Газотурбинный двигатель



Газотурбинный двигатель
Газотурбинный двигатель

 


Владельцы патента RU 2632749:

Ахметов Эмель Борисович (RU)

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, в частности к газотурбинным двигателям, применяемым в авиации, на кораблях и наземных установках в качестве силового агрегата. Газотурбинный двигатель содержит компрессор, корпус между компрессором и турбиной, турбину, стойку между компрессором и камерой сгорания с кольцевым каналом подвода воздуха от компрессора к камере сгорания, причём к стойке крепится камера сгорания, которая имеет жаровую трубу, наружный и внутренний корпуса камеры сгорания, лопаточные завихрители заряда, форсунку с трубой подвода топлива. На входе в жаровую трубу закреплено устройство в виде трубы с конусообразными микрозавихрителями по внутреннему диаметру в форме замкнутого круга или винта с конической частью и закругленной кромкой. При этом указанное устройство расположено за кольцевым каналом подвода воздуха от компрессора к камере сгорания. Изобретение позволяет обеспечить стабильность, скорость и полноту сгорания топлива в жаровой трубе. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, в частности к газотурбинным двигателям, применяемым в авиации, на кораблях и наземных установках в качестве силового агрегата.

Широко известен газотурбинный двигатель (ГТД), который содержит компрессор, корпус между компрессором и турбиной, турбину, стойку между компрессором и камерой сгорания с кольцевым каналом подвода воздуха от компрессора к камере сгорания (к.с.), к стойке крепится к.с., которая содержит жаровую трубу, наружный и внутренний корпуса к.с., лопаточные завихрители воздуха, форсунку с трубой подвода топлива. Известный двигатель принят за прототип.

Задачей изобретения является повышение безотказности и надежности ГТД, ресурса, кпд, а также повышение экологичности за счет снижения выброса СО, СН, NOx и твердых частиц (сажи) в атмосферу.

Технический результат - обеспечение стабильности, скорости и полноты сгорания топлива в жаровой трубе.

Задача решается, а технический результат достигается газотурбинным двигателем, который содержит компрессор, корпус между компрессором и турбиной, турбину, стойку между компрессором и камерой сгорания с кольцевым каналом подвода воздуха от компрессора к камере сгорания, к стойке крепится камера сгорания, которая имеет жаровую трубу, наружный и внутренний корпуса камеры сгорания, лопаточные завихрители заряда, форсунку с трубой подвода топлива. В отличие от прототипа на входе в жаровую трубу закреплено устройство в виде трубы с конусообразными микрозавихрителями по внутреннему диаметру в форме замкнутого круга или винта с конической частью и закругленной кромкой с радиусом r, при этом указанное устройство расположено за кольцевым каналом подвода воздуха от компрессора к камере сгорания таким образом, что скорость течения потока воздуха около микрозавихрителей должна быть не менее 35-40 м/сек на номинальном режиме работы ГТД.

Согласно изобретению:

- вблизи входа в жаровую трубу устройство с микрозавихрителями снабжено отверстиями;

- труба подвода топлива к форсунке снабжена конусообразным отражателем-завихрителем на определенном расстоянии от распылителей форсунки;

- устройство в виде трубы дополнительно снабжено одним конусообразным микрозавихрителем на внешнем диаметре трубы в форме замкнутого круга;

- устройство с микрозавихрителями выполнено за одно с деталью жаровой трубы, расположенной в передней части жаровой трубы.

Технический результат достигается следующим.

На входе в жаровую трубу крепится устройство в виде трубы с конусообразными завихрителями по внутреннему диаметру в форме замкнутого круга или винта с конической частью и закругленной кромкой с радиусом r. Устройство расположено за кольцевым каналом подвода воздуха от компрессора к камере сгорания таким образом, что скорость течения потока воздуха около микрозавихрителей должна быть не менее 35-40 м/сек на номинальном режиме работы ГТД. Устройство генерирует микровихри высоких скоростей и энергий на входе в жаровую трубу при срыве потока воздуха с закругленных кромок конусообразных микрозавихрителей. Это обеспечивает высокую скорость сгорания топлива, полноту и стабильность горения.

Так как вход в устройтво генерирования микровихрей расположен ближе к каналу в стойке, то скорость потока в указанном месте значительно превышает скорость входа в лопаточный завихритель без устройства по причине значительного увеличения сечения к.с. по мере удаления от канала в стойке. Микровихри, генерируемые в устройстве, имеют большую скорость и энергию, чем микровихри, возникающие при срыве потока с кромок лопаточных завихрителей без устройства. Предложенное в изобретении устройство обеспечивает стабильность пуска и интенсивность горения в жаровой трубе, что значительно снижает пульсацию потока заряда и снижает неравномерность температуры и давления перед турбиной. Тем самым может быть увеличен ресурс лопаток турбины, особенно при использовании газового топлива, который горит медленнее и неравномернее, чем керосин, значит, возникает большая пульсация перед турбиной. Кроме того, при меньших расходах воздуха на промежуточных режимах снижается скорость потока и повышается нестабильность горения, что может сказаться на безопасности летательных аппаратов. (Доказана значительная стабильность циклов в поршневых двигателях и надежность их запуска при генерировании микровихрей в конце такта сжатия). Кроме того, при уменьшении интенсивности горения значительная часть углерода в топливе не сгорает и в виде сажи откладывается на деталях к.с. и форсунки, что снижает надежность ГТД.

