RU2774091C1 - Gas turbine engine - Google Patents
Gas turbine engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2774091C1 RU2774091C1 RU2021125117A RU2021125117A RU2774091C1 RU 2774091 C1 RU2774091 C1 RU 2774091C1 RU 2021125117 A RU2021125117 A RU 2021125117A RU 2021125117 A RU2021125117 A RU 2021125117A RU 2774091 C1 RU2774091 C1 RU 2774091C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- engine
- turbine
- cylinder
- combustion chamber
- gas turbine
- Prior art date
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 33
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 23
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 238000005474 detonation Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 4
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 3
- 229920002456 HOTAIR Polymers 0.000 description 3
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Предлагаемое изобретение относится к двигателестроению, в частности к генераторам газа для газотурбинных установок. Заявленное изобретение направлено на разработку генератора газа, имеющего минимальное количество конструктивных элементов и движущихся деталей.The present invention relates to engine building, in particular to gas generators for gas turbine plants. The claimed invention is directed to the development of a gas generator having a minimum number of structural elements and moving parts.
Известен детонационный двигатель внутреннего сгорания, патент RU 2066383 С1, л.1, содержащий по меньшей мере блок спаренных цилиндров с разделительными поршнями, образующими газовые полости с камерами сгорания и гидравлические полости, сообщенные между собой и с гидротурбиной при помощи магистралей рабочей жидкости, отличающийся тем, что камеры сгорания цилиндров двигателя снабжены детонаторами. Изобретение относится к автомобильному транспорту и предназначено для использования в качестве силовой установки автомобилей. Задача изобретения - создание двигателя с высокими качественными характеристиками за счет применения детонационного горения.A detonation internal combustion engine is known, patent RU 2066383 C1, l.1, containing at least a block of twin cylinders with separating pistons forming gas cavities with combustion chambers and hydraulic cavities communicated with each other and with a hydraulic turbine using working fluid lines, characterized in that that the combustion chambers of the engine cylinders are equipped with detonators. The invention relates to motor vehicles and is intended for use as a power plant for vehicles. The objective of the invention is to create an engine with high quality characteristics through the use of detonation combustion.
Известный двигатель имеет следующие недостатки: Передача силового воздействия на турбину с помощью жидкости при высоких скоростях ее движения связана со значительной турбулентностью этой жидкости и, следовательно, с существенной потерей мощности. Камера сгорания в цилиндре, разделенная поршнем от полости с жидкостью, имеет низкую температуру, что снижает эффективность горения топлива. Механизм, необходимый для синхронизации движения поршней, усложняет конструкцию двигателя. Использование известного двигателя без детонаторов не устраняет указанных недостатков. При работе двигателя с детонаторами детонационное возгорание топлива способствует возникновению ударных волн в жидкости и возникновению кавитации, ведущих к разрушению лопаток турбины.The known engine has the following disadvantages: The transmission of force to the turbine by means of a liquid at high speeds of its movement is associated with a significant turbulence of this liquid and, consequently, with a significant loss of power. The combustion chamber in the cylinder, separated by a piston from the liquid cavity, has a low temperature, which reduces the efficiency of fuel combustion. The mechanism required to synchronize the movement of the pistons complicates the design of the engine. The use of a known engine without detonators does not eliminate these disadvantages. When the engine is operated with detonators, the detonation ignition of the fuel contributes to the occurrence of shock waves in the liquid and the occurrence of cavitation, leading to the destruction of the turbine blades.
