RU2282734C2 - Gas-turbine engine - Google Patents
Gas-turbine engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2282734C2 RU2282734C2 RU2004123925/06A RU2004123925A RU2282734C2 RU 2282734 C2 RU2282734 C2 RU 2282734C2 RU 2004123925/06 A RU2004123925/06 A RU 2004123925/06A RU 2004123925 A RU2004123925 A RU 2004123925A RU 2282734 C2 RU2282734 C2 RU 2282734C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- turbine
- sector
- housing
- blades
- compressor
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к турбостроению, в частности к газотурбинным двигателям.The invention relates to turbine construction, in particular to gas turbine engines.
Известен газотурбинный двигатель (см. патент №1524598, кл. 5 F 02 С 5/00 - аналог), включающий камеры сгорания, топливоподающие и поджигающие устройства, входные отверстия, выполненные на торцах корпуса 1, в котором установлено двустороннее лопаточное колесо, с расположенными друг над другом компрессорными и турбинными венцами, частично совпадающие входные и выходные секторные окна, выполненные в корпусе, каналы перепуска, выполненные в виде углублений на внутренней поверхности корпуса, размещенные над турбинными венцами. Устройства для подачи топлива размещены между каналами перепуска и концами выходных секторных окон.Known gas turbine engine (see patent No. 1524598, class 5 F 02
В этом газотурбинном двигателе лопаточные венцы компрессоров расположены внутри лопаточных венцов турбин, что ограничивает возможности увеличения диаметра компрессоров и повышение давления воздуха, подаваемого в промежутки между лопатками турбинных венцов. Не используется перепад давления на входных и выходных отверстиях каналов перепуска для создания крутящего момента на лопаточном колесе.In this gas turbine engine, the compressor blades are located inside the turbine blade rims, which limits the possibility of increasing the diameter of the compressors and increasing the air pressure supplied to the spaces between the turbine blade blades. The differential pressure at the inlet and outlet ports of the bypass channels is not used to create torque on the impeller.
Это снижает удельную мощность газотурбинного двигателя.This reduces the power density of the gas turbine engine.
Известен газотурбинный двигатель (см. патент №1764374, кл. 5 F 02 С 5/00 - прототип), содержащий камеры сгорания, топливоподающие и поджигающие устройства, входные отверстия, расположенные на торцах корпуса, в котором установлено лопаточное колесо с компрессорным и турбинным венцами, соединенными друг с другом по ходу рабочего тела секторными проходами, размещенными в корпусе. Каналы перепуска, выполненные в корпусе и имеющие расположенные по ходу вращения лопаточного колеса выходные и входные отверстия, частично совмещенные входные и выходные секторные окна, выполненные соответственно в кольцевой обечайке корпуса, примыкающей к внутреннему контуру венца турбинных лопаток и в цилиндрической части корпуса, примыкающие к наружному контуру венца турбинных лопаток. Выходные отверстия каналов перепуска выполнены в виде сопла, топливоподающие устройства установлены в последних. Венцы лопаток компрессора и турбины размещены на периферии лопаточного колеса. Секторные проходы расположены по ходу вращения лопаточного колеса перед выходными отверстиями каналов перепуска. Концы лопаток венцов турбины и компрессора снабжены плоскими бандажами.A known gas turbine engine (see patent No. 1764374, class 5 F 02 C 5/00 is a prototype), containing combustion chambers, fuel supply and ignition devices, inlet openings located at the ends of the housing, in which a blade wheel with compressor and turbine crowns is installed connected to each other along the working fluid sector passages placed in the housing. Bypass channels made in the casing and having outlet and inlet openings located along the direction of rotation of the blade wheel, partially combined inlet and outlet sector windows made respectively in the annular shell of the casing adjacent to the inner contour of the rim of the turbine blades and in the cylindrical part of the casing adjacent to the outer contour of the crown of turbine blades. The outlet openings of the bypass channels are made in the form of a nozzle, fuel supply devices are installed in the latter. The crowns of the compressor blades and the turbine are located on the periphery of the blade wheel. Sector passages are located along the rotation of the blade wheel in front of the outlet openings of the bypass channels. The ends of the blades of the crowns of the turbine and compressor are provided with flat bandages.
