Способ преобразования тепловой энергии в механическую в газотурбинном двигателе и газотурбинный двигатель

Способ преобразования тепловой энергии в механическую в газотурбинном двигателе и газотурбинный двигатель

Реферат

 

Использование: изобретение относится к энергетике, а именно к способам преобразования тепловой энергии в механическую в газотурбинном двигателе и может быть использовано в газотурбинных двигателях. Цель изобретения: повысить КПД двигателя путем снижения потерь на смешение нагретого рабочего тела с охладителем. Сущность изобретения: термодинамическое состояние вводимого в первую турбинную ступень 8 рабочего тела изменяют, закручивая до ввода в нее относительно продольной оси газотурбинного двигателя, с последующим охлаждением рабочего тела с измененным термодинамическим состоянием. Охлаждение рабочего тела с измененным термодинамическим состоянием производят воздухом под давлением, по меньшей мере равным давлению рабочего тела с измененным термодинамическим состоянием. Расширение в источнике нагретого тела осуществляют после воспламенения. Газотурбинный двигатель имеет размещенные в проточной части турбины ступени 8 и 9, многоступенчатый компрессор и источник нагретого рабочего тела, имеющий зону Н расширения и закрутки нагретого тела и расположенную на ней зону смешения нагретого рабочего тела с охладителем. Зона смешения нагретого рабочего тела с охладителем сообщается с выходом ступени компрессора, давление за которой по меньшей мере равно давлению рабочего тела в зоне смешения, а зона расширения расположена за зоной воспламенения. 2 с. и 10 з. п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к энергетике, а именно к способам преобразования тепловой энергии в механическую в газотурбинном двигателе, и 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.

Известны способы преобразования тепловой энергии в механическую в газотурбинных двигателях, при которых долю полезной мощности увеличивают, либо повышая температуру рабочего тела перед турбиной, либо снижая температуру окислителя, используемого для сжигания топлива с целью получения рабочего тела [1] Однако такие способы повышения полезной мощности недостаточно эффективны и наносят вред окружающей среде, так как при этом в атмосферу выбрасывается большое количество выхлопных газов.

Известен способ преобразования тепловой энергии в механическую в газотурбинном двигателе, имеющем по меньшей мере две размещенные в проточной части турбинные ступени и источник нагретого рабочего тела, при котором изменяют температуру рабочего тела путем его охлаждения и расширения [2] При этом способе осуществляют ступенчатое расширение рабочего тела перед ступенями расширения, а в камеру сгорания подают дополнительный окислитель. Сжигание топлива перед промежуточной ступенью расширения производят недостатком окислителя, а перед последней с избытком.

Однако этот способ не обеспечивает достаточного повышения КПД, так как многостадийное сжигание топлива не приводит к уменьшению количества охлаждающего газа. Это приводит к возрастанию потерь мощности двигателя на работу компрессора, а следовательно, к снижению КПД. Кроме того, сжигание обогащенной смеси приводит к снижению долговечности двигателя из-за обильного образования сажи. Наличие второй камеры сгорания для дожигания смеси с избытком окислителя приводит к усложнению способа.

Известен газотурбинный двигатель, содержащий по меньшей мере две размещенные в проточной части турбинные ступени и источник нагретого рабочего тела [3] Воздух забирается из атмосферы компрессором и поступает в источник нагретого рабочего тела в виде камеры сгорания, в которую подают топливо. Воздух в камере сгорания разделяется на два потока, один из которых используется для собственно сгорания топлива, а другой для подмешивания к продуктам сгорания с целью снижения их температуры. Получаемое нагретое рабочее тело расширяется в ступенях турбины, в результате чего совершается полезная работа. Мощность газотурбинного двигателя частично расходуется на привод компрессора, а оставшаяся часть мощности является полезной мощностью двигателя. Полезная мощность газотурбинного двигателя составляет сравнительно небольшую долю от мощности, развиваемой турбинными ступенями. Эта доля мощности определяется коэффициентом полезной работы, который для существующих газотурбинных двигателей составляет всего 0,3-0,4. При этом описанный двигатель имеет низкий КПД, не превышающий 30% и небольшую полезную мощность, составляющую максимум 40% от мощности, развиваемой турбинными ступенями.

