RU2726861C1 - Gas turbine engine operating method and gas turbine engine - Google Patents

Gas turbine engine operating method and gas turbine engine Download PDF

Info

Publication number
RU2726861C1
RU2726861C1 RU2019105801A RU2019105801A RU2726861C1 RU 2726861 C1 RU2726861 C1 RU 2726861C1 RU 2019105801 A RU2019105801 A RU 2019105801A RU 2019105801 A RU2019105801 A RU 2019105801A RU 2726861 C1 RU2726861 C1 RU 2726861C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
turbine
stage
compressor
stages
shaft
Prior art date
Application number
RU2019105801A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Константинович Литвинов
Original Assignee
Владимир Константинович Литвинов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Владимир Константинович Литвинов filed Critical Владимир Константинович Литвинов
Application granted granted Critical
Publication of RU2726861C1 publication Critical patent/RU2726861C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/08Heating air supply before combustion, e.g. by exhaust gases
    • F02C7/10Heating air supply before combustion, e.g. by exhaust gases by means of regenerative heat-exchangers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

FIELD: machine building.SUBSTANCE: method of gas turbine engine operation, in which air, at least from one compressor, enters the first combustion chamber acting behind the compressor unit, the first turbine acting behind the first combustion chamber, the second combustion chamber acting behind the first turbine, and a second turbine, acting after the second combustion chamber, which is self-igniting, wherein in the compressor stages a cycle is realized, in which atmospheric air is compressed by the multistage cooled downstream compressor to a predetermined pressure, then at the outlet of the last stage of the compressor the air is heated, without mixing in the heat exchanger, with exhaust gases supplied from the turbine, then it is reheated in the combustion chamber, into which fuel is supplied and then through the fixed nozzle device, which forms the specified field of working gas flow rates and is directed to the turbine stage inlet, in which starting from the first and including the penultimate service, before each stage, fuel is supplied through radially directed to the turbine shaft and the units of nozzles fixed on the turbine housing and is uniformly sprayed on the flow section of the turbine in an amount which provides heating of the working gases to a predetermined temperature, said working gas rotating at an angular speed of rotation of the turbine shaft, then successively enters into each stage through rigidly installed on the shaft of the turbine cellular nozzle units, in which, due to geometrical effect, increased component of gas velocity in axial direction relative to turbine shaft and further along working nozzle outlet working gas flows over turbine blade aerodynamic profiles installed on shaft in radial direction, which rotate together with nozzle device and which transmit to said shaft mechanical energy in amount, equal to heat energy received from fuel combustion at the beginning of this stage, which provides rotation of turbine with equal amount of used mechanical energy and added heat energy in stages from fuel combustion in flow of working gas of nozzles supplied by units, installed before entrance to stage, and which maintain preset operating parameters with isothermality coefficient of not less than 0.95, and then working gas enters the last stage, in which without performing heating in the beginning of the stage, final expansion of working gas and lower temperature at the outlet, and then the working gas is directed to the heat exchanger, in which heat exchange is performed between it and the compressed air flow in the compressor, and as specified above, is directed to the heating chamber, and the said working gas is directed further into the atmosphere by closing the cycle.EFFECT: creation of such a gas-turbine engine, in which a process with a thermodynamic cycle is realized, which differs by efficiency from the Carnot isothermal cycle by less than 10 %, which enables to achieve high efficiency close to the Carnot cycle.14 cl, 8 dwg

Description

Техническое решение относится к газотурбинным двигателям непрерывного горения по открытой схеме на высококалорийных газотурбинных топливах. Может быть использовано в транспортных установках, энергетических установках и газоперекачивающих агрегатах.The technical solution relates to continuous combustion gas turbine engines in an open circuit on high-calorific gas turbine fuels. It can be used in transport plants, power plants and gas pumping units.

Известен патент Украины на изобретение №73660, опубликованный 15.08.2005 года, индекс МПК F02C 7/08, в котором описан способ повышения термического коэффициента полезного действия цикла газотурбинной установки, который заключается в том, что воздух перед камерой сгорания подвергают регенеративному подогреву с помощью газов отработавших в турбине, причем, газы после расширения в турбине высокого давления используют для регенеративного подогрева воздуха, а затем расширяют в турбине низкого давления.Known Ukrainian patent for invention No. 73660, published on August 15, 2005, IPC index F02C 7/08, which describes a method for increasing the thermal efficiency of the cycle of a gas turbine plant, which consists in the fact that the air in front of the combustion chamber is subjected to regenerative heating using gases exhaust in the turbine, and the gases after expansion in the high-pressure turbine are used for regenerative heating of air, and then expanded in the low-pressure turbine.

Недостатками является то, что из приведенных в патенте №73660 авторами диаграмм предложенного цикла, следует, что предложение авторов однозначно приводит к снижению полезной работы и к увеличению затрат. Первое отмечают сами авторы, а второе видно из элементарной термодинамики, где расходы определяются как площадь под нижней ломаной линией цикла. Поэтому данное предложение ведет только к снижению эффективности.The disadvantages are that from the diagrams of the proposed cycle given in patent No. 73660 by the authors, it follows that the authors' proposal unambiguously leads to a decrease in useful work and to an increase in costs. The first is noted by the authors themselves, and the second is evident from elementary thermodynamics, where the flow rates are defined as the area under the lower broken line of the cycle. Therefore, this proposal only leads to a decrease in efficiency.

Известен способ повышения эффективности работы многоступенчатого осевого компрессора описанный в патенте Российской Федерации №2529289, опубликованном 27.09.2014 года, индексы МПК: F04D 29/58; F04C 7/143; F02C 3/30 в соответствии с которым выполняется повышение эффективности работы осевого многоступенчатого компрессора путем впрыска воды, причем, воду в воздушный поток подают через калиброванные выпускные каналы, выполненные на поверхности лопаток направляющего аппарата, при этом впрыск воды проводят при температуре насыщения, соответствующей сумме локального давления и перепада давления в указанных выпускных каналах, причем впрыск воды начинают проводить в ступенях компрессора, где температура среды становится выше температуры насыщения воды при локальном давлении в ступенях компрессора.A known method for increasing the efficiency of a multistage axial compressor described in the patent of the Russian Federation No. 2529289, published on September 27, 2014, IPC indices: F04D 29/58; F04C 7/143; F02C 3/30, according to which the efficiency of the axial multistage compressor is increased by water injection, moreover, water is supplied to the air flow through calibrated outlet channels made on the surface of the guide vanes blades, while water injection is carried out at a saturation temperature corresponding to the sum of the local pressure and differential pressure in said outlet channels, and water injection begins in the compressor stages, where the temperature of the medium becomes higher than the saturation temperature of water at the local pressure in the compressor stages.

Воду в воздушный поток подают через калиброванные выпускные каналы, выполненные с возможностью обеспечения безотрывного течения воды и потока воздуха, причем количество выпускных каналов и размеры их проходных сечений выбираются из условия равномерного распределения концентрации воды по высоте лопаток.Water is supplied to the air flow through calibrated outlet channels made with the possibility of providing uninterrupted water flow and air flow, and the number of outlet channels and the sizes of their flow cross-sections are selected from the condition of uniform distribution of water concentration along the height of the blades.

В патенте Российской Федерации №2529289, недостатками является то, что охлаждение воздуха начинается не с первой ступени, а с седьмой, восьмой, а это влечет за собой значительное увеличение энергозатрат, а значит и снижение эффективности. Предложенный к использованию в предлагаемом цикле компрессор представляет собой ряд последовательно соединенных общеизвестных по конструкции центробежных ступеней установленных на общем валу, каждая из которых состоит из вращающегося колеса с осевым входом и периферийным выходом, неподвижной относительно корпуса улиткой с диффузорно установленными профилями.In the patent of the Russian Federation No. 2529289, the disadvantages are that air cooling does not begin from the first stage, but from the seventh, eighth, and this entails a significant increase in energy consumption, and hence a decrease in efficiency. The compressor proposed for use in the proposed cycle is a series of well-known centrifugal stages connected in series, mounted on a common shaft, each of which consists of a rotating wheel with an axial inlet and a peripheral outlet, a scroll stationary relative to the housing with diffuser-mounted profiles.

В первом выполняется разгон воздуха за счет вращения крыльчатки в результате приложения к ней посторонней механической силы через вал компрессора, а во втором, при прохождении диффузорных каналов, воздух адиабатически сжимается с выделением тепла, то есть с нагревом. В отличие от известных, в нашем варианте в каждой ступени между выходом из предыдущей и осевым входом в следующую установлен теплообменник в котором сжатый воздух охлаждается до температуры равной температуре воздуха на входе в предыдущую ступень на нашей диаграмме (рис. 1) это показано в виде изобары с падающей температурой в промежутке, который соединяет выход из предыдущей степени со входом в следующую.In the first, the air is accelerated due to the rotation of the impeller as a result of the application of an external mechanical force to it through the compressor shaft, and in the second, when the diffuser channels pass, the air is adiabatically compressed with the release of heat, that is, with heating. In contrast to the known ones, in our version, in each stage between the outlet from the previous one and the axial inlet to the next, a heat exchanger is installed in which the compressed air is cooled to a temperature equal to the temperature of the air at the inlet to the previous stage in our diagram (Fig. 1) this is shown as an isobar with a falling temperature in the gap, which connects the exit from the previous degree with the entrance to the next.

Такой способ построения компрессора обеспечивает максимальную эффективность, то есть минимальные потери механический энергии и соответственно с востребованным минимальным количеством тепла, которое необходимо отвести от компрессора. В известном компрессоре бездействует принцип аддитивности, то есть количество тепла отведенного от двух последовательно соединенных ступеней с охлаждением только после второй ступени всегда больше количества тепла отведенного от каждой из двух ступеней охлаждаемых поступенчато.This method of constructing a compressor ensures maximum efficiency, that is, minimum losses of mechanical energy and, accordingly, with the required minimum amount of heat that must be removed from the compressor. In the known compressor, the additivity principle is inactive, that is, the amount of heat removed from two series-connected stages with cooling only after the second stage is always greater than the amount of heat removed from each of the two stages cooled in stages.

Наиболее близкой является газотурбинная установка и способ ее эксплуатации, описанный в патенте Российской Федерации №2137935, который опубликован 20.09.1999 р., индекс МПК F02C 3/14 и выбран, как прототип способа.The closest is the gas turbine unit and the method of its operation, described in the patent of the Russian Federation No. 2137935, which was published on September 20, 1999, the IPC index F02C 3/14 and is selected as a prototype of the method.

Газотурбинная установка, содержит состоящий, по меньшей мере из одного компрессора компрессорный узел, первую камеру сгорания, действующую за компрессорным узлом, первую турбину, действующую за первой камерой сгорания, вторую камеру сгорания, действующую за первой турбиной, вторую турбину, действующую за второй камерой сгорания, причем первая и вторая камеры сгорания имеют кольцеобразную конфигурацию, причем, вторая камера сгорания выполнена в виде самовоспламеняющейся камеры сгорания, оборудованной завихрителями.A gas turbine plant contains a compressor unit consisting of at least one compressor, a first combustion chamber acting after the compressor unit, a first turbine acting after the first combustion chamber, a second combustion chamber acting after the first turbine, a second turbine acting after the second combustion chamber , and the first and second combustion chambers have an annular configuration, moreover, the second combustion chamber is made in the form of a self-igniting combustion chamber equipped with swirlers.

Компрессорный узел содержит два компрессора, взаимодействующих с промежуточным охладителем.The compressor unit contains two compressors interacting with an intercooler.

Перед второй камерой сгорания установлен диффузор.A diffuser is installed in front of the second combustion chamber.

Завихрители во второй камере сгорания снабжены поверхностью со стороны стекания, в основном радиальной к стенке камеры сгорания.The swirlers in the second combustion chamber are provided with a surface on the downstream side, generally radial to the wall of the combustion chamber.

Завихрителями во вторую камеру сгорания впрыскивается главное топливо. Сливное топливо впрыскивается через топливные форсунки, при этом топливные форсунки установлены по окружности второй камеры сгорания.The main fuel is injected into the second combustion chamber by swirlers. The waste fuel is injected through the fuel injectors, with the fuel injectors positioned around the circumference of the second combustion chamber.

Первая камера сгорания выполнена с возможностью эксплуатации с горелками с предварительным смешиванием.The first combustion chamber is adapted to operate with premix burners.

Лопаточные машины установлены на общем валу ротора. Вал ротора опирается на два подшипника.The blades are mounted on a common rotor shaft. The rotor shaft is supported by two bearings.

Первая камера сгорания и вторая камера сгорания выполнены кольцеобразными. Кольцеобразная конфигурация выполнена в виде множества отдельных камер сгорания, расположенных вокруг вала ротора.The first combustion chamber and the second combustion chamber are annular. The annular configuration is made in the form of a plurality of separate combustion chambers located around the rotor shaft.

Способ эксплуатации газотурбинной установки, содержащей состоящий, по меньшей мере, из одного компрессора компрессорный узел, первую камеру сгорания, действующую за компрессорным узлом, первую турбину, действующую за первой камерой, вторую камеру сгорания, действующую за первой турбиной, и вторую турбину, действующую за второй камерой сгорания, причем, расширение горячих газов в первой турбине уменьшают настолько, что эти частично расширенные горячие газы попадают в установленную за ней действующую перед второй турбиной вторую камеру сгорания с температурой выше температуры самовоспламенения впрыснутого в нее главного топлива, при этом горячие газы завихряют во второй камере сгорания.A method of operating a gas turbine plant containing a compressor unit consisting of at least one compressor, a first combustion chamber acting after the compressor unit, a first turbine acting after the first chamber, a second combustion chamber acting after the first turbine, and a second turbine acting after the second combustion chamber, moreover, the expansion of hot gases in the first turbine is reduced to such an extent that these partially expanded hot gases enter the second combustion chamber installed downstream of the second turbine with a temperature higher than the autoignition temperature of the main fuel injected into it, while the hot gases swirl into the second combustion chamber.

Частично расширенные горячие газы имеют во второй камере сгорания среднюю скорость >60 м/с.The partially expanded hot gases have an average velocity of> 60 m / s in the second combustion chamber.

Предусматривают вспомогательные меры, которые обеспечивают самовоспламенение во второй камере сгорания также в том случае, когда должно установиться изменение температуры газов в зоне впрыска топлива.Provide auxiliary measures that ensure self-ignition in the second combustion chamber also in the case when a change in the temperature of the gases in the fuel injection zone should be established.

Отработавшие газы из второй турбины используют в паровом контуре.The exhaust gases from the second turbine are used in the steam loop.

Недостатками является то, что газотурбинная установка (дальше ГТУ) по патенту имеет более высокую удельную мощность и только на 1-3% ее коэффициент полезного действия (дальше КПД) выше известных. Однако, в патенте отсутствуют данные которые показывают замкнутый термодинамический цикл эффективность которого и есть КПД ГТУ. Для специалистов является понятным то, что промежуточное нагревание между степенями турбины приводит к повышению температуры рабочих газов на выходе, но это, в свою очередь, нуждается в дополнительных мероприятиях для сокращения потерь тепла в цикле для сохранения высокого КПД.The disadvantages are that the gas turbine plant (further GTU) under the patent has a higher specific power and only 1-3% of its efficiency (further efficiency) is higher than the known ones. However, the patent lacks data that show a closed thermodynamic cycle, the efficiency of which is the efficiency of a gas turbine. For specialists, it is clear that intermediate heating between the stages of the turbine leads to an increase in the temperature of the working gases at the outlet, but this, in turn, requires additional measures to reduce heat losses in the cycle to maintain high efficiency.

