Парогазотурбінний двигун

Парогазотурбінний двигун, що містить компресор, камеру згоряння, турбіну, газовідвідний патрубок, систему подачі палива, систему подачі 3 «Форсирование энергетических ГТУ путем впрыска воды в тракт высокого давления», «Энергомашиностроение», 1976, №12, стор. 1-4], що впорскування води в зону згоряння палива збільшує потужність ПГТД, але приводить до зниження КПД установки через те, що збільшується витрата палива. У відомому двигуні вода вводиться в систему паливопостачання, змішується з паливом і впорскується паливними форсунками в зону горіння. Згоряння палива відбувається в повітряноводяному середовищі, що ставить під сумнів можливість запуску двигуна в умовах низьких температур зовнішнього повітря, а також факт повного згоряння палива, що заявляється автором. Збільшення витрати палива при α=0,15-1,5 (де α - коефіцієнт надлишку повітря) приводить до неповного згоряння палива, тобто до неефективної витрати палива, що погіршує екологічні характеристики вихлопу. Крім того, при досягненні парогазовою сумішшю перед турбіною температури точки роси чи близької до неї, потенційна енергія потоку буде відсутня, унаслідок чого, потужність турбіни буде прагнути до нуля, отже двигун буде непрацездатний. Двигун має складну систему подачі води для охолодження продуктів згоряння палива. Наявність у ній датчиків у зоні згоряння палива при температурі парогазової суміші 1600-1800° буде, безсумнівно, обмежувати експлуатаційний ресурс двигуна, тому що датчики швидко вийдуть з ладу. Задача корисної моделі - забезпечення надійності запуску і робочої потужності ПГТД на різних режимах, зменшення витрати палива за рахунок забезпечення стабільного й ефективного згоряння палива в жаровій трубі камери згоряння і підвищення потенційної енергії парогазового потоку перед турбіною. Поставлена задача вирішується тим, що в парогазотурбінному двигуні, що містить компресор, камеру згоряння, турбіну, газовідвідний патрубок, систему подачі палива, систему подачі води в камеру згоряння, що включає пристрої для розпилювання води і пристрою для регулювання кількості подаваної води, відповідно до корисної моделі, камера згоряння має зовнішню і внутрішню кільцеві порожнини, у яких встановлені пристрої для розпилювання води, причому кільцеві порожнини мають щілини й отвори для виходу пари, що утворюється, у жарову трубу, розташовані таким чином, щоб виключити впорскування води в зону інтенсивного згоряння палива. За рахунок введення води тільки в спеціальні кільцеві порожнини КЗ, що виконують функції парогенератора, минаючи зону горіння в жаровій трубі і відмовлення від введення води в паливну систему ПГТД, згоряння палива відбувається в повітряному середовищі без вмісту вологи, що дозволяє забезпечити надійний запуск двигуна при будь-яких температурах зовнішнього повітря без збільшення витрати палива. Паливо згоряє цілком, з максимальною ефективністю, при цьому поліпшуються екологічні характеристики вихлопу двигуна. Пара, що утворюється, і вода з кільцевих по 44392 4 рожнин надходить у жарову трубу через спеціальні отвори, розташовані таким чином, щоб виключити впорскування води в зону інтенсивного згоряння палива. Пара і вода змішуються з продуктами згоряння палива на периферії зони горіння й у камері змішання. Парогазова суміш, що утворюється, має досить високу потенційну енергію і задану температуру перед турбіною необхідну для забезпечення працездатності двигуна. Температура парогазової суміші і робоча потужність забезпечуються строго дозованою кількістю подачі води по режимах роботи двигуна. Таким чином, зменшується питома витрата палива. Сутність корисної моделі представлена наступними графічними зображеннями: Фіг.1 - Схема ПГТД, що включає систему подачі води в КЗ; Фіг.2 - Схема подачі води в камеру згоряння ПГТД і