Недостатками этого газотурбинного двигателя являются низкий КПД при низкой полезной мощности. Кроме того, этот двигатель выбрасывает в атмосферу большое количество выхлопных газов, что крайне нежелательно с точки зрения охраны окружающей среды.

Известны способ и газотурбинный двигатель для преобразования тепловой энергии в механическую в газотурбинном двигателе, имеющем по меньшей мере две размещенные в проточной части турбинные ступени и источник нагретого рабочего тела, при котором изменяют термодинамическое состояние вводимого по меньшей мере в первую турбинную ступень рабочего тела посредством расширения в источнике нагретого тела, смешения с топливом, воспламенения и охлаждения рабочего тела с измененным термодинамическим состоянием отработавшим рабочим телом с выхода первой турбинной ступени [4] Поскольку охлаждение ведется отработавшим рабочим телом, во-первых, повышается общая теплоемкость рабочего тела, что ведет к повышению работы расширения в турбинной ступени, а во-вторых, снижается количество выхлопных газов (в 2-4 раза). Вместе с тем, снижаются потери тепла с выхлопными газами, что приводит к частичной рекуперации тепла отработавшего рабочего тела. Двигатель имеет устройство для подачи части отработавшего в первой турбинной ступени рабочего тела на охлаждение нагретого рабочего тела после изменения его термодинамического состояния расширением и закруткой.

Однако в этом способе охлаждение отработавшим рабочим телом требует подачи достаточно большого количества отработавшего рабочего тела, так как оно имеет сравнительно высокую температуру. Это приводит к тому, что потери на смешение нагретого рабочего тела с отработавшим рабочим телом достаточно велики и влияют на КПД смешения и на общий КПД двигателя. Кроме того, кинетические параметры отработавшего рабочего тела за первой турбинной ступенью не позволяют получить высокую скорость потока отработавшего рабочего тела на участке его смешения с потоком нагретого рабочего тела. Значительная разность скоростей нагретого и отработавшего рабочего тела приводит к большим потерям на удар при их смешении. Потеря на удар является определяющей при смешении двух потоков и сильно влияет на КПД двигателя.

Задача изобретения создание способа преобразования тепловой энергии в механическую в газотурбинном двигателе, при котором параметры охладителя, используемого для охлаждения потока нагретого рабочего тела, обеспечивают снижение потерь на смешение нагретого рабочего тела с охладителем.

Для этого в способе преобразования тепловой энергии в механическую в газотурбинном двигателе, имеющем по меньшей мере две размещенные в проточной части турбинные ступени и источник нагретого рабочего тела, изменяют термодинамическое состояние вводимого по меньшей мере в первую турбинную ступень рабочего тела, расширяя и закручивая до ввода в нее относительно продольной оси газотурбинного двигателя, с последующим охлаждением рабочего тела отработавшим в турбинной ступени рабочим телом с измененным термодинамическим состоянием. Согласно изобретению дополнительно осуществляют охлаждение отработавшего в турбинных ступенях рабочего тела с измененным термодинамическим состоянием воздухом, подаваемым под давлением, по меньшей мере равным давлению рабочего тела с измененным термодинамическим состоянием.

При таком способе охлаждение нагретого рабочего тела производится текучей средой, имеющей температуру намного ниже температуры отработавшего рабочего тела. В связи этим появляется возможность охлаждения нагретого рабочего тела при использовании гораздо меньшего количества охладителя, что значительно уменьшает потери на смешение охладителя с потоком нагретого рабочего тела. Кроме того, следует отметить, что кинетические параметры воздуха, направляемого для охлаждения, могут быть гораздо выше кинетических параметров отработавшего рабочего тела. При этом скорости охладителя и нагретого рабочего тела гораздо ближе друг к другу, что значительно снижает потери на удар. Все это позволяет в значительной мере повысить КПД смешения, следовательно, и КПД двигателя.

Перед подачей воздуха для охлаждения воздух смешивают с жидкостью, пары которой имеют теплоемкость выше теплоемкости воздуха.