Учитывая повышение расхода воздуха в жаровой трубе по причине скоростного напора, устройство может быть снабжено отверстиями вблизи крепления к жаровой трубе для регулирования расхода воздуха через нее.

Для увеличения конуса распыла топлива и обеспечения стабильного воспламенения и горения на наружном диаметре трубы подвода топлива может выполняться конусообразный отражатель-завихритель с радиусом закругления r и располагаться на определенном расстоянии от распылителя форсунки.

Для эффективного охлаждения передней части жаровой трубы устройство в виде трубы, прикрепляемое в передней части жаровой трубы, дополнительно снабжено одним конусообразным микрозавихрителем на внешнем диаметрах трубы.

В одном из случаев устройство с микрозавихрителями может выполняться за одно с деталью жаровой трубы, расположенной в передней части жаровой трубы.

Изобретение поясняется графической частью на фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3.

На фиг. 1 показан разрез к.с. и жаровой трубы.

На фиг. 2 изображены лопаточные завихрители и конусообразный отражатель-завихритель на наружном диаметре трубы подвода топлива.

На фиг. 3 изображено устройство с конусообразными микрозавихрителями на внутреннем и внешнем диаметры трубы.

Газотурбинный двигатель состоит из компрессора, корпуса между компрессором и турбиной, турбины (на фигурах не изображены), стойки 1 между компрессором и к.с. с кольцевым каналом 2 подвода воздуха от компрессора к к.с., к стойке 1 крепится к.с. 3, которая содержит жаровую трубу 4, а также наружный 5 и внутренний 6 корпуса к.с., лопаточные завихрители воздуха 7, форсунку 8 с трубой 9 подвода топлива. К жаровой трубе крепится устройство 10, которое состоит из трубы 11, во внутреннем диаметре которого выполнены конусообразные микрозавихрители 12 в форме замкнутого круга или винта с конической частью 13 и закругленной кромкой 14.

Устройство 10 может быть снабжено отверстиями 15 вблизи входа воздуха в жаровую трубу для регулирования расхода воздуха через жаровую трубу торможением скоростного напора.

Труба 9 форсунки 8 снабжена конусообразным отражателем-завихрителем 16 с радиусом закругления r у вершины конуса. Устройство дополнительно может снабжаться конусообразным микрозавихрителем 17 по внешнему диаметру трубы.

Газотурбинный двигатель работает следующим образом. Компрессор подает воздух через канал 2 стойки 1 в камеру сгорания 3. Через устройство 10, закрепленное на входе в жаровую трубу 4, воздух подводится к лопаточным завихрителям 7 и распылителю форсунки 8.

В устройстве 10 генерируются микровихри высоких скоростей и энергий при огибании потоком воздуха конусообразных микрозавихрителей 12. Наличие в турбулентном потоке воздуха микровихрей значительно пловышает микротурбулизацию заряда, в микротурбулентном потоке интенсивность сгорания повышается («Быстроходные двигатели» Лернер), что обеспечивает высокую скорость тепловыделения, полноту сгорания заряда и равномерность смесеобразования и горения. За счет скорости тепловыделения обеспечивается более высокая температура газов, значит, более высокое давление. В результате повышается работа расширения газов и повышается кпд ГТД. Особенно заметно влияние устройства микротурбулизации заряда на режимах неполных нагрузок, при которых скорость потока воздуха в к.с. снижается на большой высоте полета, где низкая температура и давление ухудшают условие сгорания заряда. Кроме того, наличие устройства обеспечивает равномерное и стабильное горение в потоке и снижение пульсаций потока, повышая надежность и ресурс работы турбины. Пульсация потока в жаровой трубе вызывает повышение динамических нагрузок на лопатки турбины и подшипники вала турбины. За счет полноты и интенсивности горения снижаются выбросы СО, СН, NOx и твердых частиц (сажи).

Для облегчения запуска и устойчивого горения труба подвода топлива снабжается конусообразным кольцевым отражателем-завихрителем, увеличивающим конус распыла заряда.

Таким образом, дешевая модернизация ГТД по предложенному изобретению позволяет повысить кпд ГТД на любых режимах авиационных, корабельных, наземных силовых установок, обеспечить безопасность и надежность работы ГТД при широком диапазоне параметров окружающей среды, использовать топливо с более широкими параметрами и снизить выброс в атмосферу токсичных компонентов с отработанными газами.

