Способ форсирования двухконтурного турбореактивного двигателя

Авторы патента:

F02K3/10 - с помощью форсажных камер (F02K 3/105 имеет преимущество)

F02C3/30 - добавление воды, пара или другой текучей среды в горючие компоненты или в рабочее тело перед выходом из турбины (нагрев воздухозаборников для предотвращения обледенения F02C 7/047)

Владельцы патента RU 2578941:

Письменный Владимир Леонидович (RU)

Способ форсирования двухконтурного турбореактивного двигателя, заключающийся в подаче в основную камеру сгорания форсажного топлива. Коллектор форсажного топлива расположен в зоне вторичного воздуха основной камеры сгорания. Предпочтительно частота вращения компрессора и перепад давлений на турбинах поддерживаются постоянными. Способ позволяет повысить экономичность двигателя на форсированных режимах и уменьшить габариты форсажной камеры. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к авиадвигателестроению.

Известен способ форсирования двухконтурного турбореактивного двигателя (ТРДД), заключающийся в сжигании топлива в форсажной камере, расположенной за турбинами двигателя (Теория и расчет ВРД. Под ред. С.М. Шляхтенко, М.: Машиностроение, 1987, с. 17, рис. 1.4). Недостатком способа является повышенный расход топлива и большие габариты форсажной камеры.

Известен способ экспериментального определения запасов газодинамической устойчивости газотурбинного двигателя, заключающийся в подаче воды в основную камеру сгорания (Солохин Э.Л. Испытания воздушно-реактивных двигателей. М.: Машиностроение, 1975, с. 76).

Известен способ запуска форсажных камер - «огневая дорожка», когда перед турбиной впрыскивается топливо (Теория, расчет и проектирование двигателей и энергетических установок. Под ред. В.А. Сосунова, В.М. Чепкина. - М.: Изд-во МАИ, 2003, с. 168).

Известен способ форсирования турбореактивного двигателя, заключающийся в подаче в основную камеру сгорания форсажного топлива (патент RU 2474718 С2, 19/02/2013). Недостатками способа являются: высокий расход топлива, снижение запасов устойчивости двигателя.

Целью изобретения является повышение экономичности ТРДД на форсированных режимах работы, уменьшение размеров форсажной камеры.

Поставленная цель достигается тем, что коллектор форсажного топлива ТРДД располагается в зоне вторичного воздуха основной камеры сгорания.

Эффективность способа повышается (исключается появление помпажа двигателя), если частота вращения компрессора и перепад давлений на турбинах поддерживаются постоянными.

На фиг. 1 изображена схема ТРДД.

Двигатель состоит из входного устройства, турбокомпрессора, между компрессором и турбинами которого находится основная камера сгорания 1, форсажной камеры 2, которая расположена за турбинами двигателя, выходного устройства. Топливо (основное, форсажное) подается в основную камеру сгорания: основное топливо подается через коллектор 3, форсунки которого расположены внутри жаровой трубы, форсажное - через коллектор 4, форсунки которого расположены снаружи жаровой трубы (в зоне вторичного воздуха основной камеры сгорания).

Способ форсирования ТРДД осуществляется следующим образом.

На нефорсированном режиме воздух от компрессора поступает в основную камеру сгорания, где тормозится. Заторможенный воздух делится на первичный и вторичный. Первичный воздух поступает в жаровую трубу, смешивается с топливом, поступающим через коллектор 3, сгорает. Вторичный воздух поступает в жаровую трубу через отверстия в ее боковой поверхности, смешивается с продуктами сгорания, охлаждает их, после чего образовавшаяся газовая смесь (газ) поступает в турбины двигателя.

В турбинах совершается механическая работа, в результате чего температура и давление газа понижаются. Газ поступает в камеру смешения - смешивается с воздухом второго контура. Образовавшаяся смесь поступает в выходное устройство, где ускоряется, создавая реактивную силу.

На форсированном режиме вторичный воздух смешивается с топливом, поступающим через коллектор 4, в результате чего образуется богатая топливовоздушная смесь (коэффициент избытка воздуха менее 0,7), которая поступает в жаровую трубу через отверстия в ее боковой поверхности, смешивается с продуктами сгорания, охлаждает их, после чего образовавшаяся топливогазовая смесь поступает в турбины двигателя.

В турбинах совершается механическая работа, в результате чего температура и давление топливогазовой смеси понижаются. Топливогазовая смесь поступает в камеру смешения - смешивается с воздухом второго контура, в результате чего происходит обеднение топливогазовой смеси (коэффициент избытка воздуха 1,05…1,5). Под действием высокой температуры топливогазовая смесь воспламеняется и сгорает. Образующийся газ поступает в выходное устройство, где ускоряется, создавая реактивную силу.

Условия работы турбин двигателя на форсированном и нефорсированном режимах отличаются: на форсированном режиме расход газа через турбины больше, а температура меньше, чем на нефорсированном режиме.

Работа турбины L_т при постоянном перепаде давлений на турбине (π_т=const) определяется как

L_т=const·G_г·c_p·Т_г,

где G_г - расход газа;

c_p - теплоемкость газа при постоянном давлении;

Т_г - температура газа перед турбиной.

