Газовая турбина цикличного внутреннего сгорания



Газовая турбина цикличного внутреннего сгорания
Газовая турбина цикличного внутреннего сгорания
Газовая турбина цикличного внутреннего сгорания
Газовая турбина цикличного внутреннего сгорания

 


Владельцы патента RU 2516769:

ЛОРЕНЦ Эдмунд (AT)
НИДЕРЛЬ Франц (AT)
ГАБЛЬ Хельмут (AT)

Изобретение относится к энергетике. Газовая турбина цикличного внутреннего сгорания, содержащая, по меньшей мере, одну, снабженную впускными клапанами и устройством зажигания, камеру сгорания, причем, по меньшей мере, одна камера сгорания со стороны выпуска газа лишена запорных устройств, так что она остается постоянно открытой со стороны выпуска газа. Ниже, по меньшей мере, одной камеры сгорания по направлению потока расположена турбина, выполненная с возможностью подачи в нее содержащегося в камере сгорания рабочего газа, при этом, между одной камерой сгорания и турбиной в осевом направлении позади одной камеры сгорания расположена прямоточная камера. Прямоточная камера отделена от одной камеры сгорания направляющим диском или дополнительной турбиной. Предметом изобретения является также способ эксплуатации газовой турбины и приводная система для машины, которая в качестве основного компонента содержит газовую турбину по изобретению. Изобретение позволяет создать двигатель внутреннего сгорания, имеющий простую конструкцию. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Предметом изобретения является газовая турбина цикличного внутреннего сгорания, содержащая, по меньшей мере, одну снабженную впускным клапаном (клапанами) и устройством зажигания камеру сгорания. По меньшей мере, одна камера сгорания со стороны выпуска газа лишена запорных устройств, так что она остается постоянно открытой со стороны выпуска газа. Ниже, по меньшей мере, одной камеры сгорания по направлению потока расположена турбина, выполненная с возможностью подачи в нее содержащегося в камере сгорания рабочего газа. Между камерой сгорания и турбиной в осевом направлении позади камеры сгорания расположена прямоточная камера. Предметом изобретения является также способ эксплуатации газовой турбины.

Кроме того, изобретение охватывает приводную систему для машины, которая в качестве основного компонента содержит газовую турбину по изобретению.

Уровень техники

В обычных турбинных двигателях уровня техники, с одной стороны, имеют место постоянные потери энергии на необходимый процесс сжатия воздуха (работу компрессора) перед его подачей в камеру сгорания. С другой стороны, должно непрерывно впрыскиваться топливо, чтобы обеспечить возможность функционирования и привода турбины, даже когда турбина должна работать в режиме низкой нагрузки. Этим обусловлено высокое энергопотребление в сочетании с большой экологической нагрузкой.

Поршневые двигатели позволяют осуществлять цикличную подачу топлива. Среди них роторно-поршневой двигатель (или двигатель Ванкеля) процесс сгорания преобразует непосредственно во вращательное движение. Помимо преимущества в цикличной подаче топлива, роторно-поршневой двигатель имеет и другие преимущества перед обычными поршневыми двигателями с поступательным движением поршней. Он имеет меньший вес и меньшее число конструктивных компонентов, так как в нем нет шатунов и коленчатых валов. Он проще в управлении и имеет более высокий КПД за счет более низких потерь на трение цилиндрических поверхностей. Несмотря на это, данный тип двигателя внутреннего сгорания не смог завоевать рынок из-за проблем уплотнения трех герметичных камер и наличия эксцентричных опор с эксцентричным валом.

Уже известны также турбины внутреннего сгорания с циклично работающими камерами сгорания.

Так например, в патентном документе AT 311735 описана газовая турбина цикличного внутреннего сгорания со снабженными впускными клапанами камерами сгорания, в которых в ходе циклических тактов следуют друг за другом загрузка, сгорание и расширение рабочей среды. При этом впускные клапаны приводятся в действие от кулачкового вала с приводом от электродвигателя. Электродвигатель управляется электронным образом от датчиков температуры и давления, предусмотренных в камерах сгорания. В турбине внутреннего сгорания устраняются высокие потери на трение, которые в поршневых двигателях с поступательным движением поршней обусловлены наличием уплотнительных элементов и составляют в среднем от 15% до 25% (а при частичной нагрузке достигают даже 40%) общей мощности. Однако до настоящего времени не удавалось реализовать удовлетворительного управления такой турбиной внутреннего сгорания.

