RU2359130C1 - Турбовинтовой газотурбинный двигатель - Google Patents

Турбовинтовой газотурбинный двигатель Download PDF

Info

Publication number
RU2359130C1
RU2359130C1 RU2007145385/06A RU2007145385A RU2359130C1 RU 2359130 C1 RU2359130 C1 RU 2359130C1 RU 2007145385/06 A RU2007145385/06 A RU 2007145385/06A RU 2007145385 A RU2007145385 A RU 2007145385A RU 2359130 C1 RU2359130 C1 RU 2359130C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
compressor
turbine
electric
electric generator
motor
Prior art date
Application number
RU2007145385/06A
Other languages
English (en)
Inventor
Николай Борисович Болотин (RU)
Николай Борисович Болотин
Original Assignee
Николай Борисович Болотин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Николай Борисович Болотин filed Critical Николай Борисович Болотин
Priority to RU2007145385/06A priority Critical patent/RU2359130C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2359130C1 publication Critical patent/RU2359130C1/ru

Links

Images

Abstract

Турбовинтовой газотурбинный двигатель содержит турбокомпрессор с компрессором, камерой сгорания, выход из которой соединен газовым трактом с турбиной, и не менее двух электрических машин, встроенных в турбокомпрессор. В компрессор встроен электродвигатель, а в турбину - электрогенератор. Турбина выполнена свободной. Электрогенератор соединен с электродвигателем посредством силового кабеля. Обмотки электродвигателя установлены на статоре компрессора. Система постоянных магнитов электродвигателя закреплена на рабочих лопатках компрессора. Обмотки электрогенератора установлены на статоре турбины. Система постоянных магнитов электрогенератора закреплена на рабочих лопатках турбины. Обмотки электродвигателя и электрогенератора заключены в кожуха, к которым подведена система воздушного охлаждения. На входе в турбокомпрессор установлен воздушный винт, соединенный валом с дополнительным электродвигателем, соединенным дополнительным силовым кабелем с электрогенератором. Изобретение направлено на повышение КПД и надежности силовой установки. 3 ил.