Известен способ создания многоцилиндрового жидкостного двигателя внутреннего сгорания и устройство для его осуществления, патент RU 2495262 С2, л.2, который содержит гидросистему, состоящую из турбины и цилиндров, подающих на турбину из внешней камеры сгорания жидкость под давлением газов сгорающей топливной смеси и системы подготовки и воспламенения горючей смеси, отличающийся тем, что жидкостные двигатели объединены в один агрегат, цилиндры которого спарены в проточные блоки, закольцованы на общую турбину, поочередно заполняемыми жидкостью, отсекаемой от потока, отклоненного в спаренный цилиндр, при этом истечение жидкости происходит под давлением газов из внешней камеры сгорания из первого цилиндра, поток снова возвращается в него, вытесняя газы, пока извергается спаренный цилиндр, а последующий блок четырехцилиндрового двигателя включается в действие при снижении давления в цилиндре предыдущего блока вдвое, значит обратно-пропорционально числу блоков двигателя.A known method for creating a multi-cylinder liquid internal combustion engine and a device for its implementation, patent RU 2495262 C2, l.2, which contains a hydraulic system consisting of a turbine and cylinders that supply the turbine from the external combustion chamber with liquid under pressure from the gases of the burning fuel mixture and the preparation system and ignition of the combustible mixture, characterized in that the liquid engines are combined into one unit, the cylinders of which are paired into flow blocks, looped onto a common turbine, alternately filled with liquid cut off from the flow deflected into the paired cylinder, while the outflow of liquid occurs under the pressure of gases from external combustion chamber from the first cylinder, the flow returns to it again, displacing gases while the twin cylinder is erupted, and the subsequent block of the four-cylinder engine is activated when the pressure in the cylinder of the previous block is reduced by half, that is, inversely proportional to the number of engine blocks.
Известный двигатель имеет следующие недостатки: из-за значительной инерционности двигатель не эффективен при частой смене режимов работы. С увеличением скорости течения жидкости возрастает дополнительная мощность двигателя на преодоление турбулентности, поэтому известный двигатель не эффективен при больших оборотах турбины. При перепуске жидкости из одной трубы в другую трубу возможны гидравлические удары. Выхлопные клапаны связаны с конденсатором паров жидкости, возвращаемой обратно в цилиндр из сборника жидкости, что усложняет конструкцию двигателя. Химические добавки из выхлопных газов загрязняют жидкость и повышают ее химическую активность. Конструкция двигателя отличается повышенной сложностью.Known engine has the following disadvantages: due to the significant inertia, the engine is not effective with frequent changes in operating modes. With an increase in the fluid flow rate, the additional engine power to overcome turbulence increases, so the known engine is not efficient at high turbine speeds. When fluid is passed from one pipe to another, hydraulic shocks are possible. The exhaust valves are connected to a liquid vapor condenser that is returned back to the cylinder from the liquid reservoir, which complicates the design of the engine. Chemical additives from exhaust gases pollute the fluid and increase its chemical activity. The design of the engine is characterized by increased complexity.
Наиболее близким по совокупности признаков к заявленному изобретению является роторно-поршневой двигатель, патент RU 2516044 С2, л.4 (прототип), содержащий корпус с цилиндрической полостью, ротор с цилиндрическим уступом, расположенный в подшипниках торцевых крышек, воздушный компрессор высокого давления и рекуперативный теплообменник для нагрева воздуха после компрессора теплом отходящих газов; кроме того, двигатель снабжен двумя теплоизолированными камерами сгорания периодического действия, при этом в каждой камере установлены клапаны впуска и выпуска, снабженные электромагнитом и сервоприводом, и топливная форсунка с пневмоприводом, а на линии подачи воздуха от компрессора в двигатель установлены два ресивера: один ресивер со встроенным электронагревателем установлен после рекуперативного теплообменника и подсоединен к камерам сгорания, а второй установлен до рекуперативного теплообменника.The closest set of features to the claimed invention is a rotary piston engine, patent RU 2516044 C2, l.4 (prototype), containing a housing with a cylindrical cavity, a rotor with a cylindrical ledge located in the bearings of the end caps, a high-pressure air compressor and a recuperative heat exchanger for heating the air after the compressor with the heat of the exhaust gases; in addition, the engine is equipped with two thermally insulated intermittent combustion chambers, while in each chamber there are intake and exhaust valves equipped with an electromagnet and a servo drive, and a fuel injector with a pneumatic drive, and two receivers are installed on the air supply line from the compressor to the engine: one receiver with the built-in electric heater is installed after the recuperative heat exchanger and connected to the combustion chambers, and the second one is installed before the recuperative heat exchanger.
Решаемая задача - повышение эффективности работы двигателя в широком диапазоне его работы и увеличение ресурса его работы.The problem to be solved is to increase the efficiency of the engine in a wide range of its operation and increase its service life.
Известный двигатель имеет следующие недостаткиThe known engine has the following disadvantages
Реализация последовательности его работы достигается за счет применения большого количества вспомогательного оборудования, включающего пневматические узлы, электроподогреватель, ресивер, а также за счет развитой системы газопроводов, что ведет к усложнению конструкции, снижению надежности двигателя и утечке тепла в многочисленных каналах. При исследовании отличительных признаков аналогов изобретения не выявлен газотурбинный двигатель, содержащий минимальное количество конструктивных элементов и движущихся деталей.The implementation of the sequence of its work is achieved through the use of a large number of auxiliary equipment, including pneumatic units, an electric heater, a receiver, as well as due to a developed gas pipeline system, which leads to a more complex design, a decrease in engine reliability and heat leakage in numerous channels. When examining the distinguishing features of analogues of the invention, a gas turbine engine containing a minimum number of structural elements and moving parts was not identified.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка газотурбинного двигателя, содержащего минимальное количество конструктивных элементов и движущихся деталей.The problem to be solved by the claimed invention is the development of a gas turbine engine containing a minimum number of structural elements and moving parts.
Решение поставленной задачи по разработке наиболее простой конструкции газотурбинного двигателя, достигнуто в газотурбинном двигателе, содержащем турбину, блок управления, две поочередно работающие камеры сгорания (КС) с топливными форсунками и свечами зажигания, компрессор, выход которого через запорные устройства (ЗУ) соединен со входами первой КС2 и второй КС3, выходы которых через запорные устройства соединены соответственно с первым и вторым входами в турбину, дополнительно содержащем цилиндр со свободно движущимся поршнем, четыре вывода цилиндра соединены соответственно с первой камерой сгорания, с первым входом в турбину, со вторым входом в турбину и со второй камерой сгорания.The solution of the task of developing the simplest design of a gas turbine engine has been achieved in a gas turbine engine containing a turbine, a control unit, two alternately operating combustion chambers (CC) with fuel injectors and spark plugs, a compressor, the output of which is connected to the inputs through locking devices (SD) the first KS2 and the second KS3, the outputs of which are connected through locking devices, respectively, to the first and second inlets to the turbine, additionally containing a cylinder with a freely moving piston, four cylinder outlets are connected, respectively, to the first combustion chamber, to the first inlet to the turbine, to the second inlet to the turbine and with a second combustion chamber.
Сущность изобретения заключается в том, что во время рабочего хода в первой КС основной поток горящих газов направляют в турбину. Часть газов потока направляют в цилиндр. Напор газов смещает поршень в противоположную сторону цилиндра, заполненного компрессорным воздухом. Воздух нагнетают во вторую КС, сжимают его, запирают в КС и выдерживают до следующего рабочего хода. Поршень предназначен для передачи давления на воздух в цилиндре и для разделения от смешивания газов и воздуха.The essence of the invention lies in the fact that during the working stroke in the first CC the main flow of burning gases is directed to the turbine. Part of the flow gases are directed to the cylinder. The pressure of gases shifts the piston to the opposite side of the cylinder filled with compressor air. Air is injected into the second CC, compressed, locked in the CC and kept until the next working stroke. The piston is designed to transmit pressure to the air in the cylinder and to separate from the mixing of gases and air.
Сущность изобретения поясняется на чертежах, которые приведены в качестве примеров для пояснения работы газотурбинного двигателя (ГТД). The essence of the invention is illustrated in the drawings, which are given as examples to explain the operation of a gas turbine engine (GTE).
На фиг. 1 представлена схема варианта ГТД. In FIG. 1 shows a diagram of a GTE variant.
На фиг. 2 представлена временная диаграмма зависимости давления р от времени t в первой камере сгорания.In FIG. 2 is a time diagram of pressure p versus time t in the first combustion chamber.
На фиг. 3 представлена временная диаграмма зависимости давления р от времени t во второй камере сгорания.In FIG. 3 is a time diagram of pressure p versus time t in the second combustion chamber.
Газотурбинный двигатель, содержит, блок управления (БУ), компрессор (на схеме не показаны), турбину 1, две поочередно работающие камеры сгорания КС2 и КС3 с топливными форсунками и свечами зажигания; выход компрессора через запорные устройства ЗУ8 и ЗУ9 соединен со входами первой КС2 и второй КС3, выходы которых через запорные устройства ЗУ4 и ЗУ5 соединены соответственно с первым и вторым входами в турбину 1. Двигатель содержит цилиндр 11 со свободно движущимся поршнем 12, четыре вывода цилиндра соединены соответственно с первой камерой сгорания КС2, с первым входом в турбину 1, со вторым входом в турбину 1 и со второй камерой сгорания КС3.The gas turbine engine contains a control unit (CU), a compressor (not shown in the diagram), a
Перед началом рабочего хода в первой КС2 находится сжатый горячий воздух. Во второй КС3 и в газовом канале 11 находится компрессорный воздух. Через форсунку 10 в КС2 впрыскивают дозу топлива и после его возгорания и необходимой выдержки открывают ЗУ4, ЗУ 13 и ЗУ 14. Сгоревшую топливовоздушную смесь нагнетают через ЗУ4 в турбину 1, фиг. 2 2-3, и в цилиндр 11. Под напором этой смеси поршень 12, смещаясь в цилиндре 11, вытесняет воздух из него через ЗУ 14 во вторую КС3. При достижении заданного давления в КС3 запирают ЗУ 14 и выдерживают сжатый горячий воздух до следующего рабочего хода в КС3, фиг. 3, 1-2. В конце рабочего хода в КС2 открывают ЗУ8 и ЗУ7 и продувают КС2 и цилиндр 11 компрессорным воздухом с выходом его в турбину 1, фиг. 2, 3-4. Запирают ЗУ7 и продолжают нагнетать воздух в КС2 и в цилиндр 11. При достижении заданного давления в КС2 запирают ЗУ8 и выдерживают сжатый горячий воздух в КС2 и в цилиндре 11 до рабочего хода в КС3, фиг. 2 4-5, который реализуют после некоторой выдержки, в зависимости от частоты рабочих ходов. Впрыскивают топливо в КС3 и реализуют в нем рабочий ход, фиг. 3 3-4, с дополнительным нагнетанием воздуха из цилиндра в КС2 и последующей его выдержкой, фиг. 2 5-6. Далее реализуют аналогичную последовательность операций с участием КС2.Before the start of the working stroke, compressed hot air is located in the first KS2. Compressor air is located in the second KS3 and in the
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением указанного результата предлагаемого устройства ГТД, следующие:Information confirming the possibility of carrying out the invention with obtaining the indicated result of the proposed gas turbine engine device is as follows:
Объем полости цилиндра должен быть таким, чтобы после вытеснения из него воздуха в КС давление этого воздуха было достаточными для воспламенения впрыснутой дозы топлива. Торцы поршня в одном из крайних положений в цилиндре должны располагаться в непосредственной близости между крайним отводом и ближайшем к нему вторым отводом из цилиндра. Поршень должен быть с предельно низким весом. На обоих концах цилиндра должны быть буферные полости и датчики давления.The volume of the cylinder cavity must be such that after the air is forced out of it into the combustion chamber, the pressure of this air is sufficient to ignite the injected dose of fuel. The ends of the piston in one of the extreme positions in the cylinder should be located in close proximity between the extreme outlet and the second outlet closest to it from the cylinder. The piston must be of extremely low weight. Both ends of the cylinder should have buffer cavities and pressure sensors.
Согласованная работа узлов ГТД может быть осуществлена при использовании электронного блока управления и при наличии необходимых датчиков.The coordinated operation of the GTE units can be carried out using an electronic control unit and with the necessary sensors.
Запорные устройства могут быть предпочтительно изготовлены в виде вала с отверстиями для прохода газов, повороты которого осуществляет электромагнитное устройство по сигналам от БУ.The locking devices can preferably be made in the form of a shaft with holes for the passage of gases, the rotation of which is carried out by an electromagnetic device according to signals from the control unit.
Запуск ГТД может быть осуществлен после раскрутки компрессора, например, с помощью стартера.Starting the GTE can be carried out after the compressor spins up, for example, using a starter.
При работе с различными сортами топлив необходимая степень сжатия в КС может регулироваться изменением давления на выходе компрессора. Воспламенение плохо возгораемой рабочей смеси перед началом рабочего хода может быть осуществлено с необходимым опережением для ее полного сгорания. Увеличение мощности ГТД может быть достигнуто увеличением числа пар КС, подключенных ко входам турбины.When working with different types of fuels, the required compression ratio in the combustion chamber can be controlled by changing the pressure at the compressor outlet. The ignition of a poorly flammable working mixture before the start of the working stroke can be carried out with the necessary advance for its complete combustion. An increase in GTE power can be achieved by increasing the number of CS pairs connected to the turbine inlets.
Частота рабочих ходов двигателя может быть отрегулирована путем задержки впрыска в камеры сгорания.The engine stroke rate can be adjusted by delaying injection into the combustion chambers.
В качестве турбины может быть использовано роторно-лопастное устройство.A rotary-vane device can be used as a turbine.
Источники информацииSources of information
1. Патент RU 2066383С1. Детонационный двигатель внутреннего сгорания. МПК F02B71/04.1. Patent RU 2066383С1. Detonation internal combustion engine. IPC F02B71/04.
2. Патент RU 2495262С2. Способ создания многоцилиндрового жидкостного двигателя внутреннего сгорания и двигатель. МПК F02B75/00, F01B11/08, F02B71/04.2. Patent RU 2495262С2. A method for creating a multi-cylinder liquid internal combustion engine and an engine. IPC F02B75/00, F01B11/08, F02B71/04.
3. Патент RU 2516044С2. Роторно-поршневой двигатель. МПК F02B55/02, F01C1/356, F02B19/02, F16J15/40.3. Patent RU 2516044С2. Rotary piston engine. IPC F02B55/02, F01C1/356, F02B19/02, F16J15/40.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2774091C1 true RU2774091C1 (en) | 2022-06-15 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19852718A1 (en) * | 1998-11-16 | 2000-05-31 | Hartwig Groeneveld | Crankless internal combustion engine |
DE19983536T1 (en) * | 1998-09-11 | 2001-08-02 | Caterpillar Inc | Method of operating an engine with a free piston |
RU2445479C2 (en) * | 2008-01-21 | 2012-03-20 | Александр Александрович Горшков | Free-piston engine |
RU2495262C2 (en) * | 2010-04-23 | 2013-10-10 | Иван Николаевич Шеремет | Method of creating multicylinder liquid ice and engine |
RU2516044C2 (en) * | 2011-12-07 | 2014-05-20 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Аркон" | Rotary piston engine |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19983536T1 (en) * | 1998-09-11 | 2001-08-02 | Caterpillar Inc | Method of operating an engine with a free piston |
DE19852718A1 (en) * | 1998-11-16 | 2000-05-31 | Hartwig Groeneveld | Crankless internal combustion engine |
RU2445479C2 (en) * | 2008-01-21 | 2012-03-20 | Александр Александрович Горшков | Free-piston engine |
RU2495262C2 (en) * | 2010-04-23 | 2013-10-10 | Иван Николаевич Шеремет | Method of creating multicylinder liquid ice and engine |
RU2516044C2 (en) * | 2011-12-07 | 2014-05-20 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Аркон" | Rotary piston engine |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4090478A (en) | Multiple cylinder sinusoidal engine | |
US7000402B2 (en) | Compound gas turbine engines and methods of operation thereof | |
US4144866A (en) | Internal combustion rotary engine | |
US3830208A (en) | Vee engine | |
US5372107A (en) | Rotary engine | |
US1456479A (en) | Combined internal-combustion and turbine engine | |
RU2774091C1 (en) | Gas turbine engine | |
US8616176B2 (en) | Rotary internal combustion engine | |
TWI589769B (en) | Circulating piston engine | |
US5746172A (en) | Process for increasing the torque of an internal combustion engine and internal combustion engine | |
KR100678485B1 (en) | Rotary Internal-Combustion Engine | |
US3076446A (en) | Rotary internal combustion engine | |
RU2805548C1 (en) | Method for gas generation and engines (embodiments) | |
RU2665766C2 (en) | One-stroke internal combustion engine | |
RU202524U1 (en) | Rotary vane internal combustion engine | |
US2856753A (en) | Internal-combustion turbine engine | |
RU2550234C2 (en) | Internal combustion engine | |
RU2768129C1 (en) | Method for operation of the internal combustion engine | |
RU2764613C1 (en) | Method for operation of free-piston gas generator and apparatus for implementation thereof | |
RU2767866C1 (en) | Method of detonation engine operation | |
RU2079679C1 (en) | Internal combustion engine | |
US3357175A (en) | Method and apparatus for power generation | |
WO2000012867A1 (en) | Internal combustion engine | |
US11255258B2 (en) | Internal combustion engine having adjustable linking of its engine units | |
RU2011860C1 (en) | Internal combustion engine |