Из приведенных в описании данных следует, что нагрев рабочего газа осуществляется между первой и второй ступенями турбины классической конструкции с адиабатическим расширением, то есть с отношением давления на входе и выходе равным от 2 до 3. А это, в свою очередь, требует достаточно больших затрат горючего для восстановления температуры до уровня на входе в первую ступень и соответственно ведет к значительному загромождению проточной части между ступенями конструкциями, которые обеспечивают надежную подачу горючего и надежное эффективное сгорание в потоке рабочего газа, с условием равномерности нагревания по всему поперечному сечению, но это приводит к повышению потерь в турбине, и дает основание сомневаться в утверждениях авторов о повышении КПД. В то же время, повышение удельной мощности при неизменном КПД не является новым полезным решением, так как это достигается простым повышением расхода воздуха, при котором происходит повышение КПД на 2-5% за счет улучшения гидродинамики проточной части, что известно и проверено на существующих традиционных ГТУ.From the data given in the description, it follows that the heating of the working gas is carried out between the first and second stages of a turbine of a classical design with adiabatic expansion, that is, with a pressure ratio at the inlet and outlet equal to from 2 to 3. And this, in turn, requires rather high costs fuel to restore the temperature to the level at the inlet to the first stage and, accordingly, leads to significant blocking of the flow path between the stages of structures that provide reliable fuel supply and reliable efficient combustion in the working gas flow, with the condition of uniform heating over the entire cross section, but this leads to increase in losses in the turbine, and gives reason to doubt the statements of the authors about the increase in efficiency. At the same time, an increase in the specific power with a constant efficiency is not a new useful solution, since this is achieved by a simple increase in the air flow rate, at which the efficiency is increased by 2-5% due to the improvement of the hydrodynamics of the flow path, which is known and tested on existing traditional GTU.

Общими существенными признаками является то, что обеспечен способ работы газотурбинного двигателя в котором воздух, по меньшей мере из одного компрессора, поступает в первую камеру сгорания, действующую за компрессорным узлом, первую турбину, действующую за первой камерой сгорания, вторую камеру сгорания, действующую за первой турбиной, и вторую турбину, действующую за второй камерой сгорания, что самовоспламеняется.The general essential features are that a method of operation of a gas turbine engine is provided in which air from at least one compressor enters the first combustion chamber acting after the compressor unit, the first turbine acting after the first combustion chamber, the second combustion chamber acting after the first turbine, and a second turbine operating behind the second combustion chamber, which ignites spontaneously.

Техническим результатом предлагаемого способа работы газотурбинного двигателя является создание такого газотурбинного двигателя, в котором реализован процесс с термодинамическим циклом, который отличается по эффективности от изотермического цикла Карно менее чем на 10%, что дает возможность достижения высокого КПД близкого к циклу Карно.The technical result of the proposed method of operating a gas turbine engine is the creation of such a gas turbine engine, which implements a process with a thermodynamic cycle, which differs in efficiency from the isothermal Carnot cycle by less than 10%, which makes it possible to achieve high efficiency close to the Carnot cycle.

Существенными признаками является то, что способ работы газотурбинного двигателя в котором воздух, по меньшей мере из одного компрессора, поступает в первую камеру сгорания, действующую за компрессорным узлом, первую турбину, действующую за первой камерой сгорания, вторую камеру сгорания, действующую за первой турбиной, и вторую турбину, действующую за второй камерой сгорания, которая самовоспламеняется, причем, в ступенях компрессора реализован цикл в котором атмосферный воздух сжимается многоступенчатым охлаждаемым поступенчато компрессором до заданного давления, далее на выходе из последней ступени компрессора воздух нагревается, не смешиваясь в теплообменнике, выхлопными газами, подаваемыми из турбины, затем догревается в камере сгорания, в которую поступает топливо и далее через неподвижный сопловой аппарат, который формирует заданное поле скоростей потока рабочего газа и направляется на вход в ступени турбины, в которых, начиная с первой и включая предпоследнюю ступени, перед каждой ступенью подается топливо, через радиально направленные к валу турбины и неподвижно установленные на корпусе турбины блоки форсунок и распыляется равномерно по сечению проточной части турбины в количестве, обеспечивающем догрев рабочих газов до заданной температуры, указанный рабочий газ, вращаясь с угловой скоростью вращения вала турбины, далее поступает последовательно в каждую ступень через жестко установленные на валу турбины сотовые сопловые аппараты, в которых, вследствии геометрического воздействия, происходит увеличение составляющей скорости движения газа в осевом, по отношению к валу турбины направлении и дальше по выходу из соплового аппарата рабочий газ обтекает аэродинамические профили лопаток турбины, установленных на валу в радиальном направлении, которые вращаются вместе с сопловым аппаратом и которые передают на указанный вал механическую энергию в количестве равном тепловой энергии полученной от сгорания топлива в начале данной ступени, что обеспечивает вращение турбины, с равным количеством использованной механической энергии и добавленной тепловой энергии в ступенях от сгорания топлива в потоке рабочего газа поданного блоками форсунок, установленных перед входом в ступень, и которые поддерживают заданные параметры работы с коэффициентом изотермичности не хуже 0,95, а дальше рабочий газ поступает в последнюю ступень, в которой, без выполнения подогрева в начале ступени, выполняется окончательное расширение рабочего газа и снижение температуры на выходе, а затем рабочий газ направляется в теплообменник в котором выполняется теплообмен между ним и потоком сжатого в компрессоре воздуха, и как указано выше, направляется в камеру догрева, а указанный рабочий газ направляется дальше в атмосферу замыкая цикл.The essential features are that the method of operation of a gas turbine engine in which air from at least one compressor enters the first combustion chamber, acting after the compressor unit, the first turbine, acting after the first combustion chamber, the second combustion chamber, acting after the first turbine, and a second turbine, acting behind the second combustion chamber, which self-ignites, and, in the compressor stages, a cycle is implemented in which atmospheric air is compressed by a multistage cooled step-by-step compressor to a predetermined pressure, then at the outlet of the last compressor stage the air is heated without mixing in the heat exchanger with exhaust gases supplied from the turbine, then heats up in the combustion chamber, into which the fuel enters and then through a stationary nozzle apparatus, which forms a predetermined field of working gas flow velocities and is directed to the entrance to the turbine stages, in which, starting from the first and including the penultimate stage, before every in the next stage, fuel is supplied through the nozzle blocks radially directed to the turbine shaft and fixedly mounted on the turbine housing and is sprayed evenly over the section of the turbine flow path in an amount that provides heating of the working gases to a predetermined temperature, the specified working gas, rotating at the angular speed of rotation of the turbine shaft, then it enters successively into each stage through honeycomb nozzle devices rigidly mounted on the turbine shaft, in which, due to the geometric effect, the gas velocity component increases in the axial direction with respect to the turbine shaft and further downstream from the nozzle device, the working gas flows around the aerodynamic profiles turbine blades mounted on the shaft in the radial direction, which rotate together with the nozzle apparatus and which transfer to the specified shaft mechanical energy in an amount equal to the thermal energy obtained from fuel combustion at the beginning of this stage, which ensures the rotation of the ribs, with an equal amount of used mechanical energy and added thermal energy in the stages from fuel combustion in the flow of the working gas supplied by the injector blocks installed in front of the entrance to the stage, and which maintain the specified operating parameters with an isothermal coefficient of at least 0.95, and then the working gas enters the last stage, in which, without performing preheating at the beginning of the stage, the final expansion of the working gas and a decrease in the outlet temperature are performed, and then the working gas is directed to the heat exchanger in which heat exchange is carried out between it and the compressed air stream in the compressor, and as indicated above , is directed to the heating chamber, and the specified working gas is directed further into the atmosphere, closing the cycle.

Количество тепловой энергии, подаваемой сгоранием топлива от каждого блока форсунок перед ступенями задается с учетом равенства соответствующих температур во всех ступенях изотермической части турбины с отклонением соответствующих температур от рассчитанных с точностью от 0,5% до 1%.The amount of thermal energy supplied by the combustion of fuel from each block of injectors before the stages is set taking into account the equality of the corresponding temperatures in all stages of the isothermal part of the turbine with the deviation of the corresponding temperatures from the calculated ones with an accuracy of 0.5% to 1%.

Перепад давления на каждой ступени компрессора и количество отведенной от сжатого воздуха тепловой энергии в каждой ступени находятся в величинах обеспечивающих равенство соответствующих температур на входе и выходе в каждой ступени с отклонением от 0 5% до 1% за исключением первой, в которой температура на входе определяется температурой внешней среды.The pressure drop at each compressor stage and the amount of thermal energy removed from the compressed air in each stage are in values that ensure the equality of the corresponding inlet and outlet temperatures in each stage with a deviation from 0 5% to 1%, except for the first, in which the inlet temperature is determined ambient temperature.

Отношение давления на входе к давлению на выходе каждой работающей с подогревом каждой ступени изотермической части турбины от_1,05 до 1,35 при одинаковом коэффициенте изотермичности, а в конечной ступени, с адиабатным расширением, не более 3.The ratio of the pressure at the inlet to the pressure at the outlet of each isothermal part of the turbine operating with heating from_1.05 to 1.35 with the same isothermal coefficient, and in the final stage, with adiabatic expansion, not more than 3.

В блоках форсунок через систему каналов смешивают распыленное топливо с рабочими газами турбины с образованием богатой топливной смеси внутри обтекателей блока форсунок, и осуществляется подача полученной топливной смеси к задней кромке профиля обтекателя блока форсунок, в которых полученная топливная смесь распределяется в объемах прямо пропорциональных расстоянию от оси вала, с возможностью обеспечения равномерного распыления по сечению проточной полости турбины, самовоспламеняется и поступает в проточную часть каждой ступени изотермической части турбины работающих с подогревом.In the injector blocks, sprayed fuel is mixed with the working gases of the turbine through a system of channels to form a rich fuel mixture inside the fairings of the injector block, and the resulting fuel mixture is fed to the trailing edge of the fairing profile of the injector block, in which the resulting fuel mixture is distributed in volumes directly proportional to the distance from the axis shaft, with the ability to ensure uniform spraying over the section of the turbine flow cavity, self-ignites and enters the flow path of each stage of the isothermal turbine part operating with heating.

Отличительными существенными признаками действительными во всех случаях, является то, что в ступенях компрессора реализован цикл в котором атмосферный воздух сжимается многоступенчатым охлаждаемым бесступенчато компрессором до заданного давления, далее на выходе из последней ступени компрессора воздух нагревается, не смешиваясь в теплообменнике, выхлопными газами, подаваемыми из турбины, затем догребается в камере сгорания, в которую поступает топливо и далее через неподвижный сопловой аппарат в котором формируется заданное поле скоростей потока рабочего газа и направляется на вход в ступени турбины, в которых, начиная с первой и включая предпоследнюю ступени, перед каждой ступенью подается топливо, через радиально направленные к валу турбины и неподвижно установленные на корпусе турбины блоки форсунок и распыляется равномерно по сечению проточной части турбины в количестве, обеспечивающем догрев рабочих газов до заданной температуры, указанный рабочий газ, вращаясь с угловой скоростью вращения вала турбины, далее поступает последовательно в каждую ступень через жестко установленные на валу турбины сотовые сопловые аппараты, в которых, вследствии геометрического воздействия, происходит увеличение составляющей скорости движения газа в осевом, по отношению к валу турбины направлении и дальше по выходу из соплового аппарата рабочий газ обтекает аэродинамические профили лопаток турбины, установленных на валу в радиальном направлении, которые вращаются вместе с сопловым аппаратом и которые передают на указанный вал механическую энергию в количестве равном тепловой энергии полученной от сгорания топлива в начале данной ступени, что обеспечивает вращение турбины, с равным количеством использованной механической энергии и добавленной тепловой энергии в ступенях от сгорания топлива в потоке рабочего газа поданного блоками форсунок, установленных перед входом в ступень, и которые поддерживают заданные параметры работы с коэффициентом изотермичности не хуже 0,95, а дальше рабочий газ поступает в последнюю ступень, в которой, без выполнения подогрева в начале ступени, выполняется окончательное расширение рабочего газа и снижение температуры на выходе, а затем рабочий газ направляется в теплообменник, в котором выполняется теплообмен между ним и потоком сжатого в компрессоре воздуха, и как указано выше, направляется в камеру догрева, а указанный рабочий газ направляется дальше в атмосферу замыкая цикл.Distinctive essential features valid in all cases are that a cycle is implemented in the compressor stages in which atmospheric air is compressed by a multistage cooled infinitely variable compressor to a predetermined pressure, then at the outlet of the last compressor stage the air is heated without mixing in the heat exchanger by exhaust gases supplied from turbine, then it is added to the combustion chamber, into which fuel enters and then through a stationary nozzle apparatus in which a given field of working gas flow velocities is formed and directed to the entrance to the turbine stages, in which, starting with the first and including the penultimate stage, before each stage, fuel through the nozzle blocks radially directed to the turbine shaft and fixedly mounted on the turbine housing and is sprayed uniformly over the section of the turbine flow path in an amount that provides heating of the working gases to a predetermined temperature, the specified working gas rotating at an angular velocity rotation of the turbine shaft, then enters successively into each stage through the honeycomb nozzle devices rigidly mounted on the turbine shaft, in which, due to the geometric effect, the component of the gas velocity increases in the axial direction with respect to the turbine shaft and further downstream from the nozzle apparatus gas flows around the aerodynamic profiles of the turbine blades mounted on the shaft in the radial direction, which rotate together with the nozzle apparatus and which transfer to the specified shaft mechanical energy in an amount equal to the thermal energy obtained from fuel combustion at the beginning of this stage, which ensures the rotation of the turbine, with an equal amount used mechanical energy and added thermal energy in the stages from fuel combustion in the flow of working gas supplied by the injector blocks installed in front of the inlet to the stage and which maintain the specified operating parameters with an isothermal coefficient of at least 0.95, and then the gas enters the last stage, in which, without heating at the beginning of the stage, the final expansion of the working gas and a decrease in the outlet temperature are carried out, and then the working gas is directed to the heat exchanger, in which heat exchange is carried out between it and the compressed air stream in the compressor, and as indicated above, it is directed to the reheating chamber, and the specified working gas is directed further into the atmosphere, closing the cycle.

Отличительными существенными признаками действительными в отдельных случаях является то, что количество тепловой энергии, подаваемой сгоранием топлива от каждого блока форсунок перед ступенями задается с учетом равенства соответствующих температур во всех ступенях изотермической части турбины с отклонением соответствующих температур от рассчитанных с точностью от 0,5% до 1%.Distinctive essential features valid in some cases is that the amount of thermal energy supplied by the combustion of fuel from each block of nozzles in front of the stages is set taking into account the equality of the corresponding temperatures in all stages of the isothermal part of the turbine with a deviation of the corresponding temperatures from the calculated ones with an accuracy of 0.5% to 1%.

Перепад давления на каждой ступени компрессора и количество отведенной от сжатого воздуха тепловой энергии в каждой ступени находятся в величинах обеспечивающих равенство соответствующих температур на входе и выходе в каждой ступени с отклонением от 0,5% до 1% за исключением первой, в которой температура на входе определяется температурой внешней среды.The pressure drop at each compressor stage and the amount of thermal energy removed from the compressed air in each stage are in values that ensure the equality of the corresponding inlet and outlet temperatures in each stage with a deviation from 0.5% to 1%, except for the first, in which the inlet temperature determined by the ambient temperature.

Отношение давления на входе к давлению на выходе каждой ступени изотермической части турбины от 1,05 до 1,35 при одинаковом коэффициенте изотермичности, а в конечной ступени, с адиабатным расширением, не более 3.The ratio of the inlet pressure to the outlet pressure of each stage of the isothermal part of the turbine is from 1.05 to 1.35 with the same isothermal coefficient, and in the final stage, with adiabatic expansion, no more than 3.

В блоках форсунок через систему каналов смешивают распыленное топливо с рабочими газами турбины с образованием богатой топливной смеси внутри обтекателей блока форсунок, и осуществляется подача полученной топливной смеси к задней кромке профиля обтекателя блока форсунок, в которых полученная топливная смесь распределяется в объемах прямо пропорциональных расстоянию от оси вала, с возможностью обеспечения равномерного распыления по сечению проточной полости турбины, самовоспламеняется и поступает в проточную часть каждой ступени изотермической части турбины.In the injector blocks, sprayed fuel is mixed with the working gases of the turbine through a system of channels to form a rich fuel mixture inside the fairings of the injector block, and the resulting fuel mixture is fed to the trailing edge of the fairing profile of the injector block, in which the resulting fuel mixture is distributed in volumes directly proportional to the distance from the axis shaft, with the ability to ensure uniform spraying over the section of the turbine flow cavity, self-ignites and enters the flow path of each stage of the isothermal part of the turbine.

