RU2347923C2

RU2347923C2 - Gas turbine engine (versions)

Info

Publication number: RU2347923C2
Application number: RU2006134528/06A
Authority: RU
Inventors: Виталий Иванович Коминов (RU); Виталий Иванович Коминов
Original assignee: Виталий Иванович Коминов
Priority date: 2006-09-28
Filing date: 2006-09-28
Publication date: 2009-02-27
Also published as: RU2006134528A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: gas turbine engine incorporates combustion chambers, fuel feed and igniting devices, bypass channels made in the turbine housing and furnished with inlet and outlet nozzles accommodating fuel feed devices and vaned rotor. The rotor vanes end faces accommodate flat shroud rings. Inlet sector openings arranged in the housing and partially aligned with the outlet sector openings adjoin the inner edges of the rotor vanes, while the aforesaid outer openings adjoin the outer edges of the said vanes. Bypass, outlet, inlet and outlet sector openings adjoining the rotor vanes inner edges are arranged in turbine housing along the rotor run. In compliance with the other version of this invention, the bypass channel openings adjoin the rotor vanes outer edges. Note here that the bypass channel inlets are aligned with the outlet sector openings, while their outlets are arranged between the said bypass channel inlet openings and output sector openings.

EFFECT: higher specific power, reliability, smaller weight and sizes.

9 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к турбостроению, в частности к газотурбинным двигателям.The invention relates to turbine construction, in particular to gas turbine engines.

Известен газотурбинный двигатель (см. патент SU 1764374 А1, МПК F02С 5/00 - аналог), содержащий камеры сгорания, топливоподающие и поджигающие устройства, лопаточное колесо с компрессорным и турбинным венцами, последовательно соединенными друг с другом по ходу рабочего тела секторными проходами размещенными в корпусе. За секторными проходами расположены выполненные в корпусе выходные, входные отверстия каналов перепуска и выходные секторные окна, примыкающие к наружному контуру турбинного венца лопаточного колеса, совмещенные с входными секторными отверстиями, примыкающими к его внутреннему контуру. При этом выходные отверстия каналов перепуска выполнены в виде сопла с установленными в них топливоподающими устройствами, компрессорные и турбинные лопатки размещены на периферии лопаточного колеса с плоскими бандажными кольцами, закрепленными на концах его лопаток.A gas turbine engine is known (see patent SU 1764374 A1, IPC F02C 5/00 - analogue), containing combustion chambers, fuel supply and ignition devices, a blade wheel with compressor and turbine crowns, connected in series with each other along the working fluid by sector passages located in case. Behind the sector passages, the outlet openings, inlet openings of the bypass channels, and the output sector windows adjacent to the outer contour of the turbine rim of the blade wheel, combined with the input sector openings adjacent to its inner contour, are located. The outlet openings of the bypass channels are made in the form of a nozzle with fuel supply devices installed in them, compressor and turbine blades are located on the periphery of the blade wheel with flat retaining rings fixed at the ends of its blades.

Недостатком этого газотурбинного двигателя является низкая удельная мощность, связанная с тем, что камеры сгорания слабо заполняются топливовоздушной смесью из-за слабого использования кинетической энергии воздуха, нагнетаемого лопатками компрессорного венца, и подачи воздуха в каналы между лопатками турбинного венца от периферии к центру против действия центробежных сил.The disadvantage of this gas turbine engine is the low power density due to the fact that the combustion chambers are poorly filled with the air-fuel mixture due to the poor use of the kinetic energy of the air pumped by the compressor rim blades and the air supply to the channels between the rim blades from the periphery to the center against the action of centrifugal forces.

Эти недостатки устраняются другим изобретением (см. патент RU 2282734 С2, МПК F02С 5/04 - прототип), газотурбинным двигателем, содержащим камеры сгорания, топливоподающие и поджигающие устройства, лопаточное колесо с компрессорным и турбинным венцами, на концах лопаток которых закреплены плоские бандажные кольца. По ходу вращения лопаточного колеса расположены в корпусе секторные проходы, каналы перепуска с отверстиями, примыкающими к наружному контуру турбинного венца лопаточного колеса, из которых выходные отверстия выполнены в виде сопла с установленными в них топливоподающими устройствами, а за входными отверстиями расположены выходные секторные окна, совмещенные с входными секторными отверстиями, примыкающими к внутреннему контуру венца лопаточного колеса. В корпусе выполнены улитки, примыкающие к наружному контуру компрессорного венца лопаток, а к внутреннему контуру венца турбинных лопаток примыкают выходные отверстия, связанные с улитками, секторными проходами и каналами, выполненными в корпусе, выходные отверстия каналов выполнены в виде сопла, в которых расположены топливоподающие устройства.These disadvantages are eliminated by another invention (see patent RU 2282734 C2, IPC F02C 5/04 - prototype), a gas turbine engine containing combustion chambers, fuel supply and ignition devices, a blade wheel with compressor and turbine crowns, on the ends of the blades of which are fixed ring rings . In the direction of rotation of the blade wheel, sector passages are located in the housing, bypass channels with holes adjacent to the outer contour of the turbine rim of the blade wheel, of which the outlet openings are made in the form of a nozzle with fuel supply devices installed in them, and output sector windows are located behind the inlet openings, combined with input sector openings adjacent to the inner contour of the rim of the blade wheel. In the casing are made snails adjacent to the outer contour of the compressor rim of the blades, and outlet openings associated with the coils, sector passages and channels made in the casing are adjacent to the inner circuit of the rim of the turbine blades, the outlet openings of the channels are made in the form of nozzles in which fuel supply devices are located .

