RU2412365C2 - Gas-turbine engine - Google Patents
Gas-turbine engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2412365C2 RU2412365C2 RU2008125387/06A RU2008125387A RU2412365C2 RU 2412365 C2 RU2412365 C2 RU 2412365C2 RU 2008125387/06 A RU2008125387/06 A RU 2008125387/06A RU 2008125387 A RU2008125387 A RU 2008125387A RU 2412365 C2 RU2412365 C2 RU 2412365C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- elements
- turbine
- exchange
- compressor
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Description
Данное изобретение относится к области тепловых двигателей и, конечно, к области газотурбинных двигателей всевозможного назначения.This invention relates to the field of heat engines and, of course, to the field of gas turbine engines of all kinds.
Уровень техникиState of the art
Известны газотурбинные двигатели, содержащие в себе компрессор с теоретическим адиабатическим процессом сжатия, камеру сгорания и турбину с теоретическим адиабатическим процессом расширения, в том числе как с неохлаждаемыми, так и с охлаждаемыми турбинами. Смотрите, например, книгу Г.С.Жирицкий. Авиационные газовые турбины. Москва. Издательство оборонной промышленности. 1950 г. /Л-1/, фиг.2,32 на вклейке между странницами 62 и 63 и фиг.2,33 на стр.64. Смотрите, например, и Л.А.Шубенко-Шубин и другие. Газотурбинные установки. Атлас конструкций и схем. Москва. Машиностроение. 1967 г. /Л-2/, стр.91, фиг.1-252 с ГТУ фирмы Джейнерал электрик, стр.97, фиг.2-2 с ГТУ-20 Ленинградского Кировского завода, стр.114, фиг.3-2 с ГТУ Коломенского тепловозостроительного завода, стр.116, фиг.3-6 с ГТУ Метрополитен Виккерс, стр.150 с ГТУ модели 6002 фирмы БМВ, стр.151, фиг.4-77 с ГТУ фирмы Боинг. Смотрите, например, и книгу С.А.Вьюнов и другие, под общей редакцией Д.В.Хронина. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. Москва. Машиностроение. 1989 г. /Л-3/, стр.6, фиг.1,2, стр.7, фиг 1,2, стр.8, фиг.1,3 и фиг.1,4 со схемой ТРДД 1Т9Д компании Пратт-Уитни с большой степенью двухконтурности. Смотрите, например, книгу Б.А.Пономарев. Двухконтурные турбореактивные двигатели. Оборонгиз. Москва. 1973 г. /Л-4/, фиг.1 на вклейке в конце книги с двухконтурным турбореактивным двигателем АИ-25, фиг.43 там же на других вклейках ДТРД РВ-211-22 компании Роллс-Ройс.Gas turbine engines are known that comprise a compressor with a theoretical adiabatic compression process, a combustion chamber and a turbine with a theoretical adiabatic expansion process, including both uncooled and cooled turbines. See, for example, the book by G.S. Zhiritsky. Aviation gas turbines. Moscow. Publisher of the defense industry. 1950 / L-1 /, Fig. 2,32 on the insert between the
Нетрудно заметить, что во всех этих газотурбинных двигателях /ГТД/, начиная с 50х годов прошлого столетия и до сих пор, уже в 3 тысячелетии их воздушно-газовые тракты, в том числе и двухконтурных ДТРД, в том числе и таких известных компаний как Джейнерал-Электрик, Роллс-Ройс, Пратт-Уитни, а также и российских НПО Сатурн и УМПО, выполнены по самому простейшему термодинамическому циклу из числа давно известных в термодинамике теоретических термодинамических циклов, а потому, и по самому наименее эффективному из числа давно известных. Ибо, как нетрудно заметить, воздушно-газовые тракты всех этих ГТД, в том числе и двухконтурных ДТРД, имеют компрессор с теоретическим адиабатическим процессом сжатия, имеющим наибольшую работу сжатия и максимально уменьшающим полезную работу турбины, и турбину с теоретическим адиабатическим процессом расширения, имеющим наоборот наименьшую работу расширения, а также из-за отсутствия в их термодинамических циклах процесса возврата тепла отработанных газов, что приводит к достаточно большим потерям тепловой энергии с отработанными газами, покидающими двигатель.It is easy to see that in all these gas turbine engines / gas turbine engines /, starting from the 50s of the last century and still, already in the 3rd millennium their air-gas paths, including double-circuit DDRDs, including such well-known companies as Dzheyneral-Electric, Rolls-Royce, Pratt-Whitney, as well as Russian NPOs Saturn and UMPO, are executed according to the simplest thermodynamic cycle from the number of theoretical thermodynamic cycles that have long been known in thermodynamics, and therefore, to the least effective of the long-known ones. For, as it is easy to see, the air-gas paths of all these gas turbine engines, including double-circuit diesel engines, have a compressor with a theoretical adiabatic compression process that has the greatest compression work and minimizes the useful work of the turbine, and a turbine with a theoretical adiabatic expansion process that has the opposite the smallest work of expansion, as well as due to the absence in their thermodynamic cycles of the process of returning heat from exhaust gases, which leads to sufficiently large losses of thermal energy from exhaust gas mi leaving the engine.
Все это относится и к двигателям внутреннего сгорания /ДВС/, имеющим в большинстве случаев теоретический адиабатический процесс сжатия и полное отсутствие регенерации тепла отработанных газов.All this applies to internal combustion engines / internal combustion engines /, which in most cases have a theoretical adiabatic compression process and the complete absence of heat recovery of exhaust gases.
И хотя в вышеотмеченных ГТД термический кпд, определяемый выражениемAnd although in the aforementioned gas turbine engines the thermal efficiency is determined by the expression
, где , where ,
достаточно интенсивно растет с повышением температуры газов перед турбиной Т3 по отношению к температуре окружающей среды Т1, смотрите, например, книгу Я.И.Шнеэ. Газовые турбины. Москва. Машгиз. 1960 г. /Л-5/, стр.20-22. Несомненно следует отметить, что в ГТД возросло качество исполнения охлаждаемых турбин и соответственно существенно возросли температуры газов перед турбиной и соответственно возросли термические кпд ГТД. Однако с повышением температуры газов перед турбиной интенсивно растет и оптимальная степень повышения давления. Смотрите, например, табл.3 в /Л-5/ на стр.32. И например, в соответствии с Л-4 на стр.82-83 в ДТРД модели 1Т9Д компании Пратт-Уитни самолета Боинг -747 его компрессор имеет 3 ступени низкого давления и 11 ступеней высокого давления. А его турбина высокого давления имеет 2 ступени, а турбина низкого давления имеет 4 ступени. И соответственно, многоколесный ротор ГТД получился не только очень дорогим, но и очень длинным и тяжелым. Длинным, и толстостенным, и тяжелым стал и корпус двигателя, в том числе из-за высокого внутреннего давления в нем. И в целом двигатель, несомненно, очень дорогой, длинный, тяжелый, а экономичность очень далека от превосходной. Ибо существенно возросла работа сжатия, отнимаемая компрессором от турбины. И потому потребителям мало интересен высокий термический кпд, так как он ничего не говорит о том, что остается в турбине для полезной работы. Несомненно, потребителям более интересен внутренний кпд, определяемый уже разностью располагаемых работ турбины и компрессора. Ибо внутренний кпд определяется выражениемgrows quite intensively with increasing gas temperature in front of the T 3 turbine with respect to the ambient temperature T 1 , see, for example, the book by J.I. Schnee. Gas turbines. Moscow. Mashgiz. 1960 / L-5 /, pp. 20-22. Undoubtedly, it should be noted that the performance of cooled turbines has increased in the gas turbine engine and, accordingly, the gas temperatures in front of the turbine have substantially increased, and the thermal efficiency of the gas turbine engine has accordingly increased. However, with an increase in the temperature of the gases in front of the turbine, the optimal degree of increase in pressure also intensifies. See, for example, Table 3 in / L-5 / on page 32. And for example, in accordance with L-4 on pages 82-83 in the DDRD model 1T9D of the Pratt-Whitney company of the Boeing-747 aircraft, its compressor has 3 low pressure stages and 11 high pressure stages. And its high pressure turbine has 2 stages, and its low pressure turbine has 4 stages. And accordingly, the GTE multi-wheel rotor turned out to be not only very expensive, but also very long and heavy. The engine casing also became long, and thick-walled, and heavy, including due to the high internal pressure in it. And in general, the engine is undoubtedly very expensive, long, heavy, and efficiency is very far from excellent. For the compression work taken away by the compressor from the turbine has significantly increased. And therefore, consumers are not very interested in high thermal efficiency, since it does not say anything about what remains in the turbine for useful work. Undoubtedly, consumers are more interested in internal efficiency, which is already determined by the difference between the available turbine and compressor operations. For the internal efficiency is determined by the expression
в Л-5 на стр.23, где Q1 - количество подведенной тепловой энергии с учетом потерь в камере сгорания,in L-5 on page 23, where Q 1 is the amount of supplied thermal energy, taking into account losses in the combustion chamber,
ηкс, ηt и ηк - кпд камеры сгорания, турбины и компрессора,η ks , η t and η k - efficiency of the combustion chamber, turbine and compressor,
qт - количество подведенного топлива в камеру сгорания на 1 кг воздуха.q t - the amount of fuel supplied to the combustion chamber per 1 kg of air.
И согласно Л-5 на стр.21 при дажеAnd according to L-5 on page 21, even
и and
у вышеотмеченных ГТД теоретический внутренний кпд всего лишь равен 0,346. И даже при ∑=5,40 и соответствующим φопт.=30 их теоретический внутренний кпд может быть равным 0,444. Тогда как теоретический внутренний кпд ГТД даже с одноступенчатым теоретическим адиабатическим процессом сжатия и таким же процессом расширения и ∑=Т3/Т1=4,31, но имеющим уже регенерацию тепла отработанных газов, достаточно близкую к идеальной, может быть уже равным 0,55-0,60. Смотрите, например, графики внутренних кпд ГТД на фиг.55 и 56 и Л-5 на стр.70.in the aforementioned gas turbine engines, the theoretical internal efficiency is only 0.346. And even with ∑ = 5.40 and the corresponding φ opt. = 30 their theoretical internal efficiency can be equal to 0.444. Whereas the theoretical internal efficiency of a gas turbine engine even with a one-stage theoretical adiabatic compression process and the same expansion process and ∑ = T 3 / T 1 = 4.31, but already having exhaust gas heat recovery sufficiently close to ideal, may already be equal to 0, 55-0.60. See, for example, the graphs of the internal efficiency of a gas turbine engine in Figs. 55 and 56 and L-5 on
Конечно, внутренний кпд ГТД это еще не есть эффективный кпд, ибо в нем еще не учтены механические потери в подшипниках, на привод топливного и масляного насосов и прочие расходы на собственные нужды. И согласно Л-5 на стр.89 эффективный кпд ГТД определяется выражениемOf course, the internal efficiency of a gas turbine engine is not yet an efficient efficiency, because it has not yet taken into account mechanical losses in bearings, the drive of fuel and oil pumps, and other expenses for own needs. And according to L-5 on
где Where
ηмт и ηмк - соответственно механический кпд турбины и компрессора,η mt and η mk are respectively the mechanical efficiency of the turbine and compressor,
Δhгидр. - перепад, эквивалентный гидравлическим сопротивлениям, ηкс - кпд камеры сгорания.Δh hydr. - differential equivalent to hydraulic resistances, η кс - efficiency of the combustion chamber.
И согласно Л-5 на стр.89 теоретический эффективный кпд может быть меньше теоретического внутреннего кпд всего на 1÷2% от установленной мощности. Однако в реальности эти потери могут быть существенно большими. И учитывая, что механические потери, в том числе и в подшипниках, и на привод насосов, относительно невелики, а также и то, что предметом изобретения является и существенное снижение суммарных гидравлических потерь и тепловых потерь до относительно небольшого уровня, а также учитывая, что в Л-5 представлены наглядные графики, позволяющие судить о совершенстве теоретических термодинамических циклов между собой, а также являющихся ориентиром, к чему может быть приближена эффективность создаваемых ГТД с тем или иным теоретическим термодинамическим циклом, воспользуемся ими в дальнейшем для относительной оценки известных двигателей относительно друг друга.And according to L-5 on
И несомненно, учитывая изложенное выше, Г.С.Жирицкий еще в своей книге Л-1 1950 г. выпуска на стр.37 поставил задачу о первоочередном создании ГТД с регенерацией тепла отработанных газов, конструктивно-схематично представленным на фиг.2.34 на стр.65, а вторым этапом он считал необходимым переходить к созданию ГТД с охлаждаемым процессом сжатия для снижения работы сжатия и регенерацией тепла отработанных газов для возврата тепла отработанных газов в термодинамический цикл.And undoubtedly, taking into account the above, G.S. Zhiritsky, even in his 1950 book L-1 of issue on
И несомненно, что в соответствии с этим стали известны ГТД, содержащие в себе компрессор с теоретическим адиабатическим процессом сжатия, камеру сгорания, турбину с теоретическим адиабатическим процессом расширения и устройство возврата тепла отработанных газов в виде регенератора. Смотрите, например, двигатель А-831 компании Крайслер на фиг.4-90 и фиг.4-91 в Л-2 на стр.153 с вращающимся теплообменником диаметром 458 мм и с глубиной радиальных ходов для воздуха в ней 76 мм. Однако его экономичность оказалась даже чуть хуже, чем у бензинового карбюраторного ДВС автомобиля Москвич 412. Ибо согласно технической характеристике автомобильный АГТД А-831 в Л-2 на стр.153 имеет наименьший удельный расход топлива 231 г/лсч, тогда как согласно, например, книге Л.И.Белкин и другие. Автомобиль Москвич 412. Москва. Машиностроение. 1971 г., /Л-6/, стр.9 минимальный удельный расход топлива автомобилем Москвич 412 составляет 225 г/лсч. А согласно книге М.О.Высоцкий и другие. Автомобиль МАЗ 500 и его модификации. Москва. Машиностроение. 1968 г. /Л-7/, стр.16, минимальный удельный расход топлива дизельного двигателя ЯМЗ-236 составляет всего 175 г/лсч << 231 г/лсч. Т.е. созданный компанией Крайслер АГТД 1-831 по своей экономичности оказался хуже, чем даже карбюраторный ДВС с искровым воспламенением, а тем более хуже, чем дизельный ДВС с простейшим термодинамическим циклом хотя их, может быть, не совсем корректно сравнивать, ибо максимальные температуры циклов ДВС с искровым воспламенением составляют 2500-2800 К, а у дизелей 1800-2200 К. Смотрите, например, книгу В.М.Архангельский и другие. Автомобильные двигатели. Москва. Машиностроение. 1977 г. /Л-8/, стр.45. Однако и никто не препятствовал компании Крайслер создать АГТД с более высокой температурой газов перед турбиной. Во-вторых, из схемы АГТД А-831 в /Л-2/ на стр.153 и фиг.4-91 видно, что температура газов перед регенератором 647°С, а после него 260°С, что соответствует тепловому перепаду "срабатываемого" в регенераторе 387°С, хотя температура рабочего воздуха перед регенератором 218°С. В результате имеет место утерянный температурный перепад с отработанными газами 42°С. 42°С это, несомненно, существенная потеря тепловой энергии с отработанными газами, чтобы можно было считать регенерацию близкой к идеальной, а термодинамический цикл АГТД А-831 близким к теоретическому. Далеко не идеальный регенератор получился еще и потому, что при диаметре теплообменного тела регенератора 458 мм и глубине его ходов-каналов 76 мм для движения в них и сжатого рабочего воздуха это, несомненно, приводит к достаточно большим потерям сжатого рабочего воздуха в полость с отработанными газами перемещением в этих каналах сжатого рабочего воздуха в результате вращения теплообменного тела между полостями со сжатым рабочим воздухом и отработанных газов. Несомненно имеют место и потери сжатого рабочего воздуха и в уплотнениях регенератора. Несомненно имеют место и существенные гидравлические потери в воздушно-газовом тракте АГТД по причине его непрямоточности, а тем более с неоднократными и с достаточно крутыми поворотами, а также по причине увеличения в разы воздушно-газового тракта от этого, а также из-за несомненных потерь /гидравлических/ потоком рабочего тела в самом теплообменном теле регенератора.And undoubtedly, in accordance with this, gas turbine engines have become known, which contain a compressor with a theoretical adiabatic compression process, a combustion chamber, a turbine with a theoretical adiabatic expansion process and an exhaust gas heat recovery device in the form of a regenerator. See, for example, the Chrysler A-831 engine in FIGS. 4-90 and FIGS. 4-91 in L-2 on page 153 with a rotating heat exchanger with a diameter of 458 mm and a radial depth of 76 mm for air in it. However, its efficiency turned out to be even slightly worse than that of the gasoline carburetor ICE of the Moskvich 412 car. For according to the technical characteristics, the automobile AGTD A-831 in L-2 on page 153 has the lowest specific fuel consumption of 231 g / lsch, whereas according to, for example, book L.I. Belkin and others. Car Moskvich 412. Moscow. Engineering. 1971, / L-6 /, p. 9, the minimum specific fuel consumption of a Moskvich 412 automobile is 225 g / lsch. And according to the book of M.O. Vysotsky and others. Car MAZ 500 and its modifications. Moscow. Engineering. 1968 / L-7 /, p. 16, the minimum specific fuel consumption of the YaMZ-236 diesel engine is only 175 g / lsch << 231 g / lsch. Those. The Chrysler AGTD 1-831 created by its efficiency turned out to be worse than even a carburetor ICE with spark ignition, and even worse than a diesel ICE with the simplest thermodynamic cycle, although it may not be completely correct to compare them, because the maximum temperatures of ICE cycles are spark ignition is 2500-2800 K, and for diesel engines 1800-2200 K. See, for example, a book by V.M. Arkhangelsky and others. Car engines. Moscow. Engineering. 1977 / L-8 /, p. 45. However, no one prevented Chrysler from creating an AGTD with a higher gas temperature in front of the turbine. Secondly, from the AGTD scheme A-831 b / L-2 / on page 153 and Figs. 4-91, it is seen that the temperature of the gases in front of the regenerator is 647 ° C, and after it 260 ° C, which corresponds to the thermal difference "triggered "in the regenerator 387 ° C, although the temperature of the working air in front of the regenerator is 218 ° C. As a result, there is a lost temperature drop with exhaust gases of 42 ° C. 42 ° С, this is undoubtedly a significant loss of thermal energy with exhaust gases so that regeneration can be considered close to ideal, and the thermodynamic cycle AHTD A-831 close to theoretical. Far from an ideal regenerator, it turned out also because with a diameter of the heat-exchange body of the regenerator of 458 mm and a depth of its passages-channels of 76 mm for movement in them and compressed working air, this undoubtedly leads to sufficiently large losses of compressed working air into the cavity with exhaust gases the movement in these channels of compressed working air as a result of rotation of the heat exchange body between the cavities with compressed working air and exhaust gases. Undoubtedly, there are losses of compressed working air in the regenerator seals as well. Undoubtedly, there are significant hydraulic losses in the air-gas path of the gas turbine engine due to its unobtrusiveness, and even more so with repeated and rather sharp turns, as well as due to the increase in the air-gas path by this, as well as due to undoubted losses / hydraulic / flow of the working fluid in the heat exchange body of the regenerator.