Известна конструкция описанная в патенте Украины на изобретение №103413 опубликованном 10.10.2013 году, индекс МПК F02C 3/36, F02C 3/14, F02K 3/02.The known design is described in the patent of Ukraine for invention No. 103413 published on 10.10.2013, IPC index F02C 3/36, F02C 3/14, F02K 3/02.

Известный газотурбинный двигатель содержит, по крайней мере, компрессор низкого давления, компрессор высокого давления с турбиной высокого давления, расположенную между ними камеру сгорания высокого давления с устройством подачи топлива, камеру сгорания низкого давления с устройством подачи топлива, и выполнен с возможностью обвода части рабочего тела между выходом компрессора низкого давления мимо компрессора высокого давления, камеру сгорания высокого давления, турбину высокого давления, и входом в ступени турбины соответствующего низкого давления, непосредственно или через камеру сгорание низкого давления, со свободным протеканием и свободным перераспределением массовых расходов между обоими потоками рабочего тела, выход камеры сгорания низкого давления подключен к входу упомянутой ступени турбины соответствующего низкого давления, причем, обвод части рабочего тела возможен только в одном направлении - от компрессора к турбине.The known gas turbine engine contains at least a low-pressure compressor, a high-pressure compressor with a high-pressure turbine, a high-pressure combustion chamber with a fuel supply device located between them, a low-pressure combustion chamber with a fuel supply device, and is configured to bypass a part of the working fluid between the outlet of the low-pressure compressor past the high-pressure compressor, the high-pressure combustion chamber, the high-pressure turbine, and the entrance to the turbine stages of the corresponding low-pressure, directly or through the low-pressure combustion chamber, with free flow and free redistribution of mass flow rates between both streams of the working fluid, the outlet of the low-pressure combustion chamber is connected to the inlet of the said stage of the corresponding low-pressure turbine, moreover, bypassing a part of the working fluid is possible only in one direction - from the compressor to the turbine.

Компрессор низкого давления, компрессор высокого давления, турбина высокого давления и турбина низкого давления выполнены на одном валу, или компрессор низкого давления и турбина низкого давления выполнены на одном валу, а компрессор высокого давления и турбина высокого давления выполнены на другом валу.The low-pressure compressor, the high-pressure compressor, the high-pressure turbine and the low-pressure turbine are made on the same shaft, or the low-pressure compressor and the low-pressure turbine are made on the same shaft, and the high-pressure compressor and the high-pressure turbine are made on the other shaft.

Обвод части рабочего тела только в одном направлении осуществлен с помощью самодействующих створок, которые препятствуют движению рабочего тела в направлении от турбины к компрессору и открывают обводный канал при движении рабочего тела в направлении от компрессора к турбине.The bypass of a part of the working fluid in only one direction is carried out with the help of self-acting flaps, which prevent the movement of the working fluid in the direction from the turbine to the compressor and open the bypass channel when the working fluid moves in the direction from the compressor to the turbine.

Вход камеры сгорания низкого давления подключен к выходу компрессора низкого давления.The inlet of the low pressure combustion chamber is connected to the outlet of the low pressure compressor.

Камера сгорания низкого давления размещена между ступенями турбины низкого давления, выход компрессора низкого давления соединен непосредственно со входом упомянутой ступени турбины соответствующего низкого давления.The low pressure combustion chamber is located between the stages of the low pressure turbine, the outlet of the low pressure compressor is connected directly to the inlet of the said stage of the corresponding low pressure turbine.

Камера сгорания низкого давления размещена между ступенями турбины низкого давления, вход камеры сгорания низкого давления также подключен к выходу компрессора низкого давления.The low pressure combustion chamber is located between the stages of the low pressure turbine, the inlet of the low pressure combustion chamber is also connected to the outlet of the low pressure compressor.

Недостатками является то, что авторы предлагают техническое решение по газотурбинному двигателю в котором ступенчато при разной массе происходит процесс сгорания горючего с теплотой сгорания 43000 кдж/кг и расширения рабочих газов с производством внешней работы. При этом перед первом ступенью стехиометрический коэффициент около 3, а перед последней около 1 и выхлопные газы из двигателя имеют температуру 1000°К. Авторы утверждают, что при этом КПД достигает 80%.The disadvantages are that the authors propose a technical solution for a gas turbine engine in which the process of fuel combustion with a heat of combustion of 43,000 kJ / kg and expansion of working gases with the production of external work occurs in a stepwise manner with different mass. In this case, before the first stage, the stoichiometric coefficient is about 3, and before the last stage, about 1, and the exhaust gases from the engine have a temperature of 1000 ° K. The authors claim that the efficiency reaches 80%.

Из выше сказанного следует, что в предложенном газотурбинном двигателе удельная мощность на валу турбины на единицу расхода выхлопного газа должна быть не менее 3-4 Мвт, что даже при 2000°К требует нереально высокого давления. Из этого следует, что в данном случае утверждение о ее работоспособности и тем больше какой-то эффективности некорректно.From the above, it follows that in the proposed gas turbine engine, the specific power on the turbine shaft per unit of exhaust gas consumption must be at least 3-4 MW, which even at 2000 ° K requires an unrealistically high pressure. It follows from this that in this case, the statement about its performance and the more any efficiency is incorrect.

Наиболее близким по конструкции, является известный патент Российской Федерации №2531110 на газотурбинную установку, которая содержит лопатки-форсунки, опубликованный 10.01.2012 в бюл. №1, МПК F02C 3/14, F23R 3/30.The closest in design is the well-known patent of the Russian Federation No. 2531110 for a gas turbine installation, which contains nozzle blades, published 01/10/2012 in bull. No. 1, IPC F02C 3/14, F23R 3/30.

Газотурбинная установка, содержит компрессор, выполненный с возможностью приема и сжатия рабочей текучей среды, камеру сгорания, выполненную с возможностью приема сжатой рабочей текучей среды из компрессора и топлива, и с возможностью сжигания смеси сжатой рабочей текучей среды и топлива с образованием выхлопного газа, и турбину, имеющую первую секцию и вторую секцию и выполненную с возможностью приема выхлопного газа из камеры сгорания и использования его для вращения вала, при этом между первой и второй секциями турбины расположено кольцевое устройство сгорания для вторичного подогрева, которое содержит лопатку-форсунку для предварительного смешивания, выполненную с возможностью смешивания воздуха и топлива с созданием воздушно-топливной смеси и с возможностью введения этой смеси в выхлопной газ, поступающий из первой секции турбины.The gas turbine unit contains a compressor configured to receive and compress a working fluid, a combustion chamber configured to receive a compressed working fluid from the compressor and fuel, and to burn a mixture of compressed working fluid and fuel to form exhaust gas, and a turbine having a first section and a second section and configured to receive exhaust gas from the combustion chamber and use it to rotate the shaft, while an annular combustion device for reheating is located between the first and second sections of the turbine, which contains a pre-mixing nozzle blade made with the possibility of mixing air and fuel with the creation of an air-fuel mixture and with the possibility of introducing this mixture into the exhaust gas coming from the first section of the turbine.

Указанное кольцевое устройство сгорания содержит кольцевой канал, имеющий внутреннюю кольцевую стенку, наружную кольцевую стенку и первую и вторую стенки внутренней части, расположенные между внутренней кольцевой стенкой и наружной кольцевой стенкой, причем указанная лопатка-форсунка удерживается на месте наружной кольцевой стенкой и первой и второй стенками внутренней части кольцевого канала. Указанная лопатка-форсунка имеет цилиндрическую часть и часть с аэродинамическим профилем. Указанная цилиндрическая часть лопатки-форсунки имеет отверстие для впуска воздуха, предназначенное для приема воздуха из наружного воздуховода, расположенного между наружной кольцевой стенкой и первой стенкой внутренней части кольцевого канала или указанная часть с аэродинамическим профилем лопатки-форсунки имеет отверстие для впуска воздуха, предназначенное для приема воздуха из внутреннего воздуховода, расположенного между внутренней кольцевой стенкой и второй стенкой внутренней части кольцевого канала.Said annular combustion device comprises an annular channel having an inner annular wall, an outer annular wall and the first and second walls of the inner part located between the inner annular wall and the outer annular wall, and the specified nozzle blade is held in place by the outer annular wall and the first and second walls the inner part of the annular channel. The specified blade-nozzle has a cylindrical part and a part with an aerodynamic profile. The specified cylindrical part of the blade-nozzle has an air inlet designed to receive air from the external air duct located between the outer annular wall and the first wall of the inner part of the annular channel or the specified part with the aerodynamic profile of the blade-nozzle has an air intake hole designed to receive air from the inner air duct located between the inner annular wall and the second wall of the inner part of the annular channel.

Указанная лопатка-форсунка на первой боковой стороне части с аэродинамическим профилем имеет первую группу выпускных отверстий, а на второй боковой стороне части с аэродинамическим профилем, противоположной указанной первой боковой стороне, имеет вторую группу выпускных отверстий, причем указанные первая и вторая группы выпускных отверстий предназначены для введения воздушно-топливной смеси в выхлопной газ, поступающий из первой секции турбины.The specified blade-nozzle on the first side side of the aerofoil part has a first group of outlets, and on the second side of the aerofoil part opposite to the specified first side side has a second group of outlets, and the said first and second groups of outlets are intended for introducing an air-fuel mixture into the exhaust gas coming from the first section of the turbine.

Установка, содержащая кольцевое устройство сгорания для вторичного подогрева, выполненное с возможностью размещения между первой и второй секциями турбины газотурбинной установки и содержащее кольцевой канал, имеющий внутреннюю кольцевую стенку, наружную кольцевую стенку и первую и вторую стенки внутренней части, расположенные между внутренней и наружной кольцевыми стенками, и лопатку-форсунку для предварительного смешивания, выполненную с возможностью смешивания воздуха и топлива с созданием воздушно-топливной смеси и с возможностью введения этой смеси в поток выхлопных газов, выходящий из первой секции турбины.Installation containing an annular combustion device for reheating, configured to be placed between the first and second sections of the turbine of a gas turbine plant and containing an annular channel having an inner annular wall, an outer annular wall and first and second walls of the inner part located between the inner and outer annular walls , and a pre-mixing nozzle blade adapted to mix air and fuel to create an air-fuel mixture and to introduce this mixture into the exhaust gas stream leaving the first section of the turbine.

Указанная лопатка-форсунка удерживается на месте наружной кольцевой стенкой, а также первой и второй стенками внутренней части кольцевого канала. Кольцевой канал имеет первое крепежное отверстие, расположенное в первой стенке внутренней части, второе крепежное отверстие, расположенное во второй стенке внутренней части, третье крепежное отверстие, расположенное в наружной кольцевой стенке, первое скользящее кольцевое уплотнение, расположенное в первом крепежном отверстии, и второе скользящее кольцевое уплотнение, расположенное во втором крепежном отверстии, причем указанная лопатка-форсунка удерживается на месте первым скользящим кольцевым уплотнением в первом крепежном отверстии, вторым скользящим кольцевым уплотнением во втором крепежном отверстии и третьим крепежным отверстием.Said vane-nozzle is held in place by the outer annular wall and also by the first and second walls of the inner part of the annular channel. The annular channel has a first fixing hole located in the first wall of the inner part, a second fixing hole located in the second wall of the inner part, a third fixing hole located in the outer annular wall, a first sliding annular seal located in the first fixing hole, and a second sliding annular a seal located in a second mounting hole, said vane-nozzle being held in place by a first sliding O-ring in a first mounting hole, a second sliding O-ring in a second mounting hole, and a third mounting hole.

Указанная лопатка-форсунка имеет цилиндрическую часть и часть с аэродинамическим профилем. Указанная цилиндрическая часть лопатки-форсунки имеет отверстие для впуска воздуха, предназначенное для приема воздуха из наружного воздуховода, расположенного между наружной кольцевой стенкой и первой стенкой внутренней части кольцевого канала. Указанная часть с аэродинамическим профилем лопатки-форсунки имеет внутренний объем по существу трехгранной формы, предназначенный для приема воздуха из наружного воздуховода и расположенный со стороны задней кромки указанной части с аэродинамическим профилем лопатки-форсунки.The specified blade-nozzle has a cylindrical part and a part with an aerodynamic profile. Said cylindrical part of the nozzle blade has an air inlet for receiving air from an external air duct located between the outer annular wall and the first wall of the inner part of the annular channel. The specified part with the aerodynamic profile of the blade-nozzle has an internal volume of a substantially triangular shape, intended for receiving air from the external air duct and located on the side of the trailing edge of the specified part with the aerodynamic profile of the blade-nozzle.

Указанная часть с аэродинамическим профилем лопатки-форсунки имеет отверстие для впуска воздуха, предназначенное для приема воздуха из внутреннего воздуховода, расположенного между внутренней кольцевой стенкой и второй стенкой внутренней части кольцевого канала. Указанная часть с аэродинамическим профилем лопатки-форсунки имеет внутренний объем, предназначенный для приема воздуха из внутреннего воздуховода, причем указанный по существу кольцеобразный внутренний объем расположен со стороны передней кромки указанной части с аэродинамическим профилем лопатки-форсунки.The specified part with the aerodynamic profile of the nozzle blade has an air inlet for receiving air from the internal air duct located between the inner annular wall and the second wall of the inner part of the annular channel. The specified part with the aerodynamic profile of the blade-nozzle has an internal volume intended for receiving air from the internal air duct, and the specified essentially annular internal volume is located on the side of the leading edge of the part with the aerodynamic profile of the blade-nozzle.

Указанная цилиндрическая часть лопатки-форсунки имеет отверстие для подвода топлива, предназначенное для приема топлива. Указанная лопатка-форсунка имеет цилиндрический внутренний объем, предназначенный для приема топлива и расположенный между первым внутренним объемом для воздуха, расположенным со стороны передней кромки указанной лопатки-форсунки, и вторым внутренним объемом для воздуха, расположенным со стороны ее задней кромки.The specified cylindrical part of the nozzle blade has a fuel supply opening for receiving fuel. The specified vane-nozzle has a cylindrical internal volume intended for receiving fuel and located between the first internal volume for air located on the side of the leading edge of the specified vane-nozzle, and the second internal volume for air located on the side of its trailing edge.

Указанная лопатка-форсунка на первой боковой стороне части с аэродинамическим профилем имеет первую группу выпускных отверстий, а на второй боковой стороне части с аэродинамическим профилем, противоположной указанной первой боковой стороне, имеет вторую группу выпускных отверстий, причем указанные первая и вторая группы выпускных отверстий предназначены для введения воздушно-топливной смеси в выхлопной газ, поступающий из камеры сгорания.The specified blade-nozzle on the first side side of the aerofoil part has a first group of outlets, and on the second side of the aerofoil part opposite to the specified first side side has a second group of outlets, and the said first and second groups of outlet openings are intended for introducing an air-fuel mixture into the exhaust gas coming from the combustion chamber.

Установка, содержащая кольцевой канал, имеющий внутреннюю кольцевую стенку и наружную кольцевую стенку, и лопатки-форсунки, выполненные с возможностью смешивания воздуха и топлива с созданием воздушно-топливной смеси и введения этой смеси в центральную камеру, расположенную между внутренней и наружной кольцевыми стенками.Installation containing an annular channel having an inner annular wall and an outer annular wall, and nozzle blades made with the possibility of mixing air and fuel with the creation of an air-fuel mixture and introducing this mixture into the central chamber located between the inner and outer annular walls.

Указанные лопатки-форсунки удерживаются на месте наружной кольцевой стенкой кольцевого канала.These nozzle blades are held in place by the outer annular wall of the annular channel.

Каждая из указанных лопаток-форсунок содержит цилиндрическую часть и часть с аэродинамическим профилем.Each of the specified nozzle blades contains a cylindrical part and a part with an aerodynamic profile.

