Газотурбінний двигун з регенерацією тепла

Реферат: UA 80510 U UA 80510 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області машинобудування: а саме, до виготовлення газотурбінних двигунів для автомобілів або інших транспортних засобів, окрім авіації. Існуюча теплова схема газотурбінного двигуна з регенерацією тепла складається з компресора відцентрового з однобічним всмоктуванням свіжого повітря, теплообмінника, який обертається, камери згорання, направляючого апарата для газового потоку, турбіни, вала, пристрою для відведення відпрацьованих газів, другого направляючого апарата, тягової турбіни, другого вала, пристрою для відведення відпрацьованих газів до теплообмінника, пристрою для відведення відпрацьованих газів до атмосфери, зубчатої передачі на механізм машини [1] Двигун такої конструкції має наступні недоліки: висока вартість виготовлення лопаток направляючого апарата та турбіни; підвищення температури газів відбивається на цілісності лопаток направляючого апарата та турбіни; теплообмінник та його ущільнення недовговічні, а також створює великий опір проходу повітрю, яке підігрівається, відпрацьованим газом, що викликає перегрівання ущільнення; втрата тепла відпрацьованого газу відбувається після проходження двох турбін та двох пристроїв для відведення відпрацьованих газів до теплообмінника; паливо не підігрівається, що призводить до збільшення витрачання палива та зниження ККД двигуна. Для усунення цього необхідно: 1. Застосувати компресор відцентровий двосторонній, що дозволить зменшити його розміри та отримати від нього більше нагрітого повітря. 2. Використовувати для камер згорання кераміку, що дозволить збільшити температуру газів перед турбіною та її робочою порожниною. 3. Розташувати камери згорання під кутом до площини обертання турбіни, що дозволить усунути направляючий апарат для потоку газів від камер згорання на турбіну. 4. Робочу порожнину турбіни та її робочі лопатки виконати з кераміки. 5. Об'єднати конструкцію турбіни компресора з вентилятором наддуву підігрітим повітрям. 6. Застосувати теплообмінник, що обертається, який включає кільцеве відведення відпрацьованих газів для підігріву свіжого очищеного повітря у каналах, улаштованих по зовнішній поверхні стінок кільцевого відведення. 7. Застосувати примусове видалення відпрацьованого газу з теплообмінника за допомогою відцентрового вентилятора, закріпленого на продовженні вала компресора та турбіни, щоб не допустити перегрівання теплообмінника. 8. Оснастити подаючий паливопровід змійовиком перед вихідним патрубками компресора, через які паливопровід проходить до камер згорання. 9. Всі елементи двигуна закрити теплоізолюючим кожухом. Пропонується теплова схема газотурбінного двигуна з регенерацією тепла (далі двигун), що складається з компресора 1 відцентрового з двостороннім всмоктуванням очищеного свіжого повітря (далі компресор), двох камер згорання 2 (фіг. 1 і 2), виконаних з кераміки, вала 3 з опорами передньої 5, середньої 6 і задньої 7. Опора 6 виконує роль корпусу турбіни, у якому в передню стінку вбудовані керамічні вікна 8 для з'єднання з камерами згорання, а між ними розташовані керамічні сектори 9, що розділяють порожнини між компресором і корпусом турбіни, а також містить вікна 10 і отвір 11 для проходу нагрітого повітря, зовнішні і внутрішні. Задня стінка корпусу турбіни містить керамічні вікна 12 для газів після турбіни і вікна 13 і 14 зовнішні і внутрішні для нагрітого повітря, а вікна для прийому газів розташовані підряд по колу (фіг. 3 і 4). Турбіна 4 об'єднана з вентилятором наддуву, лопатки якого розташовані по зовнішньому 15 і внутрішньому 16 колу по відношенню до робочих лопаток 17 турбіни, виготовлених з кераміки (фіг. 5). Теплообмінник виконує роль відведення відпрацьованих газів кільцевим пристроєм 18, по зовнішній поверхні якого влаштовані зовнішні канали 19 для нагрівання свіжого повітря, по внутрішній поверхні влаштовані внутрішні канали 20. Кільцевий пристрій з'єднано зі щитами 21, які мають опори 22 на валу 3. Обертання теплообмінника оберігає його від перегріву, здійснюється шестірнею 23, закріпленою на валу, проміжним колесом 24, вільно встановленим на задньому щиті, зубчатим вінцем 25, закріпленим на внутрішньому кожусі 26, що з'єднує щити 21. На кожусі 26 і передньому щиті 21 закріплена теплоізоляція. Задня опора 7 виконує роль корпусу 27 витяжного вентилятора 37 і пристрою для відведення відпрацьованих газів від теплообмінника (фіг. 6). Крім цього задня опора має вікно 38, через яке свіже повітря потрапляє у зовнішні канали 19 теплообмінника 18, а також отвір 39, через яке свіже повітря потрапляє у внутрішні канали 20 (фіг. 1), теплоізолюючий кожух 1 UA 80510 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 зовнішній складається з торцевої стінки 28, закріпленої на опорі 5 і корпусі компресора, стінка 28 з'єднана з корпусом турбіни деталлю 29. Деталь 30 з'єднує передню і задню стінки корпуса турбіни. Деталь 31 з'єднує корпус турбіни з задньою