Недостатком этого газотурбинного двигателя является низкая удельная мощность. Камеры сгорания слабо заполняются топливовоздушной смесью из-за низкого давления воздуха, в связи с неэффективным использованием его кинетической энергии, создаваемой лопатками компрессорного венца. А также из-за подачи воздуха в промежутки между лопатками турбинного венца в направлении от периферии к центру, т.е. против действия центробежных сил.The disadvantage of this gas turbine engine is its low power density. The combustion chambers are poorly filled with the air-fuel mixture due to the low air pressure, due to the inefficient use of its kinetic energy created by the compressor crown blades. And also because of the air supply between the blades of the turbine crown in the direction from the periphery to the center, i.e. against the action of centrifugal forces.
Задачей изобретения является повышение удельной мощности путем повышения эффективной работы компрессора и эффективной подачи воздуха в камеры сгорания газотурбинного двигателя.The objective of the invention is to increase the specific power by increasing the effective operation of the compressor and the effective supply of air to the combustion chambers of a gas turbine engine.
Поставленная задача достигается тем, что газотурбинный двигатель, содержащий камеры сгорания, топливоподающие и поджигающие устройства, входные отверстия, выполненные на торцах корпуса, в котором установлено лопаточное колесо с компрессорным и турбинным венцами, расположенными на его периферии.The problem is achieved in that the gas turbine engine containing combustion chambers, fuel supply and ignition devices, inlet openings made at the ends of the housing, in which a blade wheel with compressor and turbine crowns located on its periphery is installed.
Выполненные в корпусе по ходу вращения лопаточного колеса секторные проходы, каналы перепуска с выходными отверстиями, выполненными в виде сопла с расположенными в них топливоподающими устройствами, и входными отверстиями. За входными отверстиями каналов перепуска расположены выходные секторные окна и частично совмещенные с ними входные секторные окна, выполненные в кольцевой обечайке корпуса и примыкающие к внутреннему контуру венца турбинных лопаток. К наружному контуру венца компрессорных лопаток примыкают улитки, выполненные в корпусе, а к внутреннему контуру венца турбинных лопаток примыкают выходные отверстия, выполненные в кольцевой обечайке, связанные с улитками секторными проходами и каналами, выполненными в корпусе. Выходные отверстия каналов выполнены в виде сопла, в которых установлены топливоподающие устройства.Sector passages made in the housing along the rotation of the blade wheel, bypass channels with outlet openings made in the form of a nozzle with fuel supply devices located in them, and inlet openings. Behind the inlet openings of the bypass channels are located output sector windows and input sector windows partially aligned with them, made in the annular shell of the housing and adjacent to the inner contour of the rim of the turbine blades. To the outer contour of the crown of compressor blades are adjacent snails made in the casing, and to the inner contour of the crown of turbine blades are adjacent outlet openings made in the annular shell, connected with the snails by sector passages and channels made in the casing. The outlet openings of the channels are made in the form of nozzles in which fuel supply devices are installed.
Снабжение компрессора улитками позволяет повысить давление воздуха за счет его кинетической энергии. Расположение выходных отверстий, выполненных в виде сопла, в кольцевой обечайке, примыкающей к внутреннему контуру венца турбинных лопаток, позволяет осуществлять подачу топливовоздушной смеси от центра к периферии в направлении, совпадающем с направлением действия ценробежных сил.The compressor is supplied with snails to increase air pressure due to its kinetic energy. The location of the outlet openings, made in the form of a nozzle, in the annular shell adjacent to the inner contour of the rim of the turbine blades, allows for the supply of air-fuel mixture from the center to the periphery in the direction coinciding with the direction of action of the cenrobic forces.
Все это повышает заполнение камер сгорания топливовоздушной смесью, интенсивность размешивания топлива с воздухом, а следовательно, удельную мощность газотурбинного двигателя.All this increases the filling of the combustion chambers with a fuel-air mixture, the intensity of mixing the fuel with air, and, consequently, the specific power of the gas turbine engine.
На фиг.1 изображен газотурбинный двигатель в поперечном разрезе по его оси, на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1, на фиг.3 - разрез по Б-Б на фиг.1 и на фиг.4 - сечение С-С на фиг.1.In Fig.1 shows a gas turbine engine in cross section along its axis, Fig.2 is a section along aa in Fig.1, Fig.3 is a section along BB in Fig.1 and Fig.4 is a cross section CC in figure 1.
