RU2682224C1

RU2682224C1 - Solid fuel gas turbine engine

Info

Publication number: RU2682224C1
Application number: RU2017145312A
Authority: RU
Inventors: Игорь Алексеевич Лещенко; Алексей Александрович Мохов; Александр Иванович Тарасов; Владимир Иванович Фролов
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2019-03-15

Abstract

FIELD: engines and pumps.SUBSTANCE: solid fuel gas turbine engine contains the solid propellant charge and the body, forming the engine gas-air path, in which the compressor, the combustion chamber, the turbine, the output device are sequentially placed. Solid propellant charge is placed outside of the engine gas-air path and is enclosed in its own body, forming a gas generator. Exit from the gas generator is pneumatically communicated to the combustion chamber by at least one gas duct. Solid propellant charge contains a small amount of oxidizer capable of burning in the gas generator without air access with the gasified combustion products formation, capable of burning in air in the combustion chamber and having a high enough pressure for the chemical reaction in the solid propellant charge rate stabilization, wherein the gas duct is provided with the throttle device. Solid propellant charge body is made covering the engine body behind the turbine.EFFECT: invention enables the operating on solid fuel gas turbine engine stable operation, and also simplifies its design.1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области авиадвигателестроения и касается устройства газотурбинного двигателя работающего на твердом топливе.The invention relates to the field of aircraft engine manufacturing and relates to a device for a gas turbine engine operating on solid fuel.

Известен газотурбинный двигатель твердого топлива, содержащий твердотопливный заряд и корпус, образующий газовоздушный тракт двигателя, в котором последовательно размещены компрессор, камера сгорания, турбина, выходное устройство, при этом твердотопливный заряд размещен вне газовоздушного тракта двигателя и заключен в собственный корпус, образуя газогенератор (прототип: RU 173530, МПК B64D 33/02, опубл. 30.08.2017).Known gas-turbine engine of solid fuel containing a solid fuel charge and a housing forming a gas-air path of the engine, in which a compressor, a combustion chamber, a turbine, an output device are arranged in series, while the solid-fuel charge is placed outside the gas-air path of the engine and enclosed in its own housing, forming a gas generator (prototype : RU 173530, IPC B64D 33/02, published on 08.30.2017).

Недостатком известного решения является сложность настройки двигателя для поддержания устойчивого режима его работы. Это связано с тем, что в известном решении газотурбинный двигатель снабжен контуром реактивных двигателей с собственной системой топливопитания, реализованной на отличном от газотурбинного двигателя виде топлива, а именно твердом топливе, откуда возникает необходимость параллельного регулирования принципиально разных систем в пределах одного двигателя.A disadvantage of the known solution is the difficulty of tuning the engine to maintain a stable mode of operation. This is due to the fact that in the known solution, the gas turbine engine is equipped with a jet engine circuit with its own fuel supply system implemented on a different type of fuel than the gas turbine engine, namely, solid fuel, which necessitates parallel control of fundamentally different systems within the same engine.

Задачей заявленного изобретения является создание газотурбинного двигателя, работающего на твердом топливе, лишенного недостатков прототипа. Техническим результатом, достигаемым при использовании заявленного изобретения, является обеспечение устойчивости работы двигателя, при одновременном упрощении его конструкции.The objective of the claimed invention is the creation of a gas turbine engine running on solid fuel, devoid of the disadvantages of the prototype. The technical result achieved by using the claimed invention is to ensure the stability of the engine, while simplifying its design.

Указанный технический результат достигается тем, что в газотурбинном двигателе твердого топлива, содержащем твердотопливный заряд и корпус, образующий газовоздушный тракт двигателя, в котором последовательно размещены компрессор, камера сгорания, турбина, выходное устройство, при этом твердотопливный заряд размещен вне газовоздушного тракта двигателя и заключен в собственный корпус, образуя газогенератор, согласно заявленному изобретению выход из газогенератора пневматически сообщен, по меньшей мере, одним газоводом с камерой сгорания, твердотопливный заряд содержит небольшое количество окислителя, способного гореть в газогенераторе без доступа воздуха с образованием газифицированных продуктов сгорания, способных гореть в воздухе в камере сгорания и имеющих давление, достаточно высокое для стабилизации скорости химической реакции в твердотопливном заряде, причем газовод снабжен дроссельным устройством. Кроме того, корпус твердотопливного заряда выполнен охватывающим корпус двигателя за турбиной.The specified technical result is achieved by the fact that in a gas turbine engine of solid fuel containing a solid fuel charge and a housing forming a gas-air path of the engine, in which a compressor, a combustion chamber, a turbine, an output device are arranged in series, the solid fuel charge is placed outside the gas-air path of the engine and is enclosed in own housing, forming a gas generator, according to the claimed invention, the outlet from the gas generator is pneumatically connected by at least one gas duct to the combustion chamber Nia, solid fuel charge comprises a small amount of oxidant capable of burning in the gasifier without the access of air to form a gasified combustion products capable of burning in air in the combustion chamber and having a pressure high enough to stabilize the rate of chemical reaction in the solid fuel charge, wherein gazovod provided with a throttling device. In addition, the solid fuel charge housing is made covering the engine housing behind the turbine.

