Способ преобразования тепловой энергии в механическую в газотурбинном двигателе и газотурбинный двигатель для его осуществления

Способ преобразования тепловой энергии в механическую в газотурбинном двигателе и газотурбинный двигатель для его осуществления

Реферат

 

Использование: в энергетике. Сущность изобретения: подают поток окислителя от источника 3 окислителя в источник 1 нагретого рабочего тела и закручивают поток нагретого рабочего тела относительно продольной оси О-О газотурбинного двигателя до подачи его в первую турбинную ступень. В поток окислителя на входе 4 в источник 1 нагретого рабочего тела подают множество потоков H вспомогательной текучей среды, закрученных относительно продольной оси О-О газотурбинного двигателя, под давлением, превышающим давление окислителя, и увеличивают скорость нагретого рабочего тела на выходе из источника 1 нагретого рабочего тела, при этом на участке Е между входом 4 в источник 1 нагретого рабочего тела и зоной F нагрева рабочего тела скорость рабочего тела снижают. Газотурбинный двигатель имеет по меньшей мере две размещенные в проточной части 10 турбинные ступени 6, 8, 9, источник 1 нагретого рабочего тела, источник 3 окислителя и источник 11 топлива. Двигатель имеет устройство для подачи на вход 4 в источник 1 нагретого рабочего тела множество потоков H вспомогательной текучей среды, закрученных относительно продольной оси О-О газотурбинного двигателя. 2 с. и 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к энергетике, а именно к способу преобразования тепловой энергии в механическую в газотурбинном двигателе и к газотурбинному двигателю, реализующему этот способ.

Изобретение может быть использовано в газотурбинных двигателях, предназначенных для применения в стационарных энергетических установках и в силовых установках, используемых на различных наземных транспортных средствах и воздушных и водных судах.

Известен способ преобразования тепловой энергии в механическую в газотурбинном двигателе, при котором поступающий в источник нагретого рабочего тела из компрессора окислитель на входе в источник нагретого рабочего тела разделяется на первичный, вторичный и смесительный потоки [1]. Первичный поток окислителя поступает для начального смесеобразования, надежного воспламенения смеси и организации устойчивого фронта пламени, для чего смесь должна иметь коэффициент избытка окислителя = 0,8-0,9. Вторичный окислитель подводится через передние ряды отверстий в жаровой трубе и служит для завершения процесса сгорания, при этом значения возрастают до 1,5-1,7. Процесс сгорания на этом практически заканчивается из-за подвода большего количества окислителя в зону смешения и охлаждения нагретого рабочего тела. Если в начале зоны горения температура составляет 2300-2500К, то за счет смесительного потока окислителя она снижается до 1200-1600К, и нагретое рабочее тело поступает в турбину при этой температуре. При этом часть окислителя (20-30%) используется для охлаждения стенок жаровой трубы. Снижение скорости окислителя, поступающего в источник нагретого рабочего тела осуществляется с помощью диффузора, установленного на входе в источник нагретого рабочего тела. Кроме того, имеются завихрители для создания зон обратной циркуляции, которые образуют вместе с форсунками зону смешения. Вращение окислителя далее постепенно прекращается благодаря поступлению боковых струй воздуха через отверстия жаровой трубы и трению о стенки источника нагретого рабочего тела. При этом значительно возрастают гидравлические сопротивления без существенного роста эффективности. Кроме того, необходимо подавать дополнительное количество окислителя (до 30% от общего количества окислителя, подаваемого в газотурбинный двигатель), используемого в качестве охлаждающей среды, что не эффективно.