Смешение воздуха с жидкостью, пары которой имеют теплоемкость выше теплоемкости воздуха, приводит к увеличению теплоемкости охладителя, что позволяет уменьшить количество охладителя для достижения заданной температуры нагретого рабочего тела. Уменьшение количества охладителя повышает КПД смешения и, следовательно, КПД двигателя.

Смешение отработавшего рабочего тела с воздухом позволяет уменьшить количество атмосферного воздуха, подаваемого от компрессора. При этом уменьшается масса компрессора и его размеры и снижается потребляемая компрессором мощность. Кроме того, упрощается система очистки воздуха. В условиях эксплуатации газотурбинного двигателя при повышенной запыленности это может явиться одним из решающих факторов.

Перед подачей отработавшего рабочего тела первой турбинной ступени для смешения с воздухом, направляемым для охлаждения, отработавшее рабочее тело первой турбинной ступени смешивают с жидкостью, пары которой имеют теплоемкость выше теплоемкости отработавшего рабочего тела.

При этом увеличивается теплоемкость охладителя, что позволяет уменьшить количество охладителя для достижения заданной температуры нагретого рабочего тела. Уменьшение количества охладителя повышает КПД смешения и, следовательно, КПД двигателя.

Охлаждение рабочего тела производят воздухом и отработавшим рабочим телом первой турбинной ступени, при этом потоки воздуха и отработавшего рабочего тела подают отдельно, и поток воздуха подают между потоками нагретого и отработавшего рабочего тела.

Поскольку динамические параметры воздуха (скорость, давление) выше, чем у отработавшего рабочего тела, а температура ниже, при таком осуществлении предлагаемого способа снижаются потери на смешение. При этом повышается КПД смешения и КПД двигателя в целом.

Также целесообразно вместо жидкости или в дополнение к ней подмешивать к охладителю нагретого рабочего тела пар, имеющий теплоемкость выше теплоемкости охладителя или одного из его компонентов (воздух, отработавшее нагретое тело, жидкость). При этом не только повышается теплоемкость охладителя нагретого рабочего тела, но и улучшается качество смешения нагретого рабочего тела с охладителем и снижается опасность попадания жидкости на раскаленные турбинные лопатки при срыве пламени в источнике нагретого рабочего тела.

Целесообразно охлаждать воздух перед подачей в зону смешения. При этом уменьшается потребное количество охлаждающего воздуха, что позволяет уменьшить мощность компрессора.

Задача изобретения также решается тем, что в газотурбинном двигателе, содержащем по меньшей мере двухступенчатый компрессор и источник нагретого рабочего тела, имеющий зону расширения и закрутки нагретого тела и расположенную за ней зону смешения нагретого рабочего тела с охладителем, зона смешения нагретого рабочего тела с охладителем сообщается с выходом ступени компрессора, давление за которой по меньшей мере равно давлению рабочего тела в зоне смешения.

При такой конструкции газотурбинного двигателя обеспечивается охлаждение нагретого рабочего тела с измененным термодинамическим состоянием воздухом, имеющим температуру не только намного ниже температуры отработавшего в турбинной ступени рабочего тела, но и ниже температуры воздуха, используемого для приготовления нагретого рабочего тела. Это способствует значительному сокращению количества охладителя нагретого рабочего тела. При этом скорость потока воздуха, поступающего с одной из ступеней компрессора, гораздо ближе к скорости потока нагретого рабочего тела после его расширения и закрутки по сравнению с кинетическими параметрами отработавшего рабочего тела. Снижение количества охладителя и его более высокая скорость способствуют снижению потерь на смешение, среди которых главная потеря потеря на удар при смешении. Это позволяет в значительной мере повысить КПД смешения и общий КПД двигателя.

Двигатель может быть выполнен с дополнительной зоной смешения, расположенной вне источника нагретого рабочего тела, имеющей вход, сообщающийся с выходом ступени компрессора, давление за которой по меньшей мере равно давлению рабочего тела в зоне смешения, и с источником жидкости, пары которой имеют теплоемкость выше теплоемкости воздуха, а выход с зоной смешения.

При такой конструкции улучшаются условия смешения охладителя и жидкости и снижается опасность прямого попадания жидкости на раскаленные рабочие лопатки турбинной ступени (температура этих лопаток более 1000^оС).