Недостатками этого газотурбинного двигателя являются сложность конструкции, включающей компрессор и турбину, большие гидравлические потери в каналах подачи воздуха от входа в компрессор до входа в турбину и низкая удельная мощность.The disadvantages of this gas turbine engine are the complexity of the design, including the compressor and the turbine, large hydraulic losses in the air supply channels from the compressor inlet to the turbine inlet, and low power density.

Задачей изобретения является упрощение конструкции, снижение гидравлических потерь и повышение удельной мощности газотурбинного двигателя.The objective of the invention is to simplify the design, reduce hydraulic losses and increase the specific power of the gas turbine engine.

Поставленная задача достигается тем, что в газотурбинном двигателе, содержащем камеры сгорания, топливоподающие и поджигающие устройства, каналы перепуска, выполненные в корпусе с отверстиями, входными и выходными, выполненными в виде сопла, с расположенными в них топливоподающими устройствами, лопаточное колесо с венцами, на торцах которых закреплены плоские бандажные кольца, к внутреннему контуру лопаточных венцов примыкают выполненные в корпусе входные секторные отверстия, частично совмещенные с выходными секторными окнами, примыкающими к наружному контуру лопаточных венцов. По ходу вращения лопаточного колеса выполнены в корпусе примыкающие к внутреннему контуру его лопаточных венцов отверстия каналов перепуска выходные, входные и выходные секторные отверстия.The problem is achieved in that in a gas turbine engine containing combustion chambers, fuel supply and ignition devices, bypass channels made in the housing with holes, input and output, made in the form of a nozzle, with fuel supply devices located in them, a blade wheel with crowns, the ends of which are fixed flat retaining rings, the input sector openings made in the housing adjoin the inner contour of the blade crowns, partially aligned with the output sector windows, prima ayuschimi to the outer contour of the blade rows. In the direction of rotation of the blade wheel, holes in the bypass channels adjacent to the inner contour of its blade crowns are made in the outlet, inlet and outlet sector openings.

Поставленная задача достигается и тем, что:The task is achieved by the fact that:

к наружному контуру лопаточных венцов примыкают отверстия каналов входные, совмещенные с входными отверстиями каналов перепуска, и выходные, выполненные в виде сопла, совмещенные с выходными секторными отверстиями;openings of input channels combined with input openings of bypass channels and output made in the form of a nozzle combined with output sector openings adjoin the outer contour of the blade crowns;

отверстия каналов перепуска примыкают к наружному контуру лопаточных венцов, при этом входные отверстия каналов перепуска совмещены с выходными секторными отверстиями, а выходные отверстия каналов перепуска расположены между входными отверстиями этих каналов и выходными секторными окнами;the openings of the bypass channels are adjacent to the outer contour of the blade crowns, while the inlet openings of the bypass channels are aligned with the output sector openings, and the outlet openings of the bypass channels are located between the inlet openings of these channels and the output sector windows;

цилиндрическая часть корпуса выполнена в виде обода, связанного со ступицей стойками;the cylindrical part of the housing is made in the form of a rim connected with the hub struts;

выходы секторных отверстий и секторных окон связаны смесителем, выполненным в виде эжектора с выходом в виде сопла;the outputs of the sector openings and sector windows are connected by a mixer made in the form of an ejector with an exit in the form of a nozzle;

смеситель снабжен топливоподающим устройством.the mixer is equipped with a fuel supply device.

Конструкции двигателей разных вариантов упрощаются тем, что в них процессы рабочих циклов проходят на базе одних лопаточных венцов, которые работают и как компрессор, и как турбина, сокращаются переходы и изменения направления движения воздуха, что ведет к уменьшению гидравлических потерь. Интенсивное смешивание воздуха, топлива, газа с высокой температурой, горение топлива в замкнутом объеме повышают давление и температуру газа в камерах сгорания.The designs of engines of various options are simplified by the fact that in them the processes of working cycles are based on the same blade crowns, which work both as a compressor and as a turbine, reductions in transitions and changes in the direction of air movement, which leads to a reduction in hydraulic losses. Intensive mixing of air, fuel, gas with a high temperature, burning fuel in a closed volume increase the pressure and temperature of the gas in the combustion chambers.