опорою 7. На деталях 28, 29, 30 і 31 закріплена теплоізоляція. Корпус компресора з'єднаний з попередньою стінкою опори 6. Трубопровід 32 має змійовик 33, розташований між деталлю 28 і компресором 1. Свічка запалювання 34 закріплена на камері 2 з виходом за кожухом 29. На хвостовику вала 3 закріплена півмуфта 35 для з'єднання з механізмом машини. Вихід від витяжного вентилятора закритий сіткою 36, закріпленою на деталі 27. У пропонованій тепловій схемі одновального газотурбінного двигуна з регенерацією тепла, працюючого у постійному режимі, при якому відсутні перепади температури відпрацьованих газів та зберігається конструктивна цілісність керамічних елементів двигуна. Компресор двобічний, що дає змогу зменшити його розміри, але при цьому збільшить подачу нагрітого повітря в камери згорання, які розташовані під кутом до площини обертання, турбіни виключають використання направляючого апарата газового потоку від камер згорання. Турбіна та вентилятор наддуву об'єднані в одну конструкцію, у якої зовнішні лопатки і внутрішні виконують роль вентилятора наддуву для подачі нагрітого повітря до дифузорів компресора, а середні лопатки робочі, що приймають газовий потік від камер згорання. Використання керамічного матеріалу камер згорання, робочих лопаток турбін, і впускних і випускних вікон середньої опори, знижує металоємність двигуна. Теплообмінник металевий, що не вимагає спеціальних ущільнень, об'єднаний з випускною конструкцією відпрацьованих газів, що обертається для усунення перегрівання конструкції теплообмінника. Підігріте повітря нагріває паливо у змійовику до стану близького до пароподібного, що якісно впливає на процес горіння в камері згорання з меншою витратою палива. Основні елементи газотурбінного двигуна (ГТД) закриті теплоізолюючим кожухом. Робота ГТД з регенерацією тепла Свіже очищене повітря через опору 7 надходить у канали зовнішні і внутрішні теплообмінника за рахунок розрядження від компресора і вентилятора наддуву турбіни. Теплообмінник обертається, знижуючи цим перегрів. У компресорі при стисненні температура повітря підвищується і надходить до камери згорання, де змішується з паливом. Утворений газ певним тиском виходить з камер згорання, впливаючи на робочі лопатки турбіни, а потім потрапляє в кільцевій прохід для їх відведення. По зовнішній поверхні і по внутрішній поверхні кільцевого проходу рухається свіже повітря, відбираючи тепло. Зовнішній потік нагрітого повітря захоплюється зовнішніми лопатками вентилятора наддуву і надсилається до компресора, попутно підігріваючи змійовик паливопроводу. Добре прогріте паливо в змійовику краще змішується з нагрітим повітрям. Процес горіння якісніше впливає на економну витрату палива незалежно від погодних умов. Перелік креслень Фігура 1 - теплова схема газотурбінного одновального двигуна. Фігура 2 - схема розташування камер згорання по стрілці А на фігурі 1 і призначення стрілок руху повітря на фігурі 1. Фігура 3 - схема передньої стінки опори 6. Фігура 4 - схема задньої стінки опори 6. Фігура 5 - зображення елементу турбіни-вентилятора наддуву. Фігура 6 - зображення задньої опори. Фігура 7 - пристрій кільцевого відведення відпрацьованих газів і каналів підігріву повітря. Фігура 8 - зовнішні канали. Фігура 9 - внутрішні канали. Джерела інформації: 1. Стаття кандидата технічних наук І. Барського і інженера Орлової "Газотурбінній автомобіль. Чи за ним майбутнє?» // Журнал "Наука і життя". - М.: видавництво "Правда". - № 8, 1984. - С. 56-63. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 60 1. Газотурбінний двигун, що складається з компресора з одностороннім всмоктуванням повітря, камери згорання, направляючого апарата для відпрацьованих газів, турбіни, труби для проходу відпрацьованих газів, другого направляючого апарата для відпрацьованих газів, тягової турбіни, труби для відпрацьованих газів, направляючої їх на теплообмінник, що обертається, де газ віддає тепло свіжому повітрю і проходить через теплообмінник, після компресора потрапляє в камеру згорання, зубчатої передачі, що знижує обороти для приводу механізмів машини, 2 UA 80510 U 5 10 трубопроводу палива і свічки запалювання, який відрізняється тим, що компресор відцентровий з двостороннім засмоктуванням підігрітого повітря, який перед компресором нагріває змійовик з паливом, складається з керамічних камер згорання, спрямованих під кутом 45° до площини турбіни, об'єднаної з вентилятором наддуву, теплообмінника з пристроєм для відведення відпрацьованих газів обертового, вентилятора витяжного, механізму привода теплообмінника зі зниженням оборотів і півмуфти на валу компресора для з'єднання з механізмом машини, всі елементи двигуна закриті теплоізоляційним кожухом. 2. Газотурбінний двигун за п. 1, який відрізняється тим, що робочі лопатки турбіни виконані з кераміки, а лопатки вентилятора наддуву металеві з протилежними кутами по відношенню до робітників лопаток. 3 UA 80510 U 4 UA 80510 U Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5