Патент на изобретение №2319031

(54) ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

(57) Реферат:

Изобретение относится к машиностроению, в частности к газотурбинным двигателям. Газотурбинный двигатель содержит корпус и установленный в нем вал турбины, камеру сгорания с полостью, образованной кожухом, жаровую трубу с зоной горения, зоной смешения, воспламенительное устройство и систему подачи топлива. Полость, образованная кожухом, и передняя часть жаровой трубы выполнены герметичными. Система подачи топлива выполнена с возможностью подачи и распыления воды в полость кожуха и с возможностью подачи и распыления смеси электролита /водного раствора электролита/ и топлива через форсунку, выполненную с кавитатором, в зону горения вольтовой дуги. Воспламенительное устройство выполнено в виде электродов вольтовой дуги, электроды которой с возможностью подачи на них постоянного тока, зажигания и тушения вольтовой дуги и с возможностью диссоциации, ионизации, воспламенения и превращения в плазму проходящих через зону горения вольтовой дуги паров смеси, установлены в жаровой трубе. При этом один из электродов выполнен подвижным при зажигании вольтовой дуги, другой выполнен конической формы и с конусным каналом. Изобретение позволяет повысить экономическую и экологическую эффективность двигателя. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к газотурбинным двигателям, и может быть использовано в двигателях для наземных транспортных средств и в энергетике.

Известен газотурбинный двигатель /ГТД/ – тепловая машина, предназначенная для преобразования энергии сгорания топлива в кинетическую энергию реактивной струи и/или/ в механическую работу на валу двигателя. Основными элементами ГТД являются компрессор, камера сгорания и газовая турбина. /Боргест Н.М. и др. Краткий словарь авиационных терминов. – М.: Издательство МАИ, стр.43-44, 1992 г./ [1].

Недостатком известного ГТД является сложность конструкции, дороговизна топлива и токсичный выхлоп.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является ГТД, содержащий корпус, компрессор, камеру сгорания, воспламенительное устройство, систему подачи топлива и турбину. /А.с. СССР. №1329280, F02K 3/00, 30.04.1992 г./ [2].

Недостатком ближайшего аналога является низкая экономическая. экологическая эффективность и сложность конструкции.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в повышении экономической, экологической эффективности с одновременным упрощением конструкции.

Поставленная задача решается тем, что в газотурбинном двигателе, содержащем корпус и установленный в нем на подшипниковые опоры вал турбины, камеру сгорания с полостью, образованной кожухом, жаровую трубу с зоной горения, зоной смешения, воспламенительное устройство и систему подачи топлива.

Полость, образованная кожухом, и передняя часть жаровой трубы выполнены герметичными. Система подачи топлива выполнена с возможностью подачи и распыления чистой воды, например, через форсунку в полость кожуха и с возможностью подачи и распыления смеси электролита /водного раствора электролита/ и топлива, например спирта, через форсунку, выполненную с кавитатором, например, в виде местного сужения ее канала, в зону горения вольтовой дуги. Воспламенительное устройство выполнено в виде электродов вольтовой дуги /электрической дуги/, электроды которой с возможностью подачи на них регулируемого, например, блоком управления постоянного тока, например, от бортовой электросети зажигания и тушения вольтовой дуги и с возможностью диссоциации, ионизации, воспламенения и превращения в плазму проходящих через зону горения вольтовой дуги паров смеси, установлены в жаровой трубе. При этом один из электродов вольтовой дуги может быть выполнен подвижным при зажигании вольтовой дуги, другой может быть выполнен конической формы и с конусным каналом. Причем электроды в жаровой трубе установлены через электроизолирующие прокладки.

Сущность изобретения схематично показана на чертеже.

