Двовалова газотурбінна установка

1 Двовалова газотурбінна установка, що містить на одному валу турбіну високого тиску і компресор, сполучений з камерою згоряння, у якій розміщений пристрій паливоподачі, ВІДПОВІДНО газоприймальною і повітронапірною магістралями, а на іншому валу - споживач енергії і турбіну низького тиску, зв'язану своїм газоприймальним патрубком з випускним трактом турбіни високого тиску, яка відрізняється тим, що камера згоряння виконана у вигляді компресора теплового тиску, що містить корпус з колектором низького тиску, сполученим з газоприймальним патрубком турбіни низького тиску, і колектором високого тиску, у якому розміщений пристрій паливоподачі, сполученим з газоприймальною магістраллю турбіни високого тиску, ротор з радіальними лопатками, нерухомий газорозподільний пристрій з виконаними в ньому каналами, ВИХІДНІ отвори яких розміщені на циліндричній поверхні, сполученій з ротором, і вікном підведення повітря, сполученим з повітронапірною магістраллю компресора 2 Установка по п 1, яка відрізняється тим, що випускний тракт турбіни високого тиску з'єднаний з активним соплом ежектора, пасивне сопло якого підключене до колектора низького тиску, а камера змішування - до газоприймального патрубка турбіни низького тиску Винахід відноситься до енергетичного машинобудування, зокрема, до газотурбінних установок та може бути використаний при перетворенні теплової енергії у механічну роботу Відома газотурбінна установка з підведенням теплоти до робочого тіла у ізохорному циклі, що містить компресор для стиску повітря, камеру згоряння і газову турбіну, у якій відбувається перетворення енергії газів, що покинули камеру згоряння, у механічну енергію обертання вала газотурбінної установки (див Турбогвинтові двигуни П К Казанджан, А В Кузнецов М , "Військове видавництво міністерства оборони СРСР", 1961, -с 268) Недоліком одновальної газотурбінної установки вищеописаної схеми являється висока чутливість до зміни практично усіх визначальних параметрів і характеристик, що обумовлює значне зниження коефіцієнта корисної дії установки на режи ліком з також те, що для реалізації цикла з ізохорним підведенням теплоти необхідно використання камер згоряння з газорозподільними органами дискретного керування, що ускладнюють конструкцію газотурбінної установки Перемінна втрата газу з камери згоряння, викликана періодичністю її підключення до газової турбіни обумовлює зниження внутрішнього коефіцієнта корисної дії турбіни Крім того, при продуванні камери згоряння мають місце втрати частини стиснутого компресором повітря За прототип приймається двовальна газотурбінна установка, яка містять на однім валу турбіну високого тиску і компресор, сполучені з камерою згоряння, у якій розміщений пристрій паливоподачі, ВІДПОВІДНО газоприймальною і повітронапірною магістралями, а на іншому валу - споживач енергії і турбіну низького тиску, зв'язану своїм газоприймальннм патрубком з випускним трактом турбіни високого тиску (див Газові турбіни Ч 1 Термодинамічні процеси і теплообмін у конструкціях Шнеэ Я И , Капинос В М Відавн "Вища школа", 1976, с 134) Недоліком прототипу є застосування багатоступінчастих компресорів (обумовлене отримай мах ВІДМІННИХ від номінального і приводить до збі льшення витрат палива Причому на номінальних режимах можливість підвищення коефіцієнта корисної дії установки обмежена граничним значенням термічного коефіцієнта корисної дії, що залежить від ступеня підвищення тиску Значним недо ю (О 46254 ням більш високих ступенів підвищення тиску), що сприяє ускладненню конструкції газотурбінної установки При використанні ж одноступінчатого компресора виникають проблеми реалізації високого ступеня підвищення тиску в ньому при зберіганні приемлемого значення коефіцієнта корисної дм При форсуванні двовальної газотурбінної установки, починаючи з відомого ступеня підвищення тиску, температура вихлопних газів виявляється вже нижче температури стиснутого повітря, що знижує ефективні показники турбіни низького тиску, та приводить до погіршення економічності й ефективності газотурбінної установки в цілому В основу винаходу поставлено задачу удосконалення двовальної газотурбінної установки шляхом використання камери згоряння, виконаної у вигляді компресора каскадного теплового стиску з ознаками підведення теплоти при постійному об'ємі, що призведе до підвищення паливної економічності та коефіцієнта корисної дії газотурбінної установки Поставлена задача досягається тим, що двовальна газотурбінна установка, що містить на однім валу турбіну високого тиску і компресор, сполучені з камерою згоряння, у якій розміщений пристрій паливоподачі, ВІДПОВІДНО газоприймальною і повітронапірною магістралями, а на іншому валу споживач енергії і турбіну низького тиску, з'єднану своїм газоприймальним патрубком з випускним трактом турбіни високого тиску, згідно винаходу камера згоряння виконана у вигляді компресора каскадного теплового стиску, який містить корпус з колектором низького тиску, сполученим з газоприймальним патрубком турбіни низького тиску, і колектором високого тиску, у якому розміщений пристрій паливоподачі, сполученим з газоприймальною магістраллю турбіни високого тиску, ротор з радіальними лопатками, нерухомий газорозподільний пристрій з виконаними в ньому каналами, ВИХІДНІ отвори яких розміщені на циліндричній поверхні, сполученій з ротором, і вікном підведення повітря, з'єднаним з повітронапірною магістраллю компресора Випускний тракт турбіни високого тиску з'єднаний з