Смеситель обеспечивает более полное сгорание топлива, а с использованием топливоподающего устройства, выполненного в нем, расширяет технические возможности двигателя. Выполнение цилиндрической части корпуса в виде обода повышает его охлаждение и снижает расход материала на изготовление. В целом уменьшаются габариты, масса, повышаются компактность, надежность и удельная мощность двигателя.The mixer provides more complete combustion of fuel, and with the use of a fuel supply device made in it, expands the technical capabilities of the engine. The execution of the cylindrical part of the body in the form of a rim increases its cooling and reduces the consumption of material for manufacturing. In general, dimensions, weight are reduced, compactness, reliability and power density of the engine are increased.

На фиг.1 схематично изображен газотурбинный двигатель в разрезе А-А, на фиг.2 условно показан график изменения давления в каналах между лопатками венцов лопаточного колеса в зависимости от угла его поворота. Ниже графика показаны отверстия с цифровыми обозначениями, которые примыкают к внутреннему контуру лопаточных венцов.Figure 1 schematically shows a gas turbine engine in a section aa, figure 2 conventionally shows a graph of pressure changes in the channels between the blades of the crowns of the blade wheel depending on the angle of rotation. Below the graph shows the holes with digital designations that are adjacent to the inner contour of the scapular crowns.

На фиг.3, 4, 5, 6 выполнены разрезы Б-Б четырех его вариантов. Конструкции всех вариантов симметричны относительно оси, проведенной через середину двигателя. Направление вращения лопаточного колеса и движения рабочего тела указаны стрелками. Конструкции и работа вариантов фиг.4, 5, 6 описываются только тех их частей, которые отличаются от конструкции фиг.3, в связи с полным совпадением их общих частей. На фиг.7 схематично показан смеситель, который может быть установлен на выходах газа и воздуха конструкций всех вариантов.In figure 3, 4, 5, 6, sections BB are made of four of its variants. The designs of all options are symmetrical about the axis drawn through the middle of the engine. The direction of rotation of the blade wheel and the movement of the working fluid are indicated by arrows. The designs and operation of the variants of FIGS. 4, 5, 6 describe only those parts that differ from the design of FIG. 3, due to the complete coincidence of their common parts. Figure 7 schematically shows a mixer that can be installed at the gas and air outlets of the designs of all options.

Газотурбинный двигатель фиг.1, 3 содержит корпус 1 цилиндрической формы, выполненный в виде двух одинаковых крышек, включающих части торцевые, цилиндрические и ступицы 2. Внутри корпуса 1 на валу 3, подшипниках 4 установлено лопаточное колесо 5 с лопатками 6, образующими лопаточные венцы, внутренние контуры которых примыкают к ступицам 2. На торцах венцов лопаточного колеса 5 по концам лопаток 6 закреплены плоские бандажные кольца 7, которые с лопаточным колесом 5, его диском и лопатками 6 образуют сужающиеся от периферии к центру каналы 8. В ступицах 2 последовательно по ходу вращения лопаточного колеса 5 выполнены выходные отверстия 9 каналов перепуска 10, его входные отверстия 11, выходные секторные отверстия 12 и входные секторные отверстия 13. Последние частично совмещены с выходными секторными окнами 14, выполненными в цилиндрической части корпуса 1, примыкающими к наружному контуру лопаточных венцов. Выходные отверстия 9 выполнены в виде сопла и направлены в сторону вращения лопаточного колеса 5, в них установлены топливоподающие устройства 15. Топливозажигающие устройства 16 установлены в цилиндрической части корпуса 1 перед входными отверстиями 11 по ходу вращения лопаточного колеса 5.The gas turbine engine of FIGS. 1, 3 comprises a cylindrical-shaped housing 1 made in the form of two identical covers, including end, cylindrical and hub parts 2. Inside the housing 1, on the shaft 3, bearings 4, a blade wheel 5 with blades 6 forming blade crowns is installed, the inner contours of which are adjacent to the hubs 2. On the ends of the crowns of the blade wheel 5 at the ends of the blades 6 are fixed flat retaining rings 7, which with the blade wheel 5, its disk and blades 6 form channels 8. narrowing from the periphery to the center. ax 2 sequentially in the direction of rotation of the blade wheel 5, the outlet openings 9 of the bypass channels 10 are made, its inlet openings 11, the output sector openings 12 and the inlet sector openings 13. The latter are partially aligned with the output sector windows 14 made in the cylindrical part of the housing 1 adjacent to the outer contour of the scapular crowns. The outlet openings 9 are made in the form of a nozzle and are directed in the direction of rotation of the blade wheel 5, fuel supply devices 15 are installed in them. Fuel ignition devices 16 are installed in the cylindrical part of the housing 1 in front of the inlet openings 11 in the direction of rotation of the blade wheel 5.