Недостатками является то, что газотурбинная установка (дальше ГТУ) по патенту прототипу имеет более высокую удельную мощность и на 1-3% ее коэффициент полезного действия (дальше КПД) выше известных. Однако в патенте отсутствуют данные, которые подтверждают замкнутый термодинамический цикл, эффективность которого и есть КПД ГТУ. Для специалистов является понятным то, что промежуточное нагревание между ступенями турбины повышает температуру рабочих газов на выходе, но это, в свою очередь, нуждается в дополнительных мероприятий для сокращения потерь тепла в цикле для сохранения КПД. Из приведенных в описании данных получается, что нагрев рабочего газа осуществляется между первой и второй степенями турбины классической конструкции, то есть с перепадом от 2 до 3 атмосфер.The disadvantages are that the gas turbine unit (further GTU) according to the prototype patent has a higher specific power and its efficiency (further efficiency) is higher by 1-3% than the known ones. However, the patent does not contain data that confirm a closed thermodynamic cycle, the efficiency of which is the efficiency of a gas turbine plant. It is understandable for specialists that intermediate heating between turbine stages increases the temperature of the working gases at the outlet, but this, in turn, requires additional measures to reduce heat losses in the cycle to maintain efficiency. From the data given in the description, it turns out that the heating of the working gas is carried out between the first and second stages of a turbine of a classical design, that is, with a difference from 2 to 3 atmospheres.

А это, в свою очередь, требует достаточно большой затраты горючего для возобновления температуры до уровня на входе в первую ступень и соответственно ведет к необходимости значительно более сложной и громоздкой конструкции в проточной части, которые обеспечивают надежную подачу горючего и надежное эффективное сгорание в потоке рабочего газа, с условием равномерности нагревания по всему поперечному сечению, но это приводит к повышению потерь в турбине, и дает основание сомневаться в утверждениях авторов о повышении КПД. В то же время, повышение удельной мощности при неизменном КПД не является новым полезным решением, так как это досягаемое простым повышением расхода воздуха, при котором происходит повышение КПД на 2-5% за счет улучшения гидродинамики проточной части, что известно и проверено на существующих традиционных ГТУ.And this, in turn, requires a sufficiently large fuel consumption to restore the temperature to the level at the inlet to the first stage and, accordingly, leads to the need for a much more complex and cumbersome design in the flow path, which provide reliable fuel supply and reliable efficient combustion in the working gas flow , with the condition of uniform heating over the entire cross section, but this leads to an increase in losses in the turbine, and gives reason to doubt the authors' statements about the increase in efficiency. At the same time, an increase in the specific power with a constant efficiency is not a new useful solution, since it is achievable by a simple increase in the air flow rate, at which there is an increase in the efficiency by 2-5% due to the improvement of the hydrodynamics of the flow path, which is known and tested on existing traditional GTU.

Очевидно, что подобное разовое введение тепловой энергии, тем более без учета необходимых перепадов давления и температур, а так же потерь в конструкции с классическим построением ступеней турбины не обеспечивает какой-либо значительный рост эффективности.It is obvious that such a one-time introduction of thermal energy, especially without taking into account the necessary pressure and temperature drops, as well as losses in a structure with a classical construction of turbine stages, does not provide any significant increase in efficiency.

Общими существенными признаками является то, что газотурбинный двигатель включает компрессор, выполненный с возможностью приема и сжатия рабочей текучей среды, камеру сгорания, выполненную с возможностью приема сжатой рабочей текучей среды из компрессора и горючего, с возможностью сжигания с образованием рабочего газа, и турбину, которая имеет не менее двух ступеней и выполненную с возможностью приема рабочего газа из камеры сгорания и использования его энергии для вращения вала, при этом между ступенями турбины расположено не менее чем по одному устройству для вторичного подогрева, которые содержат блоки форсунок.The general essential features are that a gas turbine engine includes a compressor configured to receive and compress a working fluid, a combustion chamber configured to receive a compressed working fluid from the compressor and fuel, with the possibility of burning to form a working gas, and a turbine that has at least two stages and is configured to receive the working gas from the combustion chamber and use its energy to rotate the shaft, while at least one device for reheating is located between the turbine stages, which contain injector blocks.

Техническим результатом предлагаемой конструкции газотурбинного двигателя является создание такого газотурбинного двигателя, в котором реализован процесс с термодинамическим циклом, который отличается по эффективности от изотермического цикла Карно менее чем на 10%.The technical result of the proposed design of a gas turbine engine is the creation of such a gas turbine engine, which implements a process with a thermodynamic cycle, which differs in efficiency from the isothermal Carnot cycle by less than 10%.

Существенными признаками является то, что газотурбинный двигатель включает компрессор, выполненный с возможностью приема и сжатия рабочей текучей среды, камеру сгорания, выполненную с возможностью приема сжатой рабочей текучей среды из компрессора и горючего, с возможностью сжигания с образованием рабочего газа, и турбину, которая имеет не менее двух ступеней и выполненную с возможностью приема рабочего газа из камеры сгорания и использования его энергии для вращения вала, при этом между ступенями турбины установлено не менее чем по одному устройству для вторичного подогрева, которые содержат блоки форсунок, причем, в рабочей полости, установлен охлаждаемый поступенчато компрессор, а за компрессором перед основной камерой сгорания догрева установлен теплообменник, а затем в проточной части в ступенях изотермической части ротора турбины, имеющей не менее трех ступеней, на наружной поверхности проточной части корпуса двигателя на входе в каждую ступень установлены радиально направленные блоки топливных форсунок, имеющие в своем внешнем поперечном сечении обтекатели с осесимметричным аэродинамическим профилем, направление продольной хорды которых совпадает с направлением вектора скорости набегающего потока газа и имеют каналы, с возможностью подачи богатой топливной смеси через отверстия в задней части профиля, а дальше в осевом направлении после каждого блока форсунок установлены ступени изотермической части турбины, включающие жестко закрепленные на валу в каждой ступени сотовые сопловые аппараты и за ними не менее одного ряда лопаток турбины, далее за ступенями изотермической части турбины, установлена не менее чем одна ступень турбины, с возможностью обеспечения адиабатного расширения рабочего газа, выход которой направлен в теплообменник нагрева воздуха после компрессора перед камерами догрева за счет тепловой энергии выхлопных газов турбины.The essential features are that a gas turbine engine includes a compressor configured to receive and compress a working fluid, a combustion chamber configured to receive a compressed working fluid from the compressor and fuel, with the possibility of burning to form a working gas, and a turbine that has at least two stages and configured to receive the working gas from the combustion chamber and use its energy to rotate the shaft, while at least one device for reheating is installed between the turbine stages, which contain nozzle blocks, and, in the working cavity, is installed a compressor cooled in stages, and a heat exchanger is installed behind the compressor in front of the main combustion chamber of reheating, and then in the flow path in the steps of the isothermal part of the turbine rotor, which has at least three stages, on the outer surface of the flow path of the engine casing at the inlet to each stage, radially directed blocks of fuel injectors, having in their outer cross-section fairings with an axisymmetric aerodynamic profile, the direction of the longitudinal chord of which coincides with the direction of the velocity vector of the incoming gas flow and have channels with the possibility of supplying a rich fuel mixture through holes in the rear part of the profile, and further in the axial direction after each block of nozzles, stages of the isothermal part of the turbine are installed, including honeycomb nozzles rigidly fixed on the shaft in each stage and behind them at least one row of turbine blades, then behind the stages of the isothermal part of the turbine, at least one stage of the turbine is installed, with the possibility of providing an adiabatic expansion of the working gas, the outlet of which is directed to the air heating heat exchanger after the compressor in front of the heating chambers due to the thermal energy of the turbine exhaust gases.

Ступени турбины, с возможностью работы в режиме адиабатного расширения установлены на отдельном валу.The turbine stages, with the ability to work in the mode of adiabatic expansion, are installed on a separate shaft.

Ячейки соплового аппарата равномерно покрывают проточную часть ступени турбины и каждая ячейка образована концентрически расположенными обечайками и радиально направленными пластинами. Радиальные пластины ячеек соплового аппарата выполнены с поперечным сечением в виде симметричного аэродинамического профиля.The cells of the nozzle apparatus uniformly cover the flow path of the turbine stage, and each cell is formed by concentrically located shells and radially directed plates. Radial plates of the cells of the nozzle apparatus are made with a cross-section in the form of a symmetric aerodynamic profile.

Необходимое для ускорения потока газа изменение сечения по длине каналов соплового аппарата достигается изменением толщины радиально установленных пластин, а также частичным размещением аэродинамического профиля турбинных лопаток внутри канала соплового аппарата с частичным перекрытием в осевом направлении.The change in the cross-section along the length of the nozzle apparatus channels required to accelerate the gas flow is achieved by changing the thickness of the radially mounted plates, as well as by partially placing the aerodynamic profile of the turbine blades inside the nozzle apparatus channel with partial overlap in the axial direction.

На наружной поверхности корпуса турбины внутри проточной части на входе в каждую ступень установлены радиально направленные к осевой линии вала блоки топливных форсунок, которые представляют собой полые стержни с глухим торцем и радиальными отверстиями, образующими каналы для подачи горючего, с возможностью подачи горючего в заданных количествах через боковые радиальные отверстия - форсунки в стенках указанных стержней, а на стержнях флюгерно шарнирно установлены секции независимых между собой обтекателей, с возможностью поворота относительно продольной оси стержня в пределах угла до 800 относительно плоскости продольной оси турбины и с возможностью совпадения направления хорды профиля обтекателя с вектором скорости набегающего потока и имеют систему каналов, соединяющих внутренний объем обтекателя с проточной частью турбины.On the outer surface of the turbine housing inside the flow path at the inlet to each stage, fuel injector blocks radially directed to the axial line of the shaft are installed, which are hollow rods with a blind end and radial holes forming channels for fuel supply, with the possibility of supplying fuel in specified quantities through lateral radial holes - nozzles in the walls of these rods, and on the rods, sections of independent fairings are hingedly mounted on the rods, with the possibility of rotation relative to the longitudinal axis of the rod within an angle of up to 80 0 relative to the plane of the longitudinal axis of the turbine and with the possibility of matching the direction of the chord of the fairing profile with the vector oncoming flow velocities and have a system of channels connecting the inner volume of the fairing with the turbine flow path.

Двигатель имеет линейную компоновку, при которой все ступени компрессора и турбины расположены вдоль одной осевой линии.The engine has a linear arrangement in which all compressor and turbine stages are located along the same center line.

Начальная часть турбины с камерой догрева включает в себя ступени первой изотермической части турбины, обслуживающей полезную нагрузку, установленные вдоль одной осевой линии, а вторая изотермическая часть турбины совместно с конечными адиабатическими ступенями турбины и компрессор имеют вал направленный вдоль другой осевой линии развернутой относительно первой на угол до 180°, исходя из требований компоновки, причем, обе указанные части соединены газоходом с установленными в нем неподвижными сопловыми аппаратами, с возможностью создания необходимого поля скоростей движения рабочего газа, компрессор установлен со стороны конечной ступени турбины приводные валы которого соединены с валом, указанной части турбины.The initial part of the turbine with a reheating chamber includes the stages of the first isothermal part of the turbine serving the payload, installed along one centerline, and the second isothermal part of the turbine, together with the final adiabatic stages of the turbine and the compressor, have a shaft directed along the other axial line, rotated relative to the first at an angle up to 180 °, based on the requirements of the layout, moreover, both of these parts are connected by a gas duct with fixed nozzle devices installed in it, with the possibility of creating the necessary field of speeds of movement of the working gas, the compressor is installed on the side of the final stage of the turbine, the drive shafts of which are connected to the shaft of the specified part turbines.

В компрессоре за исключением последней ступени между ступенями установлены охлаждающие теплообменники.In the compressor, except for the last stage, cooling heat exchangers are installed between the stages.

Отличительными существенными признаками действительными во всех случаях является то, что газотурбинный двигатель включает компрессор, выполненный с возможностью приема и сжатия рабочей текучей среды, камеру сгорания, выполненную с возможностью приема сжатой рабочей текучей среды из компрессора и горючего, с возможностью сжигания с образованием рабочего газа, и турбину, которая имеет не менее двух ступеней и выполненную с возможностью приема рабочего газа из камеры сгорания и использования его энергии для вращения вала, при этом между ступенями турбины установлено не менее чем по одному устройству для вторичного подогрева, которые содержат блоки форсунок, причем, в рабочей полости, установлен охлаждаемый поступенчато компрессор, а за компрессором перед основной камерой сгорания догрева установлен теплообменник, а затем в проточной части в ступенях изотермической части ротора турбины, имеющей не менее трех ступеней, на наружной поверхности проточной части корпуса двигателя на входе в каждую ступень установлены радиально направленные блоки топливных форсунок, имеющие в своем внешнем поперечном сечении обтекатели с осесимметричным аэродинамическим профилем, направление продольной хорды которых совпадает с направлением вектора скорости набегающего потока газа и имеют каналы, с возможностью подачи богатой топливной смеси через отверстия в задней части профиля, а дальше в осевом направлении после каждого блока форсунок установлены ступени изотермической части турбины, включающие жестко закрепленные на валу в каждой ступени сотовые сопловые аппараты и за ними не менее одного ряда лопаток турбины, далее за ступенями изотермической части турбины, установлена не менее чем одна ступень турбины, с возможностью обеспечения адиабатного расширения рабочего газа, выход которой направлен в теплообменник нагрева воздуха после компрессора перед камерами догрева за счет тепловой энергии выхлопных газов турбины.Distinctive essential features valid in all cases are that the gas turbine engine includes a compressor configured to receive and compress a working fluid, a combustion chamber configured to receive a compressed working fluid from the compressor and fuel, with the ability to burn to form a working gas, and a turbine, which has at least two stages and is configured to receive the working gas from the combustion chamber and use its energy to rotate the shaft, while at least one device for reheating is installed between the stages of the turbine, which contain blocks of nozzles, moreover, in the working cavity, a compressor cooled in stages is installed, and a heat exchanger is installed behind the compressor in front of the main combustion chamber of the reheating, and then in the flow path in the steps of the isothermal part of the turbine rotor, which has at least three stages, on the outer surface of the flow path of the engine housing at the entrance to each At the second stage, radially directed blocks of fuel injectors are installed, having in their outer cross-section fairings with an axisymmetric aerodynamic profile, the direction of the longitudinal chord of which coincides with the direction of the velocity vector of the incoming gas flow and have channels with the possibility of supplying a rich fuel mixture through the holes in the rear part of the profile, and further in the axial direction, after each block of nozzles, stages of the isothermal part of the turbine are installed, including honeycomb nozzles rigidly fixed on the shaft in each stage and behind them at least one row of turbine blades, further behind the steps of the isothermal part of the turbine, at least one stage of the turbine is installed , with the possibility of ensuring the adiabatic expansion of the working gas, the outlet of which is directed to the heat exchanger for heating the air after the compressor in front of the heating chambers due to the thermal energy of the turbine exhaust gases.

Отличительными существенными признаками действительными в отдельных случаях является то, что ступени турбины, работающие с возможностью работы в режиме адиабатного расширения установлены на отдельном валу.Distinctive essential features valid in individual cases are that the turbine stages, working with the ability to work in the mode of adiabatic expansion, are installed on a separate shaft.

Ячейки соплового аппарата равномерно покрывают проточную часть ступени турбины и каждая ячейка образована концентрически расположенными обечайками и радиально направленными пластинами. Радиальные пластины ячеек соплового аппарата выполнены с поперечным сечением в виде симметричного аэродинамического профиля.The cells of the nozzle apparatus uniformly cover the flow path of the turbine stage, and each cell is formed by concentrically located shells and radially directed plates. Radial plates of the cells of the nozzle apparatus are made with a cross-section in the form of a symmetric aerodynamic profile.

Необходимое для ускорения потока газа изменение сечения по длине каналов соплового аппарата достигается изменением толщины радиально установленных пластин, а также частичным размещением аэродинамического профиля турбинных лопаток внутри канала соплового аппарата с частичным перекрытием в осевом направлении.The change in the cross-section along the length of the nozzle apparatus channels required to accelerate the gas flow is achieved by changing the thickness of the radially mounted plates, as well as by partially placing the aerodynamic profile of the turbine blades inside the nozzle apparatus channel with partial overlap in the axial direction.