Известен способ преобразования тепловой энергии в механическую в газотурбинном двигателе, имеющем по меньшей мере две размещенные в проточной части турбинные ступени, источник окислителя и источник нагретого рабочего тела, соединенный с источником топлива, размещенные перед первой турбинной ступенью, при котором подают поток окислителя от источника окислителя в источник нагретого рабочего тела и закручивают поток нагретого рабочего тела относительно продольной оси газотурбинного двигателя до подачи его в первую турбинную ступень. Этот способ осуществляют в газотурбинном двигателе, содержащем по меньшей мере две размещенные в проточной части турбинные ступени, источник нагретого рабочего тела, источник окислителя и источник топлива [2]. В этом двигателе поток нагретого рабочего тела закручивают с помощью наклонных лопаток в нагретом состоянии. При этом имеют место дополнительные потери из-за периодического расширения и сжатия нагретого рабочего тела в источнике нагретого рабочего тела и возникают дополнительные гидравлические сопротивления. Перед зоной нагрева источника рабочего тела наклонные лопатки образуют конфузор, что приводит к увеличению скорости дозвукового потока рабочего тела. При этом падает давление рабочего тела перед нагреванием, что приводит к снижению возможной работы расширения рабочего тела.

На выходе из источника нагретого рабочего тела наклонные лопатки образуют расширяющийся канал, что приводит к снижению скорости потока рабочего тела. Это снижает кинетическую энергию и уменьшает КПД. Кроме того, необходимо использование лопаток из жаропрочного материала, так как поток рабочего тела закручивают при температуре около 2400К. Для охлаждения наклонных лопаток необходимо подавать дополнительный окислитель (воздух), что снижает эффективность. Наклонные лопатки установлены на ступице для вращения. Это усложняет конструкцию газотурбинного двигателя и снижает надежность.

В основу изобретения положена задача создания способа преобразования тепловой энергии в механическую в газотурбинном двигателе, при котором термодинамическое состояние рабочего тела трансформируют в источнике нагретого рабочего тела таким образом, чтобы обеспечить наиболее благоприятное распределение скоростей движения рабочего тела по длине источника нагретого рабочего тела и максимальную работу расширения рабочего тела.

Поставленная задача решается тем, что в способе преобразования тепловой энергии в механическую в газотурбинном двигателе, имеющем по меньшей мере две размещенные в проточной части турбинные ступени, источник окислителя и источник нагретого рабочего тела, соединенный с источником топлива, размещенные перед первой турбинной ступенью, при котором подают поток окислителя от источника окислителя в источник нагретого рабочего тела и закручивают поток нагретого рабочего тела относительно продольной оси газотурбинного двигателя до подачи его в первую турбинную ступень, в соответствии с изобретением в поток окислителя на входе в источник нагретого рабочего тела подают множество потоков вспомогательной текучей среды, закрученных относительно продольной оси газотурбинного двигателя, под давлением, превышающим давление окислителя, и увеличивают скорость нагретого рабочего тела на выходе из источника нагретого рабочего тела, при этом на участке между входом в источник нагретого рабочего тела и зоной нагрева рабочего тела скорость рабочего тела снижают.

Благодаря тому, что множество потоков вспомогательной текучей среды, закрученных относительно продольной оси газотуpбинного двигателя подают под давлением, превышающим давление окислителя на входе в источник нагретого рабочего тела, обеспечивается закрутка рабочего тела, а точнее дополнительная закрутка рабочего тела, уже закрученного, например, при поступлении окислителя от компрессора до нагревания рабочего тела до рабочей температуры без увеличения гидравлического сопротивления в проточной части источника нагретого рабочего тела. При этом обеспечивается увеличение живого сечения проточной части источника нагретого рабочего тела, что позволяет либо снизить потери, либо увеличить мощность на единицу веса. Благодаря тому, что скорость нагретого рабочего тела увеличивают на выходе из источника нагретого рабочего тела и снижают скорость рабочего тела на участке между входом в источник нагретого рабочего тела и зоной нагрева рабочего тела, обеспечивается рациональное распределение скоростей по длине источника нагретого рабочего тела, что приводит к увеличению работы расширения рабочего тела.

Целесообразно в поток нагретого рабочего тела на выходе из источника нагретого рабочего тела подавать рабочее тело, отработавшее в турбинной ступени. При этом обеспечивается охлаждение нагретого рабочего тела отработавшим рабочим телом, что позволяет обойтись без подвода дополнительного окислителя для охлаждения и сократить потери мощности на подачу дополнительного окислителя для охлаждения, и возрастает общий КПД.