В патентном документе AT 379217 описана сходная газовая турбина с импульсным управлением, причем за счет объединения направляющего аппарата с рабочим колесом и управляемой системы впуска получена характеристика сгорания, близкая к изохорической. При этом впускная система содержит снабженный отверстиями поворотный клапанный диск, а также системы привода и управления. Однако до настоящего времени технически не было достигнуто герметичного закрытия клапанного диска во время процесса дефлаграции. Кроме того, эта турбина сложна конструктивно и кинематически, что приводит к потерям мощности и слишком высокой стоимости изготовления.

В патентном документе US 2557198 А описана газовая турбина цикличного внутреннего сгорания, в которой камеры сгорания снабжены впускными и выпускными клапанами. Непосредственно за камерами сгорания расположены две турбины, между которым находится камера для выравнивания колебаний давления. Здесь также использование клапанных дисков вызывает проблемы уплотнения при работе. Кроме того, расположенный со стороны отвода газа клапанный диск подвергается воздействию очень высоких температур. Главные трудности здесь связаны прежде всего с износом и тепловой деформацией.

В патентном документе DE 2232025 А1 описана газотурбинная установка, в частности, силовая установка со сгоранием при постоянном объеме, оснащенная компрессором, который отбирает много энергии на сжатие и вследствие этого значительно снижает общий КПД. Здесь отсутствуют механически сложные и подверженные неполадкам выпускные клапаны камеры сгорания. В частном варианте осуществления изобретения по DE 2232025 А1 полость камеры сгорания подразделена на первичную и вторичную полости, отделенные друг от друга сужением. Однако сужение вызывает обратный поток газов сгорания, что приводит к неравному заполнению первичной и вторичной камер.

В другом варианте осуществления изобретения по DE 2232025 А1 показана газовая турбина внутреннего сгорания с камерами сгорания, расположенными вокруг турбины. Такое расположение вызывает высокие температуры в опорах турбины, требующих охлаждения. Кроме того, при такой конструкции выходящие из камер сгорания газы сгорания поворачиваются на 180° до того, как попадают на турбину компрессора. Этот поворот приводит к неравномерному набегающему потоку в турбине и вызывает потери мощности.

В патентном документе DE 2517947 А1 описан турбореактивный двигатель с камерой сгорания для импульсного сгорания, то есть силовой агрегат, который работает по принципу постоянного объема сгорания в циклическом рабочем процессе. При этом на фиг.4 документа DE 2517947 А1 показан вариант осуществления, в котором радиальный эжектор, камера выравнивания давления и турбина расположены на выпускном конце камеры сгорания.

Раскрытие изобретения

Соответственно, задачей изобретения является создание двигателя внутреннего сгорания, имеющего простую конструкцию и преобразующего кинетическую энергию газов сгорания непосредственно во вращательное движение без необходимости мириться с указанными недостатками турбинных или поршневых двигателей.

В соответствии с изобретением решение поставленной задачи достигается в газовой турбине цикличного внутреннего сгорания по пункту 1 формулы изобретения. При этом прямоточная камера отделена, по меньшей мере, от одной камеры сгорания с помощью направляющего диска, который выполнен в виде перфорированного диска или завихрительной решетки.

Отделение прямоточной камеры, по меньшей мере, от одной камеры сгорания с помощью направляющего диска приводит к выравниванию (обеспечению равномерности) потока рабочего газа.

Осевое расположение прямоточной камеры за, по меньшей мере, одной камерой сгорания имеет то преимущество, что в прямоточной камере также происходит выравнивание потока рабочего газа и устраняются потери мощности на поворот потока рабочего газа. Благодаря этому газовая турбина имеет компактную прямолинейную конструкцию.