На наружной поверхности корпуса турбины внутри проточной части на входе в каждую ступень установлены радиально направленные к осевой линии вала блоки топливных форсунок, которые представляют собой полые стержни с глухим торцем и радиальными отверстиями, образующими каналы для подачи горючего, с возможностью подачи горючего в заданных количествах через боковые радиальные отверстия - форсунки в стенках указанных стержней, а на стержнях флюгерно шарнирно установлены секции независимых между собой обтекателей, с возможностью поворота относительно продольной оси стержня в пределах угла до 80 0 относительно плоскости продольной оси турбины с возможностью совпадения направления хорды профиля обтекателя с вектором скорости набегающего потока и имеют систему каналов, соединяющих внутренний объем обтекателя с проточной частью турбины.On the outer surface of the turbine housing inside the flow path at the inlet to each stage, fuel injector blocks radially directed to the axial line of the shaft are installed, which are hollow rods with a blind end and radial holes forming channels for fuel supply, with the possibility of supplying fuel in specified quantities through lateral radial holes - nozzles in the walls of these rods, and on the rods, sections of independent fairings are hingedly mounted on the rods, with the possibility of rotation relative to the longitudinal axis of the rod within an angle of up to 80 0 relative to the plane of the longitudinal axis of the turbine with the possibility of matching the direction of the chord of the fairing profile with the velocity vector oncoming flow and have a system of channels connecting the inner volume of the fairing with the turbine flow path.

Двигатель имеет линейную компоновку, при которой все ступени компрессора и турбины расположены вдоль одной осевой линии.The engine has a linear arrangement in which all compressor and turbine stages are located along the same center line.

Начальная часть турбины с камерой догрева включает в себя ступени первой изотермической части турбины, обслуживающей полезную нагрузку, установленные вдоль одной осевой линии, а вторая изотермическая часть турбины совместно с конечными адиабатическими ступенями турбины и компрессор имеют вал направленный вдоль другой осевой линии развернутой относительно первой на угол до 180°, исходя из требований компоновки, причем, обе указанные части соединены газоходом с установленными в нем неподвижными сопловыми аппаратами, с возможностью создания необходимого поля скоростей движения рабочего газа, компрессор установлен со стороны конечной ступени турбины приводные валы которого соединены с валом, указанной части турбины.The initial part of the turbine with a reheating chamber includes the stages of the first isothermal part of the turbine serving the payload, installed along one centerline, and the second isothermal part of the turbine, together with the final adiabatic stages of the turbine and the compressor, have a shaft directed along the other axial line, rotated relative to the first at an angle up to 180 °, based on the requirements of the layout, moreover, both of these parts are connected by a gas duct with fixed nozzle devices installed in it, with the possibility of creating the necessary field of speeds of movement of the working gas, the compressor is installed on the side of the final stage of the turbine, the drive shafts of which are connected to the shaft of the specified part turbines.

В компрессоре за исключением последней ступени между ступенями установлены охлаждающие теплообменники.In the compressor, except for the last stage, cooling heat exchangers are installed between the stages.

Благодаря тому, что в конструкции реализован способ работы газотурбинного двигателя в котором в ступенях компрессора реализован цикл в котором атмосферный воздух сжимается многоступенчатым охлаждаемым по ступеням компрессором до заданного давления, дальше на выходе из последней ступени компрессора воздух нагревается, в несмешивающем теплообменнике, выхлопными газами поданными из турбины, потом догревается в камере сгорания, в которую подается горючее и дальше через неподвижный сопловый аппарат формирует заданное поле скоростей потока рабочего газа и направляется на вход в ступени турбины, в которых, начиная с первой и включая предпоследнюю ступени, перед каждой ступенью подается горючее, через радиально направленные к валу турбины и неподвижно установленные на корпусе турбины блоки форсунок и распыляется равномерно по сечению проточной части турбины в количестве, которое обеспечивает догрев рабочих газов до заданной температуры, указанный рабочий газ, вращаясь из угловой скоростью вращения вала турбины дальше приходит последовательно в каждую из ступней через жестко установленные на валу турбины сотовые сопловые аппараты, у которых, в результате геометрического влияния, происходит увеличение составной скорости движению газа в осевом, по отношению к валу турбины, направлению и дальше по выходу из соплового аппарата рабочий газ обтекает аэродинамические профили лопаток турбины, установленных на валу в радиальном направлении, которые вращаются сообща с сопловым аппаратом и которые передают на указанный вал механическую энергию в количестве равной тепловой энергии от сгорания топлива в начале данной ступени, что обеспечивает вращение турбины, с равным количеством использованной и добавленной тепловой энергии от сгорания горючего в потоке рабочего газа поданного блоками форсунок, установленных перед входом в эту ступень, и поддерживают заданные параметры работы с коэффициентом изотермичности не хуже 0,95, а дальше рабочий газ приходит в последнюю ступень в которой, без выполнения подогрева в начале ступени, выполняется окончательное расширение рабочего газа и снижение температуры на выходе, а потом рабочий газ направляют в теплообменник в котором выполняется теплообмен между ним и потоком сжатого в компрессоре воздуха, что, как указано выше, направляется в камеру догрева, а указанный рабочий газ направляется дальше в атмосферу завершая цикл, а для осуществления этого газотурбинный двигатель включает компрессор, выполненный с возможностью приема и сжатия рабочей текучей среды, камеру сгорания, выполненную с возможностью приема сжатой рабочей текучей среды из компрессора и горючего, с возможностью сжигания с образованием рабочего газа, и турбину, которая имеет не менее двух ступеней и выполненную с возможностью приема рабочего газа из камеры сгорания и использования его энергии для вращения вала, при этом между ступенями турбины установлено не менее чем по одному устройству для вторичного подогрева, которые содержат блоки форсунок, причем, в рабочей полости, установлен охлаждаемый поступенчато компрессор, а за компрессором перед основной камерой сгорания догрева установлен теплообменник, а затем в проточной части в ступенях изотермической части ротора турбины, имеющей не менее трех ступеней, на наружной поверхности проточной части корпуса двигателя на входе в каждую ступень установлены радиально направленные блоки топливных форсунок, имеющие в своем внешнем поперечном сечении обтекатели с осесимметричным аэродинамическим профилем, направление продольной хорды которых совпадает с направлением вектора скорости набегающего потока газа и имеют каналы, с возможностью подачи богатой топливной смеси через отверстия в задней части профиля, а дальше в осевом направлении после каждого блока форсунок установлены ступени изотермической части турбины, включающие жестко закрепленные на валу в каждой ступени сотовые сопловые аппараты и за ними не менее одного ряда лопаток турбины, далее за ступенями изотермической части турбины, установлена не менее чем одна ступень турбины, с возможностью обеспечения адиабатного расширения рабочего газа, выход которой направлен в теплообменник нагрева воздуха после компрессора перед камерами догрева за счет тепловой энергии выхлопных газов турбины.Due to the fact that the design implements a method of operation of a gas turbine engine in which a cycle is implemented in the compressor stages in which atmospheric air is compressed by a multistage cooled compressor to a predetermined pressure, further at the outlet of the last compressor stage the air is heated, in an immiscible heat exchanger, by exhaust gases supplied from turbine, then heats up in the combustion chamber, into which fuel is supplied and then through a stationary nozzle apparatus forms a predetermined field of working gas flow velocities and is directed to the entrance to the turbine stages, in which, starting with the first and including the penultimate stage, fuel is supplied before each stage, through the nozzle blocks radially directed to the turbine shaft and fixedly mounted on the turbine housing and is sprayed uniformly over the section of the turbine flow path in an amount that provides heating of the working gases to the specified temperature, the specified working gas, rotating from the angular velocity of rotation the flow of the turbine shaft further comes sequentially into each of the feet through the honeycomb nozzle assemblies rigidly mounted on the turbine shaft, in which, as a result of geometric influence, there is an increase in the composite velocity of gas movement in the axial direction with respect to the turbine shaft and further downstream of the nozzle of the apparatus, the working gas flows around the aerodynamic profiles of the turbine blades mounted on the shaft in the radial direction, which rotate together with the nozzle apparatus and which transfer to the specified shaft mechanical energy in an amount equal to the thermal energy from fuel combustion at the beginning of this stage, which ensures the rotation of the turbine, with equal the amount of used and added thermal energy from the combustion of fuel in the working gas flow supplied by the injector blocks installed before entering this stage, and maintain the specified operating parameters with an isothermal coefficient of at least 0.95, and then the working gas enters the last stage in which, without in When heating is performed at the beginning of the stage, the final expansion of the working gas and a decrease in the outlet temperature are performed, and then the working gas is sent to the heat exchanger in which heat exchange is carried out between it and the compressed air stream in the compressor, which, as mentioned above, is sent to the heating chamber, and the specified the working gas is directed further into the atmosphere completing the cycle, and to accomplish this, the gas turbine engine includes a compressor configured to receive and compress the working fluid, a combustion chamber configured to receive the compressed working fluid from the compressor and fuel, with the possibility of burning to form a working gas, and a turbine, which has at least two stages and is configured to receive working gas from the combustion chamber and use its energy to rotate the shaft, while at least one device for reheating is installed between the turbine stages, which contain blocks of injectors, moreover, in the working floor spine, a compressor cooled in stages is installed, and a heat exchanger is installed behind the compressor in front of the main combustion chamber of reheating, and then in the flow path in the steps of the isothermal part of the turbine rotor, which has at least three stages, on the outer surface of the flow path of the engine casing at the inlet to each stage are installed radially directional blocks of fuel injectors, having in their outer cross section fairings with an axisymmetric aerodynamic profile, the direction of the longitudinal chord of which coincides with the direction of the velocity vector of the incoming gas flow and have channels with the possibility of supplying a rich fuel mixture through the holes in the rear part of the profile, and further in the axial direction, after each block of nozzles, stages of the isothermal part of the turbine are installed, including honeycomb nozzles rigidly fixed on the shaft in each stage and behind them at least one row of turbine blades, then behind the steps of the isothermal part of the turbine, installed at least more than one turbine stage, with the possibility of ensuring the adiabatic expansion of the working gas, the outlet of which is directed to the heat exchanger for heating the air after the compressor in front of the heating chambers due to the thermal energy of the turbine exhaust gases.

Предлагаемый способ и созданная конструкция газотурбинного двигателя с указанными существенными признаками реализуют процесс с термодинамическим циклом, который отличается по эффективности от изотермического цикла Карно менее чем на 10%, что дает возможность достижения высокого КПД близкого к циклу Карно.The proposed method and the created design of a gas turbine engine with the indicated essential features implement a process with a thermodynamic cycle, which differs in efficiency from the isothermal Carnot cycle by less than 10%, which makes it possible to achieve a high efficiency close to the Carnot cycle.

На фиг. 1 показан термодинамический цикл в координатах Т - S (температура-энтропия);In FIG. 1 shows the thermodynamic cycle in coordinates T - S (temperature-entropy);

На фиг. 2 показана блок-схема газотурбинного двигателяIn FIG. 2 shows a block diagram of a gas turbine engine

На фиг. 3 показан продольный разрез по проточной части турбины газотурбинного двигателя;In FIG. 3 shows a longitudinal section along the flow path of the turbine of a gas turbine engine;

На фиг. 4 показано поперечное сечение А-А с элементами блоков форсунок;In FIG. 4 shows a cross-section AA with elements of the nozzle blocks;

На фиг. 5 показано поперечное сечение Б-Б по блоку форсунок;In FIG. 5 shows a cross-section BB along the block of nozzles;

На фиг. 6 показано сечение В-В по пластинам соплового аппарата и лопаткам турбины;In FIG. 6 shows a section B-B along the plates of the nozzle apparatus and the turbine blades;

На фиг. 7 показано сечение Г-Г на котором мы видим расположение обечаек и радиальных пластин соплового аппарата в проточной части турбины;In FIG. 7 shows a section Г-Г on which we see the location of the shells and radial plates of the nozzle apparatus in the flow path of the turbine;

На фиг. 8 показана блок схема газотурбинного двигателя с измененной в пределах существенных признаков компоновкой.In FIG. 8 shows a block diagram of a gas turbine engine with a modified layout within essential features.

Газотурбинный двигатель, включает компрессор 10, который охлаждается по ступеням, а за компрессором перед основной камерой 11 сгорания догрева установлен теплообменник 12, а дальше (см. фиг. 3) в проточной части 13 в ступенях изотермической части ротора 14 турбины, которая имеет не менее трех ступеней, а в показанном случае семь, на внешней поверхности проточной части двигателя на входе в каждую ступень (см. фиг. 3 и фиг. 4) установлены радиально направленные блоки 15 топливных форсунок, которые имеют в своем внешнем поперечном сечении обтекатели 16 которые имеют асимметричный аэродинамический профиль, направление продольной хорды которых совпадает с направлением вектора скорости набегающего потока газа за счет разворачивания и имеют каналы.The gas turbine engine includes a compressor 10, which is cooled in stages, and a heat exchanger 12 is installed behind the compressor in front of the main combustion chamber 11 of the preheating, and then (see Fig. 3) in the flow part 13 in the steps of the isothermal part of the turbine rotor 14, which has at least three stages, and in the shown case seven, on the outer surface of the engine flow path at the entrance to each stage (see Fig. 3 and Fig. 4), radially directed blocks 15 of fuel injectors are installed, which have fairings 16 in their outer cross-section which have asymmetric aerodynamic profile, the direction of the longitudinal chord of which coincides with the direction of the velocity vector of the incoming gas flow due to unfolding and have channels.

То есть на внешней поверхности корпуса 17 турбины внутри проточной части на входе в каждую ступень установлены радиально направленные к осевой линии вала блоки 15 топливных форсунок, которые содержат полые стержни 18 с глухим торцом, которые образуют каналы (см. фиг. 5) для подачи горючего, с возможностью подачи горючего в заданных объемах через боковые отверстия - форсунки 19 в стенках отмеченных стержней 18.That is, on the outer surface of the turbine housing 17, inside the flow path at the inlet to each stage, fuel injector units 15 radially directed to the shaft centerline are installed, which contain hollow rods 18 with a blind end, which form channels (see Fig. 5) for supplying fuel , with the ability to supply fuel in predetermined volumes through the side holes - nozzles 19 in the walls of the marked rods 18.

На полых стержнях 18 флюгерно шарнирно установлены секции независимых между собой обтекателей 16, с возможностью поворота относительно продольной оси полого стержня 18 и друг относительно друга в пределах угла до 80° от плоскости продольной осевой линии турбины с возможностью совпадения направления хорды профиля обтекателя с вектором скорости набегающего потока и имеют каналы 20 и отверстия, могут быть в виде щелей 21, которые соединяют внутренний объем обтекателя с проточной частью 13 турбины, с возможностью подачи богатой топливной смеси через отверстия 21 в задней части профиля обтекателей 16.Sections of independent fairings 16 are hingedly mounted on hollow rods 18, with the possibility of rotation relative to the longitudinal axis of the hollow rod 18 and relative to each other within an angle of up to 80 ° from the plane of the longitudinal centerline of the turbine with the possibility of coinciding the direction of the chord of the fairing profile with the velocity vector of the incoming flow and have channels 20 and holes, can be in the form of slots 21, which connect the inner volume of the fairing with the turbine flow part 13, with the possibility of supplying a rich fuel mixture through the holes 21 in the rear part of the fairing 16 profile.