Известны и авиационные газотурбинные двигатели, содержащие в себе компрессор с теоретическим адиабатическим процессом сжатия, камеру сгорания, турбину с теоретическим адиабатическим процессом расширения и устройство возврата тепла отработанных газов в виде регенератора. Смотрите, например, книгу Г.С.Скубачевский. Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей. Москва. Машиностроение. 1974 г. /Л-9/, стр.13, фиг.1.09. И как сказано в Л-9 на стр.14, "Регенераторы для утилизации тепла отходящих газов и подогрева входящего воздуха в двигатель применяются редко, так как они имеют большую массу и малую эксплуатационную надежность".Aircraft gas turbine engines are also known that comprise a compressor with a theoretical adiabatic compression process, a combustion chamber, a turbine with a theoretical adiabatic expansion process, and an exhaust gas heat recovery device in the form of a regenerator. See, for example, the book by G.S. Skubachevsky. Aircraft gas turbine engines. Design and calculation of parts. Moscow. Engineering. 1974 / L-9 /, p. 13, Fig. 1.09. And as stated in L-9 on page 14, "Regenerators for the recovery of exhaust gas heat and for heating the incoming air into the engine are rarely used, since they have a large mass and low operational reliability."
Известны и газотурбинные двигатели, содержащие в себе компрессор со ступенчатым процессом сжатия и с промежуточным охлаждением сжимаемого воздуха, камеру сгорания, турбину с теоретическим адиабатическим процессом расширения и устройство возврата тепла отработанных газов в виде рекуператора. Смотрите, например, Л-2, фиг.2-6, стр.98 с судовой ГТУ РМ 60 компании Роллс-Ройс. Однако несмотря на то что компания Роллс-Ройс создала свою ГТУ с еще более совершенным термодинамическим циклом, включающим в себя еще и охлаждаемый процесс сжатия рабочего воздуха помимо процесса регенерации тепла отработанных газов, их ГТУ РМ 60 оказалась еще более прожорливой, чем АГТД А-831 компании Крайслер. Ибо согласно технической характеристики ГТУ РМ 60 в Л-2 на стр.98 имеет кпд всего лишь 21,2%, а удельный расход топлива составляет 295 г/лсч. И несомненно, это имеет место по следующим причинам. Ибо, во-первых, как видно из фиг.2-5 в Л-2 на стр.98 температура газов перед рекуператором тепла отработанных газов 327°С, а после него - 263°С. Т.е. в рекуператоре имеет место утилизация лишь температурного перепада в 62°С, а температура сжатого воздуха перед рекуператором 151°С, утерянный температурный перепад составляет 92°С>62°С. Нетрудно заметить, что этот рекуператор достаточно далек от идеального. И более того, как полагает автор, что от этого рекуператора больше вреда, чем пользы. Ибо конструкторы компании Роллс-Ройс за регенерацию всего 62-градусного теплового перепада придумали гонять туда и обратно рабочий воздух по весьма длинным воздуховодам с многочисленными поворотами, в том числе в достаточно крутоизогнутых трубках в самом рекуператоре. И несомненно, что это техническое решение привело к достаточно существенным гидравлическим потерям в сравнении с ГТД с прямоточным потоком рабочего тела через проточную часть ГТД. И в соответствии с Л-5 на стр.74-89 несомненно недостаточно эффективная регенерация тепла отработанных газов и несомненно существенные гидравлические потери в воздушно-газовом тракте ГТД, а также и весьма невысокая температура газов перед турбиной в 827°С и не позволили компании, Роллс-Ройс получить хотя бы преемлемой экономичности в их газотурбинном двигателе РМ 60.Gas turbine engines are also known, which comprise a compressor with a stepwise compression process and with intermediate cooling of the compressed air, a combustion chamber, a turbine with a theoretical adiabatic expansion process, and a device for recovering heat from exhaust gases in the form of a recuperator. See, for example, L-2, FIGS. 2-6, p. 98 with the
Известны газотурбинные двигатели и с еще более совершенными теоретическими термодинамическими циклами, содержащими в себе компрессор со ступенчатым процессом сжатия и промежуточным охлаждением, камеру сгорания, турбину со ступенчатым процессом расширения и промежуточным подогревом, а также устройство возврата тепла отработанных газов в виде рекуператора. Смотрите, например, газотурбинный двигатель компании Форд модели 704 на фиг.4-81 и фиг.4-82 в Л-2 на стр.152 и газотурбинный двигатель модели Форд 705 в немецком журнале ATZ “Automobiltechnieche Zeitschrift”.Gas turbine engines are also known with even more advanced theoretical thermodynamic cycles containing a compressor with a stepwise compression process and intermediate cooling, a combustion chamber, a turbine with a stepwise expansion process and intermediate heating, as well as an exhaust gas heat recovery device in the form of a recuperator. See, for example, the Ford Model 704 gas turbine engine in Figs. 4-81 and Figs. 4-82 in L-2 on page 152 and the Ford 705 gas turbine engine in the German ATZ magazine Automobiltechnieche Zeitschrift.
Автомобильная промышленность №11, 1967 г. /Л-10/, стр.393-396, в том числе фиг.51 на стр.393, и фиг 52 и 53 на стр.394, и фиг.65 на стр.396 с графиком удельного расхода топлива от минимального в 179 г/лсч до 196 г/лсч при максимальной мощности. Нетрудно заметить, что топливная экономичность и АГТД Форд 705 с еще более совершенным термодинамическим циклом оказалась чуть хуже, чем у просто дизельного двигателя ЯМЗ-236 с простейшим термодинамическим циклом, который, как уже отмечено выше, имеет минимальный удельный расход топлива 175 г/лсч. Тогда как согласно графику №5 на фиг.56 в Л-5 на стр.70 внутренний кпд ГТД при ∑=Т3/Т1=4,31 мог бы быть на уровне 0,55-0,60, если бы он был реализован достаточно близко к теоретическому.Automotive industry No. 11, 1967 / L-10 /, p. 393-396, including FIG. 51 on page 393, and FIGS. 52 and 53 on page 394, and FIG. 65 on page 396 with the schedule of specific fuel consumption from the minimum of 179 g / lsch to 196 g / lsch at maximum power. It is easy to see that the fuel economy and AGTD Ford 705 with an even more perfect thermodynamic cycle turned out to be slightly worse than that of a simple YaMZ-236 diesel engine with the simplest thermodynamic cycle, which, as noted above, has a minimum specific fuel consumption of 175 g / lsch. Whereas according to schedule No. 5 in FIG. 56 to L-5 on
Но, во-первых, согласно фиг.51 на стр.393 в Л-10 проточная часть АГТД Форд 705 выполнена не прямоточной, а с неоднократными и достаточно крутоизогнутыми поворотами потока рабочего тела и имеет соответственно значительно большую длину воздушно-газового тракта, если бы он был прямоточным. Это, несомненно, привело к существенным гидравлическим потерям и к соответствующему снижению внутреннего и эффективного кпд. Дополнительные гидравлические потери создают и теплообменники, в том числе и промежуточный охладитель сжимаемого воздуха, и рекуператор тепла отработанных газов, а также и не прямоточная камера сгорания. Это все также снижает внутренний и эффективный кпд.But, firstly, according to FIG. 51, on page 393 in L-10, the flow part of the AGTD Ford 705 is not direct-flow, but with repeated and rather sharply curved turns of the working fluid flow and has a correspondingly much longer air-gas path if he was direct-flow. This undoubtedly led to significant hydraulic losses and a corresponding decrease in internal and effective efficiency. Additional hydraulic losses are created by heat exchangers, including an intermediate cooler of compressible air, and an exhaust gas heat recovery unit, as well as a non-direct-flow combustion chamber. This also reduces internal and efficient efficiency.
Во-вторых, достаточно далека от идеальной и регенерация тепла отработанных газов. Ибо согласно фиг.51 в Л-10 на стр.393 температура газов перед рекуператором - 582°С, а после него - 395°С, в то время как температура сжатого воздуха перед рекуператором - 330°С. В результате имеет место утерянный тепловой перепад с отработанными газами 65°С при «сработанном» тепловом перепаде в рекуператоре 187°С. Достаточно далек от идеального и промежуточный охладитель сжимаемого воздуха. Ибо температура сжатого рабочего воздуха после промежуточного охладителя 106°C, тогда как температура окружающей среды 38°C. Теоретическое недоохлаждение составляет 68°C, что привело к увеличению работы сжатия в сравнении с теоретической, а соответственно к уменьшению полезной работы турбины.Secondly, the regeneration of heat from exhaust gases is far from ideal. For according to FIG. 51 in L-10 on page 393, the temperature of the gases in front of the recuperator is 582 ° C, and after it - 395 ° C, while the temperature of the compressed air in front of the recuperator is 330 ° C. As a result, there is a lost thermal drop with exhaust gases of 65 ° C with a "triggered" thermal drop in the recuperator 187 ° C. Far enough from the ideal and intermediate cooler compressible air. For the temperature of the compressed working air after the intercooler is 106 ° C, while the ambient temperature is 38 ° C. The theoretical undercooling is 68 ° C, which led to an increase in the compression work in comparison with the theoretical, and, accordingly, to a decrease in the useful work of the turbine.
В-третьих, температура газов перед турбиной 927°С, что соответствует ∑=Т3/Т1=3,86<4,31. В то время, как уже отмечено выше, максимальные температуры циклов у дизельных ДВС 1800-2200 К, а у ДВС с искровым воспламенением 2500-2800 К. Но ДВС для этого имеют достаточно эффективные системы охлаждения.Thirdly, the temperature of the gases in front of the turbine is 927 ° С, which corresponds to ∑ = Т 3 / Т 1 = 3.86 <4.31. At that time, as already noted above, the maximum cycle temperatures in diesel ICEs are 1800-2200 K, and in ICEs with spark ignition 2500-2800 K. But ICEs have quite effective cooling systems for this.