В газовой турбине по изобретению нужны только впускные клапаны. Не требуется использования заслонок или клапанов со стороны горячих газов (стороны отвода газов) их техническими трудностями. При этом устраняются какие-либо затраты мощности, которые требуются на работу выпускных клапанов в обычных карбюраторных или дизельных двигателях. Новая концепция позволяет устранить потери газового цикла, которые в бензиновых двигателях на холостом ходу составляют до 40%. Отсутствуют потери при выталкивании газов сгорания и не требуется работы расширения для открытия выпускного клапана.

Другие предпочтительные варианты осуществления и дополнительные решения по развитию изобретения изложены в зависимых пунктах.

Предпочтительно прямоточная камера снабжена клапанными отверстиями, через которые может подаваться предпочтительно воздух. Благодаря этому в прямоточную камеру может подаваться предпочтительно холодный воздух незадолго перед зажиганием в камере сгорания. При этом после зажигания выходящий из камер сгорания расширяющийся рабочий газ выталкивает этот холодный воздух из прямоточной камеры также через турбину. Это вызывает повышение мощности и обеспечивает охлаждение газовой турбины.

Целесообразно, чтобы прямоточная камера была снабжена вторичной системой зажигания. За счет этого могут дожигаться несгоревшие частицы топлива. В этом случае прямоточная камера выполняет функцию камеры дожигания. При этом обеспечивается возможность, например, использования для работы газовой турбины топлива, содержащего смолистые вещества. Вследствие высоких температур в камерах сгорания смолистые вещества топлива расщепляются и могут далее сгорать в прямоточной камере. Возможен также вариант, в котором дополнительное топливо впрыскивается в прямоточную камеру, например, с помощью впрыскивающей форсунки. Это топливо обеспечивает повышение мощности газовой турбины (форсированная турбина). Дополнительное топливо может зажигаться с помощью вторичной системы зажигания или посредством самовоспламенения.

Целесообразно выполнение направляющего диска в виде перфорированного диска, так как это обеспечивает выравнивание потока рабочего газа.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения между прямоточной камерой и турбиной расположен направляющий аппарат для создания вихревого потока. Благодаря этому может достигаться более высокая скорость потока рабочего газа через турбину и, соответственно, более высокая мощность. При равной мощности турбина может быть выполнена меньшей по размерам. Другое существенное преимущество вихревого потока заключается в лучшей акустической изоляции шумов потока и снижении колебаний давления в камерах сгорания. Кроме того, снижение колебаний давления за счет вихревого потока приводит к более равномерному распределению температуры по всему поперечному сечению потока и к снижению максимальных температур на входе турбины.

Целесообразно также, чтобы в уже прямоточной камере были расположены направляющие поток элементы для завихрения потока.

Очень благоприятные условия потока в газовой турбине создаются, когда прямоточная камера выполнена в форме сопла Лаваля.

В следующем предпочтительном варианте осуществления изобретения газовая турбина содержит несколько камер сгорания, предпочтительно четыре камеры сгорания. При этом камеры сгорания могут работать по отдельности или совместно при любой неполной выходной мощности или в диапазоне нагрузки от 0 до 100%. Это обеспечивает дополнительную экономию энергии и снижение выброса NOx, СО, НС+NOx и CO2. Предпочтительно камеры сгорания соединены с общей прямоточной камерой.

Предметом настоящего изобретения является также способ эксплуатации газовой турбины, при котором воздух подают через впускные клапаны, по меньшей мере, в одну камеру сгорания, смешивают с топливом и сжигают в открытой с выпускной стороны камере сгорания, а затем полученный таким образом рабочий газ подают на турбину. При этом рабочий газ до его подачи на турбину течет через прямоточную камеру, расположенную по оси, по меньшей мере, за одной камерой сгорания. Рабочий газ из, по меньшей мере, одной камеры сгорания подают к прямоточной камере через направляющий диск, выполненный в виде перфорированного диска или завихрительной решетки.

Этот направляющий диск в дополнение к прямоточной камере приводит к повышению равномерности потока рабочего газа.