Целесообразно каждый поток вспомогательной текучей среды подавать под углом 120-60^о к диаметральной плоскости сечения источника нагретого рабочего тела, проведенной через диаметр, проходящий через точку ввода потока в источник нагретого рабочего тела. При этом обеспечивается оптимальная закрутка рабочего тела в источнике нагретого рабочего тела с максимальной эффективностью и минимальными потерями.

Целесообразно в качестве текучей среды использовать топливо, подаваемое от источника топлива под давлением. При этом обеспечивается использование топлива не только по прямому назначению, но и для достижения эффекта настоящего изобретения - закручивания потока рабочего тела баз повышения гидравлического сопротивления проточной части источника нагретого рабочего тела.

Топливо перед подачей на вход источника нагретого рабочего тела предпочтительно нагревают. При этом обеспечивается улучшение смесеобразования и повышается эффективность сгорания с увеличением общего КПД.

Топливо перед нагреванием предпочтительно распыляют. При этом обеспечивается эффективное испарение топлива с повышением эффективности смесеобразования и общего КПД.

Поставленная задача также решается тем, что газотурбинный двигатель, содержащий по меньшей мере две размещенные в проточной части турбинные ступени, источник нагретого рабочего тела, источник окислителя и источник топлива, в соответствии с изобретением снабжен устройством для подачи на вход в источник нагретого рабочего тела множества потоков вспомогательной текучей среды, закрученных относительно продольной оси газотурбинного двигателя.

Благодаря тому, что имеется устройство для подачи на вход в источник нагретого рабочего тела множества потоков вспомогательной текучей среды, закрученных относительно продольной оси газотурбинного двигателя, отпадает необходимость в подводе охлаждающего воздуха для охлаждения элементов, находящихся в высокотемпературной зоне источника нагретого рабочего тела, которые обычно использовали для закрутки нагретого рабочего тела (например, элементов соплового аппарата первой турбинной ступени). Следует отметить, что такое решение позволяет обойтись как без соплового аппарата первой турбинной ступени, так и без других механических устройств, размещенных в высокотемпературной зоне источника нагретого рабочего тела, которые требуют охлаждения и применения дорогих и дефицитных материалов и которые увеличивают гидравлическое сопротивление проточной части источника нагретого рабочего тела. При этом возрастает надежность и эффективность газотурбинного двигателя и упрощается его изготовление.

Целесообразно, чтобы устройство для подачи множества потоков вспомогательной текучей среды, закрученных относительно продольной оси газотурбинного двигателя было образовано размещенным в проточной части кольцевым каналом и множеством радиально установленных по окружности кольцевого канала сопел, имеющих выпускные каналы, продольные оси которых расположены под углом 120-60^о к линии пересечения плоскости поперечного сечения сопла с диаметральной плоскостью продольного сечения кольцевого канала, проведенной через выходное сечение выпускного канала сопла. При такой конструкции обеспечивается наиболее рациональный ввод текучей среды в источник нагретого рабочего тела и максимальная эффективность закрутки потока рабочего тела при минимальных потерях.

Целесообразно, чтобы проточная часть источника нагретого рабочего тела на выходе имела вид конфузора, а участок проточной части источника рабочего тела между входом в источник нагретого рабочего тела и зоной нагрева рабочего тела имел вид диффузора. При такой конструкции обеспечивается рациональное распределение скоростей по длине источника нагретого рабочего тела, что приводит к увеличению работы расширения рабочего тела.

Целесообразно снабдить газотурбинный двигатель эжектором, имеющим три входа и выход, при этом первый вход эжектора сообщается с источником нагретого рабочего тела, второй вход эжектора сообщается с выходом первой турбинной ступени в зоне проточной части, радиально удаленной от оси газотурбинного двигателя, третий вход эжектора сообщается с выходом первой турбинной ступени в зоне проточной части, радиально расположенной со стороны оси газотурбинного двигателя, а выход эжектора сообщается с входом первой турбинной ступени.

При таком устройстве эжектора обеспечивается не только охлаждение нагретого рабочего тела перед подачей его к первой турбинной ступени для повышения КПД, но и создается необходимое радиальное распределение температур на лопатках первой турбинной ступени с преимущественным охлаждением концевых и корневых участков лопаток. Это повышает надежность газотурбинного двигателя.

