RU2358120C1 - Turbopropeller gas-turbine engine - Google Patents
Turbopropeller gas-turbine engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2358120C1 RU2358120C1 RU2007145834/06A RU2007145834A RU2358120C1 RU 2358120 C1 RU2358120 C1 RU 2358120C1 RU 2007145834/06 A RU2007145834/06 A RU 2007145834/06A RU 2007145834 A RU2007145834 A RU 2007145834A RU 2358120 C1 RU2358120 C1 RU 2358120C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- compressor
- electric
- electric generator
- turbine engine
- generator
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Supercharger (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к двигателестроению, в том числе к авиационным двигателям ТВД.The invention relates to engine building, including aircraft engines of a theater.
Известна силовая установка по патенту РФ №2189477, которая содержит газотурбинный двигатель - ГТД, газовый тракт, соединяющий этот газотурбинный двигатель, со свободной турбиной и нагрузку в виде электрогенератора, вал которого подсоединен к валу свободной турбины через муфту.A known power plant according to the patent of the Russian Federation No. 2189477, which contains a gas turbine engine - a gas turbine engine, a gas path connecting this gas turbine engine with a free turbine and a load in the form of an electric generator, the shaft of which is connected to the shaft of the free turbine through a coupling.
Недостатком этой силовой установки является то, что она имеет низкий КПД около 20%, что почти в 2 раза меньше, чем у современных дизельных установок.The disadvantage of this power plant is that it has a low efficiency of about 20%, which is almost 2 times less than that of modern diesel plants.
Известна силовая установка газотурбовоза по патенту РФ №2272916, которая содержит газотурбинный двигатель с турбиной и свободную турбину, за которой установлен регенеративный теплообменник, выход из которого соединен с газотурбинным двигателем, конкретно - с системой охлаждения турбины.A gas turbine locomotive power plant is known according to RF patent No. 2272916, which contains a gas turbine engine with a turbine and a free turbine, behind which a regenerative heat exchanger is installed, the outlet of which is connected to a gas turbine engine, specifically, to a turbine cooling system.
Недостатком этого двигателя является низкий КПД силовой установки.The disadvantage of this engine is the low efficiency of the power plant.
Известен газотурбинный двигатель по патенту РФ №2252316 (прототип), который содержит турбокомпрессор, состоящий из компрессора, камеры сгорания и турбины, и не менее двух электрических машин (электрогенератор и электродвигатель), встроенных в турбокомпрессор. Система постоянных магнитов установлена на внутренней поверхности ротора турбокомпрессора, а статор электрической машины установлен на корпусе подшипниковой опоры, т.е. на малом диаметре.A gas turbine engine is known according to the patent of the Russian Federation No. 2252316 (prototype), which contains a turbocompressor consisting of a compressor, a combustion chamber and a turbine, and at least two electric machines (electric generator and electric motor) built into the turbocompressor. The system of permanent magnets is installed on the inner surface of the rotor of the turbocompressor, and the stator of the electric machine is installed on the housing of the bearing support, i.e. on a small diameter.
Недостатки этого двигателя: очень маленькая мощность электрических машин, связанная с тем, что они размещены на малом диаметре и имеют по одной ступени. Кроме того - возникают проблемы с охлаждением обмоток статора, размещенных внутри двигателя. Эта конструкция применима для использования электрической машины в качестве стартера или в качестве вспомогательного электрогенератора для питания агрегатов газотурбинного двигателя и самолета.The disadvantages of this engine: the very small power of electric machines, due to the fact that they are placed on a small diameter and have one step. In addition, there are problems with cooling the stator windings located inside the engine. This design is applicable for using an electric machine as a starter or as an auxiliary electric generator to power the units of a gas turbine engine and aircraft.
Задачи создания изобретения: повышение мощности электрических машин, экономичности и надежности двигателя.Objectives of the invention: increasing the power of electric machines, efficiency and reliability of the engine.