Вынос твердотопливного заряда за пределы газовоздушного тракта двигателя с заключением его в собственный корпус, образующий газогенератор, и пневматическое сообщение выхода из последнего с камерой сгорания по меньшей мере одним газоводом, позволит обеспечить устойчивую работу двигателя за счет следующего. Используемое твердое топливо содержит в своем составе небольшое количество окислителя, которое позволят твердотопливному заряду работать как генератору горючего газа, подаваемого по газоводам в камеру сгорания. При горении твердотопливного заряда без доступа воздуха образуются газифицированные продукты сгорания (горючий газ), способные гореть в воздухе и имеющие давление, достаточно высокое для того, чтобы стабилизировать скорость химической реакции в топливной шашке. Высокое давление горючего газа исключает обратную связь между режимом работы двигателя и режимом горения твердотоплвной шашки, поскольку давление в газовоздушном тракте двигателя существенно ниже, чем давление в газогенераторе, и возмущения давления в газовоздушном тракте не передаются внутрь газогенератора. И, так как газогенератор не участвует в формировании геометрии газовоздушного тракта, то в процессе выгорания твердотопливного заряда обозначенная геометрия не изменяется. Соответственно, при необходимости увеличения массы твердотопливного заряда, например с целью повышения продолжительности полета объекта, нет необходимости внесения конструктивных изменений в элементы газовоздушного тракта двигателя, в частности, увеличивать длину вала под расширение места установки твердотопливного заряда, что, в свою очередь, может потребовать установки дополнительной опоры или увеличения толщины самого вала.The removal of the solid propellant charge beyond the gas-air path of the engine with its conclusion into its own casing, forming a gas generator, and the pneumatic communication of the exit from the latter with the combustion chamber by at least one gas duct, will ensure stable operation of the engine due to the following. The solid fuel used contains a small amount of oxidizing agent, which will allow the solid fuel charge to work as a generator of combustible gas supplied through gas ducts to the combustion chamber. When a solid fuel charge is burned without air access, gasified products of combustion (combustible gas) are formed, capable of burning in air and having a pressure high enough to stabilize the rate of a chemical reaction in a fuel bomb. The high pressure of the combustible gas eliminates the feedback between the operation mode of the engine and the combustion mode of the solid-fuel checker, since the pressure in the gas-air path of the engine is significantly lower than the pressure in the gas generator, and pressure disturbances in the gas-air path are not transmitted inside the gas generator. And, since the gas generator does not participate in the formation of the geometry of the gas-air path, the indicated geometry does not change during the burning of the solid fuel charge. Accordingly, if it is necessary to increase the mass of the solid fuel charge, for example, in order to increase the flight duration of the object, there is no need to make structural changes to the elements of the gas-air duct of the engine, in particular, to increase the length of the shaft to expand the installation site of the solid fuel charge, which, in turn, may require installation additional support or increase the thickness of the shaft itself.

Снабжение газоводов дроссельным устройством обеспечит постоянный расход горючего газа, при этом пропускная способность дроссельного устройства подбирается под требуемый расход.The supply of gas ducts with a throttle device will provide a constant flow of combustible gas, while the throughput of the throttle device is selected at the required flow rate.

Выполнение корпуса твердотопливного заряда охватывающим корпус двигателя с размещением его за турбиной упростит монтаж/демонтаж твердотопливного заряда, позволяя производить указанную операцию без демонтажа двигателя с объекта.The implementation of the solid fuel charge housing covering the engine housing with its placement behind the turbine will simplify the installation / dismantling of the solid fuel charge, allowing you to perform the specified operation without removing the engine from the object.

Сущность заявленного изобретения поясняется схемой продольного разреза газотурбинного двигателя, работающего на твердом топливе.The essence of the claimed invention is illustrated by a longitudinal section of a gas turbine engine running on solid fuel.