Предпочтительно к рабочему газу в прямоточной камере в тактовом режиме добавляют воздух. В этом случае он также пропускается через турбину, что приводит к повышению мощности и обеспечивает охлаждение газовой турбины.

Целесообразно, когда в прямоточной камере осуществляют дожигание рабочего газа. Возможен также вариант, в котором в прямоточную камеру дополнительно подают топливо для дожигания.

В предпочтительном варианте осуществления способа, по меньшей мере, за одной камерой сгорания создают вихревой поток рабочего газа перед его подачей к турбине. Это обеспечивает повышение числа оборотов турбины и/или акустическую развязку камеры сгорания и турбины.

Изобретение охватывает также приводную систему для машин, таких как транспортные средства, самолеты, суда, генераторы, строительные машины и передаточные механизмы, с двигателем внутреннего сгорания, являющимся газовой турбиной по любому из пп.1-8 формулы изобретения.

Краткий перечень чертежей

Далее изобретение описано со ссылками на прилагаемые чертежи. На чертежах:

фиг.1 схематично изображает в продольном разрезе газовую турбину по изобретению,

фиг.2 изображает блок камер сгорания газовой турбины по изобретению,

фиг.3 схематично изображает направляющий диск,

фиг.4 схематично изображает приводную систему транспортного средства с приводом от газовой турбины по изобретению.

Осуществление изобретения

На фиг.1 показан в продольном разрезе возможный вариант осуществления изобретения. Газовая турбина 1 состоит, по существу, из главной клапанной головки 33, блока 34 камер сгорания, следующей за ней прямоточной камеры 5, турбины 4 и приводного вала 26 с подшипниковым корпусом 27.

Главная клапанная головка 33 герметично соединена с блоком 34 камеры сгорания и ограничивает верхнюю сторону камеры 3 сгорания. В главной клапанной головке 33 расположены впускные клапаны 2 в держателях 23 клапанов.

В данном варианте выполнения блок 34 камеры сгорания содержит четыре цилиндрические камеры 3 сгорания, в которые через впускное отверстие 20 для воздуха и, соответственно, через впускные клапаны 2 подается воздух, а через систему 24 подачи топлива подается топливо. Система 24 подачи топлива может быть выполнена, например, в виде одной или нескольких форсунок (одиночной или ряда форсунок, например, с пьезоинжекторами).

Возможен вариант, в котором топливо смешивается с воздухом еще перед камерой сгорания. В этом случае в камеры 3 сгорания через впускные клапаны 2 подается топливовоздушная смесь.

Подача воздуха и топлива в камеры 3 сгорания может осуществляться всасыванием, как в обычных карбюраторных двигателях, или с помощью обычных систем впрыска с использованием форсунок.

Внутри четырех камер 3 сгорания расположена пусковая воздушная труба 21 с пусковыми воздушными отверстиями 22.

В каждой камере 3 сгорания предусмотрено устройство 18 зажигания для зажигания топливовоздушной смеси. Устройство 18 зажигания может представлять собой обычную свечу зажигания или современную систему зажигания, такую как лазерная система.

На конце камер 3 сгорания расположено сужение 32 камер сгорания или полусферический делитель 31 потока. За камерами 3 сгорания следует направляющий диск 6, который в данном варианте выполнен в виде перфорированного диска с отдельными отверстиями 28. Проточный диск 6 служит для обеспечения равномерности потока рабочего газа. В дополнение к направляющему диску 6 за камерами 3 сгорания может быть расположена дополнительная турбина 7. На фиг.1 она показана штрихпунктирными линиями.