Кроме того, простота установки устройства генерирования микровихрей позволяет модернизировать не только новые ГТД в производстве, но и находящиеся в эксплуатации ГТД при их ремонте.

1. Газотурбинный двигатель содержит компрессор, корпус между компрессором и турбиной, турбину, стойку между компрессором и камерой сгорания с кольцевым каналом подвода воздуха от компрессора к камере сгорания, к стойке крепится камера сгорания, которая имеет жаровую трубу, наружный и внутренний корпуса камеры сгорания, лопаточные завихрители заряда, форсунку с трубой подвода топлива, отличающийся тем, что на входе в жаровую трубу закреплено устройство в виде трубы с конусообразными микрозавихрителями по внутреннему диаметру в форме замкнутого круга или винта с конической частью и закругленной кромкой с радиусом r, при этом указанное устройство расположено за кольцевым каналом подвода воздуха от компрессора к камере сгорания таким образом, что скорость течения потока воздуха около микрозавихрителей должна быть не менее 35-40 м/сек на номинальном режиме работы ГТД.

2. Газотурбинный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что вблизи входа в жаровую трубу устройство с микрозавихрителями снабжено отверстиями.

3. Газотурбинный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что труба подвода топлива к форсунке снабжена конусообразным отражателем-завихрителем на определенном расстоянии от распылителей форсунки.

4. Газотурбинный двигатель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что устройство в виде трубы дополнительно снабжено одним конусообразным микрозавихрителем на внешнем диаметре трубы в форме замкнутого круга.

5. Газотурбинный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что устройство с микрозавихрителями выполнено за одно с деталью жаровой трубы, расположенной в передней части жаровой трубы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к энергетике. Камера сгорания авиационного газотурбинного двигателя, в которой реализовано объединение основной и форсажной камер сгорания в единую камеру.

Кольцевая камера сгорания турбомашины содержит две коаксиальные круговые стенки - внутреннюю и внешнюю, - соединенные своими расположенными выше по потоку концами посредством кольцевой стенки дна камеры, содержащей отверстия для установки систем впрыска.

Изобретение относится к энергетике. Устройство камеры сгорания с регулируемым зазором подачи охлаждающего воздуха для микрогазотурбинного двигателя содержит корпус, жаровую трубу и узел впрыска топлива, жаровая труба размещена внутри корпуса и расположена по оси камеры сгорания, причем между корпусом камеры сгорания и наружной поверхностью жаровой трубы образован кольцевой зазор воздушной рубашки, торцевой фланец.

Демпфирующее устройство для камеры сгорания газовой турбины содержит стенку с первой внутренней стенкой и второй наружной стенкой, расположенными на расстоянии друг от друга, множество охлаждающих каналов, продолжающихся по существу параллельно между первой внутренней стенкой и второй наружной стенкой, по меньшей мере один демпфирующий объем, первый проход для подачи охлаждающей среды из охлаждающего канала в демпфирующий объем и узкий проход для соединения демпфирующего объема с камерой сгорания.

Устройство резонатора, предназначенное для демпфирования колебаний давления в камере сгорания, содержит контейнер, заполненный газом, отверстие в контейнере и нагревательный элемент, выполненный с возможностью генерировать пламя.

Узел камеры сгорания содержит камеру сгорания, первичную камеру сгорания, вторичную камеру сгорания и демпфирующее устройство. Узел камеры сгорания предназначен для уменьшения пульсации камеры сгорания, возникающей внутри газотурбинной установки, по существу содержащей, по меньшей мере, один компрессор, первичную камеру сгорания, которая присоединена ниже по потоку от компрессора, и горячие газы из первичной камеры сгорания впускаются во вторичную камеру сгорания.

Акустическое демпфирующее устройство для камеры сгорания содержит внутреннюю оболочку и наружную оболочку. Внутренняя оболочка выполнена с возможностью использования при первой температуре при работе.

Диффузор для камеры сгорания турбины содержит по существу кольцевую внешнюю оболочку, по существу кольцевую внутреннюю оболочку и канал Вентури, расположенный между внешней и внутренней оболочками.

Способ сжигания углеводородного топлива в газотурбинных двигателе или установке, содержащих камеру сгорания, заключается в поступлении на ее вход потока углеводородного топлива и потока воздуха, сжатого в компрессоре до высокого давления.

Изобретение относится к области машиностроения, энергетики, транспорта и к другим областям, где возникает необходимость увеличения эффективности охлаждения теплонапряженных элементов, в частности к созданию и увеличению ресурса работы малоэмиссионных камер сгорания авиационных газотурбинных двигателей и стационарных газотурбинных установок.
Наверх