Для малых отклонений: δL_т=δG_г+δс_р+δТ_г, где δс_р≈δG_г.

Откуда

Давление перед турбиной определяется как

Для малых отклонений:

При включении форсированного режима регулятор частоты вращения поддерживает постоянную частоту вращения компрессора n=const (δL_т=0), что в соответствии с уравнением (1) означает снижение температуры газа перед турбиной на величину δТ_г≈-2·δG_г. При этом давление газа перед турбиной (за компрессором) в соответствии с уравнением (2) практически не меняется δР≈0.

Таким образом, подача форсажного топлива в зону вторичного воздуха основной камеры сгорания, во-первых, снижает температуру газа перед турбинами (δT_г≈-2·δG_г), которое достигается: а) поглощением энергии при испарении форсажного топлива; б) уменьшением подачи основного топлива, во-вторых, не оказывает влияния на работу компрессора (δР≈0).

Соответственно сущность способа заключается в том, что форсажное топливо, превращенное в основной камере сгорания в газ, за счет работы расширения, реализуемой в турбинах, замещает часть энергии основного топлива (уменьшает его расход), не оказывая при этом влияния на устойчивость работы двигателя (компрессора).

Применение способа позволяет:

понизить удельный расход топлива ТРДД на форсированных режимах за счет уменьшения расхода топлива в основной камере сгорания;

повысить коэффициент полноты сгорания топлива в форсажной камере за счет улучшения условий смесеобразования (смешение происходит при меньших объемах и при более высоких температурах и давлениях);

уменьшить потери давления в форсажной камере за счет исключения топливных коллекторов;

уменьшить габариты форсажной камеры за счет перемещения зоны смесеобразования из форсажной камеры в основную камеру сгорания;

повысить надежность работы турбины за счет снижения температуры газа перед лопатками турбины.

1. Способ форсирования двухконтурного турбореактивного двигателя, заключающийся в подаче в основную камеру сгорания форсажного топлива, отличающийся тем, что коллектор форсажного топлива расположен в зоне вторичного воздуха основной камеры сгорания.

2. Способ форсирования двухконтурного турбореактивного двигателя по п. 1, отличающийся тем, что частота вращения компрессора и перепад давлений на турбинах поддерживаются постоянными.

Изобретение относится к энергетике. Способ работы газотурбинного двигателя с форсажной камерой, заключающийся в том, что формируют топливовоздушную смесь и обеспечивают ее горение в основной камере сгорания.

Способ форсажа турбодвигателя-2 // 2568031

Способ форсажа турбодвигателя заключается в том, что в камере сгорания находится два или три последовательных ряда форсунок, в первом и/или дополнительном ряду которых происходит стехиометрическое сгорание топлива.

Газотурбинный авиационный двигатель и способ его форсирования // 2562822

Изобретение относится к двигателестроению, в том числе к авиационным двигателям, и может найти применение в гиперзвуковых самолетах или для ракетно-космических систем, способных совершать пилотируемый полет в атмосфере, например, возвращаемой ступени ракеты-носителя.

Способ форсажа газотурбинного двигателя // 2523510

Способ форсажа газотурбинного двигателя заключается в подаче в камеру сгорания или в компрессор количества топлива, необходимого для его полного сгорания. Также осуществляют подачу в камеру сгорания дополнительного топлива в количестве, необходимом для снижения температуры газов в камере сгорания до безопасного предела (атмофорсаж).

Турбореактивный двигатель самолета, выполненный с возможностью защиты от ракеты, оснащенной головкой самонаведения, и способ его защиты (варианты) // 2491439

Изобретение относится к военной технике, а именно к методам индивидуальной защиты летательных аппаратов от ракет, оснащенных головками самонаведения, работающими в СВЧ диапазоне радиоволн.

Фронтовое устройство форсажной камеры со стабилизатором пламени изменяемой геометрии // 2472027

Изобретение относится к области газотурбинных двигателей с форсажными камерами сгорания, в частности к фронтовым устройствам форсажных камер сгорания. .

Способ управления расходом топлива в форсажную камеру сгорания газотурбинного двигателя // 2438031

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения. .

Задняя часть турбореактивного двигателя самолета, турбореактивный двигатель и самолет // 2433291

Кронштейн стабилизатора пламени форсажной камеры, вентиляционная камера кронштейна стабилизатора пламени и газотурбинный двигатель // 2410604

Форсажная камера сгорания турбореактивного двухконтурного двигателя // 2406855

Изобретение относится к авиадвигателестроению, а именно к конструкции элементов форсажных камер турбореактивных двухконтурных двигателей (ТРДД). .

Способ эксплуатации газотурбинной комбинированной теплоэлектростанции и газотурбинная комбинированная теплоэлектростанция // 2569130

Способ эксплуатации газотурбинной комбинированной теплоэлектростанции, содержащей компрессорную установку и турбинную установку, заключается в том, что полезную работу отбирает по меньшей мере одно устройство, имеющееся в станции, при котором производят топочные газы камерой сгорания, установленной перед турбинной установкой.