В осевом направлении после каждого блока 15 форсунок установлены ступени изотермической части турбины, которые включают жестко закрепленные на валу 22 (см. фиг. 3 - фиг. 7) в каждой ступени сотовые сопловые аппараты 23 и за ними не меньше одного ряда лопаток 24 турбины 25 (фиг. 2), дальше за всеми ступенями изотермической части турбины, например в нашем примере семь ступеней, установлена не меньше чем одна ступень турбины 26, с возможностью обеспечения адиабатного расширения рабочего газа, выход которой направлен в теплообменник 12 нагрева воздуха после компрессора 10 перед камерами сгорания догрева 11 за счет тепловой энергии выхлопных газов.In the axial direction, after each block 15 of the nozzles, the stages of the isothermal part of the turbine are installed, which include rigidly fixed on the shaft 22 (see Fig. 3 - Fig. 7) in each stage honeycomb nozzles 23 and behind them at least one row of blades 24 of the turbine 25 (Fig. 2), further behind all the stages of the isothermal part of the turbine, for example, in our example, seven stages, at least one stage of the turbine 26 is installed, with the possibility of providing adiabatic expansion of the working gas, the outlet of which is directed to the heat exchanger 12 for heating the air after the compressor 10 before reheating combustion chambers 11 due to thermal energy of exhaust gases.

Каждая ячейка соплового аппарата 23 образована концентрически расположенными обечайками 27 и радиально направленными пластинами 28, причем, ячейки соплового аппарата равномерно покрывают проточную часть каждой из ступеней турбины. Радиальные пластины 28 ячеек соплового аппарата выполнены с поперечным сечением в виде симметричного аэродинамического профиля (см. фиг. 6). Необходимое для ускорения потока газа изменение сечения по длине каналов соплового аппарата, конфузорность, обеспечена изменением толщины радиально установленных пластин 28, а также частичным размещением аэродинамического профиля турбинных лопаток 24 внутри канала соплового аппарата с частичным перекрытием в осевом направлении.Each cell of the nozzle apparatus 23 is formed by concentrically located shells 27 and radially directed plates 28, moreover, the cells of the nozzle apparatus uniformly cover the flow path of each of the turbine stages. Radial plates 28 cells of the nozzle apparatus are made with a cross-section in the form of a symmetrical airfoil (see Fig. 6). The change in the cross-section along the length of the nozzle apparatus channels, the confusion required to accelerate the gas flow, is provided by the change in the thickness of the radially mounted plates 28, as well as the partial placement of the aerodynamic profile of the turbine blades 24 inside the nozzle apparatus channel with partial overlap in the axial direction.

На фиг. 2 показано, что газотурбинный двигатель имеет линейную компоновку при которой все ступени компрессора и турбины расположены вдоль одной осевой линии, но с учетом всех существенных признаков шестого независимого пункта формулы, возможно, что начальная часть 30 турбины с камерой догрева 31 включает в себя часть ступеней изотермической части турбины, обслуживающих полезную нагрузку 32, установлены вдоль одной осевой линии, а вторая часть 33 турбины с частью ступеней изотермической части турбины и конечными адиабатными ступенями турбины 34 и компрессор 35 направлены вдоль другой осевой линии, развернутой относительно первой на угол, даже до 180°, исходя из требований компоновки, причем, обе отмеченных части турбины соединены газоходом 36 с установленными в нем неподвижными сопловыми аппаратами 37, с возможностью создания необходимого поля скоростей движения рабочего газа, компрессор 35 установлен со стороны конечной ступени турбины 34 с адиабатным расширением, а между ними теплообменник 38, из которого выхлопные газы уже направляются наружу.In FIG. 2 shows that the gas turbine engine has a linear arrangement in which all the stages of the compressor and the turbine are located along one center line, but taking into account all the essential features of the sixth independent claim, it is possible that the initial part 30 of the turbine with the heating chamber 31 includes a part of the isothermal stages. parts of the turbine serving the payload 32 are installed along one center line, and the second part 33 of the turbine with a part of the stages of the isothermal part of the turbine and the final adiabatic stages of the turbine 34 and the compressor 35 are directed along another center line, which is rotated relative to the first at an angle, even up to 180 ° , based on the requirements of the layout, moreover, both marked parts of the turbine are connected by a gas duct 36 with fixed nozzles 37 installed in it, with the possibility of creating the required field of velocities of the working gas, the compressor 35 is installed on the side of the final stage of the turbine 34 with adiabatic expansion, and between them heat exchanger 38 from which the exhaust gases are already directed outside.

Компоновка показанная на фиг. 8 предоставляет возможность трехскоростного режима работы газотурбинного двигателя оптимизирует работу как компрессора, так и нагрузку, а также обеспечивает значительное сокращение потерь в газоходах горячих газов коммутирующих потоки от компрессора, теплообменника и турбины, эффективность которого меньше чем на 10% отличается от эффективности цикла Карно при поддержке заданных параметров работы с коэффициентом изотермичности турбины не хуже 0,95 и коэффициенте изотермичности компрессора 1,1.The arrangement shown in FIG. 8 provides the possibility of three-speed operation of the gas turbine engine, optimizes the operation of both the compressor and the load, and also provides a significant reduction in losses in the hot gas ducts of the switching flows from the compressor, heat exchanger and turbine, the efficiency of which differs less than 10% from the efficiency of the Carnot cycle with the support the set operating parameters with the turbine isothermal coefficient not worse than 0.95 and the compressor isothermal coefficient 1.1.

Способ работы газотурбинного двигателя рассмотрим начиная с рассмотрения Т - S диаграммы, которая показана на фиг. 1:The method of operation of a gas turbine engine will be considered starting with a consideration of the T - S diagram, which is shown in FIG. 1:

Точка 1 - температура внешней среды. Она имеет температуру ниже, чем температура сжатого воздуха в компрессоре после охлаждения в ступени.Point 1 - ambient temperature. It has a temperature lower than the temperature of the compressed air in the compressor after cooling in a stage.

Точка 2 - максимальная температура сжатого воздуха в ступени компрессора, она же температура на выходе из компрессора и на входе в теплообменник.Point 2 is the maximum temperature of the compressed air in the compressor stage, which is also the temperature at the outlet from the compressor and at the inlet to the heat exchanger.

Точка 3 - температура сжатого воздуха на выходе из теплообменника, она же, температура на входе в камеру сгорания догрева.Point 3 - temperature of compressed air at the outlet of the heat exchanger, it is the temperature at the inlet to the combustion chamber of reheating.

Точка 4 - температура на выходе из камеры сгорания догрева, она же температура на входе в турбину, она же минимальная на выходе каждой ступени изотермической части турбины.Point 4 is the temperature at the outlet of the reheating combustion chamber, it is the temperature at the inlet to the turbine, it is also the minimum temperature at the outlet of each stage of the isothermal part of the turbine.

Точка 5 - максимальная температура в ступенях изотермической части турбины после подогрева на входе в сопловый аппарат.Point 5 is the maximum temperature in the stages of the isothermal part of the turbine after heating at the inlet to the nozzle apparatus.

Точка 6 - температура на выходе из последней ступени изотермической части турбины равняется температуре в точке 4 и равняется температуре на входе в адиабатическую ступень турбины.Point 6 - the temperature at the outlet of the last stage of the isothermal part of the turbine is equal to the temperature at point 4 and is equal to the temperature at the inlet to the adiabatic stage of the turbine.

Точка 7 - температура на выходе из адиабатической ступени турбины и температура на входе в теплообменник со стороны выхлопных газов.Point 7 is the temperature at the outlet of the adiabatic stage of the turbine and the temperature at the inlet to the heat exchanger from the exhaust gas side.

Точка 8 - температура выхлопных газов на выходе из теплообменника в окружающую среду. Разница между температурой в точке 7 и точке 3 определяет недорекуперацию и существенно влияет на интенсивность теплообмена между потоками и соответственно на габариты теплообменника.Point 8 is the temperature of the exhaust gases at the exit from the heat exchanger to the environment. The difference between the temperature at point 7 and point 3 determines underrecovery and significantly affects the intensity of heat exchange between the streams and, accordingly, the dimensions of the heat exchanger.

В работе газотурбинного двигателя реализован цикл, который отличается по эффективности от изотермического цикла Карно, согласно моих расчетов, менее чем на 10%, что дает возможность достижения высокого КПД близкого к циклу Карно.In the operation of a gas turbine engine, a cycle is implemented that differs in efficiency from the isothermal Carnot cycle, according to my calculations, by less than 10%, which makes it possible to achieve a high efficiency close to the Carnot cycle.

То есть в ступенях компрессора реализован цикл, в котором атмосферный воздух сжимается многоступенчатым охлаждаемым поступенчато компрессором, например подачей воды, как известно из уровня техники, к заданному давлению с температурой в пределах между точками 1 и 2, причем, процесс выдерживается с учетом отклонения соответствующих температур от рассчитанных с точностью от 0,5% к 1%, а перепад давления на каждой ступени компрессора и количество отведенной от сжатого воздуха тепловой энергии в каждой ступени находятся в размерах, которые обеспечивают равенство соответствующих температур на входе и выходе в каждой ступени с отклонением от 0,5% до 1% за исключением первой, в которой температура на входе определяется температурой внешней среды.That is, in the compressor stages, a cycle is implemented in which atmospheric air is compressed by a multistage cooled step-by-step compressor, for example by supplying water, as is known from the prior art, to a given pressure with a temperature between points 1 and 2, and the process is maintained taking into account the deviation of the corresponding temperatures from calculated with an accuracy of 0.5% to 1%, and the pressure drop at each compressor stage and the amount of thermal energy removed from the compressed air in each stage are in sizes that ensure the equality of the corresponding inlet and outlet temperatures in each stage with a deviation from 0.5% to 1% except for the first, in which the inlet temperature is determined by the ambient temperature.

Дальше, на выходе из последней ступени компрессора воздух нагревается до температуры точки 3, не смешиваясь в теплообменнике 12, с выхлопными газами поданными из турбины, потом догреваеться в камере сгорания до температуры точки 4, в которую подается горючее и дальше через неподвижный сопловый аппарат формирует заданное поле скоростей потока рабочего газа и направляется на вход в ступени изотермической части турбины 25, в которых, начиная с первой и включая предпоследнюю ступени, перед каждой ступенью подается горючее, через радиально направленные к валу турбины и неподвижно установленные на корпусе турбины блоки форсунок 15 и распыляется равномерно по сечению проточной части турбины в количестве, которое обеспечивает догрев рабочих газов до заданной температуры, температура которого поддерживается в пределах ограниченных точками 4 и 5.Further, at the exit from the last stage of the compressor, the air is heated to the temperature of point 3, without mixing in the heat exchanger 12, with the exhaust gases supplied from the turbine, then it is warmed up in the combustion chamber to the temperature of point 4, to which the fuel is supplied, and then through the stationary nozzle apparatus it forms a given the field of the working gas flow velocities and is directed to the inlet to the stages of the isothermal part of the turbine 25, in which, starting from the first and including the penultimate stage, fuel is supplied before each stage, through the nozzle blocks 15 radially directed to the turbine shaft and fixedly mounted on the turbine housing, and sprayed uniformly over the section of the turbine flow path in an amount that provides heating of the working gases to a predetermined temperature, the temperature of which is maintained within the limits limited by points 4 and 5.

Причем отношение давления на входе к давлению на выходе каждой ступени изотермической части турбины от 1,05 до 1,35, например 1,1, а в конечной ступени, с адиабатным расширением, отношение давления 2,5.Moreover, the ratio of the inlet pressure to the outlet pressure of each stage of the isothermal part of the turbine is from 1.05 to 1.35, for example 1.1, and in the final stage, with adiabatic expansion, the pressure ratio is 2.5.

В блоках форсунок 15 через систему каналов смешивают распыленное горючее с рабочими газами турбины с образованием богатой топливной смеси внутри обтекателей 16 блока форсунок 15, и осуществляется подача полученной топливной смеси к задней кромке профиля обтекателя 16 блока форсунок 15 из которых полученная топливная смесь распределяется в объемах прямо пропорционально расстоянию от осевой линии вала 22, с возможностью обеспечения равномерного распыливания по сечению проточной полости 13 турбины, самовоспламеняется и поступает в проточную часть каждой ступени изотермической части турбины.In the nozzle blocks 15 through a system of channels, sprayed fuel is mixed with the working gases of the turbine to form a rich fuel mixture inside the fairings 16 of the nozzle block 15, and the resulting fuel mixture is supplied to the trailing edge of the fairing profile 16 of the nozzle block 15 of which the resulting fuel mixture is distributed in volumes directly proportional to the distance from the axial line of the shaft 22, with the possibility of providing uniform atomization over the section of the flow cavity 13 of the turbine, self-ignites and enters the flow path of each stage of the isothermal part of the turbine.

Отмеченный рабочий газ, вращаясь с угловой скоростью вращения вала турбины, дальше приходит последовательно в каждую ступень через жестко установленные на валу 22 ротора турбины сотовые сопловые аппараты 23, в которых, в результате геометрического влияния, происходит увеличение составляющей скорости движения газа в осевом, по отношению к валу турбины направлении и дальше по выходу из соплового аппарата 23 рабочий газ обтекает аэродинамические профили лопаток 24 турбины, установленные на валу радиально и ротор 14 с турбинными лопатками 24 вращаются сообща с сопловыми аппаратами, которые передают механическую энергию, что обеспечивает вращение турбины, с равным количеством использованной и добавленной тепловой энергии от сгорания горючего, что самовоспламеняется, в потоке рабочего газа поданного блоками форсунок 15, установленных перед входом в каждую ступень, и поддерживают заданные параметры роботы с коэффициентом изотермичности не хуже 0,95, а дальше рабочий газ приходит в последнюю ступень, турбины 26 в которой, без выполнения подогрева в начале ступени, выполняется окончательное расширение рабочего газа и снижение температуры на выходе до температуры обозначенной точкой 7, а потом рабочий газ направляют в теплообменник 12, в котором выполняется теплообмен между ним и потоком сжатого в компрессоре 10 воздуха, что, как указано выше, направляется в камеру сгорания догрева 11, и рабочий газ направляется дальше в атмосферу, завершая цикл в точке 8.The noted working gas, rotating at the angular speed of rotation of the turbine shaft, then comes sequentially into each stage through the honeycomb nozzles 23 rigidly mounted on the turbine rotor shaft 22, in which, as a result of geometric influence, an increase in the component of the gas velocity in the axial towards the turbine shaft in the direction and further along the outlet of the nozzle apparatus 23, the working gas flows around the aerodynamic profiles of the turbine blades 24 installed on the shaft radially and the rotor 14 with the turbine blades 24 rotate together with the nozzle assemblies that transmit mechanical energy, which ensures the rotation of the turbine, with equal the amount of used and added thermal energy from the combustion of fuel, which spontaneously ignites, in the flow of the working gas supplied by the nozzle blocks 15 installed in front of the entrance to each stage, and the robots maintain the specified parameters with the isothermal coefficient not worse than 0.95, and then the working gas enters the last from a turbine 26 in which, without performing heating at the beginning of the stage, the final expansion of the working gas is performed and the outlet temperature is reduced to the temperature indicated by point 7, and then the working gas is sent to the heat exchanger 12, in which heat exchange is carried out between it and the compressed stream in the compressor 10 air, which, as indicated above, is directed to the combustion chamber of the reheating 11, and the working gas is directed further into the atmosphere, completing the cycle at point 8.

В нашем варианте в каждой ступени компрессора между выходом из предыдущей и осевым входом в следующую ступень установлен теплообменник, в котором сжатый воздух охлаждается до температуры, равной температуре воздуха на входе в предыдущую ступень на диаграмме (см. фиг. 1) это отражено в виде изобары с падающей температурой, соединяющей выход из предыдущей степени со входом в следующую. Такой способ построения компрессора обеспечивает максимальную эффективность, то есть минимальные потери механический энергии и соответственно минимальное количество тепла, которое необходимо отвести от компрессора.In our version, a heat exchanger is installed in each compressor stage between the outlet from the previous one and the axial inlet to the next stage, in which the compressed air is cooled to a temperature equal to the temperature of the air at the inlet to the previous stage in the diagram (see Fig. 1) this is reflected in the form of an isobar with a falling temperature connecting the exit from the previous degree with the entrance to the next one. This method of constructing the compressor ensures maximum efficiency, that is, the minimum loss of mechanical energy and, accordingly, the minimum amount of heat that must be removed from the compressor.

