Леонтьева для разделения потока газа из камеры сгорания на дозвуковую и сверхзвуковую составляющие.

Особенность заключается в том, что канал рециркуляции дозвукового потока соединен с теплообменником, что позволит использовать теплоту дозвукового потока газа для подогрева пара или воздуха.

На чертежах представлены:

на фиг. 1 - прототип газотурбинного двигателя;

на фиг. 2 - предлагаемый газотурбинный двигатель с внешним теплообменником.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем.

Газотурбинный двигатель содержит корпус 1, герметизирующую вход в корпус крышку 2, выполненную с возможностью регулируемого, например жалюзи 3, забора воздуха в двигатель, систему подачи электролита, выполненную в виде форсунки 4 с кавитатором, например местного сужения ее канала, подачи электролита в поток забираемого в двигатель воздуха и форсунки 5 подачи топлива в камеру сгорания, размещенный в корпусе вал 6 компрессора 7 и турбины 8, электролизер-кавитатор 9, местное сужение 10 канала с центральным телом 11, образованный путем подводки постоянного электрического тока от, например, аккумулятора 12 к элементам кавитатора, например, к его местному сужению и к его центральному телу. Установлен электролизер-кавитатор в обособленном корпусе 13 герметично, например на болтах, соединенном с камерой сгорания 14 и с возможностью подачи газовой смеси под давлением за компрессором, через этот электролизер-кавитатор с центральным телом в камеру сгорания с воспламеняющим устройством 15. На выходе из камеры сгорания установлена труба Леонтьева, содержащая сверхзвуковое сопло 16, внешнюю трубу 17, внутреннюю трубу 18, коаксиально расположенных друг относительно друга, канал рециркуляции дозвукового потока 19,соединенный с теплообменником 20.

Работа предлагаемого газотурбинного двигателя осуществляется следующим образом.

Для пуска двигателя раскручивают его вал 6 и на электроды электролизера-кавитатора 9 с центральным телом 11 подают постоянный электрический ток от, например, аккумулятора 12. Работой компрессора 7 на его всасе создается разрежение, благодаря чему производится регулируемый, например жалюзи 3, забор атмосферного воздуха в корпус 1 двигателя. В поток забираемого в двигатель воздуха форсункой 4 с кавитатором подают электролит, например водный раствор едкого калия. За счет кавитации в кавитаторе форсунки 4 вода частично, до неопасного для компрессора предела, диссоциирует, ионизируется, капельки ее тончайше распыляются и смешиваются с воздухом. Далее за счет разрежения на всасе компрессора электролит превращается в пар. Затем эта смесь сжимается компрессором 7 и под давлением за компрессором подается в обособленный корпус 13 электролизера-кавитатора 9 и прогоняется через, например, местное сужение 10 с центральным телом 11, где за счет кавитации и за счет протекания постоянного тока через электролит частично уже диссоциированный в кавитаторе форсунки 4 водяной пар, присутствующий в потоке, полностью разлагается на водород и кислород, чем и достигается высокая экономическая и экологическая эффективность двигателя. Затем эта газовая смесь поступает в камеру сгорания 14, куда также подают через форсунку 5 небольшое количество топлива и образовавшуюся обогащенную водородом и кислородом топливовоздушную смесь поджигают воспламеняющим устройством 15. Далее температура продуктов сгорания нормализуется в зоне смешения камеры сгорания 14. Затем газовый поток разделяется на входе в трубу Леонтьева на два потока - один направляется во внешнюю трубу 17 и является дозвуковым, второй разгоняется до сверхзвуковой скорости в сверхзвуковом сопле 16 и направляется во внутреннюю трубу 18. Температура поверхности со стороны сверхзвукового потока будет ниже, чем температура поверхности со стороны дозвукового потока. Образующийся перепад температур приводит к возникновению теплового потока от дозвуковой части течения к сверхзвуковой. Дозвуковой поток, отдав тепло сверхзвуковому потоку, направляется по каналу рециркуляции дозвукового потока 19 в теплообменник 20. Сверхзвуковой поток на выходе из трубы Леонтьева, более нагретый и с более высоким давлением поступает и расширяется в турбине 8, вращают вал 6 двигателя и выкидывается в атмосферу. Таким образом, использование теплоты дозвукового потока в теплообменнике 20 позволит сократить расход топлива и повысить экономичность двигателя, т.к. для современных газовых турбин одним из главных факторов, влияющих на экономичность газотурбинных установок является непрерывное повышение температуры газа перед турбиной (см. Тепловая защита лопаток турбин / Б.М. Галицейский, В.Д. Совершенный, В.Ф. Формалев, М.С. Черный; Под ред. Б.М. Галицейского. - М.: Изд. МАИ, 1996. С. 5).