активним соплом ежектора, пасивне сопло якого підключено до колектора низького тиску, а камера змішування - до газоприймального патрубка турбіни низького тиску Застосування камери згоряння виконаною у вигляді компресора каскадного теплового стиску дозволяє здійснити робочий цикл газотурбінної установки з підведенням теплоти при постійному об'ємі без використання в камері згоряння газорозподільних органів дискретного керування Крім того, компресор каскадного теплового стиску у даному застосуванні виконує функції другого ступеня стиску робочого тіла, причому стиск здійснюється без витрат механічної енергії від вала турбіни, що сприяє підвищенню економічності, потужності та ефективного коефіцієнта корисної дії газотурбінної установки З'єднання випускного тракту турбіни високого тиску з активним соплом ежектора, пасивне сопло якого підключено до колектора низького тиску, а камери змішування з газоприймальним патрубком турбіни низького тиску, сприяє зниженню протитиснення вихлопу з колектора низького тиску комп ресора каскадного теплового стиску, при зберіганні надлишкового тиску перед сопловим апаратом турбіни низького тиску Сутність винаходу пояснюється кресленням, де зображено двовальну газотурбінну установку (фіг) Газотурбінна установка містить на однім валу турбіну високого тиску 1 (ТВТ) і компресор 2, сполучені з камерою згоряння 3, у якій розміщений пристрій паливоподачі 4, ВІДПОВІДНО газоприймальною 5 і повітронапірною 6 магістралями На іншому валі розмішена турбіна низького тиску 7 (ТНТ) із споживачем енергії 8, з'єднана своїм газоприймальним патрубком 9 з випускним трактом 10 ТВТ Камера згоряння виконана у вигляді компресора каскадного теплового стиску (КТС), що містить корпус 3 з колектором низького тиску 11, сполученим з газоприймальним патрубком 9 ТНТ 7, і колектором високого тиску 12, у якому розміщений пристрій паливоподачі 4, сполученим з газоприймальною магістраллю 5 ТВТ 1, ротор 13 з радіальними лопатками 14, нерухомий газорозподільний орган 15 з виконаними в ньому каналами 16, ВИХІДНІ отвори яких розміщені на циліндричній поверхні, сполученої з ротором 13, і вікном підведення повітря 17, з'єднаним з повітронапірною магістраллю 6 компресора 2 Випускний тракт 10 ТВТ 1 з'єднаний з активним соплом 18 ежектора, пасивне сопло 19 якого підключене до колектора низького тиску 11, а камера змішування 20 - до газоприймального патрубка 9 ТНТ 7 Двовальна газотурбінна установка працює наступним чином При обертанні ротора 13 кожний із його об'ємів, укладений між лопатками 14 і корпусом З (надані міжлопаточний об'єм), з попередньо стиснутим повітрям послідовно сполучається з колектором високого тиску 12, у якому здійснюється безупинне згоряння вприскуваємого пристроєм паливоподачи 4 палива, в результаті чого температура і тиск газів у міжлопаточному об'ємі підвищуються Частина газів з зони згоряння колектора високого тиску 12 відводиться за допомогою газоприймальної магістралі 5 до ТВТ 1, де здійснюється її розширення з перетворенням у механічну роботу, що витрачається на привід компресора 2, розташованого на однім валі з ТВТ 1 В процесі подальшого обертання ротора 13 міжлопаточннй об'єм послідовно сполучається з каналами 16 газорозподільного пристрою 15, через які газ частинами відводиться в суміжні стосовно каналів 16 об'єми ротора 13 Таким чином, у міру наближення розглянутого об'єму до вікна підведення повітря 17 відбувається зниження температури і тиску газів у ньому В період підключення об'єму до вікна підведення повітря 17 і колектору газів низького тиску 11, внаслідок перевищення тиску повітря над тиском газів і дії відцентрової сили на вміст міжлопаточного об'єму, здійснюється його продування повітря надходить до вікна підведення повітря 17 з повітронапірної магістралі 6 компресора 2, а гази з колектора низького тиску 11 витискаються в ТНТ, механічна енергія якої передається споживачу 8, розташованому на однім валу з ТНТ Випускний тракт 10 ТВТ 1 з'єднаний з активним соплом 18 46254 ежектора, пасивне сопло 19 якого підключено до ції ізохорного підведення теплоти в циклі і відсутколектора низького тиску 11, а камера змішування ності витрат механічної енергії ТВТ на стиск пові20 - до газоприймального патрубка 9 ТНТ тря в другій ступені (у КГГС), При подальшому обертанні ротора міжлопатоможливість форсування газотурбінної устаночний об'єм послідовно сполучається з каналами вки по ступені підвищення тиску шляхом наступ16, через які забезпечується підведення газів від ного стиску робочого тіла в процесі каскадного суміжних міжлопаточних об'ємів, що супроводжутепломасообміну між суміжними об'ємами ротора ється поступовим підвищенням тиску (до тиску КГГС в результаті їхнього періодичного сполучення попереднього стиску) і температури в ньому Далі між собою за допомогою нерухомих каналів газорозглянутий об'єм сполучається з колектором вирозподільного пристрою, сокого тиску 12 і описаний процес, повторюючись, можливість використання теплоти утилізаційзабезпечує безупинну роботу установки них контурів у якості самостійного джерела підведення теплоти в циклі газотурбінної установки або До переваг технічного рішення в порівнянні з в комбінації з теплотою згорання палива, підведепрототипом можна віднести наступне ного через пристрій паливоподачі підвищення коефіцієнта корисної дії і економічності газотурбінної установки, внаслідок реаліза л Л ± п ФІГ. ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044)456-20- 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71