Целесообразно, чтобы сопла сообщались с источником топлива, между соплами и источником топлива предпочтительно установлено устройство для нагревания топлива, на входе которого установлены распылители, соединенные с источником топлива, при этом устройство для нагревания топлива представляет собой рубашку охлаждения источника нагретого рабочего тела.

При такой конструкции обеспечивается одновременное использование топлива по прямому назначению и в качестве вспомогательной текучей среды для закрутки рабочего тела, причем само топливо нагревается и испаряется, что способствует повышению КПД двигателя.

На фиг. 1 представлена схема газотурбинного двигателя, иллюстрирующая осуществление способа преобразования тепловой энергии в механическую в газотурбинном двигателе в соответствии с настоящим изобретением; на фиг.2 - предлагаемый газотурбинный двигатель, продольный разрез; на фиг.3 - разрез III-III на фиг.2 (увеличено); на фиг.4 - разрез IV-IV на фиг.3; на фиг.5 - вид по стрелке А на фиг.4; на фиг.6 - разрез VI-VI на фиг.2 (увеличено).

Предлагаемый способ преобразования тепловой энергии в механическую в газотурбинном двигателе (фиг.1) осуществляется следующим образом. Нагретое рабочее тело поступает из источника 1 нагретого рабочего тела в турбину 2, как показано стрелкой В. Нагретое рабочее тело образуется из окислителя (воздуха), поступающего, например, от компрессора 3, как показано стрелкой С, и топлива, поступающего под давлением от источника топлива (не показан) по стрелке D.

Нагретое рабочее тело от входа 4 (фиг.2) движется по проточной части 5 источника 1 нагретого рабочего тела и проходит последовательно расположенные зоны E, F и G. В зоне E, т.е. на входе 4 в источник 1 нагретого рабочего тела, подают множество потоков вспомогательной текучей среды, закрученных относительно продольной оси газотурбинного двигателя, под давлением, превышающим давление рабочего тела, поступающего на вход источника 1 нагретого рабочего тела, как условно показано стрелками Н. Это приводит к закрутке рабочего тела на входе в источник 1 нагретого рабочего тела относительно продольной оси 0-0 газотурбинного двигателя.

Следует отметить, что в данном варианте осуществления способа в качестве источника окислителя, являющегося одним из компонентов рабочего тела, использован ротационный компрессор, и поток рабочего тела на входе в источник 1 нагретого рабочего тела уже закручен относительно продольной оси 0-0 газотурбинного двигателя. При этом поток получит дополнительную закрутку под воздействием вспомогательной рабочей среды. Закрутку потока рабочего тела осуществляют потоками Н вспомогательной текучей среды, подаваемым под определенным углом, как будет описано ниже при описании газотурбинного двигателя в соответствии с настоящим изобретением.

На участке между зоной Е входа в источник нагретого рабочего тела и зоной F нагрева рабочего тела скорость рабочего тела снижают (на фиг.2 этот участок имеет вид диффузора). В зоне F нагрева рабочего тела происходит нагревание рабочего тела. На выходе из источника нагретого рабочего тела, т. е. в зоне G, увеличивают скорость нагретого рабочего тела (на фиг.1 эта зона имеет вид конфузора). Это способствует более интенсивному нагреву рабочего тела в зоне F благодаря снижению скорости рабочего тела перед зоной нагрева F и повышению кинетической энергии нагретого рабочего тела перед подачей в турбину благодаря повышению скорости в зоне G после зоны нагрева F. Далее нагретое рабочее тело используется для расширения в первой турбинной ступени 6 (фиг.2) и совершает полезную работу.

Как показано стpелками I и К на (фиг.1), в поток нагретого рабочего тела на выходе из источника нагретого рабочего тела подают рабочее тело, отработавшее в турбинной ступени. Этот поток поступает в выходную часть зоны G источника 1 нагретого рабочего тела (фиг.2). При этом происходит охлаждение нагретого рабочего тела перед подачей его в первую турбинную ступень. Подача рабочего тела, отработавшего в первой турбинной ступени, осуществляется, например, в помощью эжектора 7 (фиг.1 и 2). Разумеется, охлаждение нагретого рабочего тела можно производить и другими способами, например подводом сжатого воздуха по специальным каналам или трубопроводам.