Пример выполнения предлагаемого решения

Газотурбинный двигатель содержит корпус 1 и установленный в нем на подшипниковых опорах 2 вал турбины 3, камеру сгорания 4 с герметичной полостью 5, образованной кожухом 6 и жаровой трубой 7 с зоной смешения 8 и с герметичной передней частью, систему подачи топлива с форсункой 9 подачи и распыления чистой воды в полость кожуха и с форсункой 10, выполненной с кавитатором в виде местного сужения ее канала /не показано/ подачи и распыления смеси электролита /водного раствора электролита/ и топлива, например спирта, в зону горения вольтовой дуги 11, электроды 12 и 13 воспламенительного устройства – вольтовой /электрической/ дуги через электроизолирующие прокладки, установленные в жаровой трубе и образующие зону горения вольтовой дуги. При этом один из электродов выполнен подвижным, например перемещаемым электромагнитным клапаном 14 при зажигании вольтовой дуги, другой выполнен конической формы и с конусным каналом 15.

Газотурбинный двигатель работает следующим образом.

Для пуска двигателя на электроды 12 и 13 вольтовой дуги подают регулируемый, например, блоком управления постоянный ток от бортовой электросети, например, силой 3-4 А. Включают электромагнитный клапан 14 и кратковременным контактом концом подвижного электрода, например 12, с электродом конической формы 13 в его конусном канале 15 зажигают вольтовую дугу. Затем через форсунку 10 с кавитатором в переднюю герметичную часть жаровой трубы 7 под давлением, например, 5-20 атм и под управлением блока управления подают смесь электролита, например водного раствора едкого кали и топлива, например 5% этилового спирта. За счет кавитации в канале форсунки 10 часть подаваемой воды диссоциирует, ионизируется и вся смесь тончайше распыляется, превращается в водяной пар за счет охлаждения элементов передней части жаровой трубы 7 и по конусному каналу 15 поступает в зону горения 11 вольтовой дуги. Под воздействием горящей вольтовой дуги и за счет протекания постоянного тока через электролит смесь диссоциирует, ионизируется, воспламеняется, превращается в плазму и под давлением 5-20 атм и с температурой плазмы из зоны горения 11 вольтовой дуги в конусном канале 15 электрода 13 поступает в зону смешения 8 жаровой трубы 7. В герметичную полость 5, образованную кожухом 6 камеры сгорания 4, через форсунку 9 так же под давлением 5-20 атм и под управлением блока управления подают и распыляют, например, химочищенную воду, которая, охлаждая жаровую трубу 7, превращается в водяной пар и затем поступает в зону смешения 8. В зоне смешения 8 продукты горения – плазма и водяной пар, поступающий из полости 5, смешиваются, температура нормализуется до приемлемого для лопаток турбины 3 значения. При этом электроды 12 и 13 охлаждаются проходящим через них и обдувающим их водяным паром. Далее парогазовая смесь также под давлением 5-20 атм поступает на турбину 3, расширяется, вращает вал турбины 3 и через выхлопное устройство выкидывается в окружающую среду. Для тушения вольтовой дуги для останова двигателя отключают подачу постоянного тока на электроды 12 и 13 и прекращают подачу воды и смеси – электролита и топлива в двигатель.

Предлагаемый газотурбинный двигатель прост, недорог в производстве. В эксплуатации безопасен, экономически и экологически высокоэффективен. Найдет применение для работы в качестве силовой установки для различных транспортных средств и для энергетики.

Формула изобретения

1. Газотурбинный двигатель, содержащий корпус и установленный в нем вал турбины, камеру сгорания с полостью, образованной кожухом, жаровую трубу с зоной горения, зоной смешения, воспламенительное устройство и систему подачи топлива, отличающийся тем, что полость, образованная кожухом, и передняя часть жаровой трубы выполнены герметичными, система подачи топлива выполнена с возможностью подачи и распыления воды в полость кожуха и с возможностью подачи и распыления смеси электролита /водного раствора электролита/ и топлива через форсунку, выполненную с кавитатором, в зону горения вольтовой дуги, воспламенительное устройство выполнено в виде электродов вольтовой /электрической/ дуги, электроды которой с возможностью подачи на них постоянного тока, зажигания и тушения вольтовой дуги, причем электроды установлены в жаровой трубе, один из которых выполнен конической формы и с конусным каналом, под действием вольтовой дуги пары смеси, проходящие через зону ее горения, диссоциируют, ионизируют, воспламеняются и превращаются в плазму.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что один из электродов вольтовой дуги выполнен подвижным при зажигании вольтовой дуги.

РИСУНКИ