Между камерами 3 сгорания и турбиной 4 находится прямоточная камера 5, которая здесь выполнена цилиндрической и образована стенкой 30 прямоточной камеры. При этом прямоточная камера 5 расположена по оси за камерами 3 сгорания. Это означает, что камеры 3 сгорания и прямоточная камера 5 имеют, по существу, общую продольную ось или продольные оси камер 3 сгорания и продольная ось прямоточной камеры 5 параллельны друг другу. За счет такой конструкции рабочий газ поступает из камер 3 сгорания в прямоточную камеру 5 без значительного поворота или изменения направления. Прямоточная камера 5 снабжена клапанными отверстиями 8, через которые в газовую турбину подается дополнительный воздух. Через впрыскивающую форсунку 10 в прямоточную камеру 5 может подаваться топливо для дожигания. Прямоточная камера 5 может быть также снабжена вторичной системой 9 зажигания. Эта система 9 зажигания не требуется, когда выходящий из камер 3 сгорания рабочий газ имеет температуру выше температуры самовоспламенения дополнительно впрыскиваемого топлива. Подаваемое в прямоточную камеру 5 топливо может иметь другие характеристики, например, другую температуру воспламенения, чем топливо, подаваемое в камеры 3 сгорания. Топливо может также подаваться через клапанные отверстия (впускные клапаны) 8 прямоточной камеры 5. Само собой разумеется, что газовая турбина может работать также и без дожигания.

Между прямоточной камерой 5 и турбиной 4 расположен направляющий аппарат 11, который создает вихревой поток рабочего газа. В этом отношении уже в прямоточной камере 5 могут быть расположены направляющие поток элементы 12. Направляющий аппарат 11 может быть выполнен, например, в виде завихрительной решетки. Прямоточная камера 5 может иметь также форму сопла Лаваля (не показано). Сопло Лаваля может также направлять рабочий газ с завихрением потока.

Турбина 4 установлена в подшипниковом корпусе 27 с помощью приводного вала 26, от которого отводится наружу приводная энергия. Возможен вариант, в котором дополнительная турбина 7 также непосредственно соединена с приводным валом 26, причем в этом случае приводной вал 26 проходит через прямоточную камеру 5. За турбиной 4 расположен отводной газовый канал 25 для выпуска газа.

На фиг.2 показан блок 34 камер сгорания. На чертеже ясно видна пусковая воздушная труба 21 с боковыми пусковыми воздушными отверстиями 22. Блок 34 камер сгорания посредством соединительного фланца 13 соединен или свинчен со стенкой 30 прямоточной камеры.

На фиг.3 представлен направляющий диск 6 с отверстиями 28. В данном варианте осуществления эти отверстия 28 выполнены щелевидными с параллельными стенками, однако они могут быть выполнены круглыми или любой другой формы. В зависимости от топлива проходное отверстие может быть выполнено цилиндрическим, коническим, расширяющимся по форме сопла Лаваля или другой формы. Возможен вариант осуществления, в котором в направляющем диске 6 предусмотрены направляющие элементы для создания вихревого потока.

Далее описан принцип действия газовой турбины 1 по изобретению.

В процессе запуска газовой турбины 1 при закрытых впускных клапанах 2 предварительно сжатый воздух или пусковой газ подается в камеры сгорания 3 через пусковую воздушную трубу 21 и пусковые воздушные отверстия 22 для обеспечения процесса внутреннего сгорания. Воздух или пусковой газ смешивается с топливом и смесь поджигается устройством 18 зажигания. Расширяющийся рабочий газ приводит турбину 4 во вращение.

Альтернативно запуск турбины 4 может приводиться от внешнего привода при открытых впускных клапанах 2. При этом вращающаяся турбина 4 создает в камерах 3 сгорания разрежение, благодаря которому воздух для сгорания всасывается в камеры через впускные клапаны 2. После этого впускные клапаны 2 закрываются, впрыскивается топливо и смесь незамедлительно поджигается. Получаемый рабочий газ приводит турбину 4 во вращение, так что внешнего привода турбины 4 больше не требуется.

В процессе нормальной работы вращающаяся турбина 4 всасывает воздух для сгорания в камеры 3 сгорания через открытые впускные клапаны 2. Воздух для сгорания также может быть предварительно сжат механическими или термическими средствами.

После закрытия впускных клапанов 2 производится впрыск топлива и тотчас включается зажигание. При этом управление клапанами может выполняться с помощью кулачкового вала или бескулачковым способом. Момент закрытия впускного клапана 2, а следовательно, и расход потока может быть стехиометрически отрегулирован точно в соответствии с потребностью в приводной мощности.