Вход дополнительной зоны смешения может сообщаться с выходом первой турбинной ступени.

При такой конструкции создаются условия для интенсивного смешения охладителя с парами жидкости благодаря высокой температуре отработавшего рабочего тела.

Зона смешения нагретого рабочего тела с охладителем может иметь два входа, первый из которых сообщается с выходом ступени компрессора, давления за которой по меньшей мере равно давлению рабочего тела в зоне смешения, а второй с выходом первой турбинной ступени, при этом первый вход зоны смешения сообщается с участком зоны смешения, расположенным между продольной осью зоны смешения и вторым входом зоны смешения.

Такая конструкция обеспечивает "послойное" смешение трех охлаждающих сред с наиболее благоприятным соседством потоков с близкими по величине скоростями и с наиболее благоприятным соотношением температур, что снижает потери на смешение.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого газотурбинного двигателя, иллюстрирующая осуществление способа преобразования тепловой энергии в механическую в газотурбинном двигателе в соответствии с изобретением; на фиг. 2 газотурбинный двигатель, в продольном разрезе; на фиг. 3 разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 разрез Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 газотурбинный двигатель при выполнении его с дополнительной камерой смешения в продольном разрезе.

Предлагаемый способ преобразования тепловой энергии в механическую в газотурбинном двигателе осуществляется следующим образом.

Нагретое рабочее тело поступает из источника 1 нагретого рабочего тела (фиг. 1) в зону 2 смешения источника 1 нагретого рабочего тела, расположенную непосредственно перед входом первой турбинной ступени. Перед зоной 2 смешения расположено устройство (не показано) для расширения и закрутки нагретого рабочего тела относительно продольной оси газотурбинного двигателя.

Это устройство для изменения термодинамического состояния нагретого рабочего тела перед его охлаждением может быть выполнено, например, в виде соплового аппарата. В качестве источника 1 нагретого рабочего тела используется камера сгорания 1', в которую поступает окислитель, например воздух от компрессора 3, как показано стрелкой а, и топливо, как показано стрелкой б. Компрессор 3 имеет по меньшей мере две ступени. В источнике 1 происходит смешивание топлива и окислителя известным способом, воспламенение топливно-воздушной смеси и ее сгорание с помощью известных устройств (не показаны). Таким образом, нагретое рабочее тело, поступающее в зону 2 смешения, пройдя устройство для расширения и закрутки, как показано стрелками в и г на фиг. 1, далее направляется в турбину 4, где происходит его расширение в первой турбинной ступени (не показана). При этом нагретое рабочее тело совершает работу и охлаждается, отдавая часть своей энергии рабочему колесу первой турбинной ступени.

Часть отработавшего рабочего тела с выхода первой турбинной ступени турбины 4 возвращают, как показано стрелкой е, в зону 2 смешения. При этом охлаждение расширенного и закрученного нагретого рабочего тела производится воздухом, подаваемым под давлением, по меньшей мере равным давлению нагретого рабочего тела в зоне 2 смешения, поступающим от промежуточной ступени компрессора 3, и отработавшим рабочим телом, поступающим с выхода первой ступени турбины 4. Это позволяет уменьшить количество атмосферного воздуха, подаваемого от компрессора. При этом уменьшается масса компрессора и его размеры и снижается потребляемая компрессором мощность. Кроме того, упрощается система очистки воздуха. В условиях эксплуатации газотурбинного двигателя при повышенной запыленности воздуха это может явиться одним из решающих факторов.

