Гибридный двойной газотурбинный двигатель


 


Владельцы патента RU 2497004:

Белоглазов Сергей Нестерович (RU)

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.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к машиностроению. .

Изобретение относится к системам и способам использования алгоритма регулировки динамики горения совместно с камерой сгорания с множеством индивидуальных отсеков.

Изобретение относится к узлам устройств, содержащих средства уплотнения. .

Горелка // 2459146
Изобретение относится к области энергетики. .

Изобретение относится к уплотнительной технике, в частности, для обеспечения непроницаемости зазора между ротором и статором. .

Изобретение относится к двигателестроению, в том числе к авиационным и стационарным двигателям, конкретно к турбовинтовым двигателям - ТВД, в которых применен ядерный реактор.

Изобретение относится к двигателестроению, в том числе к авиационным и стационарным двигателям, конкретно к турбовинтовым двигателям - ТВД, в которых применен ядерный реактор.

Гибридный турбореактивный авиационный двигатель содержит камеру сгорания и расположенный вне камеры электрохимический генератор на топливных элементах, связанные входом с источником углеводородного топлива и потоком сжатого в двигателе воздуха, и контроллер. Выход камеры сгорания связан через турбину высокого давления с турбиной низкого давления. Выход электрохимического генератора связан с электродвигателем, установленным на валу турбины низкого давления. Контроллер связан с регулирующими органами, расположенными в тракте топлива и потока воздуха, и выполнен с возможностью регулирования соотношения потоков воздуха и потоков топлива, поступающих в электрохимический генератор и камеру сгорания, и совмещения для привода вала разнородных энергий электрогенератора и турбины низкого давления в виде электроэнергии и тепловой энергии продуктов сгорания. Изобретение направлено на уменьшение выбросов токсичных веществ за период полетного цикла, снижение шума, в том числе в зоне аэропортов, повышение экономичности. 6 з.п. ф-лы, 1 ил. .

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, а именно к авиационным газотурбинным двигателям. В способе серийного производства газотурбинного двигателя изготавливают детали и комплектуют сборочные единицы, элементы и узлы модулей и систем двигателя. Собирают модули в количестве не менее восьми - от компрессора низкого давления до всережимного регулируемого реактивного сопла. После сборки производят испытания двигателя по многоцикловой программе. При выполнении этапов испытания проводят чередование режимов, которые по длительности превышают программное время полета. Формируют типовые полетные циклы, на основании которых по программе определяют повреждаемость наиболее загруженных деталей. Исходя из этого определяют необходимое количество циклов нагружения при испытании. Формируют полный объем испытаний, включая быструю смену циклов в полном регистре от быстрого выхода на максимальный либо полный форсированный режим до полного останова двигателя и затем репрезентативный цикл длительной работы с многократным чередованием режимов во всем рабочем спектре с различным размахом диапазона изменения режимов, превышающем время полета не менее чем в 5 раз. Быстрый выход на максимальный или форсированный режим на части испытательного цикла осуществляют в темпе приемистости и сброса. Технический результат состоит в повышении достоверности результатов испытаний на этапе серийного производства и расширении репрезентативности оценки ресурса и надежности работы газотурбинного двигателя в широком диапазоне региональных и сезонных условий последующей летной эксплуатации двигателей. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, а именно к авиационным турбореактивным двигателям. Доводке подвергают опытный ТРД, выполненный двухконтурным, двухвальным. Доводку ТРД производят поэтапно. На каждом этапе подвергают испытаниям на соответствие заданным параметрам от одного до пяти ТРД. В программу испытаний с последующей доводочной доработкой включают испытания двигателя на определение влияния климатических условий на изменение эксплуатационных характеристик опытного ТРД. Испытания проведены с измерением параметров работы двигателя на различных режимах в пределах запрограммированного диапазона полетных режимов для конкретной серии двигателей и осуществляют приведение полученных параметров к стандартным атмосферным условиям с учетом изменения свойств рабочего тела и геометрических характеристик проточной части двигателя при изменении атмосферных условий. Технический результат состоит в повышении эксплуатационных характеристик ТРД, а именно тяги, и надежности двигателя в процессе эксплуатации в полном диапазоне полетных циклов в различных климатических условиях, а также в упрощении технологии и сокращении трудозатрат и энергоемкости процесса испытания ТРД на стадии доводки опытного ТРД. 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 4 табл., 1 пр.