Цилиндрическая часть каждой крышки может быть выполнена в виде обода, а торцевая - в виде стоек, спиц, соединяющих обод со ступицей (не показано). Это становится возможным в связи с тем, что по концам лопаток 6 закреплены плоские бандажные кольца.The cylindrical part of each cover can be made in the form of a rim, and the end part in the form of struts, spokes connecting the rim to the hub (not shown). This becomes possible due to the fact that at the ends of the blades 6 are fixed flat retaining rings.

Цифровые обозначения деталей фиг. 4, 5, 6 повторяются, поэтому сокращены. На новых деталях указаны новые обозначения, а на имеющихся деталях, но расположенных в других местах конструкции, указаны их прежние обозначения.The numerals for the details of FIG. 4, 5, 6 are repeated, therefore reduced. On the new parts, new designations are indicated, and on the existing parts, but located in other places of the design, their previous designations are indicated.

На фиг.4 отверстия каналов 17 примыкают к наружному контуру венцов лопаточного колеса 5, из них входные 18 совмещаются с входными отверстиями 11, а выходные 19 выполнены в виде сопла и совмещаются с выходными секторными отверстиями 12 со сдвигом относительно их начала по ходу вращения лопаточного колеса 5.In Fig. 4, the openings of the channels 17 are adjacent to the outer contour of the rims of the blade wheel 5, of which the input 18 are aligned with the input holes 11, and the output 19 is made in the form of a nozzle and aligned with the output sector holes 12 with a shift relative to their beginning along the rotation of the blade wheel 5.

На фиг.5 входные отверстия 18 каналов 17 в отличие от входных отверстий 18 каналов 17 на фиг.4 повернуты против вращения лопаточного колеса 5 и снабжены направляющими лопатками 20, на фиг.4 во входных отверстиях 18 каналов 17 направляющие лопатки 20 не показаны.In Fig. 5, the inlet openings 18 of the channels 17, in contrast to the inlet openings 18 of the channels 17 in Fig. 4, are rotated against the rotation of the blade wheel 5 and are provided with guide vanes 20; in Fig. 4, in the inlet openings 18 of the channels 17, the guide vanes 20 are not shown.

На фиг.6 отверстия каналов перепуска 10 выполнены примыкающими к наружному контуру лопаточных венцов, из них входные 11 совмещаются с выходными секторными отверстиями 12, а выходные 9 расположены между этими входными отверстиями 11 и выходными секторными окнами 14. Выходные отверстия 9 выполнены в виде сопла, в них установлены топливоподающие устройства 15.6, the openings of the bypass channels 10 are made adjacent to the outer contour of the blade crowns, of which the input 11 are aligned with the output sector openings 12, and the output 9 are located between these input openings 11 and the output sector windows 14. The output openings 9 are made in the form of a nozzle, fuel supply devices 15 are installed in them.

На фиг.7 выполнен смеситель 21 в виде эжектора, соединяющий выходы выходных секторных окон 14 трубой 22 с выходами выходных секторных отверстий 12 трубой 23. Соединения труб 22, 23 с выходами выходных секторных окон 14 и выходных секторных отверстий 12 могут быть разными в зависимости от назначения или с одной половиной, или с обеими половинами двигателя. На конце смесителя может быть выполнено сопло 24, а в начале его - топливоподающее устройство 25 на трубе 23 в виде эжектора.In Fig. 7, a mixer 21 is made in the form of an ejector connecting the outputs of the output sector windows 14 with the pipe 22 with the outputs of the output sector holes 12 with the pipe 23. The connections of the pipes 22, 23 with the outputs of the output sector windows 14 and the output sector holes 12 may be different depending on destination or with one half, or with both halves of the engine. At the end of the mixer, a nozzle 24 can be made, and at the beginning of it, a fuel supply device 25 on the pipe 23 in the form of an ejector.

Газотурбинный двигатель работает следующим образом.The gas turbine engine operates as follows.