Анализ существенных признаков показанных в способе работы и подтвержденных конструкцией с учетом теоретических инженерных расчетов и подтвержденных параметрами работы известных газотурбинных двигателей, свидетельствуют, что самым оптимальным является то, что количество тепловой энергии, подаваемой сгоранием топлива от каждого блока форсунок перед ступенями задается с учетом выдержки отклонения соответствующих температур от рассчитанных с точностью от 0,5% до 1%, перепад давления на каждой ступени компрессора и количество отведенной от сжатого воздуха тепловой энергии в каждой степени находятся в размерах обеспечивающих равенство соответствующих температур на входе и выходе в каждой ступени с отклонением от 0,5% до 1% за исключением первой, в которой температура на входе определяется температурой внешней среды, отношение давления на входе к давлению на выходе каждой изотермической ступени турбины от 1,05 до 1,35 при одинаковом коэффициенте изотермичности, а в конечной ступени, с адиабатный расширением, с отношением давления не более 3.Analysis of the essential features shown in the method of operation and confirmed by the design, taking into account theoretical engineering calculations and confirmed by the operating parameters of known gas turbine engines, indicate that the most optimal is that the amount of thermal energy supplied by the combustion of fuel from each block of nozzles in front of the stages is set taking into account the delay of the deviation corresponding temperatures from those calculated with an accuracy of 0.5% to 1%, the pressure drop at each compressor stage and the amount of thermal energy removed from the compressed air in each degree are in sizes that ensure the equality of the corresponding inlet and outlet temperatures in each stage with a deviation from 0 , 5% to 1% except for the first, in which the inlet temperature is determined by the ambient temperature, the ratio of the inlet pressure to the outlet pressure of each isothermal turbine stage is from 1.05 to 1.35 with the same isothermal coefficient, and in the final stage, with adiabats expansion, with a pressure ratio of not more than 3.

Наиболее эффективным, в примере, циклом работы теплового двигателя на однофазном рабочем теле есть цикл Карно. КПД этого идеального цикла определяется только температурами сжатия и расширения. Современные ГТУ работающих по циклу Брайтона имеют при равных температурах КПД на 50-55% ниже чем в цикле Карно, а они же, но дополненные паровым циклом, что позволяет использовать тепло выхлопных газов турбины позволяют получить КПД которого на 20-30% ниже, чем в цикле Карно, однако последний способ повышения КПД возможен только в ГТУ достаточно большой мощности, то есть более 100 МВт.The most effective, in the example, cycle of operation of a heat engine on a single-phase working medium is the Carnot cycle. The efficiency of this ideal cycle is determined only by the temperatures of compression and expansion. Modern GTUs operating on the Brayton cycle have an efficiency 50-55% lower at equal temperatures than in the Carnot cycle, and they are the same, but supplemented by a steam cycle, which allows the use of the heat of the turbine exhaust gases, which allows to obtain the efficiency of which is 20-30% lower than in the Carnot cycle, however, the last way to increase the efficiency is possible only in a gas turbine with a sufficiently large capacity, that is, more than 100 MW.

Поэтому в настоящее время основным направлением повышения КПД, несмотря на очень большие расходы, остается путь повышения температуры на входе в турбину. Однако при этом отставание от КПД цикла Карно не только сохраняется, но даже увеличивается из-за необходимости интенсификации охлаждения элементов камер сгорания и турбины.Therefore, at present, the main direction for increasing the efficiency, despite very high costs, remains the way of increasing the temperature at the inlet to the turbine. However, the lag behind the efficiency of the Carnot cycle not only remains, but even increases due to the need to intensify the cooling of the elements of the combustion chambers and the turbine.

Мною на фиг. 1 представлен цикл, который при исключении конечной адиабатической ступени в турбине, заменой процессов поступенчатого сжатия и расширения с подогревом или охлаждением на эквивалентные по энергии изотермические процессы сжатия и расширения и идеализации всех других процессов, будет иметь практически одинаковый КПД с циклом Карно и который аналогично будет зависеть только от температур сжатия и расширения эквивалентных изотермических процессов. Для их определения используется коэффициент изотермичности, как отношение температуры эквивалентного изотермического процесса сжатия или расширения к температуре начала адиабатического реального процесса расширения или сжатия в реальной ступени ГТУ, при условии равенства в обоих случаях полученной или затраченной энергии в ступени.In fig. 1 shows a cycle that, with the elimination of the final adiabatic stage in the turbine, replacing the processes of stepwise compression and expansion with heating or cooling by isothermal processes of compression and expansion and idealization of all other processes, equivalent in energy, will have practically the same efficiency with the Carnot cycle and which will similarly be depend only on the temperatures of compression and expansion of equivalent isothermal processes. To determine them, the isothermal coefficient is used as the ratio of the temperature of the equivalent isothermal process of compression or expansion to the temperature of the beginning of the adiabatic real process of expansion or compression in a real stage of a gas turbine plant, provided that the energy received or expended in the stage is equal in both cases.

Таким образом, выполняя условия равенства температур в начале процесса сжатия или расширения и равенства коэффициента изотермичности по ступеням, что выполняется процессом изобарного охлаждения или нагрева в каждой ступени турбомашины и учитывая реальные потери и другие особенности процессов, исходя из результатов, полученных при эксплуатации реальных машин, определяется допустимая степень сжатия или расширения в реальном ГТУ которая обеспечивает заданное приближение его КПД к КПД цикла Карно.Thus, fulfilling the conditions of equality of temperatures at the beginning of the compression or expansion process and equality of the coefficient of isothermality in stages, which is performed by the process of isobaric cooling or heating in each stage of the turbomachine and taking into account the real losses and other features of the processes, based on the results obtained during the operation of real machines, the permissible compression or expansion ratio in a real gas turbine plant is determined, which provides a given approximation of its efficiency to the efficiency of the Carnot cycle.

Очевидно, что при увеличении количества ступеней реального компрессора и турбины, т.е. снижением отношения давлений на входе и выходе каждой ступени, и снижением потерь, т.е. с приближением показателя политропы реальных процессов сжатия и расширения к показателю адиабаты равному для воздуха 1,4- эффективность турбины и компрессора будут приближаться к эффективности идеальных изотермических машин, предусмотренных циклом Карно.It is obvious that with an increase in the number of stages of a real compressor and turbine, i.e. a decrease in the pressure ratio at the inlet and outlet of each stage, and a decrease in losses, i.e. as the polytropic index of real compression and expansion processes approaches the adiabatic index equal to 1.4 for air, the efficiency of the turbine and compressor will approach the efficiency of ideal isothermal machines provided by the Carnot cycle.

Так как предложенный принцип работы и организации процессов в данной турбине и компрессоре позволяет с заданной точностью приблизить КПД реальной ГТД к КПД идеального цикла Карно, который в своем составе предусматривает изотермические компрессоры и турбину, а также учитывая существенное отличие предложенных турбомашин от существующих представляется целесообразным их далее обозначать как квазиизотермические, т.е. близкие к изотермическим с эффективностью не хуже, чем 0,9 от эффективности идеальных изотермических турбин и компрессоров предусмотренных циклом Карно.Since the proposed principle of operation and organization of processes in a given turbine and compressor allows, with a given accuracy, to bring the efficiency of a real gas turbine engine closer to the efficiency of an ideal Carnot cycle, which includes isothermal compressors and a turbine, and also taking into account the significant difference between the proposed turbomachines and existing ones, it seems appropriate to further denote as quasi-isothermal, i.e. close to isothermal ones with an efficiency no worse than 0.9 of the efficiency of ideal isothermal turbines and compressors provided by the Carnot cycle.

Исходя из этого определено, что минимальный коэффициент расширения 1,05 соответствует малым ГТУ, а 1,35 большим ГТУ в которых потери минимальные и процессы сжатия и расширения практически адиабатические и могут увеличиваться только за счет потерь при необходимом охлаждении при очень высоких температурах. По нижней границе перепадов давления происходит необоснованное увеличение количества ступеней, по превышении указанной мной в формуле верхней границы происходит резкое падение коэффициента изотермичности турбины (значительно ниже 0,95) и соответственно резкое снижение КПД ГТУ.Based on this, it was determined that the minimum expansion coefficient of 1.05 corresponds to small gas turbines, and 1.35 corresponds to large gas turbines in which the losses are minimal and the compression and expansion processes are practically adiabatic and can only increase due to losses during the necessary cooling at very high temperatures. Along the lower limit of pressure drops, an unjustified increase in the number of stages occurs, when the upper limit specified by me in the formula is exceeded, there is a sharp drop in the turbine isothermal coefficient (significantly below 0.95) and, accordingly, a sharp decrease in the efficiency of the GTU.

Коэффициент изотермичности компрессора равный 1,1 соответствует показателям хорошей центробежной ступени со степенью сжатия 1,4-1,5 при котором температура сжатого воздуха в ступени колеблется в пределах от 320 до 380°К, что позволяет использование воды для охлаждения в нормальном режиме теплопередачи.The compressor isothermal coefficient of 1.1 corresponds to the performance of a good centrifugal stage with a compression ratio of 1.4-1.5, at which the temperature of the compressed air in the stage ranges from 320 to 380 ° K, which allows the use of water for cooling in normal heat transfer mode.

В целях снижения тепловой нагрузки на теплообменник и максимальной температуры в нем в цикл введена конечная адиабатическая ступень турбины, которая позволяет до 25% снизить температуру на входе в теплообменник со стороны выхлопа турбины, дает не более чем 0,5-0,75% снижение КПД.In order to reduce the heat load on the heat exchanger and the maximum temperature in it, a final adiabatic turbine stage is introduced into the cycle, which allows to reduce the temperature at the inlet to the heat exchanger from the turbine exhaust side by up to 25%, gives no more than 0.5-0.75% decrease in efficiency ...

Увеличение перепада давления на указанной ступени более 3-х приводит к резкому падению КПД. Гидравлические потери в патрубках и теплообменнике, а также потери за счет недорекуперации в пределах 25-75°С на горячем конце теплообменника, исходя из результатов эксплуатации реальных ГТУ, как правило, не превышают 1-1,5%.An increase in the pressure drop at the specified stage by more than 3 leads to a sharp drop in efficiency. Hydraulic losses in the pipes and the heat exchanger, as well as losses due to underrecovery within the range of 25-75 ° C at the hot end of the heat exchanger, based on the results of the operation of real gas turbine plants, as a rule, do not exceed 1-1.5%.

Для обеспечения максимальной компактности теплообменника и повышения КПД в данном техническом решении использована другая чем в классических турбинах конструкция соплового аппарата, рабочего колеса, что позволяет в указанном диапазоне перепадов на ступени обеспечить минимальные потери, а следовательно, обеспечить работу на более высоких давлениях, совместно с выполнением условия изотермичности, приводит к значительному росту удельной мощности турбины на единицу расхода воздуха, а следовательно к снижению размеров теплообменника и других агрегатов ГТУ.To ensure the maximum compactness of the heat exchanger and increase the efficiency in this technical solution, a design of the nozzle apparatus, the impeller is used differently than in classical turbines, which makes it possible to ensure minimum losses in the specified range of step differences, and therefore to ensure operation at higher pressures, together with the implementation isothermal conditions, leads to a significant increase in the specific power of the turbine per unit of air flow, and therefore to a decrease in the size of the heat exchanger and other gas turbine units.

Данный способ и конструкция позволяет создавать ГТУ которые в широком диапазоне мощностей способны иметь КПД не менее 65% при температуре в турбине не выше 1100-1200°К, а при температурах 1400-1500°К, материалы для которых достаточно хорошо освоены промышленностью получать КПД более 70%.This method and design makes it possible to create a gas turbine unit that, in a wide power range, is capable of having an efficiency of at least 65% at a temperature in the turbine not higher than 1100-1200 ° K, and at temperatures of 1400-1500 ° K, materials for which are sufficiently well mastered by the industry to obtain an efficiency of more 70%.

Для сравнения сообщаю, что для достижения КПД равного 65% в национальной программе Японии ставиться задача к 2020 году разработать материал для элементов турбины, который способен обеспечить достаточный ресурс ГТУ при температуре около 2000°К, для применения их в комбинированной ГТУ большой мощности для тепловых электростанций, а предложенный мной способ и его конструктивные особенности позволяют создать ГТУ с заданным отклонением его КПД от КПД наиболее эффективного цикла Карно не более 10% при любых температурах и обеспеченных технологических возможностей реального производства.For comparison, I would like to inform you that in order to achieve an efficiency equal to 65% in the national program of Japan, the task is to develop a material for turbine elements by 2020, which is able to provide a sufficient gas turbine resource at a temperature of about 2000 ° K, for their use in a combined high-power gas turbine for thermal power plants , and the method I proposed and its design features make it possible to create a GTU with a given deviation of its efficiency from the efficiency of the most efficient Carnot cycle of no more than 10% at any temperatures and provided technological capabilities of real production.

Claims (14)