Предлагаемый способ преобразования тепловой энергии в механическую осуществляется в газотурбинном двигателе (фиг. 1 и 2).

Газотурбинный двигатель (фиг.2) имеет три турбинные ступени 6, 8 и 9, размещенные в проточной части 10, источник 1 нагретого рабочего тела, источник окислителя 3, например, компрессор и источник топлива, схематично обозначенный стрелками 11, для подачи топлива под давлением. Устройство для подачи на вход 4 в источник 1 нагретого рабочего тела множества потоков Н вспомогательной текучей среды, закрученных относително продольной оси 0-0 газотурбинного двигателя, выполнено в виде кольцевого канала 12 (фиг.3) и множества радиально установленных по окружности кольцевого канала 12 сопел 13 (фиг. 3, 4), имеющих выпускные каналы 14 (фиг.4), продольные оси 0₁-0₁ которых расположены под углом = 120-60^о к линии 0₂-0₂ пересечения плоскости поперечного сечения сопла 13 с диаметральной плоскостью продольного сечения кольцевого канала 12, проведенной через выходное сечение выпускного канала 14 сопла 13.

На фиг.4 стрелкой I обозначено направление движения воздуха от компрессора 3. Выпускные каналы 14 могут представлять собой щелевые отверстия (фиг. 5). Детали устройства для подачи множества потоков Н вспомогательной текучей среды, включая сопла 13, изготовлены из конструкционных материалов, к которым не предъявляются особые требования по жаропрочности, так как устройство размещено в зоне Е, в которой температура невелика по сравнению с зонами F и G источника 1 нагретого рабочего тела. Так как оси 0₁-0₁ выпускного каналов 14 сопел 13 расположены под углом 120-60^о к линии 0₂-0₂ пересечения плоскости поперечного сечения сопла 13 с диаметральной плоскостью продольного сечения кольцевого канала 12, проведенной через выходное сечение выпускного канала 14 сопла 13, поток окислителя, поступающий от источника 3 окислителя, например от ротационного компрессора, закручивается (либо дополнительно закручивается) в направлении его первоначальной закрутки в компрессоре. При этом поток рабочего тела встречает минимальное гидравлическое сопротивление со стороны устройства для подачи множества потоков Н вспомогательной текучей среды. При угле наклона осей 0₁-0₁ выпускных каналов 14 сопел 13 больше 120^о происходит ударное взаимодействие потоков Н вспомогательной текучей среды с потоком рабочего тела на входе 4 источника нагретого рабочего тела, что вызывает дополнительное гидродинамическое сопротивление и снижает эффективность закручивания.

При угле наклона осей 0₁-0₁ выпускных каналов 14 сопел 13 меньше 60^о чрезмерно возрастает линейная скорость нагретого рабочего тела и необходимо устанавливать сопловой аппарат перед первой турбинной ступенью, что нежелательно.

Подача потоков Н вспомогательной текучей среды происходит через каналы 15, 16 (фиг.3), сообщающиеся с охлаждающими рубашками 17, 18 (фиг.2, 3), охватывающими источник 1 нагретого рабочего тела. Рубашки 17, 18 служат для нагревания топлива. Топливо от источника 11 подается под давлением в охлаждающие рубашки 17, 18. Разумеется, в охлаждающие рубашки 17, 18 может подаваться воздух или другая охлаждающая среда, но тогда потребуется дополнительная затрата энергии для подачи этой среды под давлением. На входе в охлаждающие рубашки 17, 18 для нагревания топлива установлены распылители 19 (фиг.2), соединенные с источником топлива 11.

Проточная часть источника 1 нагретого рабочего тела на выходе в зоне G имеет вид конфузора 20, а участок проточной части источника 1 нагретого рабочего тела между входом 4 в источник 1 нагретого рабочего тела и зоной F нагрева рабочего тела имеет вид диффузора 21 (фиг.2).

