Способ преобразования тепловой и кинетической энергий рабочего тела в механическую энергию в газотурбинном двигателе

 

Способ преобразования тепловой и кинетической энергий рабочего тела в механическую энергию в газотурбинном двигателе включает в себя охлаждение отработавших в турбине горючих газов воздухом в теплообменнике. Отработавшие в турбине и охлажденные в теплообменнике горючие газы поступают в вихревой генератор с получением горячего и холодных потоков. Горячий поток направляется на смешивание с горючими газами, выходящими из камеры сгорания перед поступлением их на турбину. Такое осуществление способа приводит к снижению потребления воздуха и топлива и, следовательно, к росту КПД двигателя. 1 ил.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, а конкретно к газотурбинным двигателям.

Наиболее близким по способу преобразования энергий является газотурбинный двигатель с процессом сгорания топлива при постоянном давлении, имеющий теплообменник и осуществляющий охлаждение горючих газов воздухом (см. Попов Н. С. Транспортные машины с газотурбинными двигателями. - М.: Агропромиздат, 1989, с. 8.

По условиям прочности температура рабочего тела перед турбиной не должна превышать 1000^oC. Это достигается путем ввода в камеру сгорания воздуха в значительно большем количестве, чем требуется для процесса горения. По этой причине турбина компрессора потребляет мощность вдвое большую полезной мощности снимаемой с силовой турбины, при этом температура сбрасываемых в атмосферу газов достигает 300^oC. Все эти затраты и потери не позволяют поднять термический КПД газотурбинного двигателя выше 30% и снизить потребление топлива.

Наиболее близким к предложенному изобретению является способ преобразования тепловой и кинетической энергии рабочего тела в механическую энергию в газотурбинном двигателе с рабочим циклом сгорания топлива при постоянном давлении, включающем в себя охлаждение отработавших в турбине горючих газов воздухом в теплообменнике (см. GB 2140873, М. кл. 6 F 02 C 3/34, 1984.).

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение термического КПД и экономичности газотурбинного двигателя.

Одним из реальных и эффективных средств более полного использования тепловой энергии является регенерация отработанного в силовой турбине рабочего тела. В аналогичных конструкциях газотурбинных двигателей регенерация тепловой энергии происходит в теплообменнике и не приносит значительного эффекта. В этой части способ преобразования тепловой энергии аналогичен с прототипом, но отличается тем, что для охлаждения горючих газов применяется рабочее тело.

Поставленная задача достигается за счет того, что в способе преобразования тепловой и механической энергии в газотурбинном двигателе с рабочим циклом сгорания топлива при постоянном давлении, включающем в себя охлаждение отработавших в турбине горючих газов воздухом в теплообменнике, отработавшие в турбине и охлажденные в теплообменнике горючие газы поступают в вихревой генератор с получением горячего и холодного потоков, первый из которых направляют на смешивание с горючими газами, выходящими из камеры сгорания перед поступлением их на турбину.

На чертеже изображен газотурбинный двигатель, в котором осуществляется описываемый способ.

Газотурбинный двигатель содержит последовательно расположенный компрессор 1, теплообменник 2, камеру сгорания 3, силовую турбину 4, вихревой генератор 5 и турбину 6 компрессора 16. Способ преобразования тепловой и кинетической энергии рабочего тела в механическую энергию осуществляется следующим образом. Воздух из компрессора 1 поступает в теплообменник 2, где, произведя теплообмен с рабочим телом, подается в камеру сгорания 3. В камеру сгорания 3 подается топливо, при сгорании которого при постоянном давлении образуется горючий газ. Горючий газ после прохождения силовой турбины 4 поступает в теплообменник 2 и далее в вихневой генератор 5. В вихревом генераторе, согласно эффекту Ранка, происходит разделение на "горячий" и "холодный" потоки отработанного в турбине и охлажденного в теплообменнике горючего газа. "Горючий" поток, обтекая камеру сгорания 3 и смешиваясь с горючим газом, направляется в силовую турбину 4. "Холодный" поток направляется на турбину 6 компрессора 16 и, отработав в ней сбрасывается в атмосферу.

Замена охлаждающей части воздуха регенерированным рабочим телом - горючими газами, снижает потребление воздуха и топлива до оптимальных величин. Количество потребляемого топлива соответствует развиваемой мощности и производимой работе. Количество подаваемого компрессором воздуха соответствует необходимой величине, обеспечивающей полное сгорание топлива. Снижение потерь тепловой энергии, затрат на привод компрессора 1 позволяет значительно поднять общий КПД газотурбинного двигателя.

Формула изобретения

Способ преобразования тепловой и кинематической энергий рабочего тела в механическую энергию в газотурбинном двигателе с рабочим циклом сгорания топлива при постоянном давлении, включающем в себя охлаждение отработавших в турбине горючих газов воздухом в теплообменнике, отличающийся тем, что отработавшие в турбине и охлажденные в теплообменнике горючие газы поступают в вихревой генератор с получением горячего и холодного потоков, первый из которых направляют на смешивание с горючими газами, выходящими из камеры сгорания перед поступлением их на турбину.

РИСУНКИ

Рисунок 1