Решение указанных задач достигнуто за счет того, что турбовинтовой газотурбинный двигатель, содержащий турбокомпрессор с компрессором, камерой сгорания, выход из которой соединен газовым трактом с турбиной, и электрическую машину, встроенную в турбокомпрессор, отличается тем, что в компрессор встроен электрогенератор, перед компрессором установлен электродвигатель, соединенный валом с воздушным винтом, а электрогенератор соединен с электродвигателем посредством силового кабеля, обмотки электрогенератора установлены на статоре компрессора, а система постоянных магнитов электрогенератора закреплена на рабочих лопатках, обмотки электрогенератора заключены в кожух электрогенератора, к которому подведена система воздушного охлаждения. В линии силового кабеля установлен электронный регулятор. Система воздушного 'охлаждения содержит клапан и трубопровод сброса воздуха.The solution to these problems was achieved due to the fact that a turboprop gas turbine engine containing a turbocompressor with a compressor, a combustion chamber, the output of which is connected by a gas path to the turbine, and an electric machine built into the turbocompressor, differs in that an electric generator is built into the compressor, and a compressor is installed in front of the compressor an electric motor connected by a shaft with a propeller, and the electric generator is connected to the electric motor by means of a power cable, the windings of the electric generator are mounted on a stator comp spring, and the system of permanent magnets of the electric generator is fixed on the working blades, the windings of the electric generator are enclosed in the casing of the electric generator, to which the air cooling system is connected. An electronic regulator is installed in the power cable line. The air-cooling system comprises a valve and an air vent pipe.
Предложенное техническое решение обладает новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью, что подтверждается проведенными патентными. исследованиями'. Для реализации изобретения достаточно применения известных узлов и деталей, ранее разработанных и реализованных в конструкции газотурбинных двигателей и в машиностроении. The proposed technical solution has novelty, inventive step and industrial applicability, which is confirmed by the patent. research '. To implement the invention, it is sufficient to use the known components and parts previously developed and implemented in the design of gas turbine engines and in mechanical engineering.
Сущность изобретения поясняется на фиг.1…3, где:The invention is illustrated in figure 1 ... 3, where:
на фиг.1 приведена схема турбовинтового газотурбинного двигателя, figure 1 shows a diagram of a turboprop gas turbine engine,
на фиг.2 приведена схема охлаждения обмоток,figure 2 shows the cooling circuit of the windings,
на фиг.3 приведена схема электродвигателя.figure 3 shows a diagram of an electric motor.
Предложенное техническое решение (фиг.1) содержит турбогенератор 1, содержащий компрессор 2, камеру сгорания 3 и турбину 4 и выхлопное устройство 5. Турбовинтовой газотурбинный двигатель содержит две электрические машины. В компрессор 2 встроен электрогенератор 6. Роторы компрессора 2 и турбины 4 соединены валом турбокомпрессора 7. Турбовинтовой газотурбинный двигатель содержит систему топливоподачи с топливопроводом низкого давления 8, подключенным к входу в топливный насос 9, имеющий привод 10, топливопровод высокого давления 11, вход которого соединен с топливным насосом 9, а выход соединен с кольцевым коллектором 12, кольцевой коллектор 12 соединен с форсунками 13 камеры сгорания 3.The proposed technical solution (Fig. 1) comprises a
Компрессор 2 содержит статор 14 и ротор 15 с валом 7 турбокомпрессора 1. Кроме того, компрессор 2 содержит направляющие лопатки 16 и рабочие лопатки 17 компрессора 2.The
Турбина 3 содержит статор 18 и ротор 19 турбины 4. Кроме того, турбина 4 содержит сопловые аппараты 20 и рабочие лопатки 21, сгруппированные в ступени (количество ступеней свободной турбины может быть от одной до нескольких). Далее находятся опора 22 и выхлопное устройство 5.The turbine 3 includes a stator 18 and a rotor 19 of the
Электродвигатель 23 установлен перед компрессором 2 и соединен валом 24 с воздушным винтом 25.An