Также в зону 2 смешения можно подавать пары жидкости, теплоемкость которой выше теплоемкости воздуха, например воду, как показано стрелкой ж на фиг. 1. При этом вода предварительно смешивается с воздухом и эта смесь подается в зону 2 смешения 2. Благодаря тому, что воздух имеет повышенную температуру при выходе с компрессорной ступени, при его смешении с жидкостью (обычно путем распыления жидкости) образуются пары жидкости, что сводит на нет опасность разрушения турбинных лопаток от попадания на них жидкости при срыве пламени. Можно нагревать жидкость для получения паров жидкости, смешиваемых с воздухом, направляемым в зону смешения. Возможно сочетание жидкости и отработавшего в первой турбинной ступени рабочего тела. При этом можно сначала смешивать воздух с жидкостью, а затем вводить в эту смесь отработавшее рабочее тело, либо наоборот, сначала смешивать воздух с отработавшим рабочим телом, а затем вводить в эту смесь жидкость. Первый путь предпочтителен при достаточно высокой температуре воздуха, используемого для охлаждения и/или при достаточно низкой температуре парообразования используемой жидкости (либо при использовании, например, горячей воды). Второй путь целесообразно использовать при применении сравнительно холодного воздуха.

Наиболее простой и целесообразный путь при применении воздуха и отработавшего рабочего тела для охлаждения нагретого рабочего тела заключается в том, что потоки воздуха и отработавшего рабочего тела подают отдельно, и поток воздуха подают между потоками нагретого и отработавшего рабочего тела. При этом снижаются потери на смешение, так как воздух, у которого динамические параметры выше, чем у отработавшего рабочего тела, является прослойкой между ним и потоком нагретого рабочего тела, что значительно снижает потери на удар. Вместе с тем, при таком взаиморасположении потоков происходит более интенсивное выравнивание температур смешиваемых потоков.

При любом осуществлении предлагаемого способа целесообразно охлаждать воздух перед подачей для смешения с отработавшим рабочим телом. При этом уменьшается потребное количество охлаждающего воздуха, что позволяет уменьшить мощность компрессора. Такое охлаждение может осуществляться любыми известными средствами, например с помощью воздуха, прокачиваемого во втором воздушном контуре авиационных газотурбинных двигателей.

При любом выполнении предлагаемого способа возможно и целесообразно вместе с жидкостью или вместо нее использовать пар, теплоемкость которого выше теплоемкости хотя бы одного из компонентов охладителя нагретого рабочего тела. При этом повышается теплоемкость охладителя, интенсифицируется смешение его с нагретым рабочим телом и уменьшается опасность попадания жидкости на раскаленные турбинные лопатки при срыве пламени в источнике рабочего тела.

Описанный выше способ осуществляется в газотурбинном двигателе, представленном на фиг. 2-5.

Как показано на фиг. 2, компрессор 3 имеет две ступени 5 и 6, источник 1 нагретого рабочего тела имеет топливную форсунку 7 известной конструкции для распыления топлива при сжигании, а турбина 4 две ступени 8 и 9. Источник 1 нагретого рабочего тела имеет зону Н расширения и закрутки нагретого рабочего тела, в которой расположено устройство 10 для расширения и закрутки потока нагретого рабочего тела, образованного в источнике 1 нагретого рабочего тела, и представляет собой кольцевую конструкцию (фиг. 3), состоящую из пары концентричных колец 11 и 12 и размещенных между ними направляющих пластин 13, установленных под углом к продольной оси О-О газотурбинного двигателя (фиг. 4). Возможны и другие выполнения соплового аппарата, применяемого в качестве устройства 10 для расширения и закрутки нагретого рабочего тела. В любом случае такое устройство должно обеспечить изменение термодинамического состояния нагретого рабочего тела до его охлаждения перед подачей в первую турбинную ступень 8.

Двигатель имеет канал 14, один конец которого сообщается с выходом первой ступени 5 компрессора 3, другой с зоной 2 смешения, в результате чего обеспечивается подача охлаждающего воздуха в зону, расположенную непосредственно перед входом первой турбинной ступени 8. Разумеется, что компрессор может иметь не две ступени, а любое их количество. При этом в каждом конкретном случае следует определить, с какой ступени целесообразно отбирать воздух в канал 14 для охлаждения нагретого рабочего тела, подбирая необходимые параметры охладителя.