Раскручивается вал 3 с лопаточным колесом 5 на подшипниках 4 в корпусе 1 по указанной стрелке фиг.1, 2, 3. Воздух через входные секторные отверстия 13 поступает в каналы 8 между лопатками 6 лопаточного колеса 5, а вытесняется из них через выходные секторные окна 14 под действием центробежных сил, участок вг фиг.3, на графике линия в-г фиг.2. При закрытии выходных секторных окон 14 в связи с их частичным совмещением входные секторные отверстия 13 остаются еще открытыми, участок гд, поэтому воздух нагнетается в закрытые каналы 8, где давление его в них повышается, линия г-д. На участках де, линия д-е, давление постоянное. В точках е открываются выходные отверстия 9, внутри них через топливоподающие устройства 15 в каналы 8, заполненные воздухом, в пусковом режиме принудительно нагнетается топливо, которое смешивается с воздухом, образуя топливовоздушную смесь. Перед точками н каналы 8 совмещаются с топливозажигающими устройствами 16, топливовоздушная смесь зажигается, и начинается горение с повышением давления газа. На участках нр открываются входные отверстия 11, и газ через них, каналы перепуска 10, выходные отверстия 9 поступает в следующие каналы 8, заполненные воздухом, линия е-к. Начинаются действия: поступление топлива за счет эжекции струи газа в сопле выходных отверстий 9, смешивание его с воздухом, сжатие образовавшейся топливовоздушной смеси и ее зажигание. Пусковой режим заканчивается, отключаются устройства топливозажигающие 16 и топливоподающие с принудительной подачей, последние не показаны. Начинается рабочий режим с зажиганием топливовоздушной смеси газом и подачей топлива эжекцией. Горение в каналах 8 топливовоздушной смеси, линия к-н, осуществляется по изохорному процессу при отсутствии потерь давления между лопатками 6 и корпусом 1 в зазорах или квазиизохорному процессу при потерях давления в зазорах. На участках нр часть газа с высоким давлением, линия н-р, уходит на поджатие топливовоздушной смеси и ее зажигание через входные отверстия 11, каналы перепуска 10 и сопла выходных отверстий 9. На участках са, линия с-а, по мере совпадения каналов 8 с выходными секторными отверстиями 12 давление газа в них снижается до самого низкого значения. Оставшийся газ в этих каналах 8 при совмещении их с входными секторными отверстиями 13 за участками ав вытесняется центробежной силой через выходные секторные окна 14, линия а-в. За газом в эти каналы 8 следует воздух через входные секторные отверстия 13, который их продувает и охлаждает, участок вг, линия в-г. После совмещения с выходными секторными окнами 14 каналы 8 продолжают еще совмещаться с входными секторными отверстиями 13, поэтому в них вновь создается давление воздуха, участок гд, линия г-д. Цикл повторяется, вновь происходит смешивание воздуха с топливом, сжатие, зажигание топливовоздушной смеси газом, поступающим через сопла выходных отверстий 9. От расширения газа высокого давления в процессе прохождения цикла на валу 3 лопаточного колеса 5 в трех его местах создается крутящий момент, то есть лопатки 6 работают по типу турбины. На участках ек при заполнении каналов 8 сила потока газа давит на лопатки 6 при выходе из сопла выходного отверстия 9. На участках нр и са газ движется от периферии к центру, из зон высоких в зоны низких окружных скоростей соответственно через входные отверстия 11 и выходные секторные отверстия 12. На участках рс, ав, де каналы 8 постепенно закрываются, затем открываются и остаются определенное время открытыми на участках са и вгд. На участках кн происходит горение топлива, каналы 8 закрываются, остаются определенное время закрытыми, после чего открываются. На участках вгд лопатки 6 работают но типу компрессора, происходит продувка каналов 8, их заполнение воздухом и охлаждение лопаток 6.The shaft 3 is unwound with a blade wheel 5 on bearings 4 in the housing 1 according to the indicated arrow of FIGS. 1, 2, 3. Air through the input sector openings 13 enters the channels 8 between the blades 6 of the blade wheel 5, and is forced out of them through the output sector windows 14 under the action of centrifugal forces, plot vg of figure 3, on the graph line v-g of figure 2. When closing the output sector windows 14 due to their partial alignment, the input sector openings 13 remain still open, the section is where, therefore the air is pumped into the closed channels 8, where its pressure in them increases, the line is dd. In sections de, line d, the pressure is constant. At points e, the outlet openings 9 open, inside them, through the fuel supply devices 15, into the channels 8 filled with air, fuel is forcibly pumped in in the starting mode, which mixes with the air, forming a fuel-air mixture. In front of points n, the channels 8 are combined with fuel ignition devices 16, the air-fuel mixture ignites, and combustion begins with increasing gas pressure. Inlet areas 11, inlet openings 11 open, and gas through them, bypass channels 10, outlet openings 9 enters the following channels 8 filled with air, line e-k. Actions begin: the flow of fuel due to the ejection of a gas stream in the nozzle of the outlet openings 9, mixing it with air, compressing the resulting air-fuel mixture and igniting it. The starting mode ends, the fuel ignition devices 16 and the fuel supply devices with forced feed are turned off, the latter are not shown. The operating mode begins with the ignition of the air-fuel mixture with gas and the supply of fuel by ejection. Combustion in the channels 8 of the air-fuel mixture, line k-n, is carried out according to the isochoric process in the absence of pressure losses between the blades 6 and the casing 1 in the gaps or a quasi-isochoric process with pressure losses in the gaps. In HP sections, part of the high-pressure gas, line No., is used to pre-pressurize the air-fuel mixture and to ignite it through inlet 11, bypass channels 10 and nozzles of outlet openings 9. In sections ca, line c-a, as channels 8 coincide with output sector openings 12, the gas pressure in them decreases to the lowest value. The remaining gas in these channels 8 when combining them with the input sector openings 13 behind the sections AB is displaced by centrifugal force through the output sector windows 14, line a-c. The gas in these channels 8 is followed by air through the input sector openings 13, which blows and cools them, section vg, line vg. After combining with the output sector windows 14, the channels 8 continue to be combined with the input sector openings 13, therefore, air pressure is again created in them, the portion of the hydrodynamic line, the line of the horizontal line. The cycle is repeated, air is mixed with the fuel again, compressed, and the air-fuel mixture is ignited by the gas entering through the nozzles of the outlet openings 9. From the expansion of the high-pressure gas during the passage of the cycle, a torque is generated in the shaft 3 of the blade wheel 5 in three places, that is, the blades 6 operate as a turbine. In the EC sections, when filling the channels 8, the gas flow force presses on the blades 6 when leaving the nozzle of the outlet 9. In the HP and CA sections, the gas moves from the periphery to the center, from the zones of high to the zones of low peripheral speeds, respectively, through the inlet 11 and sector output openings 12. In sections pc, av, de channels 8 are gradually closed, then open and remain open for a certain time in sections ca and vgd. In areas of the fuel cell combustion occurs, channels 8 are closed, remain closed for a certain time, and then open. In the IOT sections, the blades 6 work but for the type of compressor, the channels 8 are purged, they are filled with air and the blades 6 are cooled.

