Газотурбінний двигун

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, преимущественно может быть использовано в транспортных машинах: самолетах, автомобилях, тепловозах, судах, тракторах, комбайнах, тягачах, а также электростанциях, особенно передвижных, и на установках с МГДГ, а также и в ряде производственно-технологических процессов, как например а производстве чугуна, стали, нефтепродуктов, в нагнетательных перекачивающих установках газа и различных видов жидких веществ: не фти, воды и т.п. Известны транспортные газотурбинные двигатели, каждый из которых содержит вал с установленными двумя дисками, на которых размещены компрессорные и турбинные лопатки [1, 2]. Известен также газотурбинный двигатель, содержащий кожух, вал, установленные на нем с возможностью вращения в противоположных направлениях два диска с турбинными и размещенными под ними компрессорными лопатками, камеру сгорания, топливную емкость с выходным патрубком и форсунками, выполненную между кожухом и дисками кольцевую полость для подвода охлаждающего воздуха [3]. Задачей настоящего изобретения является повышение надежности, улучшение весовой, габаритной и экономической характеристик двигателя при использовании высококипящего хладагента. Поставленная задача решается тем, что газотурбинный двигатель, содержащий кожух, вал, установленные на нем с возможностью вращения в противоположных направлениях два диска с турбинными и размещенными под ними компрессорными лопатками, камеру сгорания, топливную емкость с выходным патрубком и форсунками, выполненную между кожухом и дисками кольцевую полость для подвода охлаждающего воздуха, согласно изобретению, снабжен сальниковым уплотнением, системой охлаждения и подогрева лопаток, диски выполнены конусообразной формы, лопатки размещены на их обращенных друг к др угу боковых поверхностя х, причем турбинные лопатки выполнены коробчатой U-образной формы, камера сгорания выполнена кольцевой и жестко закреплена на одном из дисков, а в вале и диске, прилежащем к камере сгорания, выполнены соответственно кольцевые, сообщающиеся осевые и радиальные каналы, первые из которых соединены с выходным патрубком топливной емкости, а последние с форсунками камеры сгорания, и в зоне соединения выходного патрубка и осевого канала установлено сальниковое уплотнение. Кроме того, двигатель снабжен вентиляционными лопатками, закрепленными на внешних боковых поверхностях обоих дисков. Выполненные в вале осевой, а в диске радиальные каналы совмещение служат топливопроводами, топливоподогревателями и топливным центробежным насосом; жестко закрепленная на диске камера сгорания становится вращающейся одним или двумя своими кольцевыми корпусами, в результате чего не только исключается необходимость иметь или сократить лабиринтные уплотнения в зонах ее соединения с диском, но при этом она совмещенно служит как механическим смесителем воздуха с продуктами сгорания, так и самовоздухоо хладителем; закрепленные на внешних боковых поверхностях обоих роторных дисков радиальные, центробежные вентиляционные лопатки совмещенно с роторными дисками также служат вентиляторами для воздушного охлаждения стенок роторных дисков и камеры сгорания. Кроме того, противоположной вращение роторных дисков делает все лопатки турбины и компрессора рабоче-направляющими, в результате чего расчетное количество и соответственно размеры и вес роторных дисков и всех лопаток уменьшается примерно вдвое, при этом противоположное вращение роторных дисков улучшает тяговую характеристику двигателя, что позволяет исключить необходимость иметь в транспортном двигателе самостоятельную коробку перемены передач и особенно при замене ее простой механической дифференциальной связью дисков двигателя, что также улучшает в тяговом двигателе его весовую, габаритную и экономическую характеристики. Применение же вышеуказанной системы цхлаждения и подогрева турбинных лопаток высококипящим хладагентом создает возможность значительного повышения температуры газа перед турбиной двигателя. На чертеже изображен общий вид газотурбинного двигателя в разрезе. Двигатель содержит противоположного вращения диски конусообразной формы 1 и 2, которые снабжены коробчатыми U-образными турбинными лопатками 3. Лопатки первых ступеней во время работы под воздействием центробежных сил охлаждаются высококипящим хладагентом, находящимся в жидком состоянии 4, а лопатки последующи х ступеней подогреваются этим же хладагентом, находящимся в парообразном состоянии 5. Диски снабжены также компрессорными центробежными лопатками 6, вентиляционными лопатками 7 и входными компрессорными лопатками 8. Для повышения КПД компрессора можно между противоположно вращающимися компрессорными лопатками разметить свободно вращающийся на конце одного из валов двигателя аппарат с направляющимися компрессорными лопатками (на чертеже не показан). При этом диск 1 двигателя и его вал 9 снабжены кольцевыми сообщающимися каналами 10, которые служат топливопроводами, топливоподогревателями и своеобразным центробежным топливным насосом. Камера сгорания 11 своим входным 12 и выходным 13 патрубками, при выполнении ее вращающейся, жестко соединена с соответствующими кольцевыми патрубками компрессора и турбины, а при выполнении камеры не вращающейся, она в указанных соединительных местах снабжена лабиринтными уплотнениями. Для создания наружно направленного потока охлаждающего воздуха двигатель снабжен кожухом 14. прикрепленным к подшипниковым корпусам 15 валов 9. В месте соединения патрубок топливной емкости 16 и канал 10 вала снабжен сальниковым уплотнением 17, На выходе газа с турбины двигателя установлен на его кожухе кольцевой диффузор 18, имеющий в соединении с диском лабиринтное уплотнение и одновременно служащий глуши телем шума выпускных газов. Предложенный газотурбинный двигатель работает по следующему принципу. При вращении дисков двигателя воздух из атмосферы засасывается и сжимается компрессорными лопатками 6 до расчетной наиболее экономичной степени повышения давления (порядка 8) и поступает в кольцевую камеру сгорания 11, в которую под влиянием центробежных сил, образующи хся в топливоподающих каналах 10 диска 1, подается к форсункам камеры сгорания жидкое топливо. В результате этого во внутреннем жаро-пламенном цилиндре камеры сгорания образующиеся горячие газы доводятся до начально допустимой температуры порядка 1800-2000 К, поступают в первую ступень охлаждаемых снаружи жидким высококипящим хладагентом U-образных рабоче-направляющих турбинных лопаток. Эти газы выходят из последней ступени турбины таких же по конструкции лопаток, но подогреваемых указанным хладагентом, находящимся в парообразном состоянии, при этом отработавший газ, пройдя диффузор-глушитель 18, выходит в атмосферу. Естественно, определенная часть мощности, развиваемой газовой турбиной, затрачивается на вращение компрессорных лопаток и роторных дисков, а остальная часть полезной мощности отдается через валы двигателя соответствующему потребителю. При указанных примерных параметрах степени повышения давления воздуха и начальной температуры рабочего газа КПД предложенного газотурбинного двигателя с учетом полной регенерации тепла охлаждения турбинных лопаток и воздушного охлаждения компрессорных лопаток может достигать не менее 50%.