Зажигание топливовоздушной смеси вызывает резкое повышение температуры. Поскольку процесс проводится более или менее изохорически (V - постоянная величина), то в соответствии с уравнением состояния газа происходит мгновенное повышение давления. Однако рабочий газ может расширяться только в направлении к направляющему диску 6 и прямоточной камере 5, где он становится более равномерным, пока не дойдет до турбины 4 и не придаст ей дополнительную энергию вращения. Проточный диск 6 может быть выполнен также в виде завихрительной решетки. Посредством приводного вала мощность отводится наружу и подается к внешним потребителям, таким как генератор 14. Прямоточный осевой принцип всей машины обеспечивает возможность создания ясной и простой геометрической конструкции при чрезвычайно высоком КПД. Для выполнения следующего рабочего такта впускной клапан или несколько клапанов 2 вновь открываются, и воздух для сгорания вновь всасывается или подается под давлением в соответствующую камеру 3 сгорания.

В дополнение к направляющему диску 6 может также использоваться дополнительная турбина 7. Эта дополнительная турбина 7 может быть либо непосредственно соединена с приводным валом 26 турбины 4, либо снабжена собственным приводным валом для отбора энергии от газовой турбины 1.

В том случае, когда блок 34 камер сгорания содержит несколько камер 3 сгорания, может работать только одна из них или несколько камер сгорания могут работать одновременно или последовательно в зависимости от желаемой выходной мощности. При этом отдельные системы впрыска и отдельные устройства зажигания дают то преимущество, что каждая камера 3 сгорания может быть отрегулирована на оптимальное сгорание в зависимости от потребности в мощности. Это выполняется, например, путем целенаправленного дозирования количества топлива, подаваемого в камеру 3 сгорания. Данное изобретение обеспечивает стехиометрическое сгорание во всех диапазонах нагрузок. За счет этого достигается оптимальное потребление топлива с низкими объемами выхлопного газа. При этом дополнительные преимущества дают лазерные системы зажигания, с помощью которых может регулироваться глубина воспламенения в камере 3 сгорания.

Управление переменным числом клапанов и камер сгорания, по отдельности или в комбинации, также обеспечивает возможность получения оптимальной кривой крутящего момента при одновременном снижении потребления топлива в диапазоне неполной нагрузки. В отличие от поршневых двигателей, здесь не нужно учитывать положения поршней в различных фазах вследствие отсутствия поршней. Также не создается обратных потоков остаточных газов при заполнении камер сгорания.

Далее, при заполнении камер сгорания давление в них более или менее соответствует давлению окружающей среды. За счет этого давление, требуемое для открытия и закрытия впускного клапана (клапанов) 2, может быть снижено на 60-80%. Это дает особые преимущества при электромеханическом управлении впускными клапанами в отношении энергопотребления, быстроты (за счет линейной настройки) и точности настройки клапанов. Предпочтительно управление зажиганием и процессом впрыска осуществляется электронным образом, однако оно может также осуществляться электрически, механически/гидравлически или комбинацией указанных систем. Для управления и регулирования впускных клапанов 2, системы 24 подачи топлива и устройства 18 зажигания предпочтительно использовать параметры сгорания, такие как выброс СО2, расход топлива, температура сгорания, а также атмосферное давление, давление подаваемого воздуха, время впрыска, давление впрыска, расход впрыска, начало впрыска и другие характеристики. Эти параметры сгорания могут определяться датчиками.

В прямоточной камере 5 поток рабочего газа, выходящего из камер сгорания, ставится более равномерным. Дополнительно в прямоточную камеру 5 через клапанные отверстия 8 подается воздух, предпочтительно холодный воздух, притом совсем незадолго перед зажиганием топливовоздушной смеси в одной или нескольких камерах сгорания. Клапанные отверстия 8 закрываются перед самым зажиганием в камерах сгорания. Тогда выходящий из камер сгорания расширяющийся рабочий газ выталкивает этот холодный воздух из прямоточной камеры 5 также через турбину 4. В данном примере в прямоточной камере 5 проводится дожигание. Для этого в прямоточной камере 5 предусмотрены вторичная система 9 зажигания и одна или несколько впрыскивающих форсунок 10. Когда выходящий из камер 3 сгорания рабочий газ имеет температуру выше температуры самовоспламенения топлива, подаваемого в прямоточную камеру 5, дожигание в прямоточной камере 5 может осуществляться без вторичной системы 9 зажигания.