Description

Изобретение относится к двигателестроению, в том числе к авиационным и стационарным двигателям.
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.
Недостатком этой силовой установки является то, что она имеет низкий КПД около 20%, что почти в 2 раза меньше, чем у современных дизельных установок.
Недостатком этого двигателя является низкий КПД силовой установки.
Известен газотурбинный двигатель по патенту РФ № 2252316, 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.
Недостаток - низкая мощность электрогенератора и электродвигателя из-за их расположения на небольшом диаметре.
Известен газотурбинный двигатель по патенту Великобритании № 1341241, содержащий 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.
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 в зоне высоких температур, которые достигают для современных ГТД 1500°С. Большой электрический ток дополнительно нагревает обмотки электрогенератора и электродвигателя и делает проблему их охлаждения практически неразрешимой при расположении обмоток в зоне высоких температур. Такая конструкция применима для использования электрической машины в качестве стартера или в качестве вспомогательного электрогенератора для питания агрегатов газотурбинного двигателя и самолета. Кроме того, газотурбинный двигатель имеет низкий КПД (экономичность), и для его запуска требуется большая мощность стартера из-за инерционности его роторов.
Задачи создания изобретения: повышение мощности электрических машин, экономичности и надежности двигателя.
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 не менее двух электрических машин, встроенных в турбокомпрессор, при этом в компрессор встроен электродвигатель, а в турбину - электрогенератор, причем турбина выполнена свободной, а электрогенератор соединен с электродвигателем посредством силового кабеля, отличающий тем, что обмотки электрогенератора установлены на статоре турбины, система постоянных магнитов электродвигателя закреплена на рабочих лопатках компрессора, обмотки электрогенератора установлены на статоре турбины, система постоянных магнитов электрогенератора закреплена на рабочих лопатках турбины, при этом обмотки электродвигателя и электрогенератора заключены в кожуха, к которым подведена система воздушного охлаждения, на входе в турбокомпрессор установлен воздушный винт, соединенный валом с дополнительным электродвигателем, соединенным дополнительным силовым кабелем с электрогенератором.
Для реализации изобретения достаточно применения известных узлов и деталей, ранее разработанных и реализованных в конструкции газотурбинных двигателей и в машиностроении.
Сущность изобретения поясняется на фиг.1…3, где:
на фиг.1 приведена схема турбовинтового газотурбинного двигателя,
на фиг.2 приведена схема охлаждения обмоток электрогенератора и электродвигателя,
на фиг.3 приведена схема дополнительного электродвигателя.
Предложенное техническое решение (фиг.1) содержит турбокомпрессор 1, содержащий компрессор 2, камеру сгорания 3 и турбину 4 и выхлопное устройство 5. Газотурбинный двигатель содержит две электрические машины, встроенные в газогенератор 1, при этом в компрессор 2 встроен электродвигатель 6, в турбину 4 встроен электрогенератор 7. Турбина 4 выполнена свободной, т.е. ее вал не связан с валом компрессора.
Турбовинтовой газотурбинный двигатель содержит систему топливоподачи с топливопроводом низкого давления 8, подключенным ко 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.
Компрессор 2 содержит статор 14 и ротор 15 с валом 16. Кроме того, компрессор 2 содержит направляющие лопатки 17 и рабочие лопатки 18.
Турбина 3 содержит статор 9 и ротор 20 с валом 21, который кинематически не связан с валом 16 компрессора 2, т.е. турбина 4 выполнена свободной. Кроме того, турбина 4 содержит сопловые аппараты 22 и рабочие лопатки 23 (количество ступеней свободной турбины может быть от одной до нескольких). Далее находятся опора 24 и выхлопное устройство 5.
Основным отличием двигателя являются две электрические машины, а именно электродвигатель 6, совмещенный с компрессором 2, и электрогенератор 7, совмещенный с турбиной 4. Электродвигатель 6 содержит статорные обмотки 25, выполненные на статоре 14 компрессора 2, и систему постоянных магнитов 26, установленную на рабочих лопатках 18 компрессора 2.
Электрогенератор 7 содержит статорные обмотки 27 электрогенератора 7, установленные на статоре 19 турбины 4, и систему постоянных магнитов 28 электрогенератора 7, установленную на рабочих лопатках 23 турбины 4. Электродвигатель 6 соединен с электрогенератором 7 силовым кабелем 29.
Статорные обмотки 27 электродвигателя 6 заключены в кожух 30 компрессора 2, а статорные обмотки 27 электрогенератора 7 заключены в кожух 31 турбины 4 (фиг.2). К внутренним полостям 32 и 33 кожухов 30 и 31 подключена система охлаждения 34, соединенная с внутренней полостью 35 турбокомпрессора 1. К полости 33 подсоединен трубопровод сброса охлаждающего воздуха 36 (фиг.2).
Перед турбокомпрессором установлен воздушный винт 37, соединенный валом 38 с дополнительным электродвигателем 39. Дополнительный электродвигатель 39 дополнительным силовым кабелем 40 соединен с электрогенератором 7.
Дополнительный электродвигатель 39 может быть выполнен любой конструкции: переменного или постоянного тока, асинхронный или с обмотками возбуждения на якоре и статоре. Для примера (фиг.3) приведен электродвигатель 39, содержащий ротор 41 с постоянными магнитами 42 и статор 43 с обмотками возбуждения 44.
В линии дополнительного силового кабеля 40 (фиг.2) может быть установлен электронный регулятор 45, позволяющий регулировать силу тока, отключать ток и изменять его полярность для реверсирования воздушного винта 37.
При работе турбовинтового газотурбинного двигателя осуществляют его запуск путем подачи электроэнергии на электродвигатель 6 от внешнего источника энергии (на фиг.1…3 не показано). Потом включают привод топливного насоса 10, и топливный насос 9 подает топливо в камеру сгорания 3, точнее в форсунки 13, где оно воспламеняется при помощи электрозапальника (на фиг.1…3 электрозапальник не показан). Турбина 4 раскручивается, и электрогенератор 7 вырабатывает электрический ток, который по силовому кабелю 31 подается на электродвигатель 6. Электродвигатель 6 в дальнейшем приводит в действие компрессор 2, а внешний источник тока отключается. Потом по дополнительному силовому кабелю 40 электрическая энергия подается на дополнительный электродвигатель 37, который раскручивает через вал 38 воздушный винт 37.
При остановке турбовинтового газотурбинного двигателя все операции осуществляются в обратной последовательности. Так как дополнительный электродвигатель 37 имеет рабочие обороты в несколько раз меньшие, чем вал 14 компрессора 2, то отпадает необходимость в применении тяжелого и дорогостоящего редуктора, который применяется, например, на двигателе НК 12 MB.
Применение изобретения позволило:
1. Повысить мощность электрических машин: электрогенератора и электродвигателя за счет их размещения на максимально возможном диаметре.
2. Повысить КПД газотурбинного двигателя за счет более рациональной компоновки двигателя, наличия винта, дающего дополнительную тягу, отсутствия жесткой кинематической связи между компрессором и турбиной и между компрессором и воздушным винтом. Это позволило спроектировать оптимальные компрессор, воздушный винт и турбину, например, на разные рабочие обороты и оптимально согласовать их совместную работу.
3. Улучшить надежность силовой установки за счет отказа от вала, соединяющего компрессор и турбину, размещения катушек электрических машин вне двигателя.
4. Обеспечить запуск газотурбинного двигателя и питание электроэнергией очень энергоемких потребителей. Облегчить запуск за счет раскрутки только ротора компрессора, без раскручивания ротора турбины и воздушного винта.
5. Облегчить условия работы винта за счет отсутствия его механической связи с валом компрессора и возможности их взаимного проскальзывания и работы при в несколько раз различающихся частотах вращения.
6. Уменьшить вес и габариты двигателя за счет отсутствия редуктора между валом компрессора и воздушным винтом.
7. Управлять режимом работы воздушного винта, в том числе отключать и реверсировать электронным регулятором.