Известны и газотурбинные двигатели, содержащие в себе компрессор с теоретическим адиабатическим процессом сжатия, камеру сгорания, турбину с теоретическим адиабатическим процессом расширения, выполненную из керамики, и устройство возврата тепла отработанных газов, выполненное в виде регенератора с теплообменным телом из керамики. И, как утверждают некоторые средства информации, такие гтд способны работать при температурах газов перед турбиной до 1250°С. Смотрите, например, журнал «Automobil» №12, 1981 г. Чехословакия /Л-11/, стр.25-27. И в том числе в этом журнале представлен газотурбинный двигатель компании Мерседес-Бенц, созданный в качестве экспериментального для автомобиля Аито-2000 наряду с дизельным и бензиновым вариантами. И как оказалось, что топливная экономичность АГТД Аито-2000 уже чуть лучше, чем у его дизельного собрата. И при скорости движения автомобиля Аито-2000 90 км/час расход топлива составляет 5,5 л, а у его дизельного собрата 5,7 л. Смотрите, например, статью из болгарской газеты Автомотосвят /AMС/ №12 80х годов под названием "Минералокерамиката - Газовая турбина". /Л-12/. Однако несомненно, что реализованный в АГТД Аито-2000 термодинамический цикл с керамической неохлаждаемой турбиной и с регенератором тепла отработанных газов еще не эквивалентен теоретическому термодинамическому циклу с теоретическими термодинамическими адиабитическими процессами сжатия и расширения и регенерацией тепла отработанных газов, а во-вторых, потому что воздушно-газовый тракт АГТД Аито-2000 выполнен не прямоточным и имеет неоднократные и достаточно крутоизогнутые повороты потока рабочего тела при его движении с достаточно высокими скоростями. Во-вторых, и здесь в разы увеличилась протяженность воздушно-газового тракта. В-третьих, имеют место гидравлические потери при движении рабочего тела через регенератор. В-четвертых, выходные кромки лопаток керамического колеса турбины имеют более толстые кромки, приводящие к увеличению гидравлических потерь при их обтекании рабочим телом. В-пятых, не прямоточной выполнена и камера сгорания. В-шестых, несомненно имеют место и существенные потери сжатого рабочего воздуха в достаточно длинных и очень многочисленных каналах вращающегося теплообменного тела регенератора тепла обработанных газов при их перемещении из полости высокого давления в полость с низким давлением с отработанными газами. В-седьмых, несмотря на отсутствие информации о температурах отработанного газа до и после регенератора и о температуре сжатого рабочего воздуха перед регенератором несомненно имеет место существенный утерянный температурный перепад с отработанными газами в атмосферу. А потому и АГТД Аито-2000 еще достаточно далек до теоретически возможной эффективности.Gas turbine engines are also known, which include a compressor with a theoretical adiabatic compression process, a combustion chamber, a turbine with a theoretical adiabatic expansion process made of ceramic, and an exhaust gas heat recovery device made in the form of a regenerator with a ceramic heat exchange body. And, as some media claim, such gas turbine engines can operate at gas temperatures in front of the turbine up to 1250 ° C. See, for example, Automobil Magazine No. 12, 1981, Czechoslovakia / L-11 /, pp. 25-27. And this magazine also includes the Mercedes-Benz gas turbine engine created as an experimental for the Aito-2000 car along with diesel and gasoline variants. And as it turned out, the fuel efficiency of the ATO-Aito-2000 is already slightly better than that of its diesel counterpart. And with the speed of the Aito 2000
Известны и газотурбинные двигатели, содержащие в себе компрессор с теоретическим адиабатическим процессом сжатия, камеру сгорания и турбину с теоретическим адиабатическим процессом расширения и с достаточно эффективным воздушным охлаждением, в том числе и рабочих лопаток колес турбины. Смотрите, например, статью д.т.н. Н.Г.Ольховского из ВТИ "Разработки перспективных энергетических ГТУ" из журнала "Теплоэнергетика" №4, 1996 г. /Л-13/, стр.66-74. И согласно Л-13 в ГТУ компании Сименс с воздушно охлаждаемой турбиной температура газов перед турбиной 1310°C. И при φ=16,6 кпд ГТУ 38%. Это без регенерации. Смотрите таблицу 1 в Л-13 на стр.66. В том числе согласно Л-13 на стр.68 рабочие лопатки первой и второй ступени турбины выполнены монокристаллическими.Gas turbine engines are also known, which include a compressor with a theoretical adiabatic compression process, a combustion chamber and a turbine with a theoretical adiabatic expansion process and with sufficiently effective air cooling, including turbine wheel blades. See, for example, an article by a doctor of technical sciences N.G. Olkhovsky from VTI "Development of promising energy gas turbines" from the journal "Heat Power" No. 4, 1996 / L-13 /, pp. 66-74. And according to L-13 in Siemens GTU with an air-cooled turbine, the gas temperature in front of the turbine is 1310 ° C. And at φ = 16.6 efficiency GTU 38%. It is without regeneration. See table 1 in L-13 on
А в ГТУ компании Вестингауз с воздушно охлаждаемой турбиной температура газов перед турбиной уже составляет 1410°С. И уже при φ=19,2 кпд ГТУ без регенерации составляет 38,5%. Смотрите, например, таблицу 1 в Л-13 на стр.66. Нетрудно заметить, что и уже при достаточно высоких температурах газов перед турбиной кпд таких ГТД с простейшим термодинамическим циклом, т.е. не имеющим даже регенерации тепла отработанных газов, все-таки невелик. Ибо коэффициент, выражающий отношение мощности, развиваемой турбиной, к мощности, отнимаемой от нее компрессором, определяемый выражением , - наихудший в ГТД с простейшим термодинамическим циклом. Смотрите, например, стр.28 в Л-5, гдеAnd in a Westinghouse gas turbine with an air-cooled turbine, the temperature of the gases in front of the turbine is already 1410 ° C. And already at φ = 19.2, the efficiency of a gas turbine without regeneration is 38.5%. See, for example, table 1 in L-13 on
Nт - мощность турбины,N t - turbine power,
Nк - мощность компрессора,N to - compressor power,
ηт и ηк - соответственно кпд турбины и компрессора, а также смотрите графики изменения λв на фиг.59 и 60 в Л-5 на стр.72. В связи с чем некоторые известные в мире компании, в том числе Сименс и Вестингауз, вместо регенераторов либо рекуператоров тепла отработанных газов использовали комплекс, содержащий в себе парогенератор и паровую турбину. Парогенератор отнимает теплоту отработанных газов, а паровая турбина превращает ее в работу, в том числе и в полезную. В результате кпд их парогазовых установок /ПГУ/ вырос до 58%. Смотрите, например, таблицу 1 в Л-13 на стр.66. Это наглядно подтверждает, что даже ГТД с теоретическими адиабатическими процессами сжатия и расширения, но имеющие регенерацию тепла отработанных газов, близкую к идеальной, могут иметь кпд около 58%. И потому есть прямой смысл создавать ГТД с регенерацией тепла отработанных газов. Ибо ИГУ приемлемы лишь для стационарных энергетических установок, но для транспортных средств они, несомненно, и громоздки и тяжелы.η t and η k are respectively the efficiency of the turbine and compressor, and also see the graphs of the changes in λ in Figs. 59 and 60 in L-5 on
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
1. Газотурбинный двигатель, содержащий компрессор с охлаждаемым процессом сжатия либо с теоретическим адиабатическим процессом сжатия, устройство либо устройства для воспламенения и сжигания топлива, турбину, охлаждаемую либо неохлаждаемую, с подогреваемым процессом расширения либо с теоретическим адиабатическим процессом расширения, устройство либо устройства возврата тепла отработанных газов в термодинамический цикл двигателя, содержащее либо содержащие в себе вращающееся теплообменное тело либо вращающиеся теплообменные тела с теплообменными элементами либо с блоками теплообменных элементов, содержащими теплообменные поверхности, омываемые рабочим телом двигателя, в том числе рабочим воздухом после компрессора и отработанными газами после турбины, отличающийся тем, что его теплообменное устройство либо устройства возврата тепла отработанных газов выполнено либо выполнены в виде рекуператора тепла отработанных газов, а его теплообменные тела выполнены разнесенными друг от друга и установлены и после компрессора, но до турбины, и после турбины, либо выполнены не разнесенными на до и после турбины, а, например, выполнены в виде теплообменного блока, а сами теплообменные тела рекуператора тепла отработанных газов выполнены содержащими трубки, в том числе, возможно, и не только круглые, либо выполнены содержащими элементы трубчатого типа, либо из элементов, содержащих внутренние полости-каналы, а внутренние полости-каналы теплообменных элементов теплообменных тел заполнены промежуточным теплоносителем и включены в систему циркуляции промежуточного теплоносителя между вращающимися теплообменными элементами, нагреваемыми отработанными газами после турбины и вращающимися теплообменными элементами, греющими рабочий воздух двигателя после компрессора, и теплообменные элементы сбалансированно и соосно либо осесимметрично установлены в теплообменных телах с противоточным либо с поперечно-противоточным, либо с противоточно-угловым омыванием их теплообменных элементов рабочим телом двигателя, а между собой трубчатые теплообменные элементы либо теплообменные элементы трубчатого типа установлены с межтрубными зазорами, либо с межповерхностными зазорами для теплообменных элементов, содержащих внутренние полости-каналы для омывания их внешних теплообменных поверхностей рабочим телом двигателя, в том числе и для движения рабочего тела между ними с радиальными составляющими его движения, причем теплообменные элементы теплообменных тел выполнены вращающимися с угловой скоростью, обеспечивающей достаточно интенсивный отрыв от их внешних по отношению к оси вращения теплообменных поверхностей /"спинок"/, соударяющихся с ними и соответственно теплообменивающихся с ними при этом элементов рабочего тела, и одновременно обеспечивающей и достаточно интенсивный "сброс" элементов рабочего тела и с боковых теплообменных поверхностей, и с "брюшек" теплообменных поверхностей, прикоснувшихся к теплообменным поверхностям и соответственно теплообменявшихся с ними при этом в момент их сокасания.1. A gas turbine engine containing a compressor with a cooled compression process or with a theoretical adiabatic compression process, a device or device for igniting and burning fuel, a turbine cooled or uncooled, with a heated expansion process or with a theoretical adiabatic expansion process, a device or a device for heat recovery gases into the thermodynamic cycle of the engine, containing either a rotating heat-exchange body or rotating heat-exchange bodies heat-exchange elements or with blocks of heat-exchange elements containing heat-exchange surfaces washed by the engine’s working fluid, including working air after the compressor and exhaust gases after the turbine, characterized in that its heat-exchange device or exhaust gas heat recovery device is made or made in the form of a heat recuperator exhaust gases, and its heat-exchange bodies are made spaced from each other and installed after the compressor, but before the turbine, and after the turbine, or They are not spaced on before and after the turbine, but, for example, are made in the form of a heat exchange unit, and the heat exchange bodies of the exhaust gas heat recovery unit themselves are made containing tubes, including, perhaps, not only round ones, or made containing elements of a tubular type, or from elements containing internal cavity-channels, and internal cavity-channels of heat-exchange elements of heat-exchange bodies are filled with an intermediate heat carrier and included in the circulation system of the intermediate heat carrier between rotating heat heat exchanged elements heated by exhaust gases after the turbine and rotating heat exchange elements heating the engine working air after the compressor, and heat exchange elements are balanced and coaxially or axisymmetrically installed in heat exchange bodies with countercurrent or with transverse countercurrent or countercurrent-angular washing of their heat exchanger elements with working the engine body, and between them tubular heat-exchange elements or heat-exchange elements of the tubular type are installed with annular gaps, whether more with inter-surface gaps for heat-exchange elements containing internal cavity channels for washing their external heat-exchange surfaces with a working fluid of the engine, including for the movement of the working fluid between them with radial components of its movement, the heat-exchange elements of the heat-exchanging bodies being rotated at an angular speed, providing a sufficiently intense separation from their external with respect to the axis of rotation of the heat exchange surfaces / "backs" /, colliding with them and, accordingly, heat exchange the elements of the working fluid that are connected with them, and at the same time provide a sufficiently intense “discharge” of the working fluid elements from both the lateral heat-exchange surfaces and the “belly” of the heat-exchange surfaces that touch the heat-exchange surfaces and, accordingly, heat-exchange with them at the same time as they are sucked .
2. Сущность изобретения состоит и в том, что в ГТД по п.1 теплообменные тела его рекуператора тепла отработанных газов предпочтительно установлены по одностороннему ходу движения рабочего тела двигателя от входа в ГТД к его выходу из ГТД, и в том числе и после компрессора, и после турбины, и в том числе либо соосно оси вращения турбины и оси вращения компрессора, и в том числе, например, выполнены вращающимися относительно осей вращения турбины и компрессора, и в том числе вращающимися и со скоростями, отличными от скорости вращения турбины и компрессора, либо теплообменные тела также могут быть выполнены установленными по одностороннему ходу движения рабочего тела от входа его к его выходу из ГТД и после компрессора, и после турбины, и вокруг осей вращения турбины и компрессора, но выполнены, например, вращающимися и не соосно осей вращения турбины и компрессора, либо выполнены установленными и не вокруг осей вращения турбины и компрессора, и вращающимися вокруг своей либо своих осей вращения.2. The invention consists in the fact that in a gas turbine engine according to claim 1, the heat-exchange bodies of its exhaust gas heat recuperator are preferably installed along the one-way travel of the working fluid of the engine from the entrance to the gas turbine engine to its exit from the gas turbine engine, including after the compressor, and after the turbine, including either coaxial to the axis of rotation of the turbine and the axis of rotation of the compressor, and including, for example, made rotating relative to the axis of rotation of the turbine and compressor, and including rotating at speeds different from the speed of rotation of the turbine and of the compressor or heat exchange bodies can also be made installed on the one-way travel of the working fluid from its entrance to its exit from the gas turbine engine and after the compressor, and after the turbine, and around the rotation axes of the turbine and compressor, but are made, for example, rotating and not coaxial to the axes rotation of the turbine and compressor, either made installed and not around the axis of rotation of the turbine and compressor, and rotating around its own axis of rotation.
3. Сущность изобретения состоит и в том, что ГТД по п.1 отличается тем, что теплообменные элементы теплообменных тел его рекуператора тепла отработанных газов предпочтительно сбалансированно и соосно либо осесимметрично установлены в его теплообменных телах и предпочтительно выполнены в виде витых трубчатых змеевиков разных диаметров и предпочтительно установлены один в другом, а другой - в следующем и т.д., в том числе витые трубчатые змеевики могут быть выполнены и по 2 змеевика одинаковых диаметров с соответственно продольно растянутыми витками и вложенными как бы один в другой с последовательным чередованием витков одного змеевика с витками другого змеевика, т.е. как бы выполненными в виде двухзаходных змеевиков, а также могут быть выполнены и в виде и трехзаходных и более заходных змеевиков, а также могут быть выполненными и в виде спирально навитых труб с витками, уложенными один около другого в радиальных трубных слоях с боковыми зазорами между трубными витками, в том числе и уложенными трубными витковыми рядами и трубными витковыми слоями, в том числе и с радиальными зазорами между трубными слоями, либо теплообменные элементы выполнены в виде многослойно установленных комплектов труб, навитых по винтовой линии, в том числе и составляющих часть витка, либо выполненных и в виде прямых осепродольных труб, сбалансированно и предпочтительно осесимметрично установленных в теплообменных телах, либо и в виде радиально установленных труб, установленных на периферию теплообменных тел, выполненных, например, разной длины от периферии теплообменных тел по мере уменьшения круговой площади сечения теплообменного тела по мере приближения к оси теплообменного тела, а также, например, и в виде прямых радиальных труб, либо и в виде радиально-разветвленных труб типа "снежинка", либо и в виде спирально навитых трубчатых змеевиков, либо элементов, содержащих элементы трубчатого типа, а теплообменные элементы, в том числе и трубчатые, либо и из элементов трубчатого типа предпочтительно выполнены раскрепленными между собой, в том числе и в продольно-осевых направлениях, в том числе и в радиальных слоях, если они есть, а также и в радиальных направлениях, в том числе между радиальными слоями, если они имеются, а также предпочтительно раскреплены и на опорных элементах теплообменных тел опорно-распорными элементами, в том числе и аэродинамически спрофилированными с оптимальным обтеканием их рабочим телом двигателя, в том числе и выполненных с учетом угловых скоростей вращения теплообменных элементов, их радиусов вращения и скорости движения рабочего тела через теплообменные тела, в том числе и с учетом принятого противоточного, либо поперечно-противоточного, либо противоточно-углового обтекания рабочим телом теплообменных элементов, а входные и выходные участки опорно-распорных и направляющих элементов предпочтительно выполнены с разницей их входных и выходных углов, обеспечивающих принудительное движение рабочего тела через теплообменные тела.3. The essence of the invention lies in the fact that the gas turbine engine according to claim 1 is characterized in that the heat exchange elements of the heat exchange bodies of its exhaust gas heat exchanger are preferably balanced and coaxially or axisymmetrically installed in its heat exchange bodies and are preferably made in the form of twisted tubular coils of different diameters and preferably installed one in the other, and the other in the next, etc., including twisted tubular coils can be made and 2 coils of the same diameter with respectively longitudinally stretched and coils and nested like one another with successive turns of one coil interleaved with the turns of the other coil, i.e. as if made in the form of two-way coils, and can also be made in the form of three-way and more inlet coils, and can also be made in the form of spiral wound pipes with turns laid one next to the other in radial tube layers with side gaps between the pipe coils, including those laid in pipe coils and pipe coils, including those with radial clearances between the pipe coils, or heat exchange elements made in the form of multilayer pipe sets, wound along a helical line, including those that make up a part of the turn, either made in the form of straight axis-longitudinal pipes, balanced and preferably axisymmetrically installed in heat-exchange bodies, or in the form of radially mounted pipes installed on the periphery of heat-exchange bodies, made, for example, of different lengths from the periphery of the heat exchange bodies as the circular cross-sectional area of the heat exchange body decreases as it approaches the axis of the heat exchange body, and also, for example, in the form of straight radial tubes, or in the form of radial branching pipes of the snowflake type, either in the form of spirally wound tubular coils, or elements containing tubular type elements, and heat-exchange elements, including tubular ones, or from tubular type elements, are preferably made loose between themselves, including in the longitudinal-axial directions, including in the radial layers, if any, as well as in the radial directions, including between the radial layers, if any, and also preferably attached to the supporting elements of the heat exchange bodies supporting-spacer elements, including aerodynamically profiled ones with optimal flow around them with the engine working fluid, including those made taking into account the angular speeds of rotation of the heat-exchange elements, their radii of rotation and the speed of movement of the working medium through heat-exchanging bodies, including taking into account adopted countercurrent, or transverse countercurrent, or countercurrent-angular flow around the working fluid of the heat exchange elements, and the input and output sections of the support-spacer and guide elements prefer It made no difference to their input and output angles providing forced motion of the working fluid through the heat exchange body.
4. Сущность изобретения состоит и в том, что в ГТД по п.3 опорно-распорные и направляющие элементы теплообменных тел выполнены, например, в виде аэродинамически спрофилированных гребенок, предпочтительно выполненных, по крайней мере, с монтажными разъемами по осям постелей в них под теплообменные элементы, в том числе, при необходимости, содержат и упругие опорно-распорные элементы, в том числе, при необходимости, и регулируемые, в том числе предпочтительно замыкающиеся "накоротко" в нагретом рабочем состоянии теплообменных тел.4. The essence of the invention lies in the fact that in the gas turbine engine according to claim 3, the supporting-spacer and guiding elements of the heat-exchanging bodies are made, for example, in the form of aerodynamically profiled combs, preferably made with at least mounting connectors along the axes of the beds in them under heat-exchange elements, including, if necessary, contain elastic support-spacer elements, including, if necessary, and adjustable, including preferably short-circuited in the heated working state of the heat-exchanging bodies.
5. Сущность изобретения состоит и в том, что в ГТД по п.1 внутренние диаметры трубок теплообменных элементов предпочтительно выполнены с относительно небольшими размерами, вплоть до минимальных по условиям достаточно эффективной циркуляции в них промежуточного теплоносителя, в том числе и по условиям эффективности его теплообмена с внутренними стенками.5. The essence of the invention lies in the fact that in the gas turbine engine according to claim 1, the inner diameters of the tubes of the heat exchange elements are preferably made with relatively small sizes, up to the minimum conditions for a sufficiently effective circulation of an intermediate heat carrier in them, including the conditions for the efficiency of its heat transfer with inner walls.