Газотурбинный двигатель с внешним теплообменником, содержащий корпус и герметизирующую вход в корпус крышку, компрессор, камеру сгорания, систему подачи электролита через форсунку с кавитатором, воспламеняющее устройство, турбину и электролизер, герметизирующая вход в корпус крышка выполнена с возможностью регулируемого забора воздуха в двигатель, система подачи электролита выполнена с возможностью подачи электролита через форсунку с кавитатором в поток забираемого в двигатель воздуха и с возможностью подачи топлива в камеру сгорания, электролизер при этом выполнен в виде кавитатора с центральным телом путем подводки постоянного электрического тока от источника питания к элементам кавитатора и установлен в обособленном корпусе, герметично соединенном с камерой сгорания, с возможностью подачи газовой смеси под давлением за компрессором через этот электролизер-кавитатор с центральным телом в камеру сгорания, трубу Леонтьева для разделения потока газа из камеры сгорания на дозвуковую и сверхзвуковую составляющие, канал рециркуляции дозвукового потока, отличающийся тем, что канал рециркуляции дозвукового потока соединен с теплообменником.

Похожие патенты:

Камера сгорания (варианты) // 2614887

Изобретение относится к энергетике. Камера сгорания содержит камеру горения, которая задает продольную ось.

Система (варианты) и способ для подачи рабочей текучей среды в камеру сгорания // 2611135

Система для подачи рабочей текучей среды в камеру сгорания содержит топливную форсунку, топочную камеру, проточный рукав, который по окружности охватывает топочную камеру для ограничения кольцевого канала, который окружает жаровую трубу, топливные инжекторы, распределительный коллектор, проход для текучей среды.

Парогазогенератор высокого давления с калильным воспламенением // 2604357

Группа изобретений относится к парогазогенераторам для применения в забое промысловых скважин. Парогазогенератор содержит корпус, образующий основную камеру сгорания, корпус форсунки, присоединенный в корпусе, теплоизоляцию, компоновку форсунки с предварительным смешиванием воздуха с топливом, впуск воздуха предварительного смешивания, элемент предварительного смешивания топлива, калильное воспламеняющее устройство.

Многозонная камера сгорания // 2598963

Многозонная камера сгорания содержит корпус, имеющий головной конец, секцию камеры сгорания, расположенную ниже по потоку от головного конца, и смесительную секцию, расположенную между указанными головным концом и секцией камеры сгорания, предварительный смеситель, ступенчатый центральный корпус.

Способ и система для впрыска эмульсии в пламя // 2571700

Система для впрыска эмульсии из первой текучей среды и второй текучей среды в пламя горелки содержит центральный газовый канал, наружный газовый канал, канал текучей среды и смесительное устройство для образования эмульсии из первой текучей среды и второй текучей среды и для выпуска эмульсии в сужающийся кольцевой канал текучей среды и для впрыска эмульсии из указанного кольцевого канала текучей среды в пламя.

Горелочное устройство промежуточного подогрева и способ работы газотурбинной установки с последовательным сгоранием // 2569137

Изобретение относится к горелочному устройству промежуточного подогрева и способу работы газотурбинной установки с последовательным сгоранием. Горелочное устройство промежуточного подогрева выполнено для второй камеры сгорания газотурбинной установки.

Устройство для сжигания топлива // 2567899

Изобретение относится к области сжигания топлива и может найти применение в воздушно-реактивных двигателях, в газотурбинных, топочных и теплоэнергетических установках, в установках по переработке и утилизации бытовых и промышленных отходов.

Камера сгорания газовой турбины // 2566866

Камера сгорания газовой турбины содержит пилотную топливную форсунку, расположенную в среднем участке цилиндра, открывающегося на одном конце в камеру сгорания. Пилотная топливная форсунка содержит топливную форсунку, а также радиально отстоящую вокруг внешнего периметра топливной форсунки цилиндрическую наружную обшивку.

Камера сгорания в сборе // 2551436

Камера сгорания в сборе содержит основной корпус, формируемый подающим коллектором с системой подачи топлива и топливными форсунками, продолжающимися от подающего коллектора и снабжаемыми топливом посредством системы подачи топлива подающего коллектора.

Камера сгорания для газовой турбины(варианты) и способ эксплуатации газовой турбины // 2534189

Камера сгорания для газовой турбины содержит группу радиально внешних сопел, по меньшей мере центральное сопло, первую и вторую камеры сгорания. Внешние сопла расположены по существу по кольцевой схеме и выпускной конец каждого из них расположен с возможностью подачи топлива и/или воздуха в первую камеру сгорания.

Газоперекачивающий агрегат // 2610631

Изобретение относится к энергетике. Газоперекачивающий агрегат, содержащий воздушный тракт, содержащий, в свою очередь, воздухозаборник, компрессор, камеру сгорания, газовую турбину, вал, соединяющий компрессор и газовую турбину, свободную турбину, соединенную с газовым компрессором, и систему подачи топливного газа в камеру сгорания с топливопроводом, причём система подачи топливного газа содержит электролизер воды и смеситель водорода и кислорода с топливным газом, установленным перед камерой сгорания, при этом к смесителю присоединена система подачи воды.