Claims (1)

  1. Турбовинтовой газотурбинный двигатель, содержащий турбокомпрессор с компрессором, камерой сгорания, выход из которой соединен газовым трактом с турбиной, и не менее двух электрических машин, встроенных в турбокомпрессор, при этом в компрессор встроен электродвигатель, а в турбину - электрогенератор, причем турбина выполнена свободной, а электрогенератор соединен с электродвигателем посредством силового кабеля, отличающийся тем, что обмотки электродвигателя установлены на статоре компрессора, система постоянных магнитов электродвигателя закреплена на рабочих лопатках компрессора, обмотки электрогенератора установлены на статоре турбины, система постоянных магнитов электрогенератора закреплена на рабочих лопатках турбины, при этом обмотки электродвигателя и электрогенератора заключены в кожуха, к которым подведена система воздушного охлаждения, на входе в турбокомпрессор установлен воздушный винт, соединенный валом с дополнительным электродвигателем, соединенным дополнительным силовым кабелем с электрогенератором.
RU2007145385/06A 2007-12-06 2007-12-06 Турбовинтовой газотурбинный двигатель RU2359130C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007145385/06A RU2359130C1 (ru) 2007-12-06 2007-12-06 Турбовинтовой газотурбинный двигатель

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007145385/06A RU2359130C1 (ru) 2007-12-06 2007-12-06 Турбовинтовой газотурбинный двигатель

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2359130C1 true RU2359130C1 (ru) 2009-06-20

Family

ID=41025950

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007145385/06A RU2359130C1 (ru) 2007-12-06 2007-12-06 Турбовинтовой газотурбинный двигатель

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2359130C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2638239C1 (ru) * 2016-12-21 2017-12-12 Дмитрий Дмитриевич Кожевников Прямоточный турбореактивный детонационный двигатель (птрдд)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2638239C1 (ru) * 2016-12-21 2017-12-12 Дмитрий Дмитриевич Кожевников Прямоточный турбореактивный детонационный двигатель (птрдд)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3228544A1 (en) Hybrid electric aircraft propulsion incorporating a recuperated prime mover
US8461704B2 (en) Gas turbine engine apparatus
JP5512111B2 (ja) ファン内に発電機を配置したターボジェット
US8198744B2 (en) Integrated boost cavity ring generator for turbofan and turboshaft engines
US7661271B1 (en) Integrated electric gas turbine
CA2643489C (en) Gas turbine engine oil system operation
WO2009137478A1 (en) Multi-spool intercooled recuperated gas turbine
JP6749772B2 (ja) 過剰空気流を生成する圧縮機及び入口空気を冷却するためのターボ膨張器を有する発電システム
EP2574759A2 (en) Motor-generator turbomachine starter
RU2322588C1 (ru) Газотурбинный двигатель
RU2359130C1 (ru) Турбовинтовой газотурбинный двигатель
RU2359132C1 (ru) Турбовинтовой газотурбинный двигатель
RU2323344C1 (ru) Турбогенератор
RU2358120C1 (ru) Турбовинтовой газотурбинный двигатель
RU2359131C1 (ru) Турбовинтовой газотурбинный двигатель
RU2325539C2 (ru) Газотурбинный двигатель
RU2358119C1 (ru) Винтовентиляторный авиационный двигатель
RU2379523C2 (ru) Винтовентиляторный авиационный двигатель
EP3812281B1 (en) Aircraft auxiliary power unit
RU2358138C1 (ru) Винтовентиляторный авиационный газотурбинный двигатель
RU2359144C1 (ru) Винтовентиляторный авиационный газотурбинный двигатель
RU2182247C2 (ru) Способ пуска и газоснабжения энергетической газотурбинной установки и устройство для его осуществления
US10003239B1 (en) Doubly-fed induction generator system for a gas turbine
RU2614421C1 (ru) Биротативный компрессор
RU2435049C1 (ru) Атомный турбовинтовой газотурбинный двигатель