6. Сущность изобретения состоит и в том, что в ГТД по п.1 оси внутренних полостей-каналов теплообменных элементов, в том числе и оси трубок теплообменных элементов, далее просто внутренних полостей-каналов теплообменных элементов, начиная от входных отверстий в теплообменные элементы до выходных отверстий из теплообменных элементов предпочтительно установлены относительно осей их вращения с относительно небольшим радиально-осевым уклоном, имея в виду, что находящийся в теплообменных элементах теплоноситель находится в поле центробежных сил и меняет свою температуру и соответственно свою плотность по ходу его движения в них, либо оси полостей-каналов теплообменных элементов выполнены и без радиального уклона, а оси выходных отверстий из внутренних полостей-каналов теплообменных элементов, установленных после компрессора, предпочтительно установлены на таких же радиальных расстояниях от осей их вращения, что и оси соединяемых с ними системой циркуляционных трубопроводов либо каналов, либо и каналов, что и оси входных отверстий полостей-каналов теплообменных элементов, установленных после турбины, соответственно оси выходных отверстий полостей-каналов теплообменных элементов, установленных после турбины, предпочтительно расположены на таких же радиальных расстояниях от осей их вращения, что и оси соединяемых с ними циркуляционными трубопроводами, либо каналами, либо и каналами, входных отверстий полостей-каналов теплообменных элементов, установленных после компрессора, либо на радиальных расстояниях от осей их вращения, достаточно близких к одинаковым, а система циркуляции промежуточного теплоносителя предпочтительно селективно соединяет между собой выходные отверстия из полостей-каналов теплообменных элементов, установленных после компрессора, с входными отверстиями полостей-каналов теплообменных элементов, установленных после турбины и предпочтительно расположенных на одинаковых радиальных расстояниях от осей их вращения, либо достаточно близких к одинаковым, и предпочтительно аналогично соединены между собой циркуляционными трубопроводами промежуточного теплоносителя выходные отверстия из полостей-каналов теплообменных элементов, установленных после турбины, с входными отверстиями полостей-каналов теплообменных элементов, установленных после компрессора.6. The essence of the invention lies in the fact that in a gas turbine engine according to claim 1, the axis of the internal cavity-channels of the heat-exchange elements, including the axis of the tubes of the heat-exchange elements, then simply the internal cavity-channels of the heat-exchange elements, starting from the inlets to the heat-exchange elements to the outlet openings from the heat exchange elements are preferably mounted relative to the axes of their rotation with a relatively small radial-axial slope, bearing in mind that the heat carrier located in the heat exchange elements is in a centrifugal field x forces and changes its temperature and accordingly its density in the direction of its movement in them, or the axis of the cavity-channels of the heat exchange elements are made without radial slope, and the axis of the outlet holes from the internal cavity-channels of the heat exchange elements installed after the compressor are preferably mounted on such the same radial distances from the axes of their rotation, as the axis of the circulating pipelines connected to them by either channels or channels, as well as the axes of the inlet openings of the cavity-channels of the heat exchange elements in, installed after the turbine, respectively, the axis of the outlet openings of the cavity-channels of the heat exchange elements installed after the turbine, are preferably located at the same radial distances from the axes of their rotation as the axes of the pipelines connected to them, or channels, or channels, inlets cavities-channels of heat-exchange elements installed after the compressor, or at radial distances from the axes of their rotation, sufficiently close to the same, and the intermediate heat circulation system the carrier preferably selectively connects the outlet openings from the cavity-channels of the heat-exchange elements installed after the compressor with the inlet openings of the cavity-channels of the heat-exchange elements installed after the turbine and preferably located at equal radial distances from the axes of their rotation, or close enough to the same, and preferably similarly interconnected by circulation pipes of the intermediate coolant outlet openings from the cavity-channels of the heat belt elements installed after the turbine, with inlet holes of the cavity channels of the heat exchange elements installed after the compressor.
7. Сущность изобретения состоит и в том, что в ГТД по п.6 система циркуляции промежуточного теплоносителя предпочтительно содержит циркуляционные устройства в каждом контуре циркуляции, либо содержит интегральное циркуляционное устройство, либо и без него, либо и не селективную систему циркуляции промежуточного теплоносителя, и предпочтительно каждый контур циркуляции промежуточного теплоносителя между теплообменными элементами теплообменных тел, либо единый контур циркуляции промежуточного теплоносителя между теплообменными телами предпочтительно содержат полости либо полость расширения промежуточного теплоносителя, выполненную, например, в виде состыкованных с ними трубок либо каналов с предпочтительно небольшим отклонением осей их каналов-полостей от осевых линий окружностей внутренних полостей-каналов теплообменных элементов в сторону к оси вращения, а полости расширения и запаса промежуточного теплоносителя, в свою очередь, предпочтительно соединены трубопроводами либо каналами, либо и каналами, либо и непосредственно с индивидуальными либо с групповыми парогазовыми расширителями, либо с расширителем парогазовой среды, предпочтительно выполненных в виде сильфонов, либо и в виде расширительных устройств иного типа, в том числе, например, в виде устройства, содержащего парогазовый ресивер избыточного объема парогазовой среды, компрессор откачки избыточного объема парогазовой среды в ресивер из полостей расширения и запаса промежуточного теплоносителя, в том числе через предпочтительно содержащийся промежуточный охладитель, обратный клапан между компрессором и ресивером, реле давления в полости расширения и запаса промежуточного теплоносителя для включения и выключения компрессора, парогазовых редукторов либо редуктора возврата парогазовой среды из ресивера в полости расширения и запаса промежуточного теплоносителя либо в полость расширения и запаса промежуточного теплоносителя после уменьшения там объема либо объемов сред по мере охлаждения промежуточного теплоносителя, например, после остановки ГТД.7. The invention also consists in the fact that in a gas turbine engine according to claim 6, the intermediate coolant circulation system preferably contains circulation devices in each circulation loop, or contains an integral circulation device, either without it, or a non-selective intermediate coolant circulation system, and preferably each circuit of the intermediate fluid between the heat exchange elements of the heat transfer bodies, or a single circuit of the intermediate fluid between the heat exchange bodies and preferably comprise cavities or an expansion cavity of the intermediate heat carrier, made, for example, in the form of tubes or channels docked with them or channels with a slight deviation of the axes of their channel-cavities from the axial lines of the circumferences of the internal cavity-channel of the heat-exchange elements to the side to the axis of rotation, and the expansion cavity and the supply of intermediate coolant, in turn, is preferably connected by pipelines or channels, or channels, or directly with individual or group and gas-vapor expanders, or with an expansion gas-vapor medium, preferably made in the form of bellows, or in the form of expansion devices of a different type, including, for example, in the form of a device containing a gas-vapor receiver of an excess volume of a gas-vapor medium, a compressor for pumping an excess volume of a gas-vapor medium in receiver from expansion cavities and intermediate coolant reserve, including via preferably contained intermediate cooler, non-return valve between compressor and receiver, pressure switch in the expansion cavity and the reserve of the intermediate coolant for turning on and off the compressor, steam-gas reducers or the reducer for returning the vapor-gas medium from the receiver into the expansion cavity and the reserve of the intermediate coolant or into the expansion cavity and the reserve of the intermediate coolant after the volume or volumes of the media decreases there as the intermediate coolant cools , for example, after stopping a gas turbine engine.
8. Сущность изобретения состоит и в том, что в ГТД по п.1 трубки теплообменных элементов теплообменного тела либо теплообменных тел, установленного либо установленных после компрессора и предпочтительно содержащих турбулентные пульсации промежуточного теплоносителя в них, предпочтительно выполнены с большей толщиной "спинок", чем "брюшек".8. The invention also consists in the fact that in a gas turbine engine according to claim 1, tubes of heat exchange elements of a heat exchange body or heat exchange bodies installed or installed after a compressor and preferably containing turbulent pulsations of an intermediate heat carrier in them are preferably made with a larger “back” thickness than abdomen.
9. Сущность изобретения состоит и в том, что в ГТД по п.1 элементы системы циркуляции промежуточного теплоносителя между теплообменными элементами его теплообменных тел предпочтительно расположены на радиальных расстояниях от оси либо от осей их вращения, не меньших, чем радиальные расстояния от оси либо от осей вращения соединяемых ими внутренних полостей-каналов теплообменных элементов.9. The invention also consists in the fact that in a gas turbine engine according to claim 1, the elements of the intermediate heat-carrier circulation system between the heat-exchange elements of its heat-exchange bodies are preferably located at radial distances from the axis or from the axes of their rotation, not less than the radial distances from the axis or from rotation axes of the internal cavity-channels of the heat-exchange elements connected by them.
10. Сущность изобретения состоит и в том, что в ГТД по п.1, содержащем компрессор, турбину и вращающиеся теплообменные тела его рекуператора тепла отработанных газов, его теплообменные тела предпочтительно установлены через опорно-силовые элементы на подшипники, предпочтительно установленные на шейки осепродольных опор ГТД, предпочтительно выполненные вокруг валов турбины и компрессора, либо вокруг вала турбины и компрессора и предпочтительной соосно с ними, в том числе и выполненными, например, на поперечных перегородках корпуса ГТД, а по осям этих осепродольных опор предпочтительно выполнены осепродольные внутренние полости для прохода через них валов турбины и компрессора либо вала турбины и компрессора, а также в осепродольных опорах предпочтительно выполнены внутренние радиально-осевые расточки-полости для подшипников валов турбины и компрессора либо вала турбины и компрессора либо расточки-постели для подшипников валов турбины и компрессора либо вала турбины и компрессора выполнены в торцевых крышках-корпусах осепродольных опор, либо расточки-постели для подшипников валов турбины и компрессора либо вала турбины и компрессора выполнены в корпусах-стаканах, установленных, например, на осепродольных опорах со стороны их внутренних торцов после подшипников теплообменных тел, считая от поперечных перегородок корпуса ГТД, в том числе, при необходимости, корпуса-стаканы выполнены и с большими диаметральными размерами расточек-постелей для подшипников валов турбины и компрессора либо вала турбины и компрессора, чем диаметры опорных шеек под подшипники теплообменных тел на осепродольных опорах, а поперечные перегородки корпуса ГТД предпочтительно выполнены содержащими центральные части, в том числе содержащими осепродольные опоры и периферические части, прикрепленные к корпусу ГТД, а также содержащими кольцевые проходы между ними, т.е. между центральными и периферийными частями для движения через них рабочего тела двигателя, а между собой центральные и периферические части поперечных перегородок корпуса ГТД предпочтительно соединены аэродинамически спрофилированными опорно-силовыми элементами, либо поперечные перегородки корпуса ГТД выполнены и без периферических частей с креплением опорно-силовых элементов, например, к корпусу ГТД, а турбина ГТД предпочтительно выполнена содержащей внутренний корпус с предпочтительно закрепленными на нем неподвижными элементами проточной части турбины, а сам внутренний корпус турбины предпочтительно закреплен через предпочтительно аэродинамически спрофилированные опорно-силовые элементы на предпочтительно те же осепродольные опоры, что и подшипники теплообменных тел, в том числе предпочтительно после подшипников теплообменных тел, считая от поперечных перегородок корпуса ГТД, либо внутренний корпус турбины закреплен на торцевые крышки осепродольных опор, либо на имеющуюся торцевую крышку на какой-то осепродольной опоре, если они или она имеются, либо внутренний корпус турбины закреплен на корпусах-стаканах подшипников валов на осепродольных опорах, либо на корпусе-стакане какой-либо из осепродольных опор, если они или он имеется на осепродольных опорах, либо закреплен во взаимном сочетании между ними, а также какие-либо из подшипников валов турбины и компрессора либо какой-либо из подшипников вала турбины и компрессора установлены в расточках-постелях корпусов либо в корпусе, выполненными, например, опирающимися на внутренний корпус турбины либо на опорные элементы внутреннего корпуса турбины.10. The essence of the invention lies in the fact that in a gas turbine engine according to claim 1, comprising a compressor, a turbine and rotating heat exchange bodies of its exhaust gas heat exchanger, its heat exchange bodies are preferably mounted through support-force elements on bearings, preferably mounted on the necks of axial-longitudinal bearings GTE, preferably made around the shafts of the turbine and compressor, or around the shaft of the turbine and compressor and preferably coaxially with them, including those made, for example, on the transverse partitions of the GTE housing, and the axes of these axial longitudinal bearings are preferably provided with longitudinal longitudinal cavities for passage of turbine and compressor shafts or turbine and compressor shafts, and the radial axial bore cavities for bearings of turbine and compressor shafts or turbine and compressor shaft or bed bores for bearings of turbine and compressor shafts or turbine and compressor shafts are made in end caps-cases of standard longitudinal supports, or bed bores for Ipnikov of the turbine and compressor shafts or turbine and compressor shafts are made in cup housings mounted, for example, on horizontal longitudinal supports from the side of their inner ends after bearings of heat-exchanging bodies, counting from the transverse partitions of the turbine engine housing, including, if necessary, cup housings made with large diametrical dimensions of the bores for the bearings of the turbine and compressor shafts or of the turbine and compressor shafts than the diameters of the support journals for the bearings of heat exchangers on the longitudinal longitudinal bearings, and the transverse partitions of the casing of the gas turbine engine are preferably made containing central parts, including those containing axial longitudinal supports and peripheral parts attached to the casing of the gas turbine engine, as well as containing annular passages between them, i.e. between the central and peripheral parts for movement of the working fluid of the engine through them, and between themselves the central and peripheral parts of the transverse partitions of the casing of the gas turbine engine are preferably connected by aerodynamically profiled support-force elements, or the transverse partitions of the casing of the gas turbine engine are made without peripheral parts with the fastening of the support-force elements, for example, to the casing of the gas turbine engine, and the turbine of the gas turbine engine is preferably made comprising an inner casing with preferably fixed elements fixed to it mi of the turbine flow section, and the turbine’s inner case itself is preferably fixed through preferably aerodynamically profiled support-force elements to preferably the same axial longitudinal bearings as the heat exchange body bearings, including preferably after the heat exchange body bearings, counting from the transverse partitions of the turbine engine body, or the turbine’s inner casing is fixed to the end caps of the axial longitudinal supports, or to the existing end cover on some axial longitudinal support, if they are either present or The turbine’s axial housing is mounted on the housing-cups of the shaft bearings on the axial longitudinal bearings, or on the housing-glass of any of the longitudinal longitudinal supports, if either it is on the longitudinal longitudinal supports or fixed in mutual combination between them, as well as any of the bearings the shafts of the turbine and compressor, or any of the bearings of the shaft of the turbine and compressor, are installed in the bore-beds of the housings or in the housing, made, for example, resting on the inner turbine housing or on the supporting elements of the inner housing turbine.
11. Сущность изобретения состоит и в том, что в ГТД по п.10 опорно-силовые элементы его теплообменных тел предпочтительно выполнены опирающимися на подшипники через вращающиеся подшипниковые корпуса и предпочтительно содержат в себе ограниченно теплопроводные элементы, а также предпочтительно выполнены термокомпенсирующимися либо содержащими устройства термокомпенсации.11. The essence of the invention lies in the fact that in a gas turbine engine according to claim 10, the support-force elements of its heat-exchanging bodies are preferably made based on bearings through rotating bearing housings and preferably contain limited heat-conducting elements, and are also preferably thermally compensated or containing thermal compensation devices .
12. Сущность изобретения состоит и в том, что в ГТД по п.11 термокомпенсирующие устройства опорно-силовых элементов его теплообменных тел выполнены, например, содержащими в себе не менее трех двухшарнирных рычагов на каждой из опор теплообменных тел, не лежащих в одной плоскости, либо содержащими и 4 двухшарнирных рычага и более, в том числе предпочтительно содержащими опорно-ограничительные элементы предельных деформаций, в том числе и предпочтительно регулируемые.12. The essence of the invention lies in the fact that in the gas turbine engine according to
13. Сущность изобретения состоит и в том, что в ГТД по п.11 термокомпенсирующиеся опорно-силовые элементы его теплообменных тел выполнены, например, содержащими упругодеформируемые элементы, в том числе предпочтительно содержащими опорно-ограничительные элементы предельных деформаций, в том числе предпочтительно регулируемые.13. The essence of the invention lies in the fact that in the gas turbine engine according to
14. Сущность изобретения состоит и в том, что в ГТД по п.11 вращающиеся опорные подшипниковые корпуса опорно-силовых элементов его теплообменных тел предпочтительно выполнены охлаждаемыми.14. The essence of the invention lies in the fact that in the gas turbine engine according to
15. Сущность изобретения состоит и в том, что в ГТД по п.1 теплообменные тела либо блоки теплообменных тел его рекуператора тепла отработанных газов, установленные и после компрессора, и после турбины и вращающиеся предпочтительно на подшипниках соосно осей вращения турбины и компрессора, предпочтительно соединены между собой предпочтительно сбалансированным и предпочтительно соосным либо осесимметричным соединительным элементом, либо элементами, а в зоне турбины расположенным либо расположенными вокруг периферии турбины, и предпочтительно содержащим либо содержащими циркуляционные каналы для промежуточного теплоносителя либо циркуляционные трубки.15. The essence of the invention lies in the fact that in a gas turbine engine according to claim 1, heat-exchange bodies or blocks of heat-exchange bodies of its exhaust gas heat recuperator, installed both after the compressor and after the turbine and rotate preferably on bearings coaxially to the axes of rotation of the turbine and compressor, are preferably connected between themselves, preferably balanced and preferably coaxial or axisymmetric connecting element, or elements, and in the zone of the turbine located or located around the periphery of the turbine, and preferably tionary containing or containing channels for circulating a coolant circulating intermediate tube.
