Газотурбинный двигатель с паровыми форсунками
Владельцы патента RU 2629305:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" (RU)
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.
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 эффективно использует теплообмен между дозвуковым и сверхзвуковым потоками.
Сущность изобретения заключается в использовании паровой форсунки для впрыска пара в трубу Леонтьева, что позволит интенсифицировать теплообмен между дозвуковым и сверхзвуковым потоками газа.
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 перед трубой Леонтьева установлена паровая форсунка, что позволит, впрыскивая пар, интенсифицировать теплообмен между дозвуковым и сверхзвуковым потоками газа.
На чертежах представлено:
на фиг. 1 - прототип газотурбинного двигателя;
на фиг. 2 - предлагаемый газотурбинный двигатель с паровыми форсунками.
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 жалюзями 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, установленную перед трубой Леонтьева паровую форсунку 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 жалюзями 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 камеру сгорания 11. Через установленные паровые форсунки 20 пар поступает в дозвуковой и сверхзвуковой каналы, в результате чего происходит интенсификация теплообмена между дозвуковым и сверхзвуковым потоками газа, в результате чего сверхзвуковому потоку сообщается большее количество теплоты. Сверхзвуковой поток на выходе из трубы Леонтьева, более нагретый и с более высоким давлением поступает и расширяется в турбине 8, вращает вал 6 двигателя и выкидывается в атмосферу. Таким образом, впрыск пара позволит повышать параметры газа перед турбиной, что приведет к увеличению КПД газотурбинного 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 паровыми форсунками, 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 перед трубой Леонтьева установлена паровая форсунка, впрыскивающая пар в дозвуковой и сверхзвуковой потоки газа.
