Гибридный двойной газотурбинный двигатель

Гибридный двойной газотурбинный двигатель является аналогом и воздушно-реактивного двигателя, и газовой турбины и представляет из себя турбину в турбине, расположенные соосно, главным отличием которого является то, что воздух (рабочее тело) в конфузорной части не сжимается, а разгоняется и направляется в сопла, где установлена или установлены камеры сгорания и где полученная воздушная смесь (или смеси) расширяется и смешивается между собой и направляется на лопатки ротора, на одном валу с которым может быть установлена дополнительная турбина или генератор. Достигаются следующие преимущества - меньше температура рабочего тела двигателя, более эффективное использование тепловой энергии, не требуется сжатие рабочего тела, простота конструкции и компактность, а поэтому и простота обслуживания, и возможность использования любого жидкого топлива. 1 ил.

 

Область техники. Промышленное машиностроение.

Уровень техники. Гибридный двойной газотурбинный двигатель (ГДГД) является таким же двигателем, как воздушно-реактивный двигатель или газовая турбина. И относится он к тому же уровню техники - авиа- и энергомашинодвигателестроению. Отличие их состоит в том, что ГДГД использует свободную энергию и для приращения кинетической энергии газа в сопле, и в виде механической энергии на валу дополнительной турбины (генератора) (С.П. Изотов, В.В. Шашкин и др. - Авиационные ГТД в наземных установках. 1.1. Основные понятия в работе ГТД, стр.5 - Л.: Машиностроение, Ленинград. отд., 1984).

Раскрытие изобретения. Гибридный двойной газотурбинный двигатель является аналогом и воздушно-реактивного двигателя и газовой турбины и представляет из себя турбину в турбине расположенные соосно, главным отличием которого является то, что воздух (рабочее тело) в конфузорной части не сжимается, а разгоняется и направляется в сопла, за которыми установлена или установлены камера сгорания и где полученная воздушная смесь (или смеси) расширяются и смешиваются между собой и направляются на лопатки ротора, на одном валу с которым может быть установлена дополнительная турбина или генератор. Эта конструкция похожа на газовую сварку (резку), где к горящему потоку газов подведен поток с кислородом и он превращается в направленный поток пламени, потом к этому потоку добавляются лопатки с соплами и она превращается в двигатель.

Краткое описание чертежа. Фигура 1.1 - Вход воздушного потока в ГДГД, 2 - Корпус, 3 - Ступени лопаток конфузора, 4 - Камеры сгорания, 5 - Ступени лопаток ротора, 6 - Генератор. Воздушный поток поступает в корпус ГДГД (2) и направляется на лопатки сужающейся части (3), где лопатки его разгоняют и направляют его в сопла, за которыми установлены камеры сгорания (4), и, расширяясь, он направляется на лопатки ротора (5) и генератора (6), расположенный по периметру турбины, который может быть стартером.

Осуществление изобретения. В авиастроении и энергетике давно используется большое разнообразие двигателей и турбин. Получилось разделение таких двигателей на газовые турбины, в которых полученную энергию используют в основном для производства электричества, и на воздушно-реактивные двигатели, в которых энергия используется для увеличения тяги двигателя. Однако технически возможно и прирастить тягу двигателя, и потом всю полученную энергию направить для ее преобразования на валу двигателя.

Тепловые двигатели решают задачу максимального использования тепла для преобразования его в механическую или электрическую энергию. Если взять обыкновенный тепловой двигатель, то температура отработанных газов значительно превышает температуру окружающей среды. Следовательно, не вся энергия тепла используется. Тепло - это и есть энергия, и ее нельзя отделять от процессов в двигателях. Это как капля краски в стакане воды - она медленно растворяется в ней, но если ее раскрутить - то она сразу растворится, поэтому надо уметь ее «растворять» и использовать. А чтобы отделить краску от воды - надо высушить стакан, а чтобы отделить тепло от воздуха (рабочего тела) - надо пропустить его через «сито» лопаток с соплами. Поэтому чтобы использовать максимально тепловую энергию - надо максимально добавлять воздух или пар (рабочее тело) и с помощью лопаток и одного или нескольких сопел преобразовывать ее на валу двигателя. В воздушно-реактивных двигателях используются двухконтурные двигатели, которые используют дополнительное количество воздуха и повышают эффективность двигателя. Главное отличие ГДГД от двухконтурного воздушно-реактивного двигателя в том, что там воздух просто прибавляется, а в данном случает он и добавляется и смешивается с другим потоком воздуха и используется энергия смешанных потоков. Для создания небольшой скорости потока достаточно работы камер сгорания внутренней турбины, а для большой скорости - можно задействовать работу камер сгорания внешней турбины.

Также большое отличие ГДГД от всех воздушно-реактивных и газотурбинных двигателей в том, что отсутствует спрямляющий аппарат (статор). Такой аппарат будет мешать ускорению потока. Это как прохождение воды через конус - она сама закручивается и ускоряется под силой тяжести. Также и воздух - он также сам стремится к вращательному движению. Поэтому воздух в ГДГД не сжимается, а ускоряется лопатками конфузорной части. Чем, теоретически, отличается сжатие воздуха и увеличение скорости потока воздуха, в данном случае для ускорения реакции окисления топлива? И в том и в другом случае к воздуху добавляется дополнительная энергия лопатками двигателя, только в одном случае она концентрируется, а в другом ускоряется и одно одинаково - чем выше скорость рабочего тела, тем выше скорость реакции топлива с кислородом. В настоящее время для повышения эффективности двигателей пытаются увеличить степень сжатия рабочего тела, но технические возможности упираются в пределы прочности современных материалов и, поэтому, как альтернативу, можно использовать увеличение скорости рабочего тела, где еще есть технические возможности для совершенствования. Преимущества ГДГД от других газотурбинных или воздушно-реактивных двигателей в том, что

- скорость потока рабочего тела можно регулировать также путем регулирования степени смешивания потоков, т.е. внутренняя турбина может двигаться относительно внешней,

- меньше температура рабочего тела,

- более эффективное использование тепловой энергии,

- не требуется сжатие рабочего тела,

- простота конструкции и компактность,

- а поэтому и простота обслуживания,

- и возможность использования любого жидкого топлива. ГДГД похож на воздушный смерч (торнадо), где внутри большого медленного воздушного потока вращается маленький быстрый воздушный поток. Их потоки перемешиваются и поддерживают движение друг друга.

Гибридный двойной газотурбинный двигатель является аналогом и воздушно-реактивного двигателя, и газовой турбины и представляет из себя турбину в турбине, расположенные соосно, главным отличием которого является то, что воздух (рабочее тело) в конфузорной части не сжимается, а разгоняется и направляется в сопла, где установлена (или установлены) камера сгорания и где полученная воздушная смесь (или смеси) расширяются и смешиваются между собой и направляются на лопатки ротора на одном валу, с которым может быть установлена дополнительная турбина или генератор.