Воздух подают совместно с отработавшим в первой турбинной ступени рабочим телом. Это осуществляется посредством канала 15, один конец которого сообщается с выходом первой турбинной ступени 8, а второй с зоной 2 смешения. При этом наиболее целесообразно, чтобы зона смешения имела два входа 16 и 17, первый из которых (вход 16) сообщается с выходом ступени 5 компрессора 3, давление за которой по меньшей мере равно давлению рабочего тела в зоне 2 смешения, а второй (вход 17) с выходом первой турбинной ступени 8. Первый вход 16 зоны 2 смешения сообщается с участком I зоны 2 смещения, расположенным между продольной осью двигателя и вторым входом 17 зоны смешения. Наиболее целесообразно конструктивно выполнить эти условия с помощью пары рядов отверстий, образующих входы 16 и 17, и перегородки 18, как показано на фиг. 2. При этом обращенная к оси двигателя часть перегородки 18 вместе с отверстием источника 1 нагретого рабочего тела, сообщающимся с каналом 14, образует первый вход 16. Возможны и другие варианты выполнения входов 16 и 17, например в виде патрубков, размещенных в соответствующих сечениях зоны 2 смешения.

У двигателя, представленного на фиг. 5, отличие заключается в том, что он имеет дополнительную зону 19 смешения, расположенную вне источника 1 нагретого рабочего тела, имеющую по меньшей мере два входа 20 и 21, сообщающиеся соответственно с выходом ступени 5 компрессора 3, давление за которой по меньшей мере равно давлению рабочего тела в зоне 2 смешения, и с источником жидкости (не показан), пары которой имеют теплоемкость выше теплоемкости воздуха. Выход 22 дополнительной зоны 19 смешения сообщается с зоной 2 смешения.

Как показано на фиг. 5, дополнительная зона 19 смешения имеет третий вход 23, сообщающийся с выходом первой турбинной ступени 8 турбины 4 для подачи в дополнительную зону 19 смешения отработавшего в первой турбинной ступени рабочего тела. При этом обеспечивается охлаждение нагретого рабочего тела охладителем, состоящим из трех компонентов, каждый из которых выполняет определенную функцию. Так воздух используется в качестве низкотемпературной среды, жидкость в виде среды с высокой теплоемкостью, а отработавшее рабочее тело в виде среды с повышенными температурой и теплоемкостью. Разумеется, что вместо жидкости на вход 21 дополнительной зоны смешения можно подавать пар, теплоемкость которого выше теплоемкости отработавшего рабочего тела. Такой пар может подаваться и совместно с жидкостью.

Предлагаемый газотурбинный двигатель работает следующим образом.

При запуске газотурбинного двигателя от пускового двигателя (не показан) компрессор 3 (фиг. 2-4) вращается и подает сжатый воздух с последней ступени 6 в источник 1 нагретого рабочего тела, в который подается топливо через форсунку 7. При этом известными средствами (не показаны) производят воспламенение топлива, при сгорании которого образуются газы, используемые в качестве нагретого рабочего тела. Поток нагретого рабочего тела движется по источнику нагретого рабочего тела к зоне Н расширения и закрутки, где благодаря наклонным пластинам 13 (фиг. 3, 4) нагретое рабочее тело расширяется и закручивается. При этом увеличивается кинетическая энергия нагретого рабочего тела, а его закрутка сокращает длину пути последующего смешения нагретого рабочего тела с охладителем. Кроме того, такая закрутка интенсифицирует смешение нагретого рабочего тела с охладителем. Воздух от первой ступени 5 компрессора 3 поступает по каналу 14 на первый вход 16 зоны 2 смешения. По каналу 15 на второй вход 17 зоны 2 смешения поступает отработавшее рабочее тело с выхода первой турбинной ступени 8. Благодаря принятому взаиморасположению двух входов 16 и 17 зоны 2 смешения и наличию перегородки 18 происходит "послойное" смешение потоков воздуха, нагретого рабочего тела и отработавшего рабочего тела в зоне 2 смешения. При этом воздух, у которого давление и скорость выше, чем у отработавшего рабочего тела, выполняет роль прослойки, снижая потерю на удар при смешении. Это уменьшает потребное количество воздуха для охлаждения, так как он частично замещается отработавшим рабочим телом.

Двигатель, показанный на фиг. 5, работает аналогичным образом с той лишь разницей, что смешение воздуха с жидкостью и/или отработавшим рабочим телом осуществляется в дополнительной зоне 19 смешения, расположенной вне источника 1 нагретого рабочего тела. Это способствует улучшению качества смешения охлаждающих сред благодаря увеличению времени смешения.