Газотурбинный двигатель (фиг. 1 и 2) снабжен эжектором 7, имеющим три входа 22, 23 и 24 и выход 25 (фиг.1) и образованным кольцами 26, 27 (фиг. 6). Первый вход 27 эжектора 7 сообщается с источником 1 нагретого рабочего тела, второй вход 23 эжектора 7 (показанный в виде окон 23 на фиг.2) сообщается с выходом первой турбинной ступени 6 в зоне проточной части 10, удаленной от оси 0-0 газотурбинного двигателя. Третий вход 24 эжектора 7 сообщается с выходом первой турбинной ступени 6 в зоне проточной части 10, расположенной со стороны оси 0-0 газотурбинного двигателя (перепускные отверстия 24 на фиг.2, 6). Выход 25 эжектора 7 сообщается с входом первой турбинной ступени 6.

Описанный выше газотурбинный двигатель работает следующим образом.

Окислитель (воздух) подается от компрессора 3 на вход 4 источника 1 нагретого рабочего тела, представляющего собой камеру сгорания, и попадает в зону Е с некоторой начальной закруткой относительно оси 0-0 газотурбинного двигателя. В эту же зону Е одновременно поступает под давлением топливо от источника 11, распыленное распылителями 19 и прошедшее через охлаждающие рубашки 17, 18, в которых топливо нагревается и испаряется. Пары топлива под давлением, превышающим давление окислителя в зоне Е, проходят через каналы 15, 16, поступают во внутренние полости сопел 13 (фиг.3, 4) и выходят из них через выпускные каналы 14 (фиг.4, 5). При этом множество сопел 13 с каналами 14 формируют множество потоков Н распыленного и нагретого топлива, закрученных относительно оси 0-0 газотурбинного двигателя. Множество потоков Н распыленного и нагретого топлива, закрученных относительно оси 0-0 газотурбинного двигателя, закручивают (или дополнительно закручивают) поток окислителя в зоне Е источника 1 нагретого рабочего тела относительно оси 0-0 газотурбинного двигателя.

Кроме того, поскольку топливо вводится в зону Е в виде множества потоков Н, обеспечивается лучшее перемешивание топлива с окислителем. На участке источника 1 нагретого рабочего тела между зонами входа Е и нагрева F происходит расширение потока рабочего тела, представляющего собой смесь топлива и окислителя, и снижается скорость потока рабочего тела в диффузоре 21. В зоне F происходит нагревание рабочего тела при сгорании топлива, нагретого и испаренного в охлаждающих рубашках 17, 18. При этом благодаря пониженной скорости потока рабочего тела обеспечивается повышенная эффективность сгорания с максимальным использованием топлива. За зоной F нагрева происходит сжатие потока рабочего тела в конфузоре 20, что приводит к росту скорости потока рабочего тела, нагретого в зоне F. Таким образом, в зоне G источника 1 нагретого рабочего тела образуется закрученный относительно продольной оси 0-0 двигателя высокоскоростной поток нагретого рабочего тела в виде продуктов сгорания, который направляется к первому входу 22 (фиг.1) эжектора 7 и далее - к первой турбинной ступени 6 (фиг.2).

Одновременно, с выхода первой турбинной ступени 6 на второй и третий входы 23 и 24 эжектора 7 поступают потоки рабочего тела, отработавшего в первой турбинной ступени 6, соответственно из зоны проточной части 10, радиально удаленной от оси 0-0 газотурбинного двигателя, и из зоны проточной части 10, радиально расположенной со стороны оси 0-0 газотурбинного двигателя через отверстия 24 (фиг.2, 6). Эти потоки отработавшего рабочего тела охлаждают поток нагретого рабочего тела, доводя его параметры до величин, требуемых для нормальной работы первой турбинной ступени 6. При этом поскольку потоки отработавшего рабочего тела поступают не только с периферии рабочего колеса первой турбинной ступени, но и из центральной части через отверстия 24 (фиг.2, 6), интенсивно охлаждаются потоки нагретого рабочего тела, попадающие на концы и корни лопаток первой турбинной ступени, что необходимо для надежной работы турбины.