16.Сущность изобретения состоит и в том, что ГТД по п.1 содержит механизм принудительного вращения теплообменных тел.16. The invention consists in the fact that the gas turbine engine according to claim 1 contains a mechanism for the forced rotation of heat-exchange bodies.
17. Сущность изобретения состоит и в том, что ГТД по п.1 предпочтительно содержит устройство либо устройства автоматической балансировки ротора рекуператора, в том числе содержащее либо содержащие балансировочные тела-грузы, установленные на роторе рекуператора, исполнительные механизмы, перемещающие балансировочные тела-грузы, а также отслеживающие устройства возросших центробежных сил на роторе рекуператора в каком-либо либо в каких-либо из радиальных направлений в сравнении с остальными, например тензодатчиковые устройства, установленные, например, на опорно-силовых элементах теплообменных тел, а тензодатчиковые устройства включены, например, в электрическую схему аппарата управления либо в электрические схемы аппаратов управления исполнительными механизмами, в том числе содержащей в себе либо содержащие в себе, например, элементы электрических мостовых схем.17. The essence of the invention lies in the fact that the TBG according to claim 1 preferably contains a device or device for automatic balancing of the rotor of the recuperator, including those containing or containing balancing bodies-weights mounted on the rotor of the recuperator, actuators that move the balancing bodies-weights, as well as tracking devices of increased centrifugal forces on the rotor of the recuperator in any or in any of the radial directions in comparison with the others, for example strain gauge devices, connected, for example, on supporting-power elements of heat-exchanging bodies, and strain gauge devices are included, for example, in the electrical circuit of the control apparatus or in the electrical circuits of control apparatuses for actuators, including those containing or containing, for example, elements of electric bridge circuits .
18. Сущность и в том, что в ГТД по п.17 автоматическое балансировочное устройство его ротора рекуператора выполнено, например, содержащим вращающиеся на осях исполнительных механизмов, например, эксцентрично расположенные балансировочные тела-грузы, либо выполнено, например, содержащим вращаемые исполнительными механизмами и перемещаемые в радиальных либо в радиально содержащих направлениях, например, на резьбах, например резьбосодержащие балансировочные тела-грузы.18. The essence is that in the gas turbine engine according to claim 17, the automatic balancing device of its recuperator rotor is made, for example, containing actuators rotating on the axes, for example, eccentrically located balancing bodies-weights, or is made, for example, containing rotary actuators and moved in radial or in radially containing directions, for example, on threads, for example, thread-containing balancing cargo bodies.
Перечень представленных чертежейThe list of submitted drawings
ФИГ.1 - продольно-осевой разрез газотурбинного двигателя.FIG. 1 is a longitudinal axial section of a gas turbine engine.
ФИГ.2 - рекуператор тепла отработанных газов в сборе, теплообменные элементы условно не показаны.FIGURE 2 is a heat recovery exhaust gas assembly, heat transfer elements are not conventionally shown.
ФИГ.3 - разрез по А-А фиг 2.FIG. 3 is a section along aa of FIG. 2.
ФИГ.4 - вариант исполнения передней комплексной опоры двигателя /со стороны компрессора/.FIGURE 4 - embodiment of the front integrated engine mount / compressor side /.
ФИГ.5 - еще один вариант передней комплексной опоры двигателя /со стороны компрессора/.FIG.5 is another option for the front integrated engine mount / compressor side /.
ФИГ.6 - продольно-осевой разрез варианта механизма привода ротора рекуператора тепла отработанных газов.FIG.6 is a longitudinal-axial section of a variant of the drive mechanism of the rotor of the exhaust heat recuperator.
ФИГ.7 - продольно-осевой разрез варианта исполнения теплообменного тела рекуператора тепла отработанных газов.FIG. 7 is a longitudinal axial section through an embodiment of a heat exchange body of an exhaust gas heat recuperator.
ФИГ.8 - участок сечения теплообменного тела по Б-Б фиг.7 и вид В фиг.7.FIG. 8 is a sectional view of a heat exchange body according to BB of FIG. 7 and view B of FIG. 7.
ФИГ.9 - вид Г фиг.7 и виды Д и Е вида Г.FIG. 9 is a view D of FIG. 7 and views D and E of a view G.
ФИГ.10 - вариант гидравлической схемы циркуляции промежуточного теплоносителя.FIG.10 is a variant of the hydraulic circuit of the intermediate fluid circulation.
ФИГ.11 - разрез демонстрационного устройства высокой эффективности способа теплообмена по патенту РФ № 2130156.FIGURE 11 is a section of a demonstration device of high efficiency of the heat transfer method according to the patent of the Russian Federation No. 2130156.
Устройство газотурбинного двигателяGas turbine engine
Один из возможных вариантов предлагаемого газотурбинного двигателя в продольно-осевом разрезе представлен на фиг.1. Он предпочтительно имеет внешний корпус 1, выполненный, например, в виде трубы, и имеет с обеих сторон фланцы. Корпус может быть и в виде конического перехода, либо в виде сочетания труб и конического перехода, либо и в виде трубчатого каркаса с фланцами. Корпус может иметь лючки и съемные либо открывающиеся крышки для сборки, разборки, наладки, контроля. К фланцам корпуса 1 на посадочных центрирующих поясках устанавливаются с обеих сторон крышка-корпус 2 и крышка-корпус 3 и прикрепляются к фланцам корпуса болтами либо шпильками с гайками. Во внешней осецентральной расточке в корпусе-крышке 2 установлен, например, радиально-упорный подшипник 4 вала 5 компрессора 6. Подшипник может быть выполнен и в виде блока из 2х радиально-упорных подшипников, либо в виде блока из упорного и радиального, либо и радиальных подшипников. Подшипник 4 установлен и закреплен на валу 5, например, втулкой 7, посаженной «на горячую» и предпочтительно в круговую шлифованную канавку на валу глубиной, например, в несколько микрон с плавными шлифованными радиусными переходами. Подшипник 4 в крышке-корпусе 2 закрыт, например, крышкой 8, закрепленной на крышке-корпусе 2, например, болтами. Выход вала 5 из крышки 8 предпочтительно уплотнен, например, комплексным бесконтактным уплотнением, содержащим, например, центробежный коническиобразный маслосбрасывающий диск и маслозащитную втулку с буртиком на свободном торце, выполненную на крышке с ее внутренней стороны вокруг выходного отверстия в крышке для вала 5, как, например, в книге Ю.M.Никитин. Конструирование элементов деталей и узлов авиадвигателей. Машиностроение. Москва. 1968 г. /Л-14/, стр.187. Уплотнение вала 5 в отверстии крышки 8 предпочтительно содержит и условно не показанное на фиг.1 лабиринтно-суфлерное уплотнение, показанное, например, на фиг.5,71 в Л-14 на стр.180, в том числе между шейкой вала 5 и внутренней поверхностью маслозащитной втулки на крышке 8, а также, например, между внешней торцевой поверхностью крышки 8 вокруг ее выходного отверстия и фланцем вала 5 для крепления колеса компрессора 6. Внутренний опорный подшипник 9 вала компрессора надет на вал, например, по скользящей посадке, однако предпочтительней использовать опорный цилиндрический подшипник для осевых тепловых удлинений вала 5. На подшипник 9 надет внешний съемный с опоры 2 подшипниковый корпус 10, который "садится" на цапфу внутренней осецентральной консоли крышки-корпуса 2 и закрепляется на ней, например, штифтами и болтами. Это позволяет обеспечить минимальный посадочный диаметр подшипника теплообменного тела рекуператора. Внешний подшипниковый корпус 10 имеет осевое отверстие в его торцевой стенке для выхода вала 5. Выход вала 5 из отверстия во внешнем подшипниковом корпусе уплотнен аналогично комплексным уплотнением 11, что и из крышки 8. Лабиринтно-суфлерное уплотнение здесь также условно не показано, ибо оно не есть предмет изобретения. Со стороны внутреннего торца вала 5 в нем выполнены осепараллельные шлицы, в которые установлен шлицевой конец шарнирного вала 12, например, на дисульфит молибденовой смазке. Второй конец шарнирного вала 12 своим фланцем соединен, например, с первым колесом турбины 13. Так как возможные взаимные угловые смещения валов компрессора и турбины, несомненно, относительно невелики, то шарниры вала 12 могут быть всевозможные, в том числе и с карданными шарнирами, но вместо игольчатых подшипников предпочтительно использование антифрикционных втулок да еще и с высокотемпературной смазкой. Шарнирный вал 12 предварительно балансируется по месту с турбиной и с валом компрессора до установки в двигатель всего остального вращением валоповоротным устройством либо стартером. На внутреннем торце внешнего подшипникового корпуса 10, на посадочных центрирующих поясках и на фланцах закреплено опорное устройство 14 передней опоры 15 внутреннего корпуса 16 турбины и камеры сгорания. Соединение передней опоры 15 с опорным устройством 14 предпочтительно выполнено шлицевым для удобства вертикальной сборки и разборки блока компрессора с блоком турбины в корпусе 1 с турбиной вверху. /Наоборот/ вал турбины 17 установлен в крышке-корпусе 3. Радиально-упорный подшипник 18 вала турбины 17 установлен на валу в упор в проточку на валу турбины и во внешней расточке в крышке-корпусе 3 и аналогично закреплен крышкой 19 с выходным отверстием для вала турбины. Уплотнение вала турбины выполняется аналогично подшипнику 4 вала компрессора. Радиально-упорный подшипник 18 также может быть выполнен в виде блока подшипников, в том числе в виде блока из радиального и упорного подшипников либо в виде 2х радиально-упорных подшипников. Крышка 19 подшипника 18 крепится на крышке-корпусе 3 аналогично крышке 8. На внешний конец вала турбины в упор в подшипник 18 установлена, например, шлицевая втулка 20, выходящая из крышки 19 наружу. Втулка 20 выполнена в блоке с коническиобразным маслосбрасывающим диском. В упор во внешний конец втулки 20, выходящий из крышки 19, на шлицевой конец вала турбины 17 установлен шлицевой фланец вала турбины, условно не показанный. Этот шлицевой фланец закреплен на валу турбины гайкой, условно не показанной. На внутренней части вала турбины 17 и в упор в ступицу колеса турбины и аналогично фиг.7-25 из Л-14 на стр. 253 предпочтительно установлена термоизолирующая и охлаждаемая втулка 21, а на ее проточке в упор к ней установлен опорный роликовый подшипник 22. И втулка 21 и внутреннее кольцо подшипника 22 закреплены общим кольцом 23, установленным «на горячую» в неглубокую, в несколько микрон, проточку на валу турбины. Проточка под кольцо предпочтительно выполнена шлифованием с плавными радиусными переходами. Уплотнение втулки 21 на валу турбины 17 условно не показано. Снаружи на подшипник 22 надет внешний подшипниковый корпус 24 с проточкой-постелью в нем для подшипника 22 с аналогичной целью обеспечить минимальный посадочный диаметр опорного подшипника теплообменного тела рекуператора. А сам внешний подшипниковый корпус 24 "посажен" на цапфу минимального диаметра внутренней консольной части крышки-корпуса 3 и закреплен на ней штифтами и болтами. К фланцу внешнего подшипникового корпуса 24 на центрирующей проточке осесимметрично закреплен опорный элемент 25 внутреннего корпуса турбины 16, одновременно выполняющий и функцию крышки подшипника 22. Для чего в нем выполнено центральное отверстие для выхода через него вала турбины, а также имеющей полость уплотнения с маслозащитной втулкой вокруг выходного отверстия для вала. Центробежный маслосбрасывающий диск 11а уплотнения посажен на проточке термоизоляционной втулки 21. Лабиринтно-суфлерное уплотнение условно не показано и выполняется аналогично известным. Ибо это не есть предмет изобретения. Опорный элемент 25 внутреннего корпуса турбины 16 имеет аэродинамически спрофилированную проточную часть для беспроблемного движения через нее отработанных газов в рекуператор. Его распорно-упорные элементы соединены с внутренним корпусом турбины 16 предпочтительно штифтами и болтами. А также возможен вариант и на сварке. Диск колеса второй турбины 17, имея в виду по ходу движения рабочего тела, может быть выполнен заодно с валом турбины, а также и раздельно, как, например, на фиг.5.03 в Л-9 на стр.114, либо как на фиг.2.14 в Л-14 на стр.54. И это также не есть предмет изобретения. Диски колес турбины соединены между собой силовой проставкой 26, как, например, на фиг.5.01 в Л-9 на стр.112, на штифтах и болтах. Направляющие лопатки турбины 27 и 28 крепятся, например, к внутреннему корпусу турбины 16, например, с помощью шпилек 29 и 30, проходящих, например, через полые лопатки, в том числе и с возможным использованием пружин с тарелками, либо упругих шайб с информацией о них ниже, либо болтами с гайками за полки лопаток, как, например, на фиг.5.23 на стр.129 и как на фиг.5.32 на стр.134 в Л-9. Уплотнения проточной части ГТД, в том числе и турбины, условно не показаны, ибо они тоже не есть предмет изобретения. Они хорошо известны и могут быть выполнены, например, аналогично фиг.5.04 в Л-9 на стр.115. Турбина, в том числе и ее сопловые и рабочие лопатки колес, предпочтительно выполнены эффективно охлаждаемыми. Однако их система охлаждения условно не показана, ибо она тоже не есть предмет данного изобретения. Системы охлаждения весьма разнообразны и хорошо известны, хотя и не лишены недостатков.One of the possible variants of the proposed gas turbine engine in axial longitudinal section is shown in figure 1. It preferably has an outer casing 1, made, for example, in the form of a pipe, and has flanges on both sides. The housing can be either in the form of a conical transition, or in the form of a combination of pipes and a conical transition, or in the form of a tubular frame with flanges. The housing may have hatches and removable or opening covers for assembly, disassembly, adjustment, control. On the flanges of the housing 1 on the landing centering belts are installed on both sides the cover-
В ГТД предпочтительно используется кольцевая камера сгорания 31, аналогичная, например, как на фиг.9.23-9.25 в Л-9 на стр.386-387. Камера сгорания также не есть премет изобретения и потому побробно не рассматривается. Камера сгорания предпочтительно закреплена на внутреннем корпусе турбины 16 и предпочтительно таким же образом, как и в обычных ГТД, в том числе с возможным использованием шпилек, пружин, тарелок и гаек, поз.32. А ее выходная часть предпочтительно телескопически соединена с сопловым аппаратом турбины 1ой ступени либо с газосборником при других типах камеры сгорания. Аэродинамически спрофилированные опорно-силовые элементы передней опоры 15 внутреннего корпуса турбины 16 проходят к внутреннему корпусу турбины предпочтительно в промежутках между жаровыми трубами.In a gas turbine engine, an annular combustion chamber 31 is preferably used, similar, for example, to FIGS. 9.23–9.25 in L-9 on pages 386–387. The combustion chamber is also not an advantage of the invention and therefore is not considered in detail. The combustion chamber is preferably mounted on the inner housing of the turbine 16 and preferably in the same manner as in conventional gas turbine engines, including with the possible use of studs, springs, plates and nuts, pos. 32. And its output part is preferably telescopically connected to the turbine nozzle assembly of stage 1 or from the plenum in other types of combustion chamber. Aerodynamically profiled support elements of the
Сжатый рабочий воздух ГТД от компрессора 6 предпочтительно отводится по кольцевому воздухопроводу 33, закрепленному, например, на крышке-корпусе 2 с ее внешней стороны. Для осевого прохода сжатого рабочего воздуха через крышку-корпус 2 в ней предпочтительно выполнен соответствующий кольцевой проход. В связи с этим периферийная часть крышки-корпуса 2 предпочтительно соединена с ее центральной частью аэродинамически спрофилированными опорно-силовыми элементами. Между крышкой-корпусом 2 и предпочтительно кольцевой камерой сгорания 31 предпочтительно установлено греющее сжатый рабочий воздух двигателя после компрессора предпочтительно кольцевое теплообменное тело 34 рекуператора тепла отработанных газов и предпочтительно соосно оси турбины и компрессора, и интенсивно вращающееся на подшипнике 35, установленном, например, на шейке внутренней осецентральной консоли крышки-корпуса 2. Подшипник 35 предпочтительно выполнен самоцентрирующимся. По обе стороны подшипника 35 предпочтительно установлены уплотнительные кольца 36 с внешними уплотнительными поверхностями, выполненными по радиусу. На внешнем кольце подшипника 35 установлен подшипниковый корпус 37. Подшипниковый корпус 37 предпочтительно имеет охлаждающие маслоканалы, включенные в систему смазки и охлаждения, условно не показанные. По обеим сторонам подшипник 35 закрыт маслоуплотнительными крышками 38, закрепленными на подшипниковом корпусе 37, например, болтами. Уплотнение между крышками 38 и кольцами 36 выполняется, например, центробежно-лабиринтно-суфлерным. Внутренняя обечайка 39 теплообменного тела 34 опирается на подшипниковый корпус 37 через термокомпенсирующие опорные элементы 40. Между крышкой-корпусом 2 и теплообменным телом 34 установлен кольцевой расширяющийся переход 41, закрепленный, например, на крышке-корпусе 2. Уплотнение теплообменного тела с обеих его торцов условно не показано и выполняется, например, лабиринтным, аналогичным уплотнению проточной части турбины и компрессора. Периферийная обечайка 42 теплообменного тела 34 соединена с периферийной обечайкой 43 теплообменного тела 44 рекуператора тепла отработанных газов, установленного после турбины и отнимающим тепло от отработанных газов, соединительным элементом 45, выполненным, например, в виде трубы и вращающимся совместно с теплообменными телами 34 и 44 между внешним корпусом турбины 1 и внутренним корпусом турбины 16. Соединительный элемент 45 предпочтительно соединен ограниченно телескопически подвижно в осевом направлении с обечайками теплообменных тел 34 и 44. Это выполняется в случае существенной разницы температур внешнего корпуса турбины 1 и внутреннего корпуса турбины 16 после пуска и прогрева ГТД. В этом случае центрирование и передачу крутящего момента между теплообменными телами и соединительным элементом предлагается выполнить, например, на широких шлицах трапециидального профиля либо на нескольких шпонках, предпочтительно равномерно расположенных по окружности, например, как рекомендуется на фиг.2.43а и 2.43б в Л-14, на стр.70. Теплообменное тело 44, установленное после турбины и предпочтительно сосно с ней, предпочтительно установлено на самоцентрирующемся подшипнике 46, установленном, например, на шейке внутренней осецентральной консоле крышки-корпуса 3, аналогично подшипнику 35. И также имеет по обе стороны аналогичные уплотнительные кольца 47. На внешнем кольце подшипника 46 аналогично установлен маслоохлаждаемый подшипниковый корпус 48 с боковыми уплотнительными крышками 49. Подшипниковый корпус 48 аналогично соединен с внутренней обечайкой 50 теплообменного тела 44 термокомпенсирующим опорным элементом 51. Оба термокомпенсирующих опорных элемента 40 и 51 предпочтительно выполнены направленными от подшипниковых корпусов вверх и навстречу друг другу, а их корневые части предпочтительно и соответственно направлены к оси турбины и компрессора и в сторону к крышкам-корпусам 2 и 3. Для выхода отработанных газов из теплообменного тела 44 в крышке-корпусе 3 выполнен аналогичный кольцевой проход, а периферийная часть крышки-корпуса 3 соединена с ее центральной частью аэродинамически спрофилированными опорно-силовыми элементами. Уплотнение теплообменного тела 44 также условно не показано и выполняется аналогично теплообменному телу 34. Уплотнение маслосистемы, в том числе системы смазки подшипника 46 и охлаждения его корпуса выполняется аналогично подшипнику 35.The compressed gas of the gas turbine engine from the