1. Способ работы газотурбинного двигателя, в котором воздух, по меньшей мере из одного компрессора, поступает в первую камеру сгорания, действующую за компрессорным узлом, первую турбину, действующую за первой камерой сгорания, вторую камеру сгорания, действующую за первой турбиной, и вторую турбину, действующую за второй камерой сгорания, которая самовоспламеняется, отличающийся тем, что в ступенях компрессора реализован цикл, в котором атмосферный воздух сжимается многоступенчатым охлаждаемым поступенчато компрессором до заданного давления, далее на выходе из последней ступени компрессора воздух нагревается, не смешиваясь в теплообменнике, выхлопными газами подаваемыми из турбины, затем догревается в камере сгорания, в которую поступает топливо и далее через неподвижный сопловой аппарат, в котором формируется заданное поле скоростей потока рабочего газа, направляется на вход в ступени турбины, в которых, начиная с первой и включая предпоследнюю ступени, перед каждой ступенью подается топливо, через радиально направленные к валу турбины и неподвижно установленные на корпусе турбины блоки форсунок и распыляется равномерно по сечению проточной части турбины в количестве, обеспечивающем догрев рабочих газов до заданной температуры, указанный рабочий газ, вращаясь с угловой скоростью вращения вала турбины, далее поступает последовательно в каждую ступень через жестко установленные на валу турбины сотовые сопловые аппараты, в которых, вследствие геометрического воздействия, происходит увеличение составляющей скорости движения газа в осевом, по отношению к валу турбины направлении и дальше по выходу из соплового аппарата рабочий газ обтекает аэродинамические профили лопаток турбины, установленных на валу в радиальном направлении, которые вращаются вместе с сопловым аппаратом и которые передают на указанный вал механическую энергию в количестве, равном тепловой энергии, полученной от сгорания топлива в начале данной ступени, что обеспечивает вращение турбины, с равным количеством использованной механической энергии и добавленной тепловой энергии в ступенях от сгорания топлива, поданного блоками форсунок в потоке рабочего газа, установленных перед входом в ступень, и которые поддерживают заданные параметры работы с коэффициентом изотермичности не хуже 0,95, а дальше рабочий газ поступает в последнюю ступень, в которой, без выполнения подогрева в начале ступени, выполняется окончательное расширение рабочего газа и снижение температуры на выходе, а затем рабочий газ направляется в теплообменник, в котором выполняется теплообмен между ним и потоком сжатого в компрессоре воздуха, и как указано выше, направляется в камеру догрева, а указанный рабочий газ направляется дальше в атмосферу замыкая цикл.1. A method of operation of a gas turbine engine, in which air from at least one compressor enters the first combustion chamber acting after the compressor unit, the first turbine acting after the first combustion chamber, the second combustion chamber acting after the first turbine and the second turbine acting behind the second combustion chamber, which self-ignites, characterized in that a cycle is implemented in the compressor stages in which atmospheric air is compressed by a multistage cooled step-by-step compressor to a predetermined pressure, then at the outlet of the last compressor stage the air is heated without mixing in the heat exchanger with exhaust gases supplied from the turbine, then heats up in the combustion chamber, into which the fuel enters and then through a stationary nozzle apparatus, in which a given field of working gas flow velocities is formed, is directed to the entrance to the turbine stages, in which, starting from the first and including the penultimate stage, before each step serves fuel through the nozzle blocks radially directed to the turbine shaft and fixedly mounted on the turbine housing and is sprayed uniformly over the section of the turbine flow path in an amount that provides heating of the working gases to a predetermined temperature, the specified working gas, rotating at the angular speed of rotation of the turbine shaft, then enters sequentially into each stage through honeycomb nozzles rigidly mounted on the turbine shaft, in which, due to the geometric effect, there is an increase in the gas velocity component in the axial direction with respect to the turbine shaft and further down the nozzle outlet, the working gas flows around the aerodynamic profiles of the turbine blades, installed on the shaft in the radial direction, which rotate together with the nozzle apparatus and which transmit mechanical energy to the specified shaft in an amount equal to the thermal energy received from the combustion of fuel at the beginning of this stage, which ensures the rotation of the turbine, with an equal number of the quality of the used mechanical energy and the added thermal energy in the stages from the combustion of the fuel supplied by the injector blocks in the flow of the working gas, installed in front of the inlet to the stage, and which maintain the specified operating parameters with the isothermal coefficient not worse than 0.95, and then the working gas enters the last a stage in which, without performing preheating at the beginning of the stage, a final expansion of the working gas and a decrease in the outlet temperature is carried out, and then the working gas is sent to a heat exchanger, in which heat is exchanged between it and the compressed air stream in the compressor, and, as indicated above, is directed into the heating chamber, and the specified working gas is directed further into the atmosphere, closing the cycle. 2. Способ работы по п. 1, отличающийся тем, что количество тепловой энергии, подаваемой сгоранием топлива от каждого блока форсунок перед ступенями задается с учетом равенства соответствующих температур во всех ступенях изотермической части турбины с отклонением соответствующих температур от рассчитанных с точностью от 0,5% до 1%.2. The method of operation according to claim 1, characterized in that the amount of thermal energy supplied by the combustion of fuel from each block of injectors before the stages is set taking into account the equality of the corresponding temperatures in all stages of the isothermal part of the turbine with the deviation of the corresponding temperatures from the calculated ones with an accuracy of 0.5 % up to 1%. 3. Способ работы по п. 1, отличающийся тем, что перепад давления на каждой ступени компрессора и количество отведенной от сжатого воздуха тепловой энергии в каждой ступени находятся в величинах, обеспечивающих равенство соответствующих температур на входе и выходе в каждой ступени с отклонением от 0,5% до 1% за исключением первой, в которой температура на входе определяется температурой внешней среды.3. A method of operation according to claim 1, characterized in that the pressure drop at each compressor stage and the amount of thermal energy removed from the compressed air in each stage are in values that ensure the equality of the corresponding inlet and outlet temperatures in each stage with a deviation from 0, 5% to 1% except for the first, in which the inlet temperature is determined by the ambient temperature. 4. Способ работы по п. 1, отличающийся тем, что отношение давления на входе к давлению на выходе каждой ступени изотермической части турбины от 1,05 до 1,35 при одинаковом коэффициенте изотермичности, а в конечной ступени, с адиабатным расширением, не более 3.4. A method of operation according to claim 1, characterized in that the ratio of the inlet pressure to the outlet pressure of each stage of the isothermal part of the turbine is from 1.05 to 1.35 with the same isothermal coefficient, and in the final stage, with adiabatic expansion, no more 3. 5. Способ работы по п. 4, отличающийся тем, что в блоках форсунок через систему каналов смешивают распыленное топливо с рабочими газами турбины с образованием богатой топливной смеси внутри обтекателей блока форсунок, и осуществляется подача полученной топливной смеси к задней кромке профиля обтекателя блока форсунок, в которых полученная топливная смесь распределяется в объемах прямо пропорциональных расстоянию от оси вала, с возможностью обеспечения равномерного распыления по сечению проточной полости турбины, самовоспламеняется и поступает в проточную часть каждой ступени изотермической части турбины.5. The method of operation according to claim 4, characterized in that the atomized fuel is mixed with the working gases of the turbine in the injector blocks through the channel system to form a rich fuel mixture inside the fairings of the injector block, and the resulting fuel mixture is supplied to the trailing edge of the fairing profile of the injector block, in which the resulting fuel mixture is distributed in volumes directly proportional to the distance from the shaft axis, with the ability to ensure uniform spraying over the section of the turbine flow cavity, self-ignites and enters the flow path of each stage of the isothermal part of the turbine. 6. Газотурбинный двигатель, включающий компрессор, выполненный с возможностью приема и сжатия рабочей текучей среды, камеру сгорания, выполненную с возможностью приема сжатой рабочей текучей среды из компрессора и горючего, с возможностью сжигания с образованием рабочего газа, и турбину, которая имеет не менее двух ступеней и выполненную с возможностью приема рабочего газа из камеры сгорания и использования его энергии для вращения вала, при этом между ступенями турбины установлено не менее чем по одному устройству для вторичного подогрева, которые содержат блоки форсунок, отличающийся тем, что в рабочей полости установлен охлаждаемый поступенчато компрессор, а за компрессором перед основной камерой сгорания догрева установлен теплообменник, а затем в проточной части в ступенях изотермической части ротора турбины, имеющей не менее трех ступеней, на наружной поверхности проточной части корпуса двигателя на входе в каждую ступень установлены радиально направленные блоки топливных форсунок, имеющие в своем внешнем поперечном сечении обтекатели с осесимметричным аэродинамическим профилем, направление продольной хорды которых совпадает с направлением вектора скорости набегающего потока газа и имеют каналы, с возможностью подачи богатой топливной смеси через отверстия в задней части профиля, а дальше в осевом направлении после каждого блока форсунок установлены ступени изотермической части турбины, включающие жестко закрепленные на валу, в каждой ступени, сотовые сопловые аппараты и за ними не менее одного ряда лопаток турбины, далее за ступенями изотермической части турбины, установлена не менее чем одна ступень турбины, с возможностью обеспечения адиабатного расширения рабочего газа, выход которой направлен в теплообменник нагрева воздуха после компрессора перед камерами догрева, за счет тепловой энергии выхлопных газов турбины.6. Gas turbine engine, including a compressor configured to receive and compress a working fluid, a combustion chamber configured to receive compressed working fluid from the compressor and fuel, with the possibility of burning to form a working gas, and a turbine that has at least two stages and made with the possibility of receiving the working gas from the combustion chamber and using its energy to rotate the shaft, while at least one device for reheating is installed between the turbine stages, which contain nozzle blocks, characterized in that a cooled stepwise compressor, and a heat exchanger is installed behind the compressor in front of the main combustion chamber of reheating, and then in the flow path in the stages of the isothermal part of the turbine rotor, which has at least three stages, on the outer surface of the flow path of the engine casing at the entrance to each stage, radially directed fuel injector units are installed k, having in their external cross-section fairings with an axisymmetric aerodynamic profile, the direction of the longitudinal chord of which coincides with the direction of the velocity vector of the incoming gas flow and have channels with the possibility of supplying a rich fuel mixture through the holes in the rear part of the profile, and then in the axial direction after each of the nozzle block, the stages of the isothermal part of the turbine are installed, including rigidly fixed on the shaft, in each stage, honeycomb nozzles and behind them at least one row of turbine blades, then behind the steps of the isothermal part of the turbine, at least one turbine stage is installed, with the possibility of providing an adiabatic expansion of the working gas, the outlet of which is directed to the heat exchanger for heating the air after the compressor in front of the heating chambers, due to the thermal energy of the turbine exhaust gases. 7. Двигатель по п. 6, отличающийся тем, что ступени турбины, с возможностью работы в режиме адиабатного расширения установлены на отдельном валу.7. The engine of claim. 6, characterized in that the turbine stages, with the ability to operate in the mode of adiabatic expansion, are installed on a separate shaft. 8. Двигатель по п. 6, отличающийся тем, что ячейки соплового аппарата равномерно покрывают проточную часть ступени турбины и каждая ячейка образована концентрически расположенными обечайками и радиально направленными пластинами.8. The engine according to claim 6, characterized in that the cells of the nozzle apparatus uniformly cover the flow path of the turbine stage and each cell is formed by concentrically located shells and radially directed plates. 9. Двигатель по п. 8, отличающийся тем, что радиальные пластины ячеек соплового аппарата выполнены с поперечным сечением в виде симметричного аэродинамического профиля.9. The engine of claim. 8, characterized in that the radial plates of the cells of the nozzle apparatus are made with a cross-section in the form of a symmetrical airfoil. 10. Двигатель по п. 9, отличающийся тем, что необходимое для ускорения потока газа изменение сечения по длине каналов соплового аппарата достигается изменением толщины радиально установленных пластин, а также частичным размещением аэродинамического профиля турбинных лопаток внутри канала соплового аппарата с частичным перекрытием в осевом направлении.10. The engine according to claim 9, characterized in that the change in the cross-section along the length of the nozzle apparatus channels necessary to accelerate the gas flow is achieved by changing the thickness of the radially mounted plates, as well as by partially placing the aerodynamic profile of the turbine blades inside the nozzle apparatus channel with partial axial overlap. 11. Двигатель по п. 6, отличающийся тем, что на наружной поверхности корпуса турбины внутри проточной части на входе в каждую ступень установлены радиально направленные к осевой линии вала блоки топливных форсунок, которые представляют собой полые стержни с глухим торцом и радиальными отверстиями, образующими каналы для подачи горючего, с возможностью подачи горючего в заданных количествах через боковые радиальные отверстия - форсунки в стенках указанных стержней, а на стержнях флюгерно шарнирно установлены секции независимых между собой обтекателей, с возможностью поворота относительно продольной оси стержня в пределах угла до 80° относительно плоскости продольной оси турбины и с возможностью совпадения направления хорды профиля обтекателя с вектором скорости набегающего потока и имеют систему каналов, соединяющих внутренний объем обтекателя с проточной частью турбины.11. The engine according to claim 6, characterized in that on the outer surface of the turbine housing inside the flow path at the inlet to each stage, fuel injector blocks radially directed to the axial line of the shaft, which are hollow rods with a blind end and radial holes forming channels for supplying fuel, with the possibility of supplying fuel in specified quantities through lateral radial holes - nozzles in the walls of these rods, and sections of independent fairings are hinged on the rods, with the possibility of rotation relative to the longitudinal axis of the rod within an angle of up to 80 ° relative to the longitudinal plane the turbine axes and with the possibility of coincidence of the chord direction of the fairing profile with the oncoming flow velocity vector and have a system of channels connecting the inner volume of the fairing with the turbine flow path. 12. Двигатель по п. 6, отличающийся тем, что двигатель имеет линейную компоновку, при которой все ступени компрессора и турбины расположены вдоль одной осевой линии.12. The engine of claim. 6, characterized in that the engine has a linear arrangement in which all stages of the compressor and turbine are located along one center line. 13. Двигатель по п. 6, отличающийся тем, что начальная часть турбины с камерой догрева включает в себя ступени первой изотермической части турбины, обслуживающей полезную нагрузку, установленные вдоль одной осевой линии, а вторая изотермическая часть турбины совместно с конечными адиабатическими ступенями турбины и компрессор имеют вал, направленный вдоль другой осевой линии развернутой относительно первой на угол до 180°, исходя из требований компоновки, причем обе указанные части соединены газоходом с установленными в нем неподвижными сопловыми аппаратами, с возможностью создания необходимого поля скоростей движения рабочего газа, компрессор установлен со стороны конечной ступени турбины, приводные валы которого соединены с валом, указанной части турбины.13. The engine according to claim 6, characterized in that the initial part of the turbine with a heating chamber includes the stages of the first isothermal part of the turbine serving the payload, installed along one center line, and the second isothermal part of the turbine together with the final adiabatic stages of the turbine and the compressor have a shaft directed along another axial line deployed relative to the first at an angle of up to 180 °, based on the requirements of the layout, and both of these parts are connected by a gas duct with fixed nozzle devices installed in it, with the possibility of creating the required field of speeds of movement of the working gas, the compressor is installed from the side the final stage of the turbine, the drive shafts of which are connected to the shaft of the specified part of the turbine. 14. Двигатель по п. 6, отличающийся тем, что в компрессоре, за исключением последней ступени, между ступенями установлены охлаждающие теплообменники.14. An engine according to claim 6, characterized in that, with the exception of the last stage, cooling heat exchangers are installed between the stages in the compressor.
RU2019105801A 2018-03-06 2019-02-28 Gas turbine engine operating method and gas turbine engine RU2726861C1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAA201802336 2018-03-06
UAA201802336 2018-03-06

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2726861C1 true RU2726861C1 (en) 2020-07-16

Family

ID=71616508

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019105801A RU2726861C1 (en) 2018-03-06 2019-02-28 Gas turbine engine operating method and gas turbine engine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2726861C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113204842A (en) * 2021-04-28 2021-08-03 中国航发沈阳发动机研究所 Engine thermodynamic cycle design method
RU2779808C1 (en) * 2021-08-16 2022-09-13 Владимир Константинович Литвинов Method for operation of a universal gas turbine power unit

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2094636C1 (en) * 1993-02-24 1997-10-27 Виктор Исаакович Особов Gas-turbine plant and its operating process (options)
US20080112794A1 (en) * 2006-11-10 2008-05-15 General Electric Company Compound nozzle cooled engine
RU2579526C2 (en) * 2014-07-02 2016-04-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Method of converting turbo shaft engine into ground-based gas-turbine plant
RU2671264C1 (en) * 2018-01-15 2018-10-30 Владимир Леонидович Письменный Stoichiometric steam gas turbine installation

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2094636C1 (en) * 1993-02-24 1997-10-27 Виктор Исаакович Особов Gas-turbine plant and its operating process (options)
US20080112794A1 (en) * 2006-11-10 2008-05-15 General Electric Company Compound nozzle cooled engine
RU2579526C2 (en) * 2014-07-02 2016-04-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Method of converting turbo shaft engine into ground-based gas-turbine plant
RU2671264C1 (en) * 2018-01-15 2018-10-30 Владимир Леонидович Письменный Stoichiometric steam gas turbine installation

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113204842A (en) * 2021-04-28 2021-08-03 中国航发沈阳发动机研究所 Engine thermodynamic cycle design method
CN113204842B (en) * 2021-04-28 2024-05-24 中国航发沈阳发动机研究所 Engine thermodynamic cycle design method
RU2779808C1 (en) * 2021-08-16 2022-09-13 Владимир Константинович Литвинов Method for operation of a universal gas turbine power unit

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2531110C2 (en) Gas-turbine unit and unit with injector vanes (versions)
US3958899A (en) Staged expansion system as employed with an integral turbo-compressor wave engine
US3877219A (en) Constant volume combustion gas turbine with intermittent flows
US11255544B2 (en) Rotating detonation combustion and heat exchanger system
Benini et al. Design, manufacturing and operation of a small turbojet-engine for research purposes
CN109028142B (en) Propulsion system and method of operating the same
US8413418B2 (en) Gas turbine engine
CN109028151B (en) Multi-chamber rotary detonation combustor
CN109028144B (en) Integral vortex rotary detonation propulsion system
US20180231256A1 (en) Rotating Detonation Combustor
US3234736A (en) Pressure exchanger
WO2005003533A2 (en) High compression gas turbine with superheat enhancement
US20100043388A1 (en) Gas turbine engine arrangement
US20180355792A1 (en) Annular throats rotating detonation combustor
CN106837430A (en) Gas-turbine unit with fenestra
JPH0367026A (en) Turborocket engine-ramjet engine combined afterburning propeller
RU2726861C1 (en) Gas turbine engine operating method and gas turbine engine
US10443493B2 (en) Exhaust mixer for wave rotor assembly
Akbari et al. Recent developments in wave rotor combustion technology and future perspectives: a progress review
RU2707105C2 (en) Turbojet double-flow engine
RU2770077C1 (en) Method for operation of a double-circuit gas turbine engine and double-circuit gas turbine engine
Akbari et al. Performance of an ultra-compact disk-shaped reheat gas turbine for power generation
US10859011B2 (en) Combustor with flow guide in double pipe type liner, and gas turbine having same
RU2735040C1 (en) Gas transfer unit
KR102158298B1 (en) Turbine blade, turbine including the same