Газотурбинный двигатель твердого топлива содержит корпус 1, образующий газовоздушный тракт 2, в котором последовательно размещены компрессор 3, камера сгорания 4, турбина 5 и выходное устройство 6. Компрессор 3 и турбина 5 установлены на общем валу 7. За пределами газовоздушного тракта 2 размещен твердотопливный заряд 8, заключенный в собственный корпус 9, образуя газогенератор, выход из которого пневматически сообщен по меньшей мере одним газоводом 10 с камерой сгорания 4, причем газовод 10 снабжен дроссельным устройством 11. В частном случае реализации, конструкция предусматривает наличие двух газоводов 10, а собственный корпус 9 твердотопливного заряда 8 выполнен охватывающим корпус 1 двигателя и размещен за турбиной 5.The solid fuel gas turbine engine comprises a housing 1 forming a gas-air duct 2, in which a compressor 3, a combustion chamber 4, a turbine 5 and an output device 6 are arranged in series. A compressor 3 and a turbine 5 are mounted on a common shaft 7. A solid fuel charge is placed outside the gas-air duct 2 8, enclosed in its own housing 9, forming a gas generator, the output of which is pneumatically connected by at least one gas duct 10 to the combustion chamber 4, and the gas duct 10 is equipped with a throttle device 11. In the particular case ization, the design provides two gazovodov 10 and its own housing 9 of the solid charge 8 is formed covering the engine body 1 and disposed downstream of the turbine 5.

Газотурбинный двигатель твердого топлива работает следующим образом.A gas turbine engine of solid fuel operates as follows.

Твердое топливо, содержащее в своем составе небольшое количество окислителя, горит в газогенераторе без доступа воздуха. Образующийся в ходе горения горючий газ поступает через газоводы 10, снабженные дроссельным устройством 11, к камере сгорания 4. Расходная характеристика дросселя 11 с геометрической формой твердотопливного заряда 8, размещенного в собственном корпусе 9, обеспечивают требуемый расход горючего газа в камеру сгорания 4. Воздух из атмосферы, поступая в газовоздушный тракт 2 двигателя, проходит через компрессор 3, где его давление повышается. Сжатый воздух поступает в камеру сгорания 4, где он смешивается с горючим газом, поступающим по газоводам 10. Полученная газовоздушная смесь сгорает в камере сгорания 4, что приводит к повышению температуры в газовоздушном тракте 2. Далее горячий газ расширяется в турбине 5, совершая при этом работу. Мощность, создаваемая турбиной 5, через вал 7 передается на компрессор 3, приводя его в движение.Solid fuel containing a small amount of oxidizing agent burns in a gas generator without access of air. The combustible gas generated during combustion enters through the gas ducts 10 provided with a throttle device 11 to the combustion chamber 4. The flow characteristics of the throttle 11 with the geometric shape of the solid fuel charge 8, placed in its own housing 9, provide the required flow of combustible gas to the combustion chamber 4. Air from atmosphere entering the gas-air path 2 of the engine passes through the compressor 3, where its pressure rises. Compressed air enters the combustion chamber 4, where it is mixed with combustible gas entering through the gas ducts 10. The resulting air-gas mixture burns in the combustion chamber 4, which leads to an increase in temperature in the gas-air duct 2. Further, the hot gas expands in the turbine 5, making work. The power generated by the turbine 5 is transmitted through the shaft 7 to the compressor 3, driving it.

Реализация заявленного изобретения обеспечит устойчивую работу газотурбинного двигателя, работающего на твердом топливе, а также упростит его конструкцию.The implementation of the claimed invention will ensure the stable operation of the gas turbine engine running on solid fuel, as well as simplify its design.

Claims

1. A gas turbine engine of solid fuel containing a solid fuel charge and a housing forming a gas-air path of the engine, in which a compressor, a combustion chamber, a turbine, an output device are arranged in series, the solid-fuel charge is placed outside the gas-air path of the engine and enclosed in its own casing, forming a gas generator, characterized in that the outlet of the gas generator is pneumatically connected by at least one gas duct to the combustion chamber, the solid fuel charge contains a small amount of oxidize oil, capable of burning in a gas generator without access of air with the formation of gasified combustion products, capable of burning in air in a combustion chamber and having a pressure high enough to stabilize the rate of a chemical reaction in a solid fuel charge, and the gas duct is equipped with a throttle device.

2. A gas turbine engine of solid fuel according to claim 1, characterized in that the solid fuel charge housing is made covering the engine housing behind the turbine.