Газотурбинный двигатель

 

Использование: в газотурбостроении. Сущность изобретения: двигатель содержит компрессор, камеру сгорания в виде индивидуальных жаровых труб, направляющее устройство и рабочее колесо осевой турбины. Новым в конструкции двигателя является то, что направляющее устройство турбины выполнено в виде каналов, имеющих разгонные и выходные участки, последние из которых образованы параллельными цилиндрическими поверхностями и задней профилированной стенкой, а оси жаровых труб отклонены от плоскости поперечного сечения направляющего устройства в сторону компрессора. 3 ил.

Изобретение относится к газотурбостроению и может быть использовано преимущественно в двигателях малой и средней мощности (тяги).

Известен газотурбинный двигатель, содержащий компрессор, кольцевую противоточную камеру сгорания и осевую турбину, состоящую из направляющего устройства и рабочего колеса.

Недостатком такой конструкции двигателя является большой размер кольцевой противоточной камеры сгорания, что приводит к увеличению его металлоемкости и веса. К увеличению веса двигателя приводит и большое количество фрезерованных или литых лопаток в направляющем устройстве турбины.

Изготовление большого количества особо точных малогабаритных охлаждаемых лопаток направляющего устройства турбины с микроканалами для подвода охлаждающего воздуха повышает трудоемкость изготовления и стоимость всего двигателя, снижает его надежность в эксплуатации из-за возможности засорения микроканалов.

В двигателе с противоточной камерой сгорания предусмотрено петлевое движение газа, что приводит к повышенным потерям его кинетической энергии. К увеличению потерь кинетической энергии газа приводит и поворот потока на значительный уголь 70-75^о в направляющем устройстве турбины.

Потери кинетической энергии газа снижают КПД двигателя.

Известен также принятый за прототип газотурбинный двигатель, содержащий компрессор, камеру сгорания в виде индивидуальных жаровых труб, направляющее устройство и рабочее колесо осевой турбины. При этом оси жаровых труб в выходном сечении расположены вдоль оси двигателя на касательных к средней линии направляющего устройства. Устройство известного двигателя описано в [2] Недостатком такой конструкции двигателя является большая длина его ротора, обусловленная тем, что индивидуальные жаровые трубы расположены вдоль оси двигателя. Большая длина ротора снижает критическую частоту его вращения, приводит к увеличению осевого габарита и веса двигателя.

Поворот потока на значительный угол в направляющем устройстве турбины приводит к увеличению потерь кинетической энергии газа и снижает КПД двигателя.

Целью изобретения является повышение экономичности и надежности газотурбинного двигателя.

Для этого в известном газотурбинном двигателе, содержащем компрессор, камеру сгорания в виде индивидуальных жаровых труб, направляющее устройство и рабочее колесо осевой турбины, в котором оси жаровых труб в выходном сечении расположены на касательных к средней линии направляющего устройства турбины, направляющее устройство выполнено в виде каналов, имеющих разгонные и выходные участки, последние из которых образованы параллельными цилиндрическими поверхностями и задней профилированной стенкой, а оси жаровых труб отклонены от плоскости поперечного сечения направляющего устройства в сторону компрессора.

Предложенный газотурбинный двигатель отличается от прототипа признаками, приведенными выше, следовательно изобретение соответствует критерию "новизна".

В предлагаемом устройстве камера сгорания выполнена в виде индивидуальных жаровых труб. Применение индивидуальных жаровых труб известно. Однако в предлагаемом газотурбинном двигателе оси жаровых труб отклонены от плоскости поперечного сечения направляющего устройства в сторону компрессора.

Направляющее устройство осевой турбины газотурбинного двигателя выполняется с большим количеством отдельных лопаток. В предлагаемом же техническом решении направляющее устройство осевой турбины выполнено в виде каналов, имеющих разгонные и выходне участки, последние из которых образованы параллельными цилиндрическими поверхностями и задней профилированной стенкой.

Каждый разгонный канал направляющего устройства выполнен на одной оси с индивидуальной жаровой трубой и является продолжением последней. Количество каналов направляющего устройства соответствует количеству жаровых труб.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод о соответствии изобретения критерию "существенные отличия".

На фиг.1 (М1:1) схематически представлен двигатель (жаровая труба, разгонный канал газа с выходным участком и рабочее колесо турбины, остальные элементы двигателя условно не показаны), продольный разрез; на фиг.2 сечение А-А (М1:2) на фиг.1; на фиг.3 сечение Б-Б на фиг.2.

Двигатель содержит индивидуальные жаровые трубы 1, количество которых и их размеры определяются известными расчетами. На одной оси с каждой жаровой трубой 1 смонтирован канал разгона газа 2 с выходным участком 3. Выходной участок ограничен сверху цилиндрической поверхностью 4, снизу цилиндрической поверхностью 5 и задней профилированной стенкой 6. Каналы разгона газа с выходными участками составляют направляющее устройство турбины с рабочим колесом 7. Оси жаровых труб и разгонных каналов газа расположены на касательных к средней линии выходного сечения направляющего устройства и отклонены в сторону компрессора.

Двигатель работает следующим образом.

Сжатый в компрессоре воздух поступает в жаровые трубы 1, где за счет сжигания топлива его энергия резко возрастает.

Из жаровых труб газ поступает в каналы разгона газа 2, в которых потенциальная энергия газа преобразуется в кинетическую и скорость потока достигает расчетного значения. Далее газ движется на выходном участке 3, ограниченном сверху и снизу параллельными цилиндрическими поверхностями 4 и 5 и задней стенкой 6, которая для уменьшения потерь энергии газа, равномерного распределения скоростей и обеспечения расчетного угла выхода потока имеет специальное профилирование.

Совершив полезную работу в турбине, газ поступает в выхлопную систему двигателя.

Выполнение газотурбинного двигателя с узлами, совмещающими индивидуальные жаровые трубы и направляющее устройство турбины, позволяет исключить вредные повороты потока и тем самым резко снизить существенные потери кинетической энергии газа, что значительно повысит экономичность двигателя.

Металлоемкость и вес предлагаемого двигателя снижены по сравнению с прототипом за счет сокращения его длины.

Замена большого количества особо точных малогабаритных охлаждаемых лопаток направляющего устройства турбины несколькими каналами снижает трудоемкость изготовления и стоимость двигателя, повышает его надежность.

Формула изобретения

ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий компрессор, камеру сгорания в виде индивидуальных жаровых труб, направляющее устройство и рабочее колесо осевой турбины, при этом оси жаровых труб расположены по касательным к средней динии направляющего устройства, отличающийся тем, что направляющее устройство выполнено в виде каналов, имеющих разгонные и выходные участки, последние из которых образованы параллельными цилиндрическими поверхностями и задней профилированной стенкой, а оси жаровых труб отклонены от плоскости поперечного сечения направляющего устройства в сторону компрессора.