Газотурбинный двигатель содержит корпус 1, включающий с левой стороны крышку 2, с правой крышку 3. Внутри крышек 2 и 3 корпуса 1 расположено лопаточное колесо 4 на валу 5, установленное на подшипниках 6 корпуса 1. С левой стороны лопаточное колесо 4 снабжено венцом компрессорных лопаток 7, которым по внутреннему контуру связан с венцом направляющих лопаток 8, выполненных в корпусе 1, а по наружному контуру связан с улитками 9, выполненными в цилиндрической части корпуса 1. Улитки 9 связаны с секторными проходами 10, выполненными в цилиндрической части корпуса 1 плавно переходящими в каналы 11, выполненными в торцевой части корпуса 1 и в его кольцевой обечайке 12. В кольцевой обечайке 12 выполнены в виде сопла выходные отверстия 13, в которые помещены топливоподающие устройства 14. С правой стороны лопаточное колесо 4 снабжена венцом турбинных лопаток 15. К внутреннему контуру венца турбинных лопаток 15 примыкают входные секторные окна 16, выполненные в кольцевой обечайке 12 корпуса 1, к которым по внутренней поверхности примыкает венца компрессорных лопаток 17. К внутренней поверхности венца компрессорных лопаток 17 примыкает наружный контур венца направляющих лопаток 18, выполненный в корпусе 1. К наружному контуру венца турбинных лопаток 15 примыкают выходные секторные окна 19, выполненные в цилиндрической части корпуса 1, и частично совпадающие с входными секторными окнами 16. В промежутках между секторными проходами 10 и выходными секторными окнами 19 венец турбинных лопаток 15 по наружному контуру примыкает к входным отверстиям 20 и к выходным отверстиям 21 каналов перепуска 22, выполненных в корпусе 1. Выходные отверстия 21 выполнены в виде сопла и в них помещены топливоподающие устройства 23. Во входных отверстиях 20 помещены поджигающие устройства 24. Венцы лопаточного колеса 4, компрессорные 7 и 17, турбинные 15 выполнены закрытого типа, т.е. их торцевыми поверхностями являются жестко связанные с лопатками кольца соответственно 25, 26, 27. На торцах корпуса 1 выполнены входные отверстия 28 и 29.The gas turbine engine comprises a housing 1, including a
Газотурбинный двигатель работает следующим образом.The gas turbine engine operates as follows.
Раскручивается вал 5 лопаточного колеса 4 в подшипниках 6, расположенных в крышках 2 и 3 корпуса 1, по стрелке, указанной на чертеже. Лопатки компрессора 7 начинают вращаться относительно направляющих лопаток 8. Воздух, проходя входные отверстия 28, нагнетается в улитки 9, где его скорость перемещения замедляется, а давление повышается. Из улиток 9 воздух проходит в секторные проходы 10, каналы 11 и сопла выходных отверстий 13. В этих соплах скорость движения воздуха увеличивается в связи с сужением проходного сечения сопла, поэтому он захватывает топливо, поступающее по топливоподающим устройствам 14, и смешивается с ним. Образовавшаяся топливовоздушная смесь поступает в промежутки между лопатками турбинного венца 15, в которых в таком же направлении действуют центробежные силы, и интенсивно перемешивается. При прохождении этих лопаток выходных отверстий 20 топливовоздушная смесь поджигается от устройства для поджигания топлива 24, после чего устройство для поджигания топлива 24 отключается. Горение топливовоздушной смеси сопровождается повышением давления газа, поэтому часть газа поступает по каналам перепуска 22 в сопла выходных отверстий 21, где скорость газа увеличивается в связи с сужающимся проходным сечением сопла. С учетом подачи топлива по топливоподающим устройствам 14 в струю газа попадает топливо из топливоподающих устройств 23 и дальше в промежутки между лопатками газотурбинного венца 15. В этих зонах топливовоздушная смесь, имеющая относительно низкое давление, интенсивно смешивается с топливом и газом, которым и поджигается. В связи с перепадом давления струя газа действует на лопатки турбинного венца, повышает давление между ними и создает крутящий момент на лопаточном колесе 4. От горения топливовоздушной смеси давление между лопатками возрастает. На участках между отверстиями выходными 21 и входными 20 каналов перепуска 22 горение топливовоздушной смеси в промежутках между лопатками турбинного венца осуществляется при постоянном объеме. Если не учитывать зазоры между венцом турбинных лопаток и корпусом 1, по внутреннему контуру венца с кольцевой обечайкой корпуса 1, а по наружному контуру венца с цилиндрической частью корпуса 1. Степень сжатия и давление на этих участках в связи с горением топливовоздушной смеси в таком постоянном объеме существенно возрастают. При дальнейшем следовании этих лопаток турбинного венца начинается их совпадение с входными отверстиями 20. Давление частично падает, потому что часть газа поступает по каналам перепуска 22, повторяя