На фиг.4 газ в каналах 8, совмещенных с входными отверстиями 11 и с отверстиями 18, расширяется в двух возможных направлениях в зоны низкого давления. Часть газа, которая движется от периферии к центру через отверстия 11 и дальше по каналам перепуска 10, образует крутящий момент на валу 3 так же, как и на фиг.3. Другая часть газа проходит через входные отверстия 18, каналы 17, сопла выходных отверстий 19, каналы 8, создает давление на лопатки 6 и выходит через секторные отверстия 12. Прохождение газа через сопла выходных отверстий 19 в каналы 8 с предварительно выпущенным газом за счет смещения выходных отверстий 19 относительно начала выходных секторных отверстий 12 повышает скорость движения газа по каналам 8 и, следовательно, крутящий момент на валу 3.In Fig. 4, the gas in the channels 8, combined with the inlet openings 11 and with the openings 18, expands in two possible directions to the low pressure zones. The part of the gas that moves from the periphery to the center through the holes 11 and further along the bypass channels 10 forms a torque on the shaft 3 in the same way as in FIG. Another part of the gas passes through the inlet 18, channels 17, nozzles of the outlet openings 19, channels 8, creates pressure on the blades 6 and exits through the sector openings 12. The passage of gas through the nozzles of the outlet openings 19 into the channels 8 with pre-released gas by displacing the outlet holes 19 relative to the beginning of the output sector holes 12 increases the gas velocity along the channels 8 and, therefore, the torque on the shaft 3.

На фиг.5 газ, проходя выходное отверстие 18, в отличие от фиг.4 вначале движется в сторону, обратную направлению вращения лопаточного колеса 5. Реакция силы движения такого потока газа приложена к лопаткам 6 и действует по ходу вращения лопаточного колеса 5, создавая крутящий момент. Увеличение поперечного сечения канала в области выходного отверстия 18 повышает давление газа в этой области и уменьшает гидравлические потери. После поворота канала 17 с лопатками 20 давление газа преобразовывается в его кинетическую энергию, действие которой происходит так же, как и на фиг.4.In Fig. 5, the gas passing the outlet 18, in contrast to Fig. 4, initially moves in the direction opposite to the direction of rotation of the blade wheel 5. The reaction of the force of movement of such a gas flow is applied to the blades 6 and acts along the rotation of the blade wheel 5, creating a twisting moment. The increase in the cross section of the channel in the area of the outlet 18 increases the gas pressure in this area and reduces hydraulic losses. After the rotation of the channel 17 with the blades 20, the gas pressure is converted into its kinetic energy, the action of which occurs in the same way as in figure 4.

На фиг.6 образование крутящего момента на валу 3 осуществляется расширением газа в каналах 8, совмещенных с началом выходных секторных отверстий 12 и с входными отверстиями 11, по двум возможным направлениям: одной частью газа - при движении по каналам 8 и дальше на выход через секторные отверстия 12; другой частью газа - реакцией его потока при входе в каналы перепуска 10 через входные отверстия 11 и при выходе через сопла выходных отверстий 9 действием сил этого потока газа на лопатки 6 по ходу их вращения, так как в этом направлении повернуты сопла выходных отверстий 9.In Fig.6, the formation of torque on the shaft 3 is carried out by the expansion of gas in the channels 8, combined with the beginning of the output sector openings 12 and with the inlet 11, in two possible directions: one part of the gas - when moving through the channels 8 and further out through the sector holes 12; the other part of the gas is the reaction of its flow at the entrance to the bypass channels 10 through the inlet holes 11 and at the exit through the nozzles of the outlet openings 9 by the action of the forces of this gas flow on the blades 6 in the direction of their rotation, since the nozzles of the outlet openings are turned in this direction.