Электрогенератор 6 содержит обмотки 26, установленные на статоре 14, и систему постоянных магнитов 27, установленную на рабочих лопатках 17 компрессора 2, на одной или нескольких ступенях компрессора, предпочтительно ближе к входу в двигатель. Это позволит уменьшить вредное влияние высоких температур на обмотки 26 и систему постоянных магнитов 27. Обмотки 26 электрогенератора 6 предпочтительно закрыть кожухом 28 с полостью «Б» внутри для организации эффективного охлаждения обмоток, которые значительно нагреваются из-за протекания больших токов. К кожуху 28 подсоединена система воздушного охлаждения 29 с клапаном 30, подключенная к компрессору 2 в любом месте. С другой стороны к кожуху 28 подключен трубопровод сброса воздуха 31. Электрогенератор 6 соединен силовым кабелем 32, в линии которого может быть установлен электронный регулятор 33 с электродвигателем 23.The generator 6 includes
Электродвигатель 23 (фиг.3) содержит статор 34 и ротор 35 с постоянными магнитами 36. На статоре 34 установлены обмотки электродвигателя 37.The electric motor 23 (figure 3) contains a
При работе ГТД осуществляют его запуск путем подачи электроэнергии на стартер от внешнего источника энергии (на фиг.1…3 не показан). Потом включают привод топливного насоса 10 и топливный насос 9 подает топливо в камеру сгорания 3, где оно воспламеняется при помощи электрозапальника (на фиг.1…3 электрозапальник не показан). Турбина 4 раскручивается и электрогенератор 6 вырабатывает электрический ток, который по силовому кабелю 32 через электронный регулятор 33 подается на электродвигатель 23. Электродвигатель 23 в дальнейшем через вал 24 приводит в действие воздушный винт 25, а внешний источник тока отключается. Сила тяги воздушного винта 25 передается на статор 14 компрессора 2.During operation of the gas turbine engine, it is started by supplying electric power to the starter from an external energy source (not shown in FIGS. 1 ... 3). Then, the drive of the fuel pump 10 is turned on and the fuel pump 9 delivers the fuel to the combustion chamber 3, where it is ignited by an electric igniter (an electric igniter is not shown in FIGS. 1 ... 3). The
При работе вал 7 турбокомпрессора 1 вращается с угловой скоростью п1, а воздушный винт 25 с угловой скоростью п2, которая в несколько раз меньше. Это позволило отказаться от применения редуктора, традиционно используемого в ТВД. During operation, the shaft 7 of the
Применение изобретения позволило:The application of the invention allowed:
1. Повысить КПД газотурбинного двигателя за счет более рациональной компоновки двигателя, наличия винта, дающего дополнительную тягу, отсутствия жесткой кинематической связи между воздушным винтом и компрессором с турбиной.1. To increase the efficiency of a gas turbine engine due to a more rational layout of the engine, the presence of a screw giving additional traction, the absence of a rigid kinematic connection between the propeller and the compressor with the turbine.
2. Спроектировать оптимальные воздушный винт, компрессор и турбину, например, на разные рабочие обороты и оптимально согласовать их совместную работу.2. Design optimal propeller, compressor and turbine, for example, at different operating speeds and optimally coordinate their joint work.
3. Улучшить надежность силовой установки и мощность электрогенератора за счет:3. To improve the reliability of the power plant and the power of the generator by:
- отказа от вала, соединяющего воздушный винт, компрессор и турбину,- failure of the shaft connecting the propeller, compressor and turbine,
- отказа от редуктора между компрессором и воздушным винтом, который необходим для уменьшения скорости вращения воздушного винта до оптимальных величин и размещения катушек электрических машин вне двигателя, - failure of the gearbox between the compressor and the propeller, which is necessary to reduce the speed of rotation of the propeller to the optimal values and placement of the coils of electrical machines outside the engine,
- размещения электрогенератора в зоне относительно низких температур, близко ко входу в двигатель,- the location of the generator in the zone of relatively low temperatures, close to the entrance to the engine,
- размещения электрогенератора на максимально большом диаметре турбокомпрессора,- placing the generator on the largest diameter of the turbocharger,
- организации эффективного охлаждения обмоток электрогенератора, по которым проходит очень большой ток,- organization of effective cooling of the windings of the generator, through which a very large current passes,
- уменьшения длины силового кабеля и уменьшения потерь электроэнергии в нем за счет максимального приближения электрогенератора к электродвигателю.- reducing the length of the power cable and reducing energy losses in it due to the maximum approximation of the generator to the electric motor.
4. Обеспечить запуск газотурбинного двигателя и питание электроэнергией очень энергоемких потребителей.4. To ensure the start of the gas turbine engine and power supply to very energy-intensive consumers.