При использовании принципа предлагаемого изобретения газотурбинный двигатель эффективной мощностью 1500 л.с. имеет следующие технические характеристики: Расход топлива 150-155 г/л.с.ч. Габаритные раз- меры (с редукто- ром): длина, мм 720 ширина, мм 390 высота, мм 450.

Расход топлива предлагаемого газотурбинного двигателя примерно на 30-35% ниже, чем у известных двигателей аналогичной мощности, находящихся в настоящее время в эксплуатации, возрастает полезная мощность и сокращается масса компрессора и габаритные размеры компрессора и всего двигателя.

Формула изобретения

1. Способ преобразования тепловой энергии в механическую в газотурбинном двигателе, заключающийся в изменении термодинамического состояния вводимого в турбинные ступени рабочего тела посредством его расширения в источнике нагретого рабочего тела, смешения с топливом, воспламенения и охлаждения отработавшим в турбинной ступени рабочим телом с измененным термодинамическим состоянием, последующего расширения в турбинных ступенях с получением механической энергии на валу двигателя, отличающийся тем, что до ввода в турбинные ступени рабочее тело закручивают относительно продольной оси газотурбинного двигателя, перед подачей на охлаждение отработавшее в турбинных ступенях рабочее тело дополнительно смешивают с воздухом, подводимым под давлением, по меньшей мере равным давлению нагретого рабочего тела с измененным термодинамическим состоянием, а расширение в источнике нагретого тела осуществляют после воспламенения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно отработавшеее в турбинной ступени рабочее тело смешивают с жидкостью, пары которой имеют теплоемкость выше теплоемкости воздуха.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно отработавшее рабочее тело смешивают с паром, теплоемкость которого выше теплоемкости воздуха.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно в воздух перед смешиванием его с отработавшим в турбинной ступени рабочим телом подают жидкость, пары которой имеют теплоемкость выше теплоемкости воздуха.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно в воздух перед смешиванием его с отработавшим в турбинных ступенях рабочим телом подают пар, теплоемкость которого выше телоемкости воздуха.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что отработавшее в турбинной ступени рабочее тело и охлаждающий воздух подают отдельно, причем поток воздуха подают между потоками отработавшего в турбинной ступени рабочего тела и рабочего тела, поступающего на охлаждение.

7. Газотурбинный двигатель, содержащий многоступенчатый компрессор, расположенные в проточной части турбинные ступени и источник нагретого рабочего тела, имеющий зоны воспламенения, расширения и подключенную к выходу турбинной ступени зону смешения, отличающийся тем, что источник нагретого рабочего тела снабжен зоной закрутки, расположенной перед зоной смешения, последняя подключена к ступени компрессора, давление за которой по меньшей мере равно давлению нагретого рабочего тела, а зона расширения расположена за зоной воспламенения.

8. Двигатель по п.7, отличающийся тем, что он снабжен дополнительной зоной смешения, расположенной вне источника нагретого рабочего тела и подключенной на выходе к зоне смешения последнего, а на входе - к ступени компрессора, давление за которой по меньшей мере равно давлению рабочего тела в зоне смешения.

9. Двигатель по пп. 7 и 8, отличающийся тем, что дополнительная зона смешения на входе подключена к источнику жидкости, пары которой имеют теплоемкость выше теплоемкости воздуха.

10. Двигатель по пп. 7 и 8, отличающийся тем, что дополнительная зона смешения на входе подключена к источнику пара, теплоемкость которого выше теплоемкости воздуха.

11. Двигатель по пп. 7 - 10, отличающийся тем, что выход из турбинной ступени подключен к входу дополнительной камеры смешения.

12. Двигатель по пп.7 и 11, отличающийся тем, что выход из ступени компрессора подключен по ходу движения рабочего тела к зоне смешения источника нагретого рабочего тела перед подключением к последней выхода из турбинной ступени, давление за которой по меньшей мере равно давлению нагретого рабочего тела в зоне смешения.

РИСУНКИ

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

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: 15-2002

Извещение опубликовано: 27.05.2002