утворення робочого тіла. ПГТД містить (Фіг.1) компресор 3, зв'язаний валом з турбіною 4, з'єднані з привідним валом двигуна паливний насос 2 і насос 1 для подачі води з окремої ємності 12 і створення необхідного тиску в системі подаваної води, вільну (силову) турбіну 5, що приводить в обертання робочий орган 6 (несучий гвинт, газоперекачувальний пристрій, генератор струму), кільцеву камеру згоряння 8, що містить жарову трубу 7, пристрої (форсунки) 9 для подачі води у зовнішню і внутрішню кільцеві порожнини камери згоряння, регулятор 10 подачі палива, регулятор 11 подачі води для автоматичного регулювання кількості подаваної води по режимах роботи двигуна. КЗ ПГТД (Фіг.2) містить дифузор 15 зі спрямним апаратом останнього ступеню компресора 3, жарову трубу 7, сопловий апарат 16 турбіни 4, корпус камери згоряння 8, робочі форсунки 17 для подачі палива і запальний пристрій 18, форсунки 9 для подачі води в зовнішню 19 і внутрішню 20 порожнині КЗ, що виконують функції парогенератора. Отвори і щілини в жаровій трубі, через які з порожнин 19, 20 надходить пара (вода), виконані таким чином, щоб пара попадала в жарову трубу, камеру змішання 21 і далі в ГПТ двигуна, минаючи зону інтенсивного згоряння палива (факел). При цьому вода, випаровуючи, не заважає нормальному процесу згоряння палива в жаровій трубі. Вода може також подаватися через додаткові форсунки й у камеру змішання 21, що сприяє інтенсивному змішуванню пари і газу і вирівнюванню температурного полю парогазового потоку. ГТГТД, що пропонується, працює таким чином. У процесі розкручування (запуску) двигуна, виходу на режим і на сталому режимі повітряний потік засмоктується компресором 3, стискується і далі через дифузор 15 зі спрямним апаратом направляється в жарову трубу 7 КЗ (Фіг.2). У жаровій трубі паливо, змішуючись з повітрям, згоряє, утворюючи факел. У зовнішню 19 і внутрішню 20 порожнини КЗ (парогенератор) через форсунки 9 під тиском подається дозована (для кожного режиму роботи двигуна, включаючи етап розкручування) кількість води. Застосовувана вода може бути як чистою водою, тобто очищеною від домішок, так і водяним розчином, тобто водою з різними доміш 5 ками (наприклад, з добавками від замерзання при низьких температурах). Тиск води, подаваної через форсунки в КЗ, створюється насосом 2 і повинен перевищувати тиск повітря, створюване компресором, а кількість подаваної води строго дозується для кожного режиму роботи ПГТД регулятором 11. У парогенераторі вода випаровується за рахунок надлишкового в жаровій трубі тепла від спаленного палива. Через щілини й отвори в обичайках жарової труби пара і частки води, що не випарувалися, попадають на периферію розпеченого газового потоку, охолоджують його й у вигляді парогазової суміші надходять у камеру змішання КЗ, де парогазовий потік стає більш однорідним по складу і температурі. Таким чином, пара попадає в ГПТ, минаючи зону інтенсивного згоряння палива (факел) і не перешкоджає нормальному 44392 6 процесу згоряння палива, чим забезпечується стійкий запуск двигуна при будь-яких температурах зовнішнього повітря і стабільна робота на всіх режимах. Пара, що утворюється, охолоджує зовнішній і внутрішній корпус КЗ 8, жарову трубу 7, сопловий апарат 16 і робочі лопатки турбін 4 і 5 від перегріву. Парогазовий потік проходить через камеру змішання, сопловий апарат турбіни і надходить на робочі лопатки турбіни. Тут енергія парогазового потоку перетворюється в механічну роботу, яка використовується для: - для приводу компресора (турбіна 4); - для приводу рушія транспортного засобу чи для привода робочого агрегату (турбіна 5). Далі парогазовий потік викидається в атмосферу через газовідвідний патрубок. 7 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 44392 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601