Поток нагретого рабочего тела, смешенный в эжекторе 7 с отработавшим рабочим телом, поступает с выхода 25 эжектора 7 на вход первой турбинной ступени 6 (фиг.1, 2), где нагретое рабочее тело расширяется и охлаждается и совершает полезную работу, вращая рабочее колесо турбины. Так как поток нагретого рабочего тела закручен в источнике 1 нагретого рабочего тела, первая турбинная ступень 6 не имеет соплового аппарата. Далее часть отработавшего рабочего тела возвращается через эжектор 7 в зону G источника 1 нагретого рабочего тела, как описано выше, а остальное рабочее тело поступает в следующие турбинные ступени.

Формула изобретения

1. Способ преобразования тепловой энергии в механическую в газотурбинном двигателе, имеющем по меньшей мере две размещенные в проточной части турбинные ступени, источник окислителя и источник нагретого рабочего тела, соединенный с источником топлива, размещенные перед первой турбинной ступенью, заключающийся в подаче потока окислителя от источника окислителя в источник нагретого рабочего тела, закручивания потока нагретого тела относительно продольной оси двигателя и подаче нагретого рабочего тела в первую турбинную ступень с увеличением скорости нагретого тела на выходе из источника нагретого тела, последующего расширения в турбинных ступенях с получением механической энергии, отличающийся тем, что дополнительно в поток окислителя подают потоки вспомогательной текучей среды, закрученные относительно продольной оси газотурбинного двигателя под давлением, превышающим давление окислителя, при этом на участке между входом в источник нагретого рабочего тела и зоной нагрева рабочего тела скорость рабочего тела снижают.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что каждый поток вспомогательной текучей среды подают под углом 60 - 120^o к диаметральной плоскости сечения источника нагретого тела, проведенной через диаметр, проходящий через точку ввода потока в источник нагретого рабочего тела.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве текучей среды используют топливо, подаваемое от источника топлива под давлением.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что топливо перед подачей на входе источника нагретого рабочего тела нагревают.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что топливо перед нагреванием распыливают.

6. Газотурбинный двигатель для преобразования тепловой энергии в механическую, содержащий по меньшей мере две размещенные в проточной части турбинные ступени, источник нагретого рабочего тела, источник окислителя и источник топлива, отличающийся тем, что он снабжен устройством для подачи на вход в источник нагретого рабочего тела потоков вспомогательной текучей среды, закрученных относительно продольной оси газотурбинного двигателя.

8. Двигатель по п.7, отличающийся тем, что устройство для подачи потоков вспомогательной текучей среды, закрученных относительно продольной оси газотурбинного двигателя, выполнено с кольцевым каналом, размещенным в проточной части и имеющим радиально установленные по окружности кольцевого канала сопла с выпускными каналами, продольные оси которых расположены под углом 60 - 120^o к линии пересечения плоскости поперечного сечения сопла с диаметральной плоскостью продольного сечения кольцевого канала, проведенной через выходное сечение выпускного канала сопла.

9. Двигатель по пп.7 и 8, отличающийся тем, что при выполнении его с эжектором, имеющим два входа и выход, эжектор снабжен третьим входом, причем первый вход эжектора сообщен с источником нагретого рабочего тела, второй вход - с выходом первой турбинной ступени в зоне проточной части, радиально удаленной от оси двигателя, третий вход - с выходом первой турбинной ступени в зоне проточной части, расположенной вблизи оси газотурбинного двигателя, а выход эжектора подключен к входу первой турбинной ступени.

10. Двигатель по пп. 7 - 9, отличающийся тем, что сопла подключены к источнику топлива.

11. Двигатель по п.10, отличающийся тем, что он снабжен устройством для нагревания топлива, установленным между источником топлива и соплами.

12. Двигатель по п.11, отличающийся тем, что он снабжен распылителями, соединенными с источником топлива и установленными на входе устройства для нагревания топлива.

13. Двигатель по пп.12 и 13, отличающийся тем, что устройство для нагревания топлива выполнено в виде рубашки охлаждения источника нагретого рабочего тела.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 14-2002

Извещение опубликовано: 20.05.2002