Газотурбинный двигатель
Владельцы патента RU 2629309:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" (RU)
Изобретение относится к энергетике и машиностроению и может использоваться в двигателестроении. Газотурбинный двигатель содержит корпус, герметизирующую вход в корпус крышку, систему подачи электролита, выполненную в виде форсунки с кавитатором с подачей электролита в поток забираемого в двигатель воздуха, электролизер-кавитатор, местное сужение канала с центральным телом. Причём, подвод постоянного электрического тока от аккумулятора к элементам кавитатора осуществляют, например, к его местному сужению и к его центральному телу. На выходе из камеры сгорания установлено устройство для разделения потока газа, содержащее сверхзвуковое сопло, внешнюю трубу, внутреннюю трубу, коаксиально расположенные друг относительно друга, канал рециркуляции дозвукового потока обратно в камеру сгорания. При этом в направляющих лопатках компрессора газотурбинного двигателя выполнены демпфирующие полости. Изобретение позволяет увеличить запас газодинамической устойчивости компрессора газотурбинного двигателя, снизить сопротивление направляющих лопаток, повысить КПД газотурбинного двигателя. 3 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, герметизирующую вход в корпус крышку, выполненную с возможностью регулируемого жалюзями забора воздуха в двигатель, систему подачи электролита, выполненную в виде форсунки с кавитатором, местного сужения ее канала, подачи электролита в поток забираемого в двигатель воздуха и форсунки подачи топлива в камеру сгорания, размещенный в корпусе вал компрессора и турбины, электролизер-кавитатор, местное сужение канала с центральным телом, образованный путем подводки постоянного электрического тока от аккумулятора к элементам кавитатора, например к его местному сужению и к его центральному телу, установлен электролизер-кавитатор в обособленном корпусе герметично, на болтах, соединенном с камерой сгорания и с возможностью подачи газовой смеси под давлением за компрессором, через этот электролизер-кавитатор с центральным телом в камеру сгорания с воспламеняющим устройством, на выходе из камеры сгорания устройство для разделения потока газа, содержащее сверхзвуковое сопло, внешнюю трубу, внутреннюю трубу, коаксиально расположенные друг относительно друга, канал рециркуляции дозвукового потока обратно в камеру сгорания (см. Патент РФ №2557793, опубл. 27.07.2015).
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что известное устройство имеет повышенное сопротивление турбулентного трения на направляющих лопатках компрессора, и обладает недостаточным запасом газодинамической устойчивости при сменных режимах работы.
Сущность изобретения заключается в использовании устройства для снижения сопротивления турбулентного трения в широком диапазоне частот и переноса начала срыва потока на направляющих лопатках, что приведет к увеличению КПД и рабочего диапазона компрессора.
Технический результат - увеличение запаса газодинамической устойчивости компрессора газотурбинного двигателя, снижение сопротивления направляющих лопаток, повышение КПД газотурбинного двигателя.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в газотурбинном двигателе, содержащем корпус, герметизирующую вход в корпус крышку, выполненную с возможностью регулируемого жалюзями забора воздуха в двигатель, систему подачи электролита, выполненную в виде форсунки с кавитатором, местного сужения ее канала, подачи электролита в поток забираемого в двигатель воздуха и форсунки подачи топлива в камеру сгорания, размещенный в корпусе вал компрессора и турбины, электролизер-кавитатор, местное сужение канала с центральным телом, подвод постоянного электрического тока от, например, аккумулятора к элементам кавитатора, например к его местному сужению и к его центральному телу. Установлен электролизер-кавитатор в обособленном корпусе герметично, соединенный с камерой сгорания и с возможностью подачи газовой смеси под давлением за компрессором, через электролизер-кавитатор с центральным телом в камеру сгорания с воспламеняющим устройством. На выходе из камеры сгорания установлено устройство для разделения потока газа, содержащее сверхзвуковое сопло, внешнюю трубу, внутреннюю трубу, коаксиально расположенные друг относительно друга, канал рециркуляции дозвукового потока обратно в камеру сгорания.
Особенность заключается в том, что на направляющих лопатках компрессора газотурбинного двигателя выполнены демпфирующие полости, с возможностью взаимодействия с потоком воздуха через перфорационные отверстия, расположенные соосно с демпфирующими полостями.
На чертежах представлено:
на фиг. 1 - газотурбинный двигатель;
на фиг. 2 - схема ступени осевого компрессора;
на фиг. 3 - направляющие лопатки осевого компрессора с демпфирующими полостями.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем.