Изобретение относится к энергетике. Способ капитального ремонта газотурбинного двигателя (ГТД), при котором создают ротационно обновляемый запас восстановленных деталей - модулей, узлов, сборочных единиц, оставшихся после замены от предыдущих ранее отремонтированных двигателей, и используют их в порядке замены на очередном ремонтируемом двигателе. При этом капитально отремонтированный двигатель испытывают по многоцикловой программе. При выполнении этапов испытания проводят чередование режимов, которые по длительности превышают программное время полета. Также представлены способ капитального ремонта партии, а также газотурбинный двигатель, отремонтированный согласно настоящему способу. Изобретение позволяет уменьшить трудозатраты, энергоемкость и длительность капитального ремонта, а также повысить эксплуатационные качества ГТД и достоверность экспериментально проверенного ресурса и надежности двигателя. 6 н. и 17 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к энергетике. Способ капитального ремонта турбореактивного двигателя (ТРД), при котором создают ротационно обновляемый запас восстановленных деталей - модулей, узлов, сборочных единиц, оставшихся после замены от предыдущих ранее отремонтированных двигателей, и используют их в порядке замены на очередном ремонтируемом двигателе. При этом капитально отремонтированный двигатель испытывают по многоцикловой программе. При выполнении этапов испытания проводят чередование режимов, которые по длительности превышают программное время полета. Также представлены способ капитального ремонта партии, а также турбореактивный двигатель, отремонтированный согласно настоящему способу. Изобретение позволяет уменьшить трудозатраты, энергоемкость и длительность капитального ремонта, а также повысить эксплуатационные качества ТРД и достоверность экспериментально проверенного ресурса и надежности двигателя. 6 н. и 17 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к энергетике. Турбореактивный двигатель выполнен двухконтурным, двухвальным, при этом содержит не менее восьми модулей, смонтированных, предпочтительно, по модульно-узловой системе, включая компрессор высокого и низкого давления, разделенные промежуточным корпусом, основную камеру сгорания, воздухо-воздушный теплообменник, турбины высокого и низкого давления, смеситель, фронтовое устройство, форсажную камеру сгорания и всережимное реактивное сопло. Двигатель испытан на стенде, который снабжен выдвижным интерцептором, пересекающим входной воздушный поток. Интерцептор включает отградуированную шкалу положений интерцептора, имеющую фиксированную критическую точку, отделяющую двигатель на 2-5% от перехода в помпаж. Изобретение позволяет обеспечить повышение объемности и надежности статически достоверных данных о допустимых границах частотных режимов вращения ротора с обеспечением газодинамической устойчивости двигателей с одновременным сокращением трудо- и энергоемкости процесса испытаний. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к энергетике. Способ капитального ремонта турбореактивного двигателя (ТРД), при котором создают ротационно-обновляемый запас восстановленных деталей: модулей, узлов, сборочных единиц, оставшихся после замены от предыдущих ранее отремонтированных двигателей, и используют их в порядке замены на очередном ремонтируемом двигателе. При этом капитально отремонтированный двигатель испытывают по многоцикловой программе. При выполнении этапов испытания проводят чередование режимов, которые по длительности превышают программное время полета. Также представлены способ капитального ремонта партии, а также турбореактивный двигатель, отремонтированный согласно настоящему способу. Изобретение позволяет уменьшить трудозатраты, энергоемкость и длительность капитального ремонта, а также повысить эксплуатационные качества ТРД и достоверность экспериментально проверенного ресурса и надежности двигателя. 6 н. и 16 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к энергетике. Турбореактивный двигатель выполнен двухконтурным, двухвальным, при этом содержит не менее восьми модулей, смонтированных предпочтительно по модульно-узловой системе, включая компрессор высокого и низкого давления, разделенные промежуточным корпусом, основную камеру сгорания, воздухо-воздушный теплообменник, турбины высокого и низкого давления, смеситель, фронтовое устройство, форсажную камеру сгорания и всережимное реактивное сопло. Двигатель содержит коробку приводов двигательных агрегатов. Смонтированный двигатель испытан на влияние климатических условий на основные характеристики работы компрессора. Испытания проведены с измерением параметров работы двигателя на различных режимах. Изобретение позволяет обеспечить улучшение тяги, а также позволяет повысить достоверность эксплуатационных характеристик для разных температурно-климатических условий и режимов эксплуатации двигателя, и при этом позволяет повысить репрезентативность результатов испытаний. 6 з.п. ф-лы, 2 ил., 4 табл.

Изобретение относится к энергетике. Способ капитального ремонта газотурбинного двигателя (ГТД), при котором создают ротационно обновляемый запас восстановленных деталей - модулей, узлов, сборочных единиц, оставшихся после замены от предыдущих ранее отремонтированных двигателей, и используют их в порядке замены на очередном ремонтируемом двигателе. При этом капитально отремонтированный двигатель испытывают на влияние климатических условий на основные характеристики работы компрессора. Испытания проводят с измерением параметров работы двигателя на различных режимах. Также представлены способ капитального ремонта партии, а также газотурбинный двигатель, отремонтированный согласно настоящему способу. Изобретение позволяет уменьшить трудозатраты, энергоемкость и длительность капитального ремонта, а также повысить эксплуатационные качества и надежность определения влияния климатических условий, оказываемого на изменение эксплуатационных характеристик ГТД. 6 н. и 15 з.п. ф-лы, 1 ил., 4 табл.

Изобретение относится к энергетике. Газотурбинный двигатель выполнен двухконтурным, двухвальным, содержит не менее восьми модулей, включая компрессор высокого и низкого давления, разделенные промежуточным корпусом, основную камеру сгорания, воздухо-воздушный теплообменник, турбины высокого и низкого давления, смеситель, фронтовое устройство, форсажную камеру сгорания и поворотное реактивное сопло, включающее поворотное устройство и регулируемое реактивное сопло. Ось вращения поворотного устройства относительно горизонтальной оси повернута на угол не менее 30° по часовой стрелке для правого двигателя и на угол не менее 30° против часовой стрелки для левого двигателя. Стенд для испытания двигателя снабжен входным аэродинамическим устройством с дистанционно управляемым выдвижным интерцептором. Интерцептор включает отградуированную шкалу положений интерцептора с фиксированной критической точкой, отделяющей двигатель на 2-5% от перехода в помпаж. Изобретение позволяет повысить достоверность данных о допустимых границах частотных режимов вращения ротора с обеспечением газодинамической устойчивости двигателей. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх