RU2656540C1 - Gas turbine turboshaft automotive radial engine with centrifugal gases outflow and its operation method - Google Patents
Gas turbine turboshaft automotive radial engine with centrifugal gases outflow and its operation method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2656540C1 RU2656540C1 RU2017130525A RU2017130525A RU2656540C1 RU 2656540 C1 RU2656540 C1 RU 2656540C1 RU 2017130525 A RU2017130525 A RU 2017130525A RU 2017130525 A RU2017130525 A RU 2017130525A RU 2656540 C1 RU2656540 C1 RU 2656540C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- turbine
- stage
- blades
- combustion chamber
- rotors
- Prior art date
Links
- 239000007789 gas Substances 0.000 title claims abstract description 65
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 10
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 53
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 29
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 7
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 5
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 5
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 abstract description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- RLQJEEJISHYWON-UHFFFAOYSA-N flonicamid Chemical compound FC(F)(F)C1=CC=NC=C1C(=O)NCC#N RLQJEEJISHYWON-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- -1 and when starting Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 210000003477 cochlea Anatomy 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 235000013601 eggs Nutrition 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 229910000753 refractory alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C5/00—Gas-turbine plants characterised by the working fluid being generated by intermittent combustion
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
- F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
- F01C1/02—Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
- F01C1/04—Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents of internal-axis type
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D1/00—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines
- F01D1/02—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines with stationary working-fluid guiding means and bladed or like rotor, e.g. multi-bladed impulse steam turbines
- F01D1/06—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines with stationary working-fluid guiding means and bladed or like rotor, e.g. multi-bladed impulse steam turbines traversed by the working-fluid substantially radially
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к автомобильному двигателестроению, позволяющему использовать в качестве рабочего тела продукты сгорания с температурой рабочего тела около 2000 градусов [F02C 3/067].The invention relates to automotive engine manufacturing, which allows the use of combustion products as a working fluid with a working fluid temperature of about 2000 degrees [F02C 3/067].
Из уровня техники известна ДВУХВАЛЬНАЯ ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА [SU 171697 A1, опубл. 1965], на одном валу которой расположены компрессор среднего давления и турбина низкого давления, а на другом - компрессоры низкого и высокого давлений и турбина высокого давления, отличающаяся тем, что она снабжена перепускной магистралью с клапаном, связывающей воздушный тракт за компрессором среднего давления с газовым трактом за турбиной высокого давления.BACKGROUND GAS-TURBINE INSTALLATION [SU 171697 A1, publ. 1965], on one shaft of which there is a medium-pressure compressor and a low-pressure turbine, and on the other - low and high-pressure compressors and a high-pressure turbine, characterized in that it is equipped with a bypass line with a valve connecting the air duct behind the medium-pressure compressor with gas the path behind the high pressure turbine.
Недостатком данного аналога является низкая надежность использования и небольшой крутящий момент, которые обусловлены осевым расположением компрессоров и турбин, при котором ограничены допустимые диапазоны их диаметров, что влечет для обеспечения большого крутящего момента необходимость значительно увеличивать температуру рабочего газа, а также частоту их оборотов.The disadvantage of this analogue is the low reliability of use and low torque, which are due to the axial arrangement of compressors and turbines, at which the permissible ranges of their diameters are limited, which entails the need to significantly increase the temperature of the working gas, as well as their speed, to provide large torque.
Также из уровня техники известна ДВУХВАЛЬНАЯ КОМПОНОВКА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ С КОМПРЕССОРОМ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ, СВЯЗАННЫМ С ТУРБИНОЙ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ [RU 2599085 C2, опубл. 10.10.2016], содержащая компрессор низкого давления, компрессор высокого давления, турбину низкого давления, турбину высокого давления и средства для регулирования скорости вращения турбины низкого давления до, по существу, постоянной скорости, в котором турбина низкого давления связана первым валом с компрессором высокого давления, тогда как турбина высокого давления связана вторым валом с компрессором низкого давления, при этом первый вал коаксиально проходит через второй вал, при этом первый и второй валы определяют осевое направление, отличающийся тем, что компрессор высокого давления, компрессор низкого давления, турбина высокого давления и турбина низкого давления расположены в этом порядке вдоль осевого направления.Also known in the prior art is the TWO-TYPE ARRANGEMENT OF A GAS TURBINE ENGINE WITH A HIGH PRESSURE COMPRESSOR RELATED TO A LOW PRESSURE TURBINE [RU 2599085 C2, publ. 10/10/2016], comprising a low-pressure compressor, a high-pressure compressor, a low-pressure turbine, a high-pressure turbine, and means for controlling the rotation speed of the low-pressure turbine to an essentially constant speed, in which the low-pressure turbine is connected by the first shaft to the high-pressure compressor , while the high-pressure turbine is connected by the second shaft to the low-pressure compressor, while the first shaft coaxially passes through the second shaft, while the first and second shafts determine the axial direction, about characterized in that the high pressure compressor, low pressure compressor, high pressure turbine and low pressure turbine are arranged in this order along the axial direction.
Недостатком данного аналога также является низкая надежность использования и небольшой крутящий момент, которые обусловлены осевым расположением компрессоров и турбин.The disadvantage of this analogue is also the low reliability of use and low torque, which are due to the axial arrangement of compressors and turbines.
Наиболее близким по технической сущности является ТРАНСПОРТНЫЙ ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВУХВАЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ [RU 2126906 C1, опубл.: 27.02.1999], содержащий входное устройство с воздухоочистителем, статор с рубашкой и опорами, вал свободной силовой турбины с опорами, камеры сгорания, теплообменник, выхлопное устройство, систему подачи топлива, систему зажигания и систему пуска двигателя, отличающийся тем, что ротор турбокомпрессора выполнен центробежным с одной ступицей, на одном диске и на одной плоскости вращения, ступица которого двумя опорами закреплена на силовом валу двигателя, а турбина вынесена на его периферию, статор выполнен цилиндрической формы с сопловыми окнами по своей окружности, по числу камер сгорания у двигателя, свободная силовая турбина выполнена центробежной, многоступенчатой с не менее ступенями, чем для расширения газов до атмосферного давления, на периферии диска ротора, ступицей прочно, съемно посаженного на силовой вал двигателя и свободно вращающегося на двух опорах параллельно ротору центробежного турбокомпрессора, при этом между ступенями турбин выполнены сплошные, охлаждаемые кольцевые перегородки статора, в сопловых окнах которых выполнены лопатки спрямляющего аппарата, улитка центробежного компрессора и кожух камеры сгорания выполнены одним блоком, который разъемно закреплен на статоре двигателя, между центробежным компрессором и его турбиной, на одной плоскости, при этом блок улитки центробежного компрессора и кожуха камеры сгорания состоит не менее чем из одной улитки центробежного компрессора и одного кожуха камеры сгорания, причем детали и элементы улитки и кожуха взаимно использованы для создания друг друга, а кожух камеры сгорания выполнен теплоизолированным от внешне окружающих его деталей. Основной технической проблемой прототипа является использование нескольких камер сгорания сопла, которые°° выведены равномерно по окружности в ротор, при этом лопатки ротора получают значительное тепловое воздействие, что снижает срок их службы и надежность использования двигателя.The closest in technical essence is a TRANSPORT GAS-TURBINE TWO-SHAFT ENGINE [RU 2126906 C1, publ.: 02.27.1999], comprising an inlet device with an air cleaner, a stator with a jacket and supports, a shaft of a free power turbine with supports, a combustion chamber, a heat exchanger, an exhaust device, fuel supply system, ignition system and engine starting system, characterized in that the turbocompressor rotor is made centrifugal with one hub, on one disk and on one plane of rotation, the hub of which is fixed with two bearings on the engine’s power shaft, and the turbine is moved to its periphery, the stator is cylindrical in shape with nozzle windows along its circumference, in the number of combustion chambers of the engine, a free power turbine is made centrifugal, multi-stage with at least steps than for expanding gases to atmospheric pressure, on the periphery of the rotor disk, the hub is firmly, removably mounted on the motor power shaft and freely rotates on two bearings parallel to the rotor of a centrifugal turbocompressor, while between the stages of the turbines are made flat, cooled annular partitions of the stator, in the nozzle windows of which the blades of the straightening apparatus are made, the scroll of the centrifugal compressor and the casing of the combustion chamber are made in one block, which is detachably fixed on the engine stator, between the centrifugal compressor and its turbine, on the same plane, while the centrifugal scroll block the compressor and the casing of the combustion chamber consists of at least one scroll of a centrifugal compressor and one casing of the combustion chamber, the details and elements of the cochlea and casing being mutually used ovany to create each other, and the combustor casing is externally insulated from its surroundings. The main technical problem of the prototype is the use of several combustion chambers of the nozzle, which ° ° are uniformly withdrawn around the circumference of the rotor, while the rotor blades receive a significant thermal effect, which reduces their service life and engine reliability.
Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа.The objective of the invention is to eliminate the disadvantages of the prototype.
Техническим результатом изобретения является циклическая работа лопаток, что позволяет повысить температуру газов на входе в турбину до 2000°. И это позволяет снизить интенсивность теплового воздействия газов на лопатки ротора, что повышает срок их службы, а также повышает КПД двигателя.The technical result of the invention is the cyclic operation of the blades, which allows to increase the temperature of the gases at the entrance to the turbine up to 2000 °. And this allows you to reduce the intensity of the thermal effect of gases on the rotor blades, which increases their service life, and also increases the efficiency of the engine.
Также, техническим результатом является возможность использовать редуктор с малым передаточным отношением.Also, the technical result is the ability to use a gearbox with a low gear ratio.
Кроме того, техническим результатом является возможность отказа от использования коробки переключения передач, возможность использовать турбину для торможения двигателем, а получать дополнительную экономию топлива.In addition, the technical result is the possibility of refusing to use the gearbox, the ability to use a turbine for engine braking, and get additional fuel economy.
Заявленный технический результат изобретения достигается за счет того, что заявлен газотурбинный турбовальный автомобильный двигатель, содержащий компрессор, соединенный патрубком с камерой сгорания, в которую выведен патрубок подачи топлива от топливного насоса, отличающийся тем, что компрессор выполнен сдвоенным, где каждый ротор компрессора закреплен на валу соответствующей турбины первой ступени, при этом оба ротора сдвоенной турбины первой ступени установлены на одном уровне друг рядом с другом в корпусе турбины и содержат обоймы с радиально установленными полыми лопатками, при этом в обоймах выполнена перфорация, которая сообщает внутренний объем лопаток и обойм, внутри роторов соосно им установлены перфорированные валы, выполненные с возможностью вращения, на которых установлены спиральные лопатки, образующие вспомогательный компрессор, в корпусе сдвоенной турбины первой ступени у каждого ротора установлены вводные патрубки для отвода горячих газов в свободную турбину второй ступени и патрубки для всасывания атмосферного воздуха, также в корпусе турбины первой ступени установлен общий входной патрубок для ввода горячих газов из камеры сгорания, и патрубки для вывода воздуха в камеру сгорания; ротор свободной турбины второй ступени имеет полый вал и перфорацию в обойме, а также полые лопатки; двигатель содержит вспомогательный баллон для воздуха, соединенный патрубком с камерой сгорания. В частности, в смежной области роторов турбины первой ступени для ввода горячих газов из камеры сгорания установлена заслонка, выполненная с возможностью направления потока горячих газов на оба ротора или на один из роторов. В частности, заслонка изготовлена из тугоплавкого материала.The claimed technical result of the invention is achieved due to the fact that the claimed gas turbine turboshaft automobile engine containing a compressor connected by a pipe to a combustion chamber, into which a pipe for supplying fuel from a fuel pump is output, characterized in that the compressor is made double, where each compressor rotor is mounted on a shaft the corresponding turbine of the first stage, while both rotors of a dual turbine of the first stage are installed at the same level next to each other in the turbine housing and contain we are with radially mounted hollow blades, with perforations made in the holders, which informs the internal volume of the blades and holders, perforated shafts arranged rotationally coaxially mounted inside the rotors, on which spiral blades are installed that form the auxiliary compressor in the casing of the twin turbine stages for each rotor are installed inlet pipes for the removal of hot gases into a free turbine of the second stage and pipes for suction of atmospheric air, also in the turbine housing the first stage has a common inlet pipe for introducing hot gases from the combustion chamber, and pipes for air outlet to the combustion chamber; the rotor of the free turbine of the second stage has a hollow shaft and perforation in the cage, as well as hollow blades; the engine contains an auxiliary cylinder for air, connected by a pipe to the combustion chamber. In particular, in the adjacent region of the rotors of the first stage turbine for introducing hot gases from the combustion chamber, a damper is installed, which is configured to direct the flow of hot gases to both rotors or to one of the rotors. In particular, the shutter is made of refractory material.
Способ работы газотурбинного турбовального автомобильного двигателя, характеризующийся тем, что топливным насосом подают в камеру сгорания газовое топливо, а при старте из вспомогательного баллона воздух, из которых образуемую в камере сгорания топливную смесь поджигают, направляя сжатый из компрессора воздух в камеру сгорания, отличающийся тем, что возгоревшуюся и нагретую топливную смесь направляют по патрубку в смежное общее пространство, где на расположенной сдвоенной турбине первой ступени, состоящей из двух роторов, воздействуют на их лопатки, которые раскручивают обоймы, при этом горячие газы через пол-оборота роторов через выходные патрубки направляют в свободную турбину второй ступени, приводя в движение ее вал, через который передают момент вращения на трансмиссию, а через нее на полезную нагрузку; при этом часть газов из сдвоенной турбины первой ступени, где находятся роторы, выводят через патрубок в камеру сгорания, обеспечивая цикличность отвода горячих газов, причем внутренние валы роторов сдвоенной турбины первой ступени жестко соединяют с маховиками компрессоров высокого давления, которые непрерывно нагнетают воздух в камеру сгорания; на лопатки роторов сдвоенной турбины первой ступени подают дополнительно атмосферный воздух и через выходной патрубок предварительно сжатый холодный воздух подают в компрессор высокого давления.The method of operation of a gas turbine turboshaft automobile engine, characterized in that gas fuel is supplied to the combustion chamber by the fuel pump, and when starting from the auxiliary cylinder, air is ignited from which the fuel mixture generated in the combustion chamber is directed by directing compressed air from the compressor to the combustion chamber, characterized in that the ignited and heated fuel mixture is directed through the nozzle into the adjacent common space, where on the located dual turbine of the first stage, consisting of two rotors, t on their blades which unwind holder, the hot gases through a half-turn rotor through the outlet nozzles is directed into the free turbine of the second stage, resulting in movement of its shaft, through which torque is transmitted to the transmission, and through it to the payload; at the same time, part of the gases from the twin turbine of the first stage, where the rotors are located, is led out through the nozzle to the combustion chamber, ensuring the recirculation of hot gases, and the internal shafts of the rotors of the twin turbine of the first stage are rigidly connected to the flywheels of high-pressure compressors, which continuously pump air into the combustion chamber ; atmospheric air is additionally supplied to the rotor blades of the twin turbines of the first stage, and pre-compressed cold air is supplied to the high-pressure compressor through the outlet pipe.
Предпочтительно, лопатки ротора турбины первой ступени выполняют совершающими часть оборота в потоке горячего газа, а остальную часть оборота - в качестве вспомогательного компрессора, всасывающими холодный воздух из атмосферы. В центре ротора устанавливают лопатки компрессора, которые через полый вал всасывают холодный воздух из атмосферы и под действием центробежных сил через перфорацию в обойме выводят его через полые лопатки, дополнительно охлаждая их. Из камеры сгорания газы сначала направляют в сдвоенную турбину первой ступени, с их помощью раскручивают ее и затем выходят через газовод в силовую свободную турбину второй ступени, раскручивая ее с их помощью.Preferably, the turbine rotor blades of the first stage turbine are carried out making part of the revolution in the hot gas stream, and the remaining part of the revolution as an auxiliary compressor, sucking in cold air from the atmosphere. Compressor blades are installed in the center of the rotor, which absorb cold air from the atmosphere through a hollow shaft and, through centrifugal forces, remove it through hollow blades through hollow blades, further cooling them. From the combustion chamber, the gases are first sent to a twin turbine of the first stage, with their help they are untwisted and then exited through the gas duct into the power free turbine of the second stage, untwisting it with their help.
Когда нет необходимости использовать полную мощность двигателя, посредством заслонки перекрывают поток горячих газов, идущих в одну из турбин первой ступени турбины.When it is not necessary to use the full power of the engine, the flow of hot gases going to one of the turbines of the first stage of the turbine is blocked by means of a damper.
Свободную турбину второй ступени выполняют имеющей полые лопатки, полый вал и перфорацию в обойме, и воздух в нее засасывают из атмосферы и, когда воздух пройдет через полый вал и перфорацию на обойме, его выводят через полые лопатки. Предпочтительно, роторы турбины первой ступени приводят в движение полые перфорированные валы вспомогательного компрессора, лопатки которого создают разрежение, всасывают через перфорацию в валу воздух в полость роторов и направляют его через перфорацию в обойме в полость лопаток.A free turbine of the second stage is made having hollow blades, a hollow shaft and perforation in a holder, and air is sucked into it from the atmosphere, and when air passes through the hollow shaft and perforation in the holder, it is discharged through the hollow blades. Preferably, the rotors of the first stage turbine drive the hollow perforated shafts of the auxiliary compressor, the blades of which create a vacuum, suck air through the perforation in the shaft into the rotor cavity and direct it through the perforation in the cage into the cavity of the blades.
Вспомогательный баллон воздуха используют только во время запуска двигателя. Краткое описание чертежей.The auxiliary air cylinder is used only during engine start-up. A brief description of the drawings.
На Фиг. 1 показано устройство ротора турбины компрессора первой ступени (вид сверху).In FIG. 1 shows the device of the turbine rotor of the compressor of the first stage (top view).
На Фиг. 2 показана блок-схема газотурбинного двигателя (вид сбоку).In FIG. 2 shows a block diagram of a gas turbine engine (side view).
На Фиг. 3 показано устройство свободной турбины второй ступени (а - вид сверху, б - вид снизу).In FIG. Figure 3 shows the arrangement of a free turbine of the second stage (a - top view, b - bottom view).
На фигурах обозначено: 1 - ротор турбины компрессора первой ступени, 2 - обоймы роторов, 3 - лопатки роторов, 4 - перфорированные валы вспомогательных компрессоров, 5 - лопатки вспомогательных компрессоров, 6 - общий вводной патрубок для горячих газов, 7 - патрубки для вывода горячих газов, 8 - патрубки для всасывания воздуха, 9 - патрубок для вывода воздуха в камеру сгорания, 10 - заслонка, 11 - камера сгорания, 12 - вспомогательный баллон для воздуха, 13 - компрессор высокого давления, 14 - топливный насос, 15 - корпус свободной турбины второй ступени, 16 - приводной вал, 17 - трансмиссия, 18 - нагрузка, 19 - направление вывода газов из компрессоров высокого давления в камеру сгорания, 20 - лопатки свободной турбины второй ступени, 21 - свободная турбина второй ступени.The figures indicate: 1 - the compressor turbine rotor of the first stage, 2 - rotor cages, 3 - rotor blades, 4 - auxiliary compressor perforated shafts, 5 - auxiliary compressor blades, 6 - common inlet pipe for hot gases, 7 - pipes for the output of hot gases, 8 - pipes for air intake, 9 - pipe for air outlet to the combustion chamber, 10 - damper, 11 - combustion chamber, 12 - auxiliary cylinder for air, 13 - high-pressure compressor, 14 - fuel pump, 15 - free housing second stage turbines, 16 - drive second shaft 17 - transmission 18 - load 19 - direction output gases from the high pressure compressor to the combustor, 20 - free turbine blades of the second stage, 21 - free turbine of the second stage.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Заявленный технический результат изобретения достигается за счет того, что лопатки ротора турбины первой ступени часть оборота совершают в потоке горячего газа, а остальную часть оборота совершаю в качестве вспомогательного компрессора, всасывая холодный воздух из атмосферы, при этом охлаждаясь и предварительно сжимая воздух. Также происходит частичный теплообмен (кроме этого есть возможность использовать теплообменник).The claimed technical result of the invention is achieved due to the fact that the blades of the turbine rotor of the first stage make part of the revolution in the flow of hot gas, and the rest of the revolution is performed as an auxiliary compressor, sucking in cold air from the atmosphere, while cooling and pre-compressing the air. Partial heat exchange also occurs (in addition, it is possible to use a heat exchanger).
Компрессор находится на валу турбины первой ступени. Использование двух роторов позволяет отключать один из них, когда нет необходимости в максимальной мощности (а это более половины работы автомобильного двигателя), позволяет значительно экономить топливо.The compressor is located on the turbine shaft of the first stage. The use of two rotors allows you to turn off one of them when there is no need for maximum power (and this is more than half the work of an automobile engine), it allows you to significantly save fuel.
При этом в центре ротора находятся лопатки компрессора, которые через полый вал всасывают холодный воздух из атмосферы и под действием центробежных сил через перфорацию в обойме выводят его через полые лопатки, дополнительно охлаждая их.At the same time, compressor blades are located in the center of the rotor, which absorb cold air from the atmosphere through a hollow shaft and, through centrifugal forces, remove it through hollow blades through hollow blades, further cooling them.
Из камеры сгорания газы сначала попадают в сдвоенную турбину, раскручивают ее и выходят через газовод в силовую свободную турбину, в которой совершается работа по вращению второй ступени свободной турбины, в которой газы выводятся наружу. Также есть возможность отключения половины мощности турбины, когда нет необходимости использовать полную мощность двигателя, при этом используются газы только одного из роторов турбины первой ступени.From the combustion chamber, the gases first enter the twin turbine, spin it and exit through the gas duct to the power free turbine, in which work is performed to rotate the second stage of the free turbine, in which the gases are removed to the outside. It is also possible to turn off half the power of the turbine when there is no need to use the full power of the engine, while the gases of only one of the rotors of the first stage turbine are used.
Это достигается применением заслонки, которая перекрывает газы в один из роторов первой ступени. Вторая ступень (свободная турбина), также имеет полый вал и перфорацию в обойме, и воздух засасывается из атмосферы и, пройдя через полый вал, перфорацию на обойме и выходит через полые лопатки охлаждает их. Предпочтительно двигатель имеет вспомогательный баллон с воздухом, который используется только несколько секунд во время запуска двигателя и для резкого ускорения автомобиля (приемистость), после чего отключается и не участвует в штатной работе двигателя.This is achieved by using a damper that shuts off the gases into one of the rotors of the first stage. The second stage (free turbine) also has a hollow shaft and perforation in the holder, and air is drawn in from the atmosphere and, passing through the hollow shaft, the perforation in the holder and leaves through the hollow blades cools them. Preferably, the engine has an auxiliary cylinder with air, which is used only for a few seconds during engine start-up and for a sharp acceleration of the car (throttle response), after which it is switched off and is not involved in the normal operation of the engine.
Возможная реализация конструкции двигателя показана следующими примерами. Основной газотурбинного турбовального двигателя для автомобиля является конструкция ротора турбины компрессора первой ступени (см. Фиг. 1), который представляет собой сдвоенную турбину первой ступени, одновременно служащей вспомогательной для компрессора. Эта турбина содержит два ротора 1, выполненные с возможностью вращения и установленные на одном уровне друг рядом с другом. Роторы 1 содержат обоймы 2 с лопатками 3, при этом лопатки 3 на обоймах 2 установлены радиально и выполнены полыми, причем в обойме 2 выполнена перфорация, которая сообщает внутренний объем лопаток 3 и обоймы 2. Внутри роторов соосно им установлены перфорированные валы 4, выполненные с возможностью вращения, на которых установлены спиральные лопатки 5, которые образуют вспомогательный компрессор для охлаждения.A possible implementation of the engine design is shown by the following examples. The main gas turbine turboshaft engine for a car is the design of the turbine rotor of the compressor of the first stage (see Fig. 1), which is a dual turbine of the first stage, which simultaneously serves as an auxiliary for the compressor. This turbine contains two
Роторы 1 турбины первой ступени приводят в движение полые перфорированные валы 4 вспомогательного компрессора, лопатки 5 которого создают разрежение, всасывают через перфорацию в валу 4 воздух в полость роторов и направляют его через перфорацию в обойме в полость лопаток 3.The
На валах 4 жестко закреплены турбины компрессоров высокого давления 13 (см. Фиг. 2). На входе перед роторами 1 установлен вводной патрубок для подвода горячих газов 6 в смежную область роторов, по диагонали относительного которого роторы сообщаются с патрубками для вывода горячих газов 7 в свободную турбину 15 второй ступени, рядом с которым расположены вводные патрубки для всасывания воздуха 8 из атмосферы (воздухозаборники), напротив которых возле патрубка 6 расположен патрубок для вывода воздуха 9 в камеру сгорания 11.The
В смежной области роторов на выходе патрубка 6 может быть установлена заслонка 10, выполненная с возможностью направления потока горячих газов на оба ротора или на один из них, при этом данная заслонка должна быть изготовлена из тугоплавкого сплава. Когда нет необходимости использовать полную мощность двигателя, посредством заслонки 10 перекрывают поток горячих газов, идущих в одну из турбин первой ступени турбины.In the adjacent area of the rotors at the outlet of the
Использование регулируемых заслонок позволяет широко регулировать мощность и быстро раскручивать роторы 1.The use of adjustable shutters allows you to widely adjust the power and quickly spin the
Заявленный газотурбинный автомобильный двигатель используется с использованием топливного насоса 14 (см. Фиг. 2), который топливопроводом соединен с форсункой, расположенной в камере сгорания 11, в которой также расположена свеча зажигания (на чертежах не показано) или иная система подачи искры.The claimed gas turbine automobile engine is used using a fuel pump 14 (see Fig. 2), which is connected by a fuel line to a nozzle located in the
Внутренний объем камеры сгорания 11 сообщается со вспомогательным баллоном для воздуха 12, функция которого - первичное формирование высокого давления в камере сгорания до начала вращения роторов 1.The internal volume of the
От компрессоров высокого давления 13 вращение лопаток, нагнетающих воздух, которых задают валы 4 турбины роторов 1 первой ступени, воздушный поток направляется в камеру сгорания 11.From the
Патрубки для вывода горячих газов 7 сообщаются с корпусом свободной турбины 15 второй ступени (см. Фиг. 3), где поступающие горячие газы вращают лопатки 20 свободной турбины 21 второй ступени. Турбина 21 второй ступени своим вращением приводит в движение приводной вал 16, связанным через трансмиссию 17 с нагрузкой 18, например с колесами автомобиля.The nozzles for discharging
Свободную турбину 15 второй ступени выполняют имеющей полые лопатки, полый вал и перфорацию в обойме и воздух в нее засасывают из атмосферы и, когда воздух пройдет через полый вал 16 и перфорацию на обойме, его выводят через полые лопатки. Газотурбинный турбовальный автомобильный двигатель используется следующим образом.A
Топливным насосом 14 подается любое топливо, а при старте воздух из вспомогательного баллона 12, смесь поступает в камеру сгорания 11 и воспламеняется свечой. Далее закрепленные на валу роторов 1 сдвоенной турбины первой ступени сдвоенный компрессор 13 высокого давления раскручивается от соответствующих турбин первой ступени и закачивает воздух в камеру сгорания 11. Также в камеру сгорания 11 подается воздух после предварительного сжатия в роторе 1 турбины первой ступени. Таким образом, вышеописанная цикличность работы лопаток позволяет охлаждать их в процессе работы двигателя и использовать большую температуру рабочего газа на входе в турбину, что значительно увеличивает КПД двигателя в целом.
Конструкция газотурбинного турбовального двигателя радиальной схемы позволяет использовать роторы большего диаметра при этом при меньших числах оборотов получить больший крутящий момент и, следовательно, большую мощность на выходном валу свободной турбины. Это позволяет использовать редуктор с малым передаточным отношением.The design of a radial gas turbine turboshaft engine allows the use of larger diameter rotors and, at lower revolutions, to obtain greater torque and, therefore, greater power on the output shaft of a free turbine. This allows the use of a gearbox with a low gear ratio.
Кроме того, свободная турбина 15 позволяет отказаться от коробки переключения передач и позволяет использовать турбину для торможения двигателем, при этом подача топлива в камеру сгорания 11 не происходит и это дает дополнительную экономию топлива. Когда топливным насосом 14 подают в камеру сгорания 11 топливо, а при старте из вспомогательного баллона 12 воздух, из которых в камере сгорания 11 образуется топливная смесь, после чего свечой зажигания или иной системой формирования первой искры поджигают разово топливную смесь (до выключения двигателя поджиг более не нужен и камера сгорания работает в непрерывном горении), после этого она возгорается и нагревается до 2000°C, при этом расширяется и по патрубку 6 поступает в смежное пространство роторов 1 (направление движение горячих газов показано прерывистыми стрелками) и воздействует на их лопатки 3, которые раскручивают обоймы 2, при этом горячие газы проходят пол-оборота роторов и через патрубки 7 поступают в турбину 15 второй ступени, приводя в движение ее вал 16, передающий момент вращения на трансмиссию 17, которая формирует полезную нагрузку 18. Часть газов из сдвоенной турбины первой ступени, где находятся роторы 1, выводится через патрубок 9 в камеру сгорания 11. А внутренние валы 4 роторов 1 сдвоенной турбины первой ступени раскручивают маховики компрессоров 13 высокого давления, которые непрерывно нагнетают воздух в камеру сгорания 11.In addition, the
При дальнейшей работе двигателя лопатки 3 роторов сдвоенной турбины первой ступени всасывают из патрубков 8 атмосферный воздух (направление движение воздуха показано сплошными стрелками) и через патрубок 9 предварительно сжатый холодный воздух подают в компрессор высокого давления 13, который сжимает воздух и подает его в камеру сгорания 11.With further operation of the engine, the blades 3 of the rotors of the twin turbines of the first stage suck atmospheric air from the nozzles 8 (the direction of air movement is shown by solid arrows) and through the
Роторы 1 приводят в движение полые перфорированные валы 4 вспомогательного компрессора, лопатки 5 которого создают разрежение, всасывают через перфорацию в валу 4 воздух в полость роторов и направляют его через перфорацию в обойме 2 в полость лопаток 3.The
Баллон 12 работает только во время запуска двигателя 14 и в случае необходимости резкого ускорения и больше не используются при штатной работе установки. Дальнейшая работа двигательной установки осуществляется в таком же порядке.The
Claims (11)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017130525A RU2656540C1 (en) | 2017-08-29 | 2017-08-29 | Gas turbine turboshaft automotive radial engine with centrifugal gases outflow and its operation method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017130525A RU2656540C1 (en) | 2017-08-29 | 2017-08-29 | Gas turbine turboshaft automotive radial engine with centrifugal gases outflow and its operation method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2656540C1 true RU2656540C1 (en) | 2018-06-05 |
Family
ID=62560407
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017130525A RU2656540C1 (en) | 2017-08-29 | 2017-08-29 | Gas turbine turboshaft automotive radial engine with centrifugal gases outflow and its operation method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2656540C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU217240U1 (en) * | 2022-10-28 | 2023-03-23 | Анатолий Леонтьевич Шанаурин | ENERGY CONVERTER |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU173545A1 (en) * | И. И. Кириллов, И. Г. Гоголев , Р. И. конов | TURBINE WITH A TANGENTIAL UNDERWORK OF THE WORKING BODY | ||
US2434134A (en) * | 1939-12-19 | 1948-01-06 | Power Jets Res & Dev Ltd | Cooling means for internal-combustion turbine wheels of jet propulsion engines |
RU2126906C1 (en) * | 1997-05-27 | 1999-02-27 | Весенгириев Михаил Иванович | Transport two-shaft and three-shaft gas-turbine engines (variants) |
RU2011122109A (en) * | 2011-05-31 | 2012-12-10 | Имамудин Сиражутдинович Османов | GAS-TURBINE ENGINE "PLASMADRON" |
-
2017
- 2017-08-29 RU RU2017130525A patent/RU2656540C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU173545A1 (en) * | И. И. Кириллов, И. Г. Гоголев , Р. И. конов | TURBINE WITH A TANGENTIAL UNDERWORK OF THE WORKING BODY | ||
US2434134A (en) * | 1939-12-19 | 1948-01-06 | Power Jets Res & Dev Ltd | Cooling means for internal-combustion turbine wheels of jet propulsion engines |
RU2126906C1 (en) * | 1997-05-27 | 1999-02-27 | Весенгириев Михаил Иванович | Transport two-shaft and three-shaft gas-turbine engines (variants) |
RU2011122109A (en) * | 2011-05-31 | 2012-12-10 | Имамудин Сиражутдинович Османов | GAS-TURBINE ENGINE "PLASMADRON" |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU217240U1 (en) * | 2022-10-28 | 2023-03-23 | Анатолий Леонтьевич Шанаурин | ENERGY CONVERTER |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10920662B2 (en) | Compound cycle engine | |
CN201053353Y (en) | Mini turbine jet engine | |
US8172512B2 (en) | Accessory gearbox system with compressor driven seal air supply | |
US10450952B2 (en) | Turbofan engine assembly with gearbox | |
CN102305152A (en) | Hybrid exhaust aircraft engine | |
CN104775900B (en) | Compound cycle engine | |
CA2956593A1 (en) | Engine assembly with turbine support casing | |
CN112046767A (en) | Aircraft power plant | |
EP3149309B1 (en) | Combustion engine | |
CN107923310A (en) | Compound cycle engine | |
US3945200A (en) | Rotary engine and turbine assembly | |
RU2656540C1 (en) | Gas turbine turboshaft automotive radial engine with centrifugal gases outflow and its operation method | |
US11401890B2 (en) | Turbofan engine assembly with intercooler | |
US3089307A (en) | Rotary jet engine | |
EP0811752B1 (en) | Centrifugal gas turbine | |
RU2707105C2 (en) | Turbojet double-flow engine | |
RU178152U1 (en) | GAS TURBINE TURBOUS CAR RADIAL ENGINE WITH CENTRIFUGAL GAS OUTLET | |
JP2019535960A (en) | Turbine engine and cooling method thereof | |
EP0101206A1 (en) | High compression gas turbine engine | |
JP3200101B2 (en) | Twin spool gas turbine engine | |
RU2359141C1 (en) | Yugi's turbo-rotor engine | |
US3015211A (en) | Radial turbine engine | |
CN107923309A (en) | Compound cycle engine | |
RU2289028C2 (en) | Gas-turbine engine | |
RU2372503C1 (en) | Yugi turbo-rotary engine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200830 |