Газотурбинный двигатель (фиг. 1) содержит корпус 1, герметизирующую вход в корпус крышку 2, жалюзи 3 для забора воздуха в двигатель, систему подачи электролита, выполненную в виде форсунки 4 с кавитатором, форсунку 5 подачи топлива в камеру сгорания, вал 6, компрессор 7, турбину 8, размещенный в корпусе 1 и турбины 8 электролизер-кавитатор 9, местное сужение 10 канала с центральным телом 11, аккумулятор 12 постоянного электрического тока, обособленный корпус 13 для электролизера-кавитатора, камеру сгорания 14, воспламеняющее устройство 15, сверхзвуковое сопло 16, внешнюю трубу 17, внутреннюю трубу 18 с возможностью подачи газовой смеси под давлением за компрессором 7 через этот электролизер-кавитатор 9 с центральным телом 11 в камеру 14 сгорания. На выходе из камеры 14 сгорания установлено устройство для разделения потока газа, содержащее сверхзвуковое сопло 16, внешнюю трубу 17, внутреннюю трубу 18, канал 19 рециркуляции дозвукового потока, направляющие лопатки 20 компрессора, демпфирующие полости 21, перфорационные отверстия 22, рабочие лопатки 23.
На фиг. 2 изображена схема ступени осевого компрессора, на которой изображены: корпус 1, направляющая лопатка 20 с демпфирующими полостями 22, рабочая лопатка 23.
На фиг. 3 изображены направляющие лопатки 20 компрессора с демпфирующими полостями 21, на выносном элементе изображена демпфирующая полость, состоящая из демпфирующей полости 21 и перфорационного отверстия 22.
Устройство работает следующим образом.
Для пуска газотурбинного двигателя раскручивают его вал 6 и на электроды электролизера-кавитатора 9 с центральным телом 11 подают постоянный электрический ток от аккумулятора 12. Работой компрессора 7 в корпусе 1 на его всасе создается разрежение, благодаря чему производится регулируемый жалюзями 3 забор воздуха, поступающий на первую из трех ступеней сжатия, которая состоит из рабочих лопаток 23, направляющих лопаток 20 компрессора с демпфирующими полостями 21, которые взаимодействуют с потоком воздуха через перфорационные отверстия 22, расположенные соосно с демпфирующими полостями 21. В результате уменьшения расхода воздуха через компрессор или при локальном уменьшении скорости потока газотурбинного двигателя возникают турбулентные пульсации воздушного потока, при этом высокочастотные турбулентные пульсации давления (и скорости) вблизи перфорированной поверхности направляющих лопаток 20 компрессора приведут к перетеканию некоторой массы газа m в демпфирующие полости 21 и обратно через перфорационные отверстия 22. Из-за пружинящего эффекта в полости турбулентные пульсации будут ослабевать, что приведет к уменьшению сопротивления трения потока на поверхности, в результате снизится вибронапряжение рабочих лопаток 23 и увеличится газодинамическая устойчивость 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 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. Затем эта газовая смесь поступает в камеру 14 сгорания, 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 14 сгорания. Затем газовый поток разделяется на входе в устройство для разделения потока газа 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 19 рециркуляции дозвукового потока обратно в камеру 14 сгорания. Сверхзвуковой поток на выходе из устройства для разделения потока, более нагретый и с более высоким давлением, поступает и расширяется в турбине 8, вращает вал 6 двигателя и выбрасывается в атмосферу. Таким образом, благодаря применению демпфирующих полостей создается устойчивая работа газотурбинного двигателя при сменных режимах работы, кроме того, за счет снижения турбулентного трения на поверхности направляющих лопаток при стабильных режимах работы двигателя увеличится проток воздуха через них, что поспособствует увеличению КПД газотурбинного двигателя.
Газотурбинный двигатель содержит корпус, герметизирующую вход в корпус крышку, выполненную с возможностью регулируемого жалюзями забора воздуха в двигатель, систему подачи электролита, выполненную в виде форсунки с кавитатором с подачей электролита в поток забираемого в двигатель воздуха, форсунку подачи топлива в камеру сгорания, размещенный в корпусе вал компрессора и турбины, электролизер-кавитатор, местное сужение канала с центральным телом, подвод постоянного электрического тока от аккумулятора к элементам кавитатора, например к его местному сужению и к его центральному телу, установлен электролизер-кавитатор в обособленном корпусе герметично, соединенный с камерой сгорания и с возможностью подачи газовой смеси под давлением за компрессором, через электролизер-кавитатор с центральным телом в камеру сгорания с воспламеняющим устройством, на выходе из камеры сгорания установлено устройство для разделения потока газа, содержащее сверхзвуковое сопло, внешнюю трубу, внутреннюю трубу, коаксиально расположенные друг относительно друга, канал рециркуляции дозвукового потока обратно в камеру сгорания, отличающийся тем, что в направляющих лопатках компрессора газотурбинного двигателя выполнены демпфирующие полости, с возможностью взаимодействия с потоком воздуха через перфорационные отверстия, расположенные соосно с демпфирующими полостями.