Смеситель фиг.7 работает по принципу эжектора. Если скорость воздуха в носителе 21, поступающего по трубе 22, больше скорости газа, поступающего по трубе 23, то количество выходящего газа по трубе 23 повышается за счет действия эжектора, увеличивается перепад в зонах высокого и низкого давления в камерах сгорания, поэтому давление на лопатки 6 повышается, повышается и крутящий момент. Если скорость газа, поступающего по трубе 23, больше скорости воздуха, поступающего по трубе 22, то увеличивается поступление воздуха через входные секторные отверстия 13, увеличивается подача воздуха в камеры сгорания, подача топлива, давление на лопатки 6 и улучшается охлаждение. Во всех случаях в смесителе осуществляется более полное сгорание топлива. Сопло на смесителе увеличивает скорость выхода смешанных потоков воздуха, газа и повышает реактивную силу, реактивную тягу, которая может еще больше увеличиться при подаче топлива топливоподающим устройством 25. Сгорание топлива осуществляется за счет воздуха, поступающего по трубе 22, смешанного с газом, поступающим по трубе 23. Смеситель 21 равносилен газовой горелке, топливоподающее устройство 25 может и не использоваться, в этом случае топливо в камеры сгорания, в каналы 8 подается больше нормального установленного отношения воздуха и топлива.The mixer of Fig. 7 works on the principle of an ejector. If the speed of the air in the carrier 21 entering through the pipe 22 is greater than the speed of the gas entering through the pipe 23, then the amount of outgoing gas through the pipe 23 increases due to the action of the ejector, the differential in the high and low pressure zones in the combustion chambers increases, so the pressure on the blades 6 rises, rises and torque. If the speed of the gas entering through the pipe 23 is greater than the speed of the air entering through the pipe 22, then the air intake through the sector inlet 13 increases, the air supply to the combustion chambers, the fuel supply, the pressure on the blades 6 increase, and the cooling improves. In all cases, a more complete combustion of the fuel is carried out in the mixer. The nozzle on the mixer increases the output velocity of the mixed flows of air, gas and increases the reactive force, the reactive thrust, which can increase even more when the fuel is supplied by the fuel supply device 25. The fuel is burned by the air supplied through the pipe 22 mixed with the gas supplied by the pipe 23. The mixer 21 is equivalent to a gas burner, the fuel supply device 25 may not be used, in this case, the fuel in the combustion chambers, more than the normal established air ratio is supplied to the channels 8 and then Lebanon.

Запуск газотурбинного двигателя во всех вариантах осуществляется раскручиванием лопаточного колеса 5 вращением вала 3 или подачей сжатого воздуха через секторные окна 14 против направления стрелок, указанных в них, или по направлениям, указанным стрелками в вариантах фиг.4, 5 по каналам 17, а на фиг.6 по каналам перепуска 10. Топливо может быть жидким или газообразным, в том числе и низкосортным, так как образование топливовоздушной смеси осуществляется интенсивным смешиванием потока газа с высокой температурой, зажиганием этим газом, а затем постоянным горением при высоком давлении.Starting the gas turbine engine in all variants is carried out by spinning the blade wheel 5 by rotating the shaft 3 or by supplying compressed air through the sector windows 14 against the direction of the arrows indicated in them, or in the directions indicated by the arrows in the variants of FIGS. 4, 5 along the channels 17, and in FIG. .6 along the bypass channels 10. The fuel can be liquid or gaseous, including low-grade, since the formation of the air-fuel mixture is carried out by intensive mixing of the gas flow with high temperature, ignition with this gas, and then tinuous combustion at high pressure.

Использование одного лопаточного венца в качестве компрессора и турбины во всех вариантах двигателя существенно упрощает его конструкцию, уменьшает массу, габариты, повышает компактность, надежность работы и удельную мощность двигателя.The use of one blade rim as a compressor and turbine in all engine variants significantly simplifies its design, reduces weight, dimensions, increases compactness, reliability and specific power of the engine.

Крутящий момент на валу двигателя создается одновременно в разных частях лопаточного колеса. Силы действуют рассредоточено на выходах, входах, периферии, в центре и в самих каналах между лопатками лопаточных венцов вследствие движения газа из зон с высокой в зоны с низкой окружной скоростью.Torque on the motor shaft is created simultaneously in different parts of the blade wheel. The forces act dispersed at the exits, entrances, periphery, in the center and in the channels themselves between the blades of the scapular crowns due to the movement of gas from zones with high to zones with low peripheral speed.