5. Облегчить запуск за счет раскрутки только ротора турбокомпрессора.5. Facilitate starting by spinning up only the rotor of the turbocharger.
6. Облегчить условия работы винта за счет его нежесткой связи с валом турбокомпрессора и возможности их взаимного проскальзывания и рассогласования оборотов ротора компрессора и винта.6. To facilitate the working conditions of the screw due to its non-rigid connection with the turbocompressor shaft and the possibility of their mutual slippage and mismatch of the rotor speed of the compressor and screw.
7. Улучшить систему регулирования работы воздушного винта (изменение его частоты вращения и реверсирование) за счет замены гидромеханической системы регулирования на более надежную, простую электронную.7. Improve the propeller control system (changing its rotational speed and reversing) by replacing the hydromechanical control system with a more reliable, simple electronic one.
8. Уменьшить вес турбовинтового газотурбинного двигателя за счет отказа от редуктора.8. Reduce the weight of the turboprop gas turbine engine due to the failure of the gearbox.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007145834/06A RU2358120C1 (en) | 2007-12-10 | 2007-12-10 | Turbopropeller gas-turbine engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007145834/06A RU2358120C1 (en) | 2007-12-10 | 2007-12-10 | Turbopropeller gas-turbine engine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2358120C1 true RU2358120C1 (en) | 2009-06-10 |
Family
ID=41024768
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007145834/06A RU2358120C1 (en) | 2007-12-10 | 2007-12-10 | Turbopropeller gas-turbine engine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2358120C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2481233C1 (en) * | 2011-12-29 | 2013-05-10 | Николай Борисович Болотин | Atomic submarine and marine-version gas turbine engine |
| RU2638239C1 (en) * | 2016-12-21 | 2017-12-12 | Дмитрий Дмитриевич Кожевников | Direct flow turboretactive detonation engine (dftde) |
-
2007
- 2007-12-10 RU RU2007145834/06A patent/RU2358120C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| fig.8-10. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2481233C1 (en) * | 2011-12-29 | 2013-05-10 | Николай Борисович Болотин | Atomic submarine and marine-version gas turbine engine |
| RU2638239C1 (en) * | 2016-12-21 | 2017-12-12 | Дмитрий Дмитриевич Кожевников | Direct flow turboretactive detonation engine (dftde) |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5086050B2 (en) | Power generation using an output turbine behind the LPT | |
| US8314505B2 (en) | Gas turbine engine apparatus | |
| US8198744B2 (en) | Integrated boost cavity ring generator for turbofan and turboshaft engines | |
| EP2447507B1 (en) | Turbomachine cooling arrangement | |
| RU2490497C2 (en) | Jet-turbine engine with electric generator located in fan | |
| US20170291712A1 (en) | Hybrid electric aircraft propulsion incorporating a recuperated prime mover | |
| JP5384670B2 (en) | Aircraft engine with electric starter cooling | |
| AU2009244433A1 (en) | Multi-spool intercooled recuperated gas turbine | |
| WO2022093414A1 (en) | A power generaton system | |
| RU2322588C1 (en) | Gas-turbine engine | |
| RU2358120C1 (en) | Turbopropeller gas-turbine engine | |
| RU2323344C1 (en) | Turbogenerator | |
| RU2359132C1 (en) | Turboprop gas turbine engine | |
| US20230124726A1 (en) | Hybrid propulsion system | |
| RU2359131C1 (en) | Turboprop gas turbine engine | |
| RU2325539C2 (en) | Gas turbine engine | |
| RU2359130C1 (en) | Turboprop gas turbine engine | |
| EP3812281B1 (en) | Aircraft auxiliary power unit | |
| RU2358119C1 (en) | Helical fan aviation engine | |
| RU2816769C1 (en) | Propfan aircraft gas turbine engine | |
| RU2379523C2 (en) | Aircraft propfan engine | |
| RU2312239C1 (en) | Power plant of gas-turbine locomotive | |
| GB2395753A (en) | Fuel compressor system for a gas turbine | |
| RU2374468C1 (en) | Gas turbine for gas-compressor plant | |
| RU2358138C1 (en) | Helical fan aviation gas-turbine engine |