цикл в этом замкнутом кругу. За входными отверстиями 20 каналов перепуска 22, оставшаяся часть газа и топливовоздушной смеси в промежутках между этими лопатками турбинного венца 15, попадает в участки до начала выходных секторных окон 19 с такими же постоянными объемами. Топливовоздушная смесь продолжает гореть в условиях высокой степени сжатия. Образуется давление, от которого реактивная сила также создает крутящий момент на лопаточном колесе 4 при выходе газа через выходные секторные окна 19 и выходные устройства (выходные устройства не показаны) в атмосферу. Реактивная сила по мере перемещения лопаток турбинного венца 15 от начала выходных секторных окон 19 ослабевает, а при подходе этих лопаток к зонам совпадения секторных окон входных 16 и выходных 19 полностью исчезает. В этих местах начинается продувка промежутков между лопатками турбинного венца 15 и их охлаждение.The
Продувка осуществляется воздухом, который поступает через входные отверстия 29, направляющие лопатки 18, и нагнетается лопатками компрессорного венца 17 через входные секторные окна 16 на лопатки турбинного венца 15, после чего поток охлаждаемого воздуха выходит через выходные секторные окна 19 и выходные устройства в атмосферу. Поток охлаждаемого воздуха усиливается еще и газом за счет эжекции, так как он также выходит через выходные секторные окна 19 и выходные устройства в атмосферу.The purge is carried out by air, which enters through the inlet openings 29, the guide vanes 18, and is pumped by the blades of the compressor rim 17 through the inlet
Охлажденные лопатки турбинного венца 15 из зоны секторных окон входных 16 и выходных 19 вновь подходят до выходных отверстий 13, где промежутки между ними вновь заполняются топливовоздушной смесью и цикл повторяется.The cooled blades of the
Наличие торцевых колец 25, 26, 27 на венцах 7, 17, лопаточного колеса 4 исключает осевое давление на подшипниках 6. Торцевые кольца 25, 26 могут отсутствовать в связи с низким давлением между соответствующими лопатками компрессорных венцов 7 и 17.The presence of the end rings 25, 26, 27 on the
Запуск двигателя может осуществляться непосредственно вращением лопаточного колеса 4 за вал 5, в этом случае процесс работы происходит так, как выше изложено в описании, или сжатым воздухом при его подводе к каналам перепуска 22 (подвод воздуха к каналам перепуска 22 не показан). Подобно газу воздух создает давление на лопатки турбинного венца 15 и вращает лопаточное колесо 4. Более того, заполняя промежутки между лопатками турбинного венца 15 через выходное окно 21 канала перепуска 22 и захватывая топливо из топливоподающего устройства 23, он образует топливовоздушную смесь, обеспечивая горение в камерах сгорания.The engine can be started directly by rotating the
Выполнение улиток, примыкающих к внешнему контуру компрессорного венца лопаток, преобразовывает кинетическую энергию воздуха, создаваемую этими лопатками, в давление воздуха.The implementation of snails adjacent to the outer contour of the compressor rim of the blades converts the kinetic energy of the air created by these blades into air pressure.
Сопла, выполненные в выходных отверстиях, связанных через каналы и секторные проходы с улитками компрессора, давление воздуха преобразовывают в скорость движения воздуха.Nozzles made in the outlet openings connected through channels and sector passages with compressor snails convert air pressure to air velocity.
Расположение топливоподающих устройств в этих соплах создает соответствующую подачу топлива в промежутки между лопатками турбинного венца и интенсивное его перемешивание с воздухом.The location of the fuel supply devices in these nozzles creates a corresponding supply of fuel between the blades of the turbine rim and intensive mixing with air.
Выходные отверстия с соплами расположены у внутреннего контура венца турбинных лопаток. Это позволяет осуществлять движение топливовоздушному потоку в направлении от центра к периферии в соответствии с направлением действия центробежных сил.Outlets with nozzles are located at the inner contour of the rim of the turbine blades. This allows the movement of fuel-air flow in the direction from the center to the periphery in accordance with the direction of action of centrifugal forces.
В целом это повышает заполнение камер сгорания топливовоздушной смесью и качество этой смеси за счет повышения интенсивности перемешивания топлива с воздухом, что существенно увеличивает удельную мощность двигателя.In general, this increases the filling of the combustion chambers with a fuel-air mixture and the quality of this mixture by increasing the intensity of mixing fuel with air, which significantly increases the specific power of the engine.