Расположение каналов перепуска с выходными и входными отверстиями и выходных секторных отверстий внутри контура венцов лопаточного колеса, в зонах низких окружных скоростей, существенно снижает гидравлические потери. Вариант с минимальными гидравлическими потерями, выполненный без каналов и отверстий на периферии, наиболее скоростной по частоте вращения вала. Менее скоростными являются варианты с каналами на периферии, не исключается, что в таких вариантах может создаваться, относительно быстроходных, большой крутящий момент.The location of the bypass channels with outlet and inlet openings and sector outlet openings inside the contour of the blade wheel rims, in the zones of low peripheral speeds, significantly reduces hydraulic losses. The option with minimal hydraulic losses, made without channels and holes on the periphery, the most high-speed shaft speed. Options with channels on the periphery are less speedy; it is possible that in such cases relatively high-speed, high torque can be created.

Набор разных вариантов на общем валу позволяет включением и выключением их в широком диапазоне создавать различную частоту вращения общего вала, величину крутящего момента и мощность двигателя.A set of different options on a common shaft allows turning them on and off over a wide range to create different rotational speeds of the common shaft, torque and engine power.

Выполнение цилиндрической части крышек корпуса в виде обода, связанного со ступицей стойками, обнажает плоские бандажные кольца лопаточного колеса между ободом и ступицей, что повышает охлаждение и снижает расход материала на изготовление двигателя.The execution of the cylindrical part of the housing covers in the form of a rim connected with the hub racks, exposes the flat retaining rings of the blade wheel between the rim and the hub, which increases cooling and reduces material consumption for the manufacture of the engine.

Одиночные двигатели разных вариантов и их наборы могут найти широкое применение в различных отраслях техники: в авиации, наземном и водном транспортах, стационарных установках, в частности в летательных аппаратах, автомобилях, локомотивах, двигателях-генераторах - как компрессор для подачи воздуха и газа, как горелка, в том числе и в сочетании с генератором тока, для различных котлов, печей, очагов, для воздухоплавания на шарах с использованием горелки для шара, а крутящего момента на валу для привода винта. Полет шара может стать управляемым за счет винта, а горелка для шара позволит более полно использовать энергию топлива, температуру продуктов сгорания.Single engines of different options and their sets can be widely used in various fields of technology: in aviation, land and water transport, stationary installations, in particular in aircraft, automobiles, locomotives, engine generators - as a compressor for supplying air and gas, as burner, including in combination with a current generator, for various boilers, furnaces, foci, for ballooning using ball torches, and torque on the shaft to drive the screw. The flight of the ball can become controlled by the screw, and the burner for the ball will allow more fully use the energy of the fuel, the temperature of the combustion products.

Claims

1. A gas turbine engine containing combustion chambers, fuel supply and ignition devices, bypass channels made in the housing, with inlet and outlet openings made in the form of a nozzle, with fuel supply devices located in them, a paddle wheel with crowns at the ends of which are fixed flat rings, to the inner contour of the scapular crowns adjoin the input sector openings made in the housing, partially aligned with the output sector windows adjacent to the outer contour of the scapular ntsov, characterized in that along the rotation of the blade wheel are made in the housing adjacent to the inner contour of its blade crowns openings of the bypass channels output, input and output sector openings.

2. The engine according to claim 1, characterized in that to the outer contour of the blade crowns adjacent channel openings, input, combined with the inlet of the bypass channels, and output, made in the form of a nozzle, combined with the output sector openings.

3. The engine according to any one of paragraphs.1 and 2, characterized in that the cylindrical part of the housing is made in the form of a rim connected to the hub struts.

4. The engine according to claim 2, characterized in that the outputs of the sector openings and sector windows are connected to a mixer made in the form of an ejector with an exit in the form of a nozzle.

5. The engine according to claim 4, characterized in that the mixer is equipped with a fuel supply device.

6. A gas turbine engine containing combustion chambers, fuel supply and ignition devices, bypass channels made in the housing, with inlet and outlet openings made in the form of a nozzle, with fuel supply devices located in them, a paddle wheel with crowns at the ends of which are fixed flat rings, to the inner contour of the scapular crowns adjoin the inlet sector openings made in the housing, partially aligned with the outlet sector windows adjacent to the outer contour of the scapular veins cc, characterized in that the openings of the bypass channels are adjacent to the outer contour of the blade crowns, while the inlet openings of the bypass channels are aligned with the output sector openings, and the output openings of the bypass channels are located between the inlet openings of these bypass channels and the output sector windows.

7. The engine according to claim 6, characterized in that the cylindrical part of the housing is made in the form of a rim connected to the hub struts.

8. The engine according to any one of paragraphs.6 and 7, characterized in that the outputs of the sector openings and sector windows are connected to the mixer, made in the form of an ejector with an output in the form of a nozzle.

9. The engine of claim 8, wherein the mixer is equipped with a fuel supply device.