Способ работы газотурбинной установки непрерывного действия // 2599407

Изобретение может быть использовано в стационарных газотурбинных установках в камере сгорания топлива. Способ работы газотурбинной установки непрерывного действия заключается в сжатии поступающего воздуха в компрессоре, подаче сжатого воздуха и топлива в первую камеру сгорания, сжигании в первой камере сгорания топлива, расширении образовавшихся продуктов сгорания в первой турбине, использовании, по меньшей мере, части механической энергии, вырабатываемой первой турбиной для привода компрессора, последующей подаче расширившихся продуктов сгорания и топлива во вторую камеру сгорания и расширении образовавшихся продуктов сгорания во второй турбине для производства механической энергии.

Двигательная установка гиперзвукового самолета // 2593573

Двигательная установка гиперзвукового самолета содержит мотогондолу, воздухозаборник, корпус, компрессор, камеру сгорания, установленную за компрессором, газовую турбину, реактивное сопло и топливную систему, использующую водород, соединенную с камерой сгорания.

Способ улучшения экономичности газотурбинного двигателя и газотурбинный двигатель // 2572258

Газотурбинный двигатель содержит воздушный тракт, содержащий, в свою очередь, воздухозаборник и, по меньшей мере, одну ступень компрессора, камеру сгорания, газовую турбину, по меньшей мере один вал, соединяющий компрессор и газовую турбину, реактивное сопло и систему подачи топлива.

Трехкомпонентный воздушно-реактивный двигатель // 2561757

Трехкомпонентный воздушно-реактивный двигатель содержит воздухозаборник, корпус, по меньшей мере, два компрессора, камеру сгорания, по меньшей мере две газовые турбины, по меньшей мере два вала, соединяющих компрессоры и газовые турбины, реактивное сопло и систему подачи водородного топлива.

Газотурбинный двигатель // 2557793

Газотурбинный двигатель содержит корпус, герметизирующую вход в корпус крышку, систему подачи электролита, выполненную в виде форсунки с кавитатором, размещенный в корпусе вал компрессора и турбины, электролизер-кавитатор, местное сужение канала с центральным телом.

Водородный воздушно-реактивный двигатель // 2553052

Изобретение относится к газотурбинным двигателям и может быть применимо для сверхзвуковой военной авиации и гиперзвуковых самолетов. Водородный воздушно-реактивный двигатель содержит воздухозаборник, корпус, по меньшей мере, один компрессор, камеру сгорания с топливным коллектором, установленную за компрессором и соединенную с ним воздушным трактом, по меньшей мере, одну турбину и, по меньшей мере, один вал, соединяющий компрессор и турбину, реактивное сопло и систему подачи водорода к камере сгорания.

Топливо со сверхнизким содержанием серы и способ уменьшения конденсационного следа // 2505692

Способ уменьшения конденсационного следа газотурбинного двигателя заключается в том, что подают топливо со сверхнизким содержанием серы, с концентрацией серы меньше чем одна часть на миллион, в камеру сгорания газотурбинного двигателя для снижения количества содержащих серу побочных продуктов, образующихся в выхлопе газотурбинного двигателя.

Способ форсажа турбодвигателя и двигатель для его реализации (варианты) // 2474718

Изобретение относится к турбореактивным двигателям, преимущественно двухконтурным, и пригодно для газотурбинных двигателей. .

Способ работы энергетической установки с газотурбинным блоком // 2411368

Изобретение относится к области теплоэнергетики. .

Газотурбинный двигатель с паровыми форсунками // 2629305

Газотурбинный двигатель с паровыми форсунками содержит корпус и герметизирующую вход в корпус крышку, компрессор, камеру сгорания, систему подачи электролита через форсунку с кавитатором, воспламеняющее устройство, турбину и электролизер. Герметизирующая вход в корпус крышка выполнена с возможностью регулируемого забора воздуха в двигатель. Система подачи электролита выполнена с возможностью подачи электролита через форсунку с кавитатором в поток забираемого в двигатель воздуха и с возможностью подачи топлива в камеру сгорания. Электролизер выполнен в виде кавитатора с центральным телом путем подводки постоянного электрического тока от источника питания к элементам кавитатора и установлен в обособленном корпусе. Корпус герметично соединен с камерой сгорания, с возможностью подачи газовой смеси под давлением за компрессором через этот электролизер-кавитатор с центральным телом в камеру сгорания, трубу Леонтьева для разделения потока газа из камеры сгорания на дозвуковую и сверхзвуковую составляющие, канал рециркуляции дозвукового потока. Перед трубой Леонтьева установлена паровая форсунка, впрыскивающая пар в дозвуковой и сверхзвуковой потоки газа. Изобретение приводит к большему повышению температуры газа перед турбиной и, следовательно, к повышению КПД. 2 ил.