Повышение заполнений камер сгорания интенсивно перемешанной топливовоздушной смесью существенно повышает степень сжатия особенно при горении топливовоздушной смеси на участках с квази постоянным объемом между отверстиями выходными и входными каналов перепуска, выходными отверстиями каналов перепуска и выходными секторными окнами.An increase in the fillings of the combustion chambers with an intensely mixed air-fuel mixture significantly increases the degree of compression, especially when burning the air-fuel mixture in areas with a quasi-constant volume between the openings of the outlet and inlet channels of the bypass, the outlet openings of the bypass channels and the output sector windows.
Повышение степени сжатия таким способом позволяет исключить многоступенчатый компрессор и существенно снизить частоту его вращения, что упрощает конструкцию, снижает массу, габариты, повышает надежность работы и компактность газотурбинного двигателя.Increasing the compression ratio in this way eliminates the multi-stage compressor and significantly reduces its rotation frequency, which simplifies the design, reduces weight, dimensions, increases the reliability and compactness of the gas turbine engine.
Соединение валов газотурбинных двигателей между собой, как из отдельных секций позволяет собрать набор на разную мощность, где один или несколько двигателей в процессе работы могут отключаться или включаться. Мощность, крутящий момент, частота вращения общего вала в таком наборе может изменяться в широком диапазоне.The connection of the shafts of gas turbine engines to each other, as from separate sections, allows you to assemble a set for different power, where one or more engines can be switched off or on during operation. Power, torque, frequency of rotation of the common shaft in such a set can vary over a wide range.
Одиночные двигатели и их наборы могут найти широкое применение в различных отраслях техники: в авиации, наземном и водном транспортах, стационарных установках, в частности, в летательных аппаратах, автомобилях, локомотивах, двигателях - генераторах.Single engines and their sets can be widely used in various branches of technology: in aviation, land and water transport, stationary installations, in particular, in aircraft, automobiles, locomotives, engines - generators.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004123925/06A RU2282734C2 (en) | 2004-08-04 | 2004-08-04 | Gas-turbine engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004123925/06A RU2282734C2 (en) | 2004-08-04 | 2004-08-04 | Gas-turbine engine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2004123925A RU2004123925A (en) | 2006-01-27 |
RU2282734C2 true RU2282734C2 (en) | 2006-08-27 |
Family
ID=36047403
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2004123925/06A RU2282734C2 (en) | 2004-08-04 | 2004-08-04 | Gas-turbine engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2282734C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2693948C1 (en) * | 2018-02-27 | 2019-07-08 | Виталий Иванович Коминов | Gas turbine engine |
-
2004
- 2004-08-04 RU RU2004123925/06A patent/RU2282734C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2693948C1 (en) * | 2018-02-27 | 2019-07-08 | Виталий Иванович Коминов | Gas turbine engine |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2004123925A (en) | 2006-01-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US2326072A (en) | Gas turbine plant | |
US7047724B2 (en) | Combustion ignition | |
US3775974A (en) | Gas turbine engine | |
PL180015B1 (en) | Electrical equipment and way of its operation | |
US20040261396A1 (en) | Pulsed combustion turbine engine | |
CN109028147A (en) | Toroidal throat rotates detonating combustion device and corresponding propulsion system | |
EP0079149B1 (en) | Gas turbine with toroidal combustion chamber | |
US6308513B1 (en) | Turbine and gas turbine | |
CN209195572U (en) | Rotate detonation engine | |
US20110005196A1 (en) | Method and apparatus for increasing thrust or other useful energy output of a device with a rotating element | |
US7752835B2 (en) | Pulsed combustion engine | |
KR20100096116A (en) | Rotary mechanically reciprocated sliding metal vane air pump and boundary layer gas turbines integrated with a pulse gas turbine engine system | |
US3937009A (en) | Torque-jet engine | |
US8024931B2 (en) | Combustor for turbine engine | |
RU2282734C2 (en) | Gas-turbine engine | |
EP0493004B1 (en) | Gas generator for a gas turbine | |
US4463551A (en) | Rotary prime mover | |
GB2526581A (en) | Combustion engine | |
US3015211A (en) | Radial turbine engine | |
RU2338906C1 (en) | Gas turbine engine | |
RU2708178C1 (en) | Gas turbine engine | |
RU2347923C2 (en) | Gas turbine engine (versions) | |
RU2109969C1 (en) | Internal combustion air-injection-rotor-turbine engine | |
CA1151432A (en) | Rotary prime mover | |
RU2000457C1 (en) | Gas-turbine engine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170805 |