Способ повышения выходной мощности газотурбинного двигателя при эксплуатации // 2567530

Изобретение относится к области эксплуатации газотурбинных двигателей, в частности к двигателям, применяемым в качестве привода нагнетателя газоперекачивающих агрегатов, контролю технического состояния и его восстановлению.

Способ работы газовой турбины с последовательным сгоранием и газовая турбина для осуществления указанного способа // 2566621

Способ работы газовой турбины с последовательным сгоранием, при этом газовая турбина содержит компрессор, первую камеру сгорания собственно с первой камерой сгорания и первыми горелками, которая принимает сжатый воздух из компрессора, вторую камеру сгорания собственно со второй камерой сгорания и вторыми горелками, которая принимает горячий газ из первой камеры сгорания с заданной температурой на впуске второй камеры сгорания, и турбину, которая принимает горячий газ из второй камеры сгорания.

Газотурбинная установка повышенной эффективности // 2545261

Газотурбинная установка повышенной эффективности содержит газификатор угля, систему очистки продуктов газификации, регенеративные теплообменники, камеру сгорания, газовую турбину, воздушный многоступенчатый турбокомпрессор со смесительными камерами.

Способ повышения эффективности работы газотурбинной установки // 2544397

Изобретение относится к области энергетики. При работе газотурбинной установки охлаждение сжатого воздуха в смесительных камерах турбокомпрессора осуществляют путем подачи в смесительные камеры незамерзающего при минусовых температурах окружающей среды антифриза в виде капель размером 20-500 мкм и полного вывода антифриза из смесительных камер с помощью сепарационно-вихревых устройств после безыспарительного нагрева антифриза.

Способ удаления увлеченного газа в системе генерирования мощности с комбинированным циклом // 2539943

Система генерирования мощности с комбинированным циклом содержит паротурбинную систему, газотурбинную систему, включающую в себя компрессор, камеру сгорания и газовую турбину; парогенератор с регенерацией тепла, проточную линию.

Способ повышения эффективности работы осевого многоступенчатого компрессора // 2529289

Изобретение относится к компрессоростроению и может быть использовано в теплоэнергетике, газоперекачивающих станциях, наземных и судовых транспортных средствах в стационарных газотурбинных установках, имеющих в своем составе осевой многоступенчатый компрессор.

Газотурбинная установка с впрыском водяного пара // 2527010

Газотурбинная установка с впрыском водяного пара в контур ГТУ содержит компрессор для сжатия воздуха, топливный насос, средства для подачи топлива, камеру сгорания, газовую турбину, электрогенератор для выработки электроэнергии, механические средства для передачи механической энергии от турбины на работу компрессора и на вращение электрогенератора, котел-утилизатор.

Газотурбинная установка с подачей паро-топливной смеси // 2527007

Газотурбинная установка с подачей паро-топливной смеси содержит компрессор для сжатия воздуха, топливный насос для подачи топлива, средства для подачи паро-топливной смеси, камеру сгорания, газовую турбину, электрогенератор для выработки электроэнергии, механические средства для передачи механической энергии от турбины на работу компрессора и на вращение электрогенератора, котел-утилизатор.

Газотурбинная установка с впрыском жидкости в контур гту // 2517995

Изобретение относится к энергетике. Газотурбинная установка (ГТУ) с впрыском жидкости в контур ГТУ оснащена системой подачи и смешения активатора горения с жидкостью, подаваемой в контур ГТУ.

Способ комбинированной выработки электроэнергии, тепла и холода в парогазовой установке с инжекцией пара и парогазовая установка для его реализации // 2611921

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано при создании новых и совершенствовании действующих парогазовых установок (ПГУ) контактного типа (ПГУ-К), предназначенных для выработки электроэнергии и тепла, а также в качестве силового привода, например, компрессоров газоперекачивающих станций магистральных газопроводов. Способ комбинированной выработки электроэнергии, тепла и холода в парогазовой установке с инжекцией пара включает сжатие воздуха в многоступенчатом компрессоре с промежуточным охлаждением воздуха подогретой водой в контактном теплообменнике. Подачу сжатой паровоздушной смеси в камеру сгорания газовой турбины с инжекцией дополнительного пара, полученного в котле-утилизаторе. Расширение парогазовой смеси в турбине высокого давления. Охлаждение парогазовой смеси в котле-утилизаторе и газоохладителе для подогрева сетевой воды системы теплоснабжения за счет теплоты конденсации паров воды из парогазовой смеси. Систему удаления капельной влаги из парогазовой смеси, дальнейшую подачу осушенной парогазовой смеси в детандер со сбором образовавшегося конденсата и возвратом его в парогазовый цикл. Давление за турбиной высокого давления поддерживают на уровне 0,35-0,5 МПа, достаточном для подогрева циркулирующей воды системы теплохладоснабжения до температуры 100-110°C. Техническим результатом заявленного изобретения является упрощение технологии комбинированной выработки энергии, тепла и холода, реализация возможности проводить конденсацию водяных паров при температурном уровне, достаточном для нагрева сетевой воды до стандартных параметров системы теплофикации. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.