С помощью встроенных в прямоточную камеру 5 направляющих поток элементов 12 или с помощью направляющего аппарата 11 в потоке рабочего газа создается завихрение, которое в значительной мере сохраняется до области входа турбины. За счет этого завихрения значительно повышаются скорости потока при снижении потерь давления.

Вихревой поток из прямоточной камеры 5 может быть разложен на осевую и радиальную компоненты потока на направляющих лопатках направляющего аппарата 11 или, при отсутствии направляющих лопаток, на рабочем колесе турбины 4. За счет направления вращения вихревого потока газовый поток отклоняется в направлении направляющих лопаток направляющего аппарата 11.

Для направления потока в прямоточной камере 5 может быть расположен направляющий элемент 35, который в данном варианте выполнения имеет параболическую форму. Предпочтительно он расположен в концевой области прямоточной камеры 5. Камеры 3 сгорания также могут быть оснащены вихреобразующими или завихрительными элементами.

Для охлаждения газовой турбины 1 она может быть заключена в теплообменник, например, в виде двойной рубашки. При этом отводимое от турбины тепло может использоваться для отопления. Возможет вариант, в котором подшипниковые опоры для приводного вала 26 снабжены системой охлаждения.

В качестве топлива для газовые турбины 1 могут использоваться все виды имеющегося на рынке горючих жидких, газообразных углеводородных соединений (например, бензин, дизельное топливо, включая дизельное топливо биологического происхождения, метанол, этанол, другие спирты, биологические газы, биохимические газы, природные газы, керосин, пылеугольное топливо и т.д.), а также водород. Возможна даже работа на древесном газе или других газах биомассы. При этом некоторые компоненты газа могут сгорать в камерах 3 сгорания, а другие компоненты, такие как смолистые вещества или более тяжелые углеводородные соединения, могут расщепляться за счет высокой температуры в камерах 3 сгорания на легкие углеводородные соединения и затем сгорать в прямоточной камере 5. Таким образом, нет необходимости в дорогостоящей очистке газа. Дополнительно в одну из камер 3 сгорания или в прямоточную камеру может впрыскиваться вода. Для дополнительного повышения мощности вода также может примешиваться к топливу.

На фиг.4 в качестве примера показана приводная система для транспортного средства 19. При этом газовая турбина по изобретению приводит генератор 14 для генерирования электрического тока. Далее генерируемый электрический ток 15 может подаваться непосредственно на двигатель 17 транспортного средства. Однако возможен также вариант, в котором электрический ток 15 вначале подается на аккумулятор 16. Соответствующее управление осуществляется посредством регулятора 29. При этом газовая турбина может работать непрерывно или периодически.

Показанные на чертежах варианты осуществления представляют только предпочтительные варианты осуществления. Изобретение охватывает также другие варианты осуществления. Так, например, вместо одной прямоточной камеры 5 могут быть предусмотрены несколько прямоточных камер 5 для обеспечения равномерности потока рабочего газа. В этих нескольких прямоточных камерах 5 может также осуществляться дожигание.

1. Газовая турбина цикличного внутреннего сгорания, содержащая, по меньшей мере, одну камеру (3) сгорания, снабженную впускным клапаном (клапанами) (2) и устройством (18) зажигания, причем, по меньшей мере, одна камера (3) сгорания со стороны выпуска газа не содержит запорных устройств, так что она остается постоянно открытой со стороны выпуска газа, при этом ниже, по меньшей мере, одной камеры (3) сгорания по направлению потока расположена турбина (4), выполненная с возможностью подачи в нее образующегося в камере (3) сгорания рабочего газа, при этом между, по меньшей мере, одной камерой (3) сгорания и турбиной (4) в осевом направлении позади, по меньшей мере, одной камеры (3) сгорания расположена прямоточная камера (5), отличающаяся тем, что прямоточная камера (5) отделена, по меньшей мере, от одной камеры (3) сгорания направляющим диском (6), причем направляющий диск (6) выполнен в виде перфорированного диска или завихрительной решетки.