На очень "насыщенной" фиг.1 для простоты изображения представлен упрощенный вариант исполнения термокомпенсирующих опорных элементов 40 и 51 теплообменных тел 34 и 44 и аналогично, например, изображенному варианту на фиг.3.21 и фиг.3.22 в Л-9 на стр.70 и 71. Однако, несомненно, предпочтительнее вариант соединения внутренних обечаек 39 теплообменного тела 34 и 50 теплообменного тела 44 с корпусами подшипников 37 и 48 с помощью шарнирных рычагов 52, как это изображено на фиг.2 и на фиг.3, представляющей совмещенный разрез по А-А фиг.2. Корпуса подшипников 37 и 48 предпочтительно имеют кольцевую либо винтовую маслоохлаждающую полость 53. Корпуса подшипников 37 и 48 соединены шарнирно с рычагами 52 с помощью кронштейнов 54 на корпусах и пальцев 55, фиксируемых от выпадания замковыми пружинными кольцами 56. А с обечайками 39 и 50 теплообменных тел рычаги 52 соединены с помощью кронштейнов 57 и пальцев 58, зафиксированных замковыми кольцами 56. Внешние обечайки 42 и 43 теплообменных тел соединены с соединительным элементом 45 на широких шлицах 59 трапецевидного профиля в "упор" в нагретом рабочем состоянии в концы шлицевых пазов соединительного элемента. Подгонка упора шлицов в торец канавок выполняется, например, перемещением в осевых направлениях подшипников теплообменных тел на их опорных шейках набором регулировочных колец либо упорно-регулировочными винтами-сухарями на соединительном элементе и препочтительном наличии в торцах шлицевых пазов пружинных буферов, исключающих осевое "гуляние" соединительного элемента на внешних обечайках теплообменных тел. Использование высокотемпературной смазки в шлицевых соединениях предпочтительно. Опорные рычаги 52 на каждой из опор теплообменных тел располагаются предпочтительно равномерно по окружностям внутренних обечаек и их количество должно быть не менее 3х-4х.In a very "saturated" figure 1, for simplicity of the image, a simplified embodiment of the heat-compensating
Комплексный опорный узел на крышке-корпусе 2 может быть выполнен, например, и как на фиг.4. При этом внешний подшипник 4 вала 5 компрессора 6 устанавливается на валу и в корпусе аналогично фиг.1 в расточке внешнего прилива крышки-корпуса 2 и на валу 5 кольцом 7. Внутренний подшипник 9 вала 5 установлен в расточке внутренней консольной опоры крышки-корпуса 2 и закрыт крышкой 60, установленной в расточку крышки-корпуса под подшипник 9, закрепленной по периферии, например, болтами в торец крышки-корпуса 2. Однако их соединение может быть выполнено и на флацах, например, болтами с гайками. А опорный подшипник 35 теплообменного тела 34 может быть уже установлен на внешней опорной шейке крышки 60. Подшипниковый корпус 37 и опорный элемент 40 теплообменного тела выполняются аналогично уже отмеченному. Уплотнение и смазка подшипников условно не показаны и выполняются известным образом. Шлицевой конец шарнирного вала 12 установлен аналогично во внутренние шлицы вала 5. Передняя опора 15 внутреннего корпуса турбины 16 предпочтительно устанавливается на шлицевой цапфе крышки 60.The complex support node on the lid-
Еще один вариант исполнения комплексной опоры на крышке-корпусе 2 показан на фиг.5. Передний радиально-упорный подшипник 4 вала 5 компрессора 6 закреплен на валу аналогично втулкой 7 и установлен в передней расточке крышки-корпуса 2 и закрыт крышкой 8 с уплотнением. Передний радиально-упорный подшипник также может быть комплексным и содержать в себе еще дополнительный упорный подшипник либо 2 радиально-упорных подшипника. Внутренний опорный подшипник 9 предпочтительно выполняется с цилиндрическими роликами, обеспечивающими беспроблемное тепловое расширение вала 5 по внешнему кольцу подшипника 9. Подшипник 9 предпочтительно "посажен" в микроканавку вала 5 "на горячую" с нагревом в масле. Внешнее кольцо подшипника фиксируется дополнительной втулкой 61. Уплотнение выхода вала 5 аналогичное и предпочтительно комплексное. На шейку консоли крышки-корпуса 2 установлен подшипник 35 теплообменного тела 34. Подшипник в осевом направлении зафиксирован опорой 62, "посаженной на горячую" в микроканавку цапфы внутренней консоли крышки-корпуса 2. Шлицевой периферический конец опоры 62 является опорой передней опоры 15 внутреннего корпуса турбины 16. На подшипник 35 надет аналогично внешний охлаждаемый корпус 37. Подшипник 35 уплотнен, например, комплексным центробежно-лабиринтным уплотненим 63. Шлицевой конец шарнирного вала 12 установлен во внутренние шлицы вала 5. Шарнирный конец вала 12 может быть и валом турбины 3- опорного ГТД.Another embodiment of the integrated support on the lid-
3-опорный ГТД с валами турбины и компрессора может быть выполнен и со средней промежуточной опорой, закрепленной в том числе и на внутреннем корпусе турбины 16. И в том числе это может быть выполнено с комплексной опорой, крепящейся, например, шпильками к корпусу 16 через полые сопловые лопатки турбины 1ой ступени, например, как на фиг.5.23 в Л-9 на стр.129, но применительно к фиг.1 по изобретению, либо как на фиг.2.6 в Л-14 на стр.50.The 3-support gas turbine engine with the shafts of the turbine and compressor can also be made with an intermediate intermediate support, which is fixed, including on the inner casing of the turbine 16. And this can also be done with a complex support, fastened, for example, with pins to the casing 16 through hollow nozzle blades of a turbine of the 1st stage, for example, as in Fig. 5.23 in L-9 on page 129, but with reference to Fig. 1 according to the invention, or as in Fig. 2.6 in L-14 on
Интенсивное вращение теплообменных тел 34 и 44 вместе с соединительным элементом 45 предпочтительно выполняется принудительным, в том числе и чтобы обеспечить принудительную прокачку рабочего тела через теплообменные тела. Это обеспечивает достаточно близкие к нулю гидравлические потери рабочим телом двигателя. Один из возможных вариантов механизма вращения теплообменных тел представлен на фиг.6. Вал 5 компрессора 6 вместе с ведущей шестерней 64, посаженной на него, например, на 2х шпонках 65, с дистанционной втулкой 66 между шестерней 64 и подшипником 4, закрепленном на валу 5 втулкой 7, "посаженной на горячую", вставлен в осецентральную расточку в крышке-корпусе 2, где уже предварительно установлен подшипник 9 с дистанционной втулкой 61 и закреплен крышкой 8, закрепленной на крышке-корпусе 2, например, болтами. Крышка 8 предварительно надета на вал 5 до подшипника 4. Шарнирный вал 12 также вставлен во внутренние шлицы вала 5. Внутренний конец вала 5 также уплотнен комплексным уплотнителем 11, выполненным на валу 5 и на опоре 67 передней опоры 15 внутреннего корпуса турбины 16. Опора 67 прицентрована, например, по внутреннему кольцу подшипника 35 теплообменного тела 34 и закреплена к крышке-корпусу 2, например, болтами. Передняя шейка вала 5 уплотнена в осевом отверстии крышки зубчатой передачи 68 комплексным уплотнением, содержащим, например, маслозащитную втулку с буртиком 69 и центробежный сбрасыватель 70. Крышка 8 крепится к крышке-корпусу 2, например, через проставку 71 крышки 68 винтами либо болтами 72. А сама крышка 68 зубчатой передачи крепится, например, по своей периферии, например, болтами к крышке-корпусу 2. На крышке-корпусе 2 выполнен корпус 73. В корпусе 73 установлены подшипники 74 промежуточного вала 75. На валу 75 установлено, например на шпонке, зубчатое колесо 76, входящее в зацепление с шестерней 64, а на другом конце вала 75, например на шпонке, установлена приводная шестерня 77. Зубчатое колесо 76 и приводная шестерня 77 относительно подшипников 74 дистанцированы, например, промежуточными втулками 78 и закреплены стопорными кольцами 79. Внешний корпус 37 подшипника 35 по своей периферии имеет зубчатый венец, обточенный по радиусу. Зубчатый венец корпуса подшипника 37 входит в зацепление с приводной шестерней 77. Опорные элементы 40 теплообменного тела 34 прицентрированы, напрмер, на внешнем кольце подшипника 35 и закреплены, например, болтами 80. Внутренняя часть привода закрыта крышкой 81, прикрепленной к крышке-корпусу 2, например, болтами. Комплексное уплотнение между крышкой 81 и опорными элементами 40 теплообменного тела 34 выполняется аналогично, в том числе содержащим центробежный сбрасыватель 82, укрепленный на корпусе-шестерне 37 подшипника 35, а на крышке 81 выполнена маслозащитная втулка с буртиком вокруг осевого отверстия в крышке. Лабиринтно-суфлерное уплотнение условно не показано полностью, а лишь частично. Уплотнение подшипника 35 также выполняется комплексным центробежно-суфлерно-лабиринтным, содержащим, например, внутренние уплотнительные кольца 83 на опорном элементе 40 и внешние уплотнительные кольца 84 на опоре 67. У корневой части опорного элемента 40 выполнены радиально-осевые каналы 85 для слива масла, собираемого центробежными силами между кольцами 83.Intensive rotation of the heat exchange bodies 34 and 44 together with the connecting
Один из вариантов исполнения теплообменного тела, в частности теплообменного тела 44, представлен на фиг.7, 8 и 9. Оно имеет, например, внутреннюю обечайку 50 с внутренними кронштейнами 57 для соединения с опорными рычагами 52 и внешнюю обечайку 43, соединяемую с соединительным элементом 45, например, на фланцах 86 и 87. В этом случае соединительный элемент выполняется составным, например телескопическим, а его составные части могут быть выполнены соединяемыми между собой на широких центрирующих шлицах, как уже отмечено выше, в том числе, например, как на фиг.2.43а и 2.43б в Л-14 на стр.70. Обечайки 43 и 50 теплообменного тела 44 выполнены, например, с небольшим коническим расширением по ходу движения рабочего тела. Между внешней и внутренней обечайками установлены и закреплены теплообменные элементы, выполненные, например, в виде витых из труб змеевиков 88, разных диаметров и установленных соосно друг другу и сбалансированных относительно оси вращения теплообменного тела и с относительно небольшими воздушными зазорами между витками в змеевиковых слоях и с воздушными зазорами между слоями трубчатых змеевиков для движения в них рабочего тела, в том числе и в радиальных направлениях. Змеевиковые трубки как в слоях, так и между слоями раскреплены между собой межслойными гребенками 89, а между змеевиками 88 и обечайками 50 и 43 опорными гребенками 90 и 91, на которых они предварительно собираются на штифтах 92 и вставляются в сборе между обечайками и закрепляются между обечайками, например, болтами 93 и при необходимости с пружинными шайбами 94 /смотрите Б-Б/, выполняемых, например, по типу фиг.236 в книге П.И.Орлов. Основы конструирования. Москва. Машиностроение. 1977 г. Том 1 /Л-15/, стр.364 и, например, из высокотемпературного пружинного сплава ХН80ТБЮА. Смотрите, например, Руководящие указания. Свойства сталей и сплавов, применяемых в котлотурбостроении. Часть 3. ЦКТИ. Ленинград. 1967 г. /Л-16/, стр.29. Опорные гребенки 90 и 91 зафиксированы в обечайках и концевыми штифтами 95. Внутренние полости змеевиковых труб 88 заполнены предпочтительно промежуточным жидкометаллическим теплоносителем, например натрием либо литием. Смотрите, например, Б.Г.Ганчев и др. Ядерные энергетические установки. Москва. Энергоатомиздат. 1990 /Л-17/, стр.70-71. Выходные трубки 96 из змеевиков выведены, например, из теплообменного тела через радиальные отверстия, выполненные в стыке фланцев 86 и 87 /ось по плоскости стыка/ в соответствии с условиями балансировки, равномерно расположенными по окружности. Смотрите вид В фиг 8. Входные трубки предпочтительно вводятся аналогично через такие же радиальные отверстия, выполненные по плоскости стыков фланцев, и равномерно по окружности в соответствии с условиями балансировки и поворачиваются "уточкой" или просто отводом под 90° и укладываются между слоями змеевиков, между гребенок и в осевом направлении прокладываются к другому концу змеевиков. Гребенки 89, 90 и 91 предпочтительно аэродинамически спрофилированы в соответствии с угловой скоростью вращения теплообменного тела, радиусами вращения гребенок и относительной скоростью рабочего тела, омывающего гребенки, а также обеспечивающими вентиляторный эффект на рабочее тело, обеспечивая принудительную прокачку рабочего тела через проточную часть, как минимум, теплообменного тела, чтобы исключить гидравлические потери у рабочего тела, очень сильно влияющие на внутренний кпд ГТД. Смотрите Л-5 на стр.74-89. Выходные кромки гребенок предпочтительно выполняются заостренными. Теплообменное тело 34 выполняется аналогично. Выходные трубки из змеевиков теплообменного тела, установленного после турбины /44/, соединены с входными трубками змеевиков теплообменного тела 34, установленного после компрессора, циркуляционными трубками 97, проложенными, например, по соединительному элементу 45, а выходные трубки из змеевиков теплообменного тела 34, установленного после компрессора, аналогично соединены с входными трубками змеевиков теплообменного тела 44, установленного после турбины, циркуляционными трубками 98 в соответствии с гидравлической схемой, представленной на фиг.10, где поз.100 - рабочее тело ГТД до рекуператора, а поз.101 - рабочее тело после рекуператора. И в соответствии со схемой на фиг.10 система циркуляции предпочтительно содержит расширительную трубку промежуточного теплоносителя и его запаса 102 и ресивер для теплоносителя в паровой фазе 103, имеющий устройство 104 для пополнения теплоносителя в систему циркуляции. В связи с тем что при интенсивном вращении рекуператора промежуточный теплоноситель будет в поле центробежных сил и более холодная его часть будет находится в периферийной части контура циркуляции, а более горячая часть теплоносителя будет располагаться ближе к оси вращения, поэтому и расширительные трубки 102 и ресиверы контуров циркуляции выполнены направленными к оси вращения, но предпочтительно не радиально, а в виде части окружной трубки 102 фиг.7 и 9, плавно опускаемой ниже трубок соответствующего змеевика на минимальную величину ΔR, но с достаточным объемом расширения. Расширительные трубки 102 закреплены в смещенных к оси вращения постелях гребенок и предпочтительно выполняются из трубок большего диаметра, чем трубки змеевиков. Предпочтительно большим диаметром выполняются и циркуляционные трубки 97 и 98. И, как видно на виде Г фиг.7, представленном на фиг.9, к трубкам змеевиков пристыкованы тройники 103, а к ним уже пристыкованы циркуляционные трубки 96 и расширительные трубки 102. Тройник 103 может быть и предварительно состыкован с коническими переходами к циркуляционным и к расширительным трубкам. В конце расширительных трубок 102 пристыкованы концевые тройники 104 с заглушенным осевым торцом и с пристыкованными трубками 105, идущими к расширителям теплоносителя в паровой фазе, выполняемые, например, в виде сильфонов и устанавливаемые, например, во внутренней полости внутренней обечайки 50. Эта подробность условно не показана.One embodiment of a heat exchange body, in particular heat exchange body 44, is shown in FIGS. 7, 8 and 9. It has, for example, an
Известно, что минимальная толщина стенки трубки поверхностей нагрева и трубопроводов прямо пропорциональна диаметру трубки и внутреннему давлению среды в ней. Смотрите, например, выражение где SR - минимальная толщина стенки без прибавка, Р - давление в трубке, Дa - диаметр трубки, [δ] - допускаемое напряжение, φ - коэффициент прочности. Для бесшовных труб φ=1. Смотрите, например, Нормы расчета на прочность стационарных котлов и трубопроводов пара и горячей воды. РД 10 - 249 - 98 Москва. Росгостехнадзор. 2003 /Л-18/, стр.47. В связи с чем трубки змеевиков предпочтительно выполняются минимального диаметра по условиям т/обмена и циркуляции теплоносителя в них. Это обеспечивает максимальное снижение толщины теплопроводной стенки между рабочим телом и промежуточным теплоносителем и одновременно увеличивает объемную площадь теплопередачи между ними.It is known that the minimum wall thickness of the tube of heating surfaces and pipelines is directly proportional to the diameter of the tube and the internal pressure of the medium in it. See, for example, the expression where S R is the minimum wall thickness without increase, P is the pressure in the tube, D a is the diameter of the tube, [δ] is the allowable stress, φ is the strength coefficient. For seamless pipes, φ = 1. See, for example, Standards for calculating the strength of stationary boilers and pipelines of steam and hot water. RD 10 - 249 - 98 Moscow. Rosgostekhnadzor. 2003 / L-18 /, p. 47. In connection with this, the tubes of the coils are preferably made of a minimum diameter according to the conditions of t / exchange and circulation of the coolant in them. This ensures the maximum reduction in the thickness of the heat-conducting wall between the working fluid and the intermediate coolant and at the same time increases the volumetric heat transfer area between them.