2. Газовая турбина по п.1, отличающаяся тем, что прямоточная камера (5) снабжена клапанными отверстиями (8), через которые может подаваться предпочтительно воздух.

3. Газовая турбина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что прямоточная камера (5) снабжена вторичной системой (9) зажигания.

4. Газовая турбина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что в прямоточной камере (5) предусмотрена, по меньшей мере, одна впрыскивающая форсунка (10) для подачи топлива.

5. Газовая турбина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что между прямоточной камерой (5) и турбиной (4) расположен направляющий аппарат (11).

6. Газовая турбина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что в прямоточной камере (5) расположены направляющие поток элементы (12) для завихрения потока.

7. Газовая турбина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что прямоточная камера (5) выполнена в форме сопла Лаваля.

8. Газовая турбина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что содержит несколько камер (3) сгорания, предпочтительно четыре камеры (3) сгорания, которые соединены с общей прямоточной камерой (5).

9. Способ эксплуатации газовой турбины (1), в котором воздух подают через впускные клапаны (2), по меньшей мере, в одну камеру (3) сгорания, смешивают с топливом и сжигают в открытой с выпускной стороны камере (3) сгорания, а затем образованный таким образом рабочий газ подают на турбину (4), причем рабочий газ до его подачи на турбину (4) проходит через прямоточную камеру, расположенную в осевом направлении, по меньшей мере, позади одной камеры (3) сгорания, отличающийся тем, что рабочий газ, поступающий, по меньшей мере, из одной камеры (3) сгорания, подают к прямоточной камере (5) через направляющий диск (6), выполненный в виде перфорированного диска или завихрительной решетки.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что к рабочему газу в прямоточной камере (5) периодически подают воздух.

11. Способ по п.9 или 10, отличающийся тем, что в прямоточной камере (5) проводят дожигание рабочего газа.

12. Способ п.9 или 10, отличающийся тем, что в прямоточную камеру (5) дополнительно подают топливо для дожигания.

13. Способ п.9 или 10, отличающийся тем, что, по меньшей мере, за одной камерой (3) сгорания создают вихревой поток рабочего газа перед его подачей на турбину (4).

14. Приводная система для машины, такой как транспортное средство, самолет, судно, генератор, строительная машина или передаточный механизм, с двигателем внутреннего сгорания, отличающаяся тем, что двигатель внутреннего сгорания представляет собой газовую турбину (1) по любому из пп.1-8.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к газотурбинным двигателям с пульсирующей работой камер сгораний, предназначено для развития малой авиации, дельтопланов, аппаратов на воздушной подушке и других видов транспорта и механизмов.

Изобретение относится к двигателестроению, Камерно-инжекторно-турбинный двигатель содержит сообщенные между собой посредством вала турбину и компрессор с электрогенератором, камеры сгорания, системы управления, охлаждения и зажигания.

Изобретение относится к двигателестроению. .

Изобретение относится к двигателестроению. .

Изобретение относится к двигателестроению. .

Изобретение относится к области машиностроения и может использоваться в двигателях различного назначения. .

Изобретение относится к тепловым двигателям с непрерывным сгоранием топлива при постоянном давлении, с частичным использованием рабочего тела /газа/ в замкнутом цикле, преобразующими энергию рабочего тела в механическую работу, и может найти самое широкое применение в машиностроении, во всех видах транспортных средств, а также в бытовой и сельскохозяйственной технике.

Изобретение относится к двигателестроению. Роторно-желобовой двигатель внутреннего сгорания включает два диска. Диски контактными плоскостями прилегают один к другому. Один из дисков закреплен на корпусе, а другой в центре укреплен на выходном валу. На первом диске расположены камеры сгорания горючей смеси и патрубки отвода газов с секционированных желобов. Желоба вместе с патрубками отвода газов из камеры сгорания расположены на втором диске. Техническим результатом является повышение эффективности двигателя. 3 ил.
Наверх