Предпочтительность конструкции теплообменных элементов в виде витых трубчатых змеевиков состоит в том, что напряжение в стенках трубок, даже интенсивно вращаемых в виде колец, не зависит от толщины их стенок, что позволяет обеспечить максимальную теплопроводность стенок трубок, так как напряжение во вращающемся кольце определяется выражением δ=ρu2 /201/, смотрите, например, Г.С.Жирицкий и В.А.Стрункин. Конструкция и расчет на прочность деталей паровых и газовых турбин. Москва. Машиностроение. 1968 г. /Л-19/, стр.187, где u - окружная скорость, ρ - плотность.The preference for the design of heat-exchange elements in the form of twisted tubular coils is that the voltage in the walls of the tubes, even intensively rotated in the form of rings, does not depend on the thickness of their walls, which allows for maximum thermal conductivity of the walls of the tubes, since the voltage in the rotating ring is determined by the expression δ = ρu 2/201 / see, e.g., G.S.Zhiritsky and V.A.Strunkin. Design and strength analysis of parts of steam and gas turbines. Moscow. Engineering. 1968 / L-19 /, p. 187, where u is the peripheral speed, ρ is the density.
Уменьшение теплопроводной толщины стенок трубок змеевиков достигается и снижением рабочего давления в трубках змеевиков. Ибо внутреннее давление во вращающемся канале относительно какой-то оси вращения с угловой скоростью ω и расположенном от оси вращения на расстояниях от R1 до R2 определяется выражением . Смотрите, например, Л-19, стр.41, где u2=ωR2, u1=ωR1 и где R2-R1=ΔR и при ΔR=0 внутреннее давление Р=0. С этой целью смотрите фиг.7, диаметры начала змеевика Дмакс и диаметры конца змеевика Дмин предпочтительно выполняются минимальными, вплоть до Дмакс-Дмин=0. Минимальной выполняется и величина ΔR - радиальная длина трубки расширения. Смотрите фиг.7.A decrease in the heat-conducting wall thickness of the coil tubes is achieved by lowering the working pressure in the coil tubes. For the internal pressure in the rotating channel relative to some axis of rotation with an angular velocity ω and located from the axis of rotation at distances from R 1 to R 2 is determined by the expression . See, for example, L-19, p. 41, where u 2 = ωR 2 , u 1 = ωR 1 and where R 2 -R 1 = ΔR and when ΔR = 0 the internal pressure is P = 0. For this purpose, see Fig. 7, the diameters of the beginning of the coil D max and the diameters of the ends of the coil D min are preferably minimal, up to D max -D min = 0. The minimum value is fulfilled and the value ΔR is the radial length of the expansion tube. See FIG. 7.
С этой же целью диаметры змеевиков со стороны Дмин, установленных после турбины, предпочтительно выполняются одинаковыми с диаметрами змеевиков Дмин, установленных после компрессора. Также предпочтительно одинаковыми выполняются и диаметры змеевиков Дмакс, установленных как после турбины, так и после компрессора.For the same purpose, the diameters of the coils from the D min side installed after the turbine are preferably the same with the diameters of the D min coils installed after the compressor. The diameters of the D max coils installed both after the turbine and after the compressor are also preferably the same.
С этой же целью предпочтительно попарно соединены между собой змеевики с одинаковыми Дмин и Дмакс, но установленные по разные стороны от турбины.For the same purpose, preferably coils are connected in pairs with the same D min and D max , but installed on opposite sides of the turbine.
С этой же целью выходные 96 и входные радиальные трубки змеевиков и соединительные циркуляционные трубопроводы 97 и 98 между змеевиками теплообменных тел, установленных по обе стороны турбины, предпочтительно располагаются на диаметрах, больших чем Дмакс, либо хотя бы не менее чем Дмин.For the same purpose, the
С этой же целью предпочтительна индивидуальная установка циркуляционных насосов 99 в контурах циркуляции каждой пары змеевиков и с минимальным рабочим давлением, либо даже по два в каждом контуре перед входом в змеевики с половинным давлением, либо возможна и установка многосекционного насоса. Большие диаметры циркуляционных трубопроводов и соответственно и большие их толщины стенок естественно на теплообмене не отразятся.For the same purpose, it is preferable to individually install circulation pumps 99 in the circulation circuits of each pair of coils and with a minimum working pressure, or even two in each circuit before entering the coils with half pressure, or it is possible to install a multi-section pump. Large diameters of the circulation pipelines and, accordingly, their large wall thicknesses will not naturally affect the heat transfer.
Теплообменные элементы теплообменных тел могут быть выполнены и 2- и 3- и более заходными, имея в виду с одинаковыми Дмакс и Дмин, но с увеличенным шагом навивки и со змеевиками, вложенными друг в друга и установленными ближе к внешней обечайке, при, например, однозаходном змеевике около внутренней обечайки теплообменного тела, либо внешние змеевики должны иметь значительно большие массовые расходы теплоносителя, в том числе как увеличенными диаметрами трубок, так и скоростей теплоносителя. Теплообменные элементы могут быть выполнены в виде многослойно установленных комплектов труб, навитых по винтовой линии, в том числе с растянутыми шагами навивки, при котором труба составляет даже часть витка, а также и возможны другие варианты исполнения теплообменных тел.The heat-exchange elements of heat-exchange bodies can be made 2- and 3- or more inlets, meaning with the same D max and D min , but with an increased winding pitch and with coils embedded in each other and installed closer to the outer shell, at, for example, a one-way coil near the inner shell of the heat-exchange body, or external coils must have significantly higher mass flow rates of the coolant, including both increased diameters of the tubes and the speeds of the coolant. Heat exchange elements can be made in the form of multilayer installed sets of pipes, wound along a helical line, including with extended winding steps, in which the pipe even forms part of the coil, and other options for the execution of heat exchange bodies are possible.
Внутренние полости ГТД предпочтительно термоизолированы и охлаждаются. Внешний корпус ГТД также предпочтительно термоизолирован для исключения тепловых потерь в окружающую среду.The internal cavity of the gas turbine engine is preferably thermally insulated and cooled. The external casing of the gas turbine engine is also preferably thermally insulated to eliminate heat loss to the environment.
Вопрос циркуляционных насосов не является предметом настоящего изобретения. Однако, во-первых, уже имеются достаточно работоспособные натриевые циркуляционные насосы, используемые, например, на реакторе БН-350 ядерной энергетической установки. Смотрите, например, фиг.7.70 в Л-17 на стр.402.The issue of circulation pumps is not the subject of the present invention. However, firstly, there are already sufficiently operable sodium circulation pumps used, for example, at the BN-350 reactor of a nuclear power plant. See, for example, Fig. 7.70 in L-17 on page 402.
Известны и электромагнитные индукционные насосы для перекачивания жидкометаллических теплоносителей. Смотрите, например, патент №1144588 А1 /Л-20/. Имеется и собственное конструктивное решение электрического индукционного насоса, но это уже предмет другого изобретения.There are also known electromagnetic induction pumps for pumping liquid metal coolants. See, for example, patent No. 1144588 A1 / L-20 /. There is also its own constructive solution of an electric induction pump, but this is already the subject of another invention.
Ротор рекуператора имеет автоматическую систему динамической балансировки, условно не показанную на прилагаемых чертежах.The recuperator rotor has an automatic dynamic balancing system, not conventionally shown in the attached drawings.
Ротор рекуператора тепла отработанных газов предпочтительно содержит автоматическую систему динамической балансировки, хотя условно и не показанной на прилагаемых чертежах, но, несомненно, понятную и так.The rotor of the exhaust gas heat recovery apparatus preferably comprises an automatic dynamic balancing system, although not conventionally shown in the accompanying drawings, but is undoubtedly understandable as well.
Для чего, например, на каждом из теплообменных тел 34 и 44, опирающихся на подшипниковые корпуса 48 4мя опорными рычагами 52, устанавливаются, например, по 2 исполнительных механизма, например, "шагового" типа, вкручивающие либо выкручивающие резьбосодержащие балансировочные тела-грузы в резьбовые радиальные отверстия, выполненные на теплообменных телах и расположенные в 2х взаимно-перпендикулярных и диаметрально-осевых плоскостях, проходящих через оси пальцев 55 рычагов 52. Для отслеживания возросших ц/б сил на роторе рекуператора в каком-либо либо в каких-либо из радиальных направлений в центральных и предпочтительно охлаждаемых полостях ГТД на рычаги 52 прикрепляются, например, проволочные тензодатчики. В охлаждаемых подшипниковых корпусах 48 могут быть установлены и кремнеевые либо германиевые тензодатчики сжатия с рабочей температурой от -60°C до +200°C. Проволочные - от -100°C до +400°C. Тензодатчики включаются попарно в плечи электрических мостовых схем аппаратов управления исполнительными механизмами. Электрические схемы имеют отключающие устройства переменной токовой составляющей в электрических цепях тензодатчиков от циркулирующего воздействия на них веса ротора. Более подробное изложение исполнения исполнительных механизмов и аппаратов их управления будут представлены в дополнительных заявках на изобретения, ибо они не могут войти в объем данной заявки.Why, for instance, each of the heat exchange bodies 34 and 44 resting on the bearing
Привод ротора рекуператора тепла отработанных газов может быть и гидравлическим и электрическим, в том числе и вращающимся электромагнитным полем.The rotor drive of the exhaust gas heat recuperator can be either hydraulic or electric, including a rotating electromagnetic field.
Работа ГТДGTE work
Предлагаемый ГТД работает аналогично уже известным регенеративным ГТД. Однако имеются и существенные отличия, заключающиеся в том, что после прогрева ГТД сжатый рабочий воздух из компрессора прямиком проходит через теплообменное тело, греющее его, где он, омывая теплообменные трубки змеевиков, нагревается и далее поступает в камеру сгорания. При этом рабочий воздух, проходя через теплообменное тело, не имеет потерь давления, так как он принудительно прокачивается аэродинамически спрофилированными гребенками, как лопатки осевых машин. В камере сгорания уже нагретый рабочий воздух без проблем будет сжигать в себе впрыскиваемое топливо, нагреваясь до рабочей температуры. После камеры сгорания рабочее тело расширяется в турбине, как и обычно, и производит работу, в том числе по сжатию рабочего воздуха в компрессоре, прокачку рабочего тела через теплообменные тела рекуператора на привод топливного и масляного насосов. Однако существенно большая часть работы турбины остается для полезной работы. После турбины отработанные газы прямотоком поступают в теплообменное тело, где теплообменные трубки змеевиков будут отнимать теплоту до температуры, достаточно близкой к температуре сжатого рабочего воздуха после компрессора. И аналогично отработанные газы будут проходить через теплообменное тело без гидравлических потерь за счет принудительной прокачки отработанных газов гребенками, спрофилированными как лопатки осевых машин. Теплообменные тела, установленные и до и после турбины и соединенные между собой соединительным телескопическим раздвижным соединительным элементом, вращаются на подшипниках приводным механизмом. Учитывая, что сжатия рабочего тела в теплообменных телах не происходит, а лопатки-гребенки аэродинамически спрофилированы и имеют острые выходные кромки, а трубки витков змеевиков сближены друг с другом, то работа привода не будет большой, зато термодинамический цикл будет приближен достаточно близко к теоретическому и еще и потому, что и регенерация будет приближена к идеальной. При этом теплообменные тела будут иметь существенно меньшую теплообменную поверхность, а значит, иметь и меньшие габариты и вес из-за более эффективного способа теплообмена, реализованного в ГТД по патенту РФ №2130156. Передача же потока теплоты, отнимаемой от отработанных газов теплообменными элементами в теплообменном теле 44, к нагреваемому рабочему воздуху теплообменными элементами в теплообменном теле 34 осуществляется предпочтительно жидкометаллическим теплоносителем, предпочтительно принудительно циркулирующим между теплообменными элементами теплообменных тел, установленных и до и после турбины. Эффективность переноса больших потоков теплоты жидкометаллическими теплоносителями подтверждается их удовлетворительной работой на ядерных энергоустановках, в том числе и с переносом этих тепловых потоков на гораздо большие расстояния, чем между теплообменными телами ГТД, установленными и до и после турбины. Эффективность и сущность способа теплообмена по патенту РФ №2130156 изложена в описании к патенту. Однако вкратце суть состоит в том, что при обычном теплообмене между средой и теплообменной поверхностью какого-либо теплообменного тела и при любой степени турбулентности турбулентные пульсации среды интенсивно затухают по мере приближения к стенке, а на самой стенке скорость среды равна 0. Это есть явление "прилипания". Оно имеет место быть в результате явления адсорбции между средой и поверхностью тела. Однако эти силы относительно невелики. Смотрите, например, Б.В.Некрасов. Основы общей химии. ТI. Москва. Химия. 1973 г. /Л-21/, стр.266-268. В результате в пристенном слое среды имеется тепловой подслой, в пределах которого перенос теплоты между потоком среды, омывающей теплообменное тело, и теплообменной поверхностью тела осуществляется молекулярной теплопроводностью. Смотрите, например, В.А.Григорьев и В.М.Зорин. Тепло и массообмен: теплотехнический эксперимент. Москва. Энергоиздат. 1982 г. /Л-22/, стр.162-163. А в соответствии с Л-22 теплопроводность воздуха более чем в 8490 раз хуже, чем у хорошо теплопроводного металла меди. Смотрите, например, таблицу 2.3 в Л-22 на стр.119-120, где теплопроводность меди, при 573 К, равна 371 Вт/м К, а в таблице 2.20, на стр 159, теплопроводность воздуха, при 300°C, равна 4,37 10-2 Вт/мК. И вообще, общеизвестно, что неподвижный воздух является очень хорошим термоизолятором. В предложенном же ГТД трубы змеевиков интенсивно вращаются относительно осей компрессора и турбины, а элементы рабочего тела /молекулы и т.д./ подлетают к поверхностям вращающихся труб змеевиков, соударяются с ними и теплообмениваются с ними. Те же молекулы рабочего тела, которые при этом "прилипнут" к поверхностям стенок, в то же мгновение окажутся в интенсивном вращательном движении вместе с поверхностями, на которых они "сидят". В результате они мгновенно окажутся в поле центробежных сил. И именно интенсивность вращения теплообменных тел должна быть такой, чтобы центробежные силы на элементы рабочего тела превышали силы адсорбции. В результате элементы рабочего тела после соударения с теплообменной поверхностью и после в результате этого произведенного теплообмена с ней мгновенно будут отброшены от "спинок" и боковин трубок змеевиков и сброшены с брюшек трубок, например, как с волчка. В результате будут иметь место интенсивные турбулентные пульсации рабочего тела, уже идущие от теплообменных поверхностей, чего и нет при обычном способе теплообмена. В результате будет осуществляться прямой кинетический теплообмен между средой и теплообменными поверхностями без молекулярной теплопроводности и у поверхностей стенок. И интенсивность теплообмена уже, несомненно, будет определяться теплопроводностью стенок трубок, толщину которых, как отмечено выше, можно свести к минимуму. Так как можно обеспечить и высокоэффективный теплообмен между внутренней поверхностью стенок трубок змеевиков и жидкометаллическим теплоносителем. Так как, во-первых, жидкометаллический теплоноситель во внутренних каналах также будет находиться в поле центробежных сил, нет и проблем обеспечить более высокую температуру теплоносителя у спинок теплообменных трубок и меньшую у брюшек трубок змеевиков в обоих теплообменных телах, в том числе как и в нагреваемых, так и в охлаждаемых, в том числе худшим охлаждением теплоносителя в зоне спинок, в том числе увеличением термического сопротивления стенок спинок их чуть большей толщиной по отношению к остальной части стенок трубок. Это обеспечит чуть большую плотность теплоносителя у спинок. И подъемными силами в поле центробежных сил будет обеспечена вынужденная циркуляция теплоносителя в пристенных зонах трубок. Смотрите, например, Л-19 на стр.40-41. Во-вторых, в трубках змеевиков может быть обеспечена и хорошая турбулентность и без центробежных сил для перемещаемого в трубках теплоносителя при относительно небольшой толщине теплового подслоя согласно выражения для числа Рейнольдса Смотрите, например, Х.Хаузен. Теплопередача при противотоке, прямотоке и перекрестном токе. Москва. Энергоиздат. 1981 г. /Л-23/, стр.23 и 36, гдеThe proposed gas turbine engine works similarly to the already known regenerative gas turbine engine. However, there are significant differences, namely, after heating the gas turbine engine, the compressed working air from the compressor passes directly through the heat exchange body, which heats it, where it, washing the heat transfer tubes of the coils, heats up and then enters the combustion chamber. In this case, the working air passing through the heat exchange body does not have pressure losses, since it is forcedly pumped by aerodynamically profiled combs, like the blades of axial machines. Already heated working air in the combustion chamber will burn the injected fuel inside itself without any problems, heating up to operating temperature. After the combustion chamber, the working fluid expands in the turbine, as usual, and does the work, including compressing the working air in the compressor, pumping the working fluid through the heat exchanger bodies of the recuperator to drive the fuel and oil pumps. However, a substantial part of the turbine's work remains for useful work. After the turbine, the exhaust gases flow straight into the heat exchange body, where the heat transfer tubes of the coils will take heat to a temperature close to the temperature of the compressed working air after the compressor. And similarly, the exhaust gases will pass through the heat exchange body without hydraulic losses due to the forced pumping of the exhaust gases by combs shaped as blades of axial machines. The heat exchange bodies installed both before and after the turbine and interconnected by a telescopic sliding sliding connecting element rotate on bearings by a drive mechanism. Considering that there is no compression of the working fluid in the heat-exchange bodies, and the comb-blades are aerodynamically profiled and have sharp output edges, and the coil tubes of the coils are close to each other, the drive will not be large, but the thermodynamic cycle will be close enough to the theoretical and also because regeneration will be close to ideal. In this case, the heat-exchange bodies will have a significantly smaller heat-exchange surface, which means that they will have smaller dimensions and weight due to the more efficient heat transfer method implemented in the gas turbine engine according to RF patent No. 2130156. The transfer of the heat flux taken from the exhaust gases by the heat exchange elements in the heat exchange body 44 to the heated working air by the heat exchange elements in the heat exchange body 34 is preferably carried out by a liquid metal coolant, preferably forcibly circulating between the heat exchange elements of the heat exchange bodies installed both before and after the turbine. The efficiency of the transfer of large heat fluxes by liquid metal coolants is confirmed by their satisfactory operation in nuclear power plants, including the transfer of these heat fluxes to much greater distances than between GTE heat exchangers installed both before and after the turbine. The effectiveness and essence of the heat transfer method according to the patent of the Russian Federation No. 2130156 is described in the description of the patent. However, in short, the essence is that during normal heat transfer between the medium and the heat exchange surface of a heat exchange body and for any degree of turbulence, the turbulent pulsations of the medium decay intensively as they approach the wall, and the velocity of the medium on the wall itself is 0. This is a phenomenon " sticking. " It takes place as a result of the phenomenon of adsorption between the medium and the surface of the body. However, these forces are relatively small. See, for example, B.V. Nekrasov. Fundamentals of General Chemistry. TI. Moscow. Chemistry. 1973 / L-21 /, pp. 266-268. As a result, in the near-wall layer of the medium there is a thermal sublayer, within which the transfer of heat between the flow of the medium washing the heat-exchange body and the heat-exchange surface of the body is carried out by molecular heat conductivity. See, for example, V.A. Grigoriev and V. M. Zorin. Heat and mass transfer: a thermotechnical experiment. Moscow. Power Publishing. 1982 / L-22 /, pp. 162-163. And in accordance with L-22, the thermal conductivity of air is more than 8490 times worse than that of a well heat-conducting copper metal. See, for example, table 2.3 in L-22 on pages 119-120, where the thermal conductivity of copper, at 573 K, is 371 W / m K, and in table 2.20, on page 159, the thermal conductivity of air, at 300 ° C, is 4.37 10 -2 W / mK. In general, it is well known that stationary air is a very good thermal insulator. In the proposed gas turbine engine, the tubes of the coils intensively rotate relative to the axes of the compressor and the turbine, and the elements of the working fluid / molecule, etc. / fly up to the surfaces of the rotating tubes of the coils, collide with them and heat exchange with them. The same molecules of the working fluid, which in this case “adhere” to the surfaces of the walls, at the same instant will find themselves in intensive rotational motion along with the surfaces on which they “sit”. As a result, they instantly find themselves in a field of centrifugal forces. And it is the intensity of rotation of the heat exchange bodies that must be such that the centrifugal forces on the elements of the working fluid exceed the adsorption forces. As a result, the elements of the working fluid after collision with the heat-exchange surface and after the resulting heat exchange with it will be instantly discarded from the "backs" and sides of the coil tubes and discarded from the belly of the tube, for example, like a top. As a result, intense turbulent pulsations of the working fluid, already coming from the heat-exchange surfaces, will occur, which is not the case with the usual method of heat transfer. As a result, direct kinetic heat transfer between the medium and heat exchange surfaces without molecular heat conduction and at the wall surfaces will be carried out. And the heat transfer intensity will undoubtedly be determined by the thermal conductivity of the walls of the tubes, the thickness of which, as noted above, can be minimized. Since it is possible to provide a highly efficient heat transfer between the inner surface of the walls of the tubes of the coils and the liquid metal coolant. Since, firstly, the liquid metal coolant in the internal channels will also be in the field of centrifugal forces, there is no problem to ensure a higher coolant temperature at the backs of the heat transfer tubes and lower at the abdomen of the coil tubes in both heat transfer bodies, including those in heated , as well as in cooling, including the worst cooling of the coolant in the back zone, including an increase in the thermal resistance of the back walls of their slightly larger thickness with respect to the rest of the walls of the tubes. This will provide a slightly higher density of the coolant at the backs. And the lifting force in the field of centrifugal forces will provide for the forced circulation of the coolant in the near-wall zones of the tubes. See, for example, L-19 on pages 40-41. Secondly, good turbulence without centrifugal forces can also be provided in the tubes of the coils for the coolant transported in the tubes with a relatively small thickness of the thermal sublayer according to the expression for the Reynolds number See, for example, H. Hausen. Heat transfer in countercurrent, forward flow and cross current. Moscow. Power Publishing. 1981 / L-23 /, p. 23 and 36, where
v - скорость теплоносителя, d - диаметр трубки, υ - кинематическая вязкость.v is the coolant velocity, d is the tube diameter, υ is the kinematic viscosity.
И согласно табл.2.21 в /Л-22/ на стр.159 коэффициент кинематической вязкости, например, жидкометаллического натрия, например, при 500°С составляет 27,2·10-8 м2/сек, тогда как для воды, например, при 50°С коэффициент кинематической вязкости всего лишь 0,56·10-6 м2/сек. Смотрите, например, П.Г.Киселев. Справочник по гидравлическим расчетам. Москва. Энергия. 1974 г. /Л-24/, стр.13. В-третьих, теплопроводность, например, жидкометаллического натрия в тепловом подслое у стенок трубок, например, при 500°С составляет 63,8 Вт/мк. Смотрите, например, табл.2.21 в Л-22 на стр.159, тогда как, например, теплопроводность воды, например, при 90°С всего лишь 68·10-2 Вт/мк, т.е. почти в 100 раз худшая. Смотрите, например, таблицу 2.18 в Л-22 на стр.157, а теплопроводность сухого воздуха при 500°С всего-то 5,45·10-2, т.е. более чем в 1000 раз худшая, чем у жидкометаллического натрия. Смотрите таблицу 2.20 в Л-22 на стр.159.And according to Table 2.21 in / L-22 / on page 159, the kinematic viscosity coefficient, for example, liquid metal sodium, for example, at 500 ° C is 27.2 · 10 -8 m 2 / s, while for water, for example, at 50 ° C, the kinematic viscosity coefficient is only 0.56 · 10 -6 m 2 / s. See, for example, P.G. Kiselev. Handbook of hydraulic calculations. Moscow. Energy. 1974 / L-24 /, p. 13. Thirdly, the thermal conductivity, for example, of liquid metal sodium in the thermal sublayer near the walls of the tubes, for example, at 500 ° C, is 63.8 W / μ. See, for example, Table 2.21 in L-22 on page 159, while, for example, the thermal conductivity of water, for example, at 90 ° C is only 68 · 10 -2 W / μ, i.e. almost 100 times worse. See, for example, table 2.18 in L-22 on page 157, and the thermal conductivity of dry air at 500 ° C is only 5.45 · 10 -2 , i.e. more than 1000 times worse than liquid metal sodium. See table 2.20 in L-22 on page 159.
В-четвертых, в горизонтальных труках имеется еще и свободная конвекция. Смотрите, например, Л-24 на стр.38-39.Fourthly, in horizontal tubes there is also free convection. See, for example, L-24 on pages 38-39.
И несомненно, изложенное выше гарантирует создание высокоэффективных рекуператоров тепла отработанных газов вплоть до идеальной степени регенерации, а уровень гидравлических потерь в воздушно-газовом тракте выдержать на уровне, достаточно близком к 0.And undoubtedly, the above guarantees the creation of highly efficient heat exchangers for exhaust gas heat up to the ideal degree of regeneration, and maintain the level of hydraulic losses in the air-gas path at a level close to 0.
И в соответствии с графиками на фиг.56 в Л-5 на стр.70 и графиками на фиг.68 на стр.81 при уровне гидравлических потерь, близких к нулю, и степени регенерации, достаточно близкой к 1 и даже при T3/Т=4,31, внутренний кпд создаваемых ГТД может быть более 50% даже в ГТД с теоретическими адиабатическими процессами сжатия и расширения. Предлагаемый ГТД рассчитан и на реализацию в нем и более совершенных термодинамических циклов, содержащих в том числе процесс интенсивно охлаждаемого сжатия вплоть до изотермического и процесс подогреваемого процесса расширения вплоть до изотермического, внутренний кпд ГТД может превышать и 60%. А при реализации в предлагаемом ГТД и уже достигнутый уровень максимальных температур термодинамических циклов на уровне 1300-1400°С, смотрите, например, Л-13, таблицу на стр.66, то создаваемые ГТД смогут иметь кпд на уровне 60-70% в зависимости от реализуемых термодинамических циклов и степени их приближенности к теоретическим.And in accordance with the graphs in FIG. 56 to L-5 on
Claims (18)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008125387/06A RU2412365C2 (en) | 2008-06-20 | 2008-06-20 | Gas-turbine engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008125387/06A RU2412365C2 (en) | 2008-06-20 | 2008-06-20 | Gas-turbine engine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2008125387A RU2008125387A (en) | 2009-12-27 |
RU2412365C2 true RU2412365C2 (en) | 2011-02-20 |
Family
ID=41642544
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008125387/06A RU2412365C2 (en) | 2008-06-20 | 2008-06-20 | Gas-turbine engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2412365C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2674834C2 (en) * | 2014-03-05 | 2018-12-13 | Сафран Эркрафт Энджинз | Pipe supporting system |
RU224962U1 (en) * | 2023-10-17 | 2024-04-09 | Акционерное Общество "Гт Энерго" | RECOVERY AIR HEATER FOR GAS TURBINE PLANT |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2449144C1 (en) * | 2010-09-30 | 2012-04-27 | Виктор Алексеевич Белоусов | Gas-turbine power plant with heat recuperation |
WO2015130637A1 (en) * | 2014-02-26 | 2015-09-03 | The University Of North Carolina At Chapel Hill | Optimization of configuration of parallel systems for uniform flow distribution |
-
2008
- 2008-06-20 RU RU2008125387/06A patent/RU2412365C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2674834C2 (en) * | 2014-03-05 | 2018-12-13 | Сафран Эркрафт Энджинз | Pipe supporting system |
RU224962U1 (en) * | 2023-10-17 | 2024-04-09 | Акционерное Общество "Гт Энерго" | RECOVERY AIR HEATER FOR GAS TURBINE PLANT |
RU225372U1 (en) * | 2024-01-16 | 2024-04-18 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский университет науки и технологий" | RECOVERY RECOVERY FOR GAS TURBINE ENGINE |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2008125387A (en) | 2009-12-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106050427B (en) | Heat pipe temperature management system for turbine | |
CN106168168B (en) | Accessory device and the method for assembling attachment and turbogenerator | |
EP3204712B1 (en) | Spiral wound cross-flow heat exchanger | |
US9714610B2 (en) | Low profile compressor bleed air-oil coolers | |
EP2696055B1 (en) | Gas turbine engine heat exchangers | |
EP3239479A1 (en) | Fluid cooling system for a gas turbine engine and corresponding gas turbine engine | |
CN107061016A (en) | Method and system for combining air oil cooler and fuel oil cooler heat exchanger | |
EP3478938A1 (en) | Modular annular heat exchanger | |
CN110005529A (en) | Heat management system | |
JP2017106442A (en) | Gas turbine engine fluid cooling systems and methods of assembling the same | |
CN102322300A (en) | The turbo-expander that is used for the power generation systems | |
CN106168166A (en) | Lubricating system for turbogenerator | |
JP2013108500A (en) | Gas turbine engine | |
WO2016067303A2 (en) | Heat recuperation system for the family of shaft powered aircraft gas turbine engines | |
RU2412365C2 (en) | Gas-turbine engine | |
CN104074926A (en) | Main speed reducer of fan of novel GTF aircraft engine | |
CN101458003A (en) | Cold air machine driven by floating bearing type high-speed electric machine with contact protection bearing | |
EP3357631B1 (en) | Heat pipe cooling of geared architecture | |
CN104565309A (en) | Interlayer body zero-return-difference type general small-tooth-difference reduction box | |
US2525804A (en) | Aircraft rotary boiler turbine air condenser power plant | |
US20220178310A1 (en) | Gearbox for a gas turbine engine utilizing shape memory alloy dampers | |
EP2971697A1 (en) | Distributed engine accessory drive | |
DE102011112843A1 (en) | Method for recovering electrical energy and compressed air from exhaust gases and heat produces in stationary plant and transport system, involves inserting disk rotor generators and motors with regulation elements in disk rotor turbines | |
GB2535941A (en) | Aircraft turbomachine comprising a heat exchanger and a gearbox in a V configuration | |
US20020017099A1 (en) | Thermal engine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110621 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20120510 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150621 |