Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

RU2334892C1 - Turboprop gas turbine engine - Google Patents

Turboprop gas turbine engine Download PDF

Info

Publication number
RU2334892C1
RU2334892C1 RU2007101125/06A RU2007101125A RU2334892C1 RU 2334892 C1 RU2334892 C1 RU 2334892C1 RU 2007101125/06 A RU2007101125/06 A RU 2007101125/06A RU 2007101125 A RU2007101125 A RU 2007101125A RU 2334892 C1 RU2334892 C1 RU 2334892C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
engine
gas turbine
turbine
compressor
turbine engine
Prior art date
Application number
RU2007101125/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Борисович Болотин (RU)
Николай Борисович Болотин
Original Assignee
Николай Борисович Болотин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Николай Борисович Болотин filed Critical Николай Борисович Болотин
Priority to RU2007101125/06A priority Critical patent/RU2334892C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2334892C1 publication Critical patent/RU2334892C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: turboprop gas turbine engine incorporates a propeller, an air intake, a compressor, a combustion chamber, a turbine and a jet nozzle. The engine represents a two-shaft design. Behind the turbine, the Stirling engine is arranged coupled by its inner shaft, via a reduction gear or a multiplexer, with the propeller. Air branch pipes are connected to the said Striling engine, their ends passing to atmosphere and being connected to either air intake or the output of the compressor first stages.
EFFECT: higher power plant efficiency and reliability.
4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению, в том числе к авиационным и стационарным двигателям, конкретно к турбовинтовым двигателям - ТВД.The invention relates to engine building, including aircraft and stationary engines, in particular to turboprop engines - theater.

Известен авиационный комбинированный двигатель по заявке РФ на изобретение №2002115896, содержащий ГТД и ракетный двигатель.Known aircraft combined engine according to the application of the Russian Federation for invention No. 2002115896, containing a gas turbine engine and a rocket engine.

Недостаток - очень большой расход топлива, потребляемого ракетным двигателем.The disadvantage is the very high fuel consumption consumed by the rocket engine.

Известен авиационный ГТД по патенту РФ №2211935, прототип, содержащий компрессор, камеру сгорания, турбину и реактивное сопло.Known aviation gas turbine engine according to the patent of Russian Federation No. 2211935, a prototype containing a compressor, a combustion chamber, a turbine and a jet nozzle.

Недостаток - низкий КПД и как следствие большой удельный расход топлива, свойственный турбореактивным двигателям по сравнению с поршневыми.The disadvantage is low efficiency and, as a consequence, the high specific fuel consumption inherent in turbojet engines compared to piston engines.

Недостатки этого двигателя: очень маленькая мощность электрических машин, связанная с тем, что они размещены на малом диаметре и имеют по одной ступени. Кроме того - возникают проблемы с охлаждением обмоток статора, размещенных внутри двигателя. Эта конструкция применима для использования электрической машины в качестве стартера или в качестве вспомогательного электрогенератора для питания агрегатов газотурбинного двигателя и самолета.The disadvantages of this engine: the very small power of electric machines, due to the fact that they are placed on a small diameter and have one step. In addition, there are problems with cooling the stator windings located inside the engine. This design is applicable for using an electric machine as a starter or as an auxiliary electric generator to power the units of a gas turbine engine and aircraft.

Задачи создания изобретения: повышение экономичности и надежности двигателя.Objectives of the invention: improving the efficiency and reliability of the engine.

Задачи создания изобретения: повышение КПД и надежности двигателя. Турбовинтовой газотурбинный двигатель, содержащий винт, воздухозаборник, компрессор, камеру сгорания, турбину и реактивное сопло, отличающийся тем, что двигатель выполнен по двухвальной схеме, за турбиной установлен двигатель Стирлинга, соединенный внутренним валом через редуктор или мультипликатор с винтом. К двигателю Стирлинга присоединены воздушные патрубки. Концы патрубков выходят в атмосферу. Концы патрубков подсоединены к воздухозаборнику или к выходу из первых ступеней компрессора.Objectives of the invention: improving efficiency and engine reliability. A turboprop gas turbine engine containing a screw, an air intake, a compressor, a combustion chamber, a turbine and a jet nozzle, characterized in that the engine is designed according to a two-shaft scheme, a Stirling engine is installed behind the turbine, connected by an internal shaft through a gearbox or a multiplier with a screw. Air tubes are connected to the Stirling engine. The ends of the nozzles go into the atmosphere. The ends of the nozzles are connected to the air intake or to the outlet of the first stages of the compressor.

Предложенное техническое решение обладает новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью, что подтверждается проведенными патентными исследованиями. Для реализации изобретения достаточно применения известных узлов и деталей, ранее разработанных и реализованных в конструкции газотурбинных двигателей и в машиностроении.The proposed technical solution has novelty, inventive step and industrial applicability, as evidenced by patent research. To implement the invention, it is sufficient to use the known components and parts previously developed and implemented in the design of gas turbine engines and in mechanical engineering.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1...4, где:The invention is illustrated in figure 1 ... 4, where:

на фиг.1 приведена схема двигателя,figure 1 shows a diagram of the engine,

на фиг.2 приведена схема охлаждения двигателя Стирлинга,figure 2 shows the cooling circuit of the Stirling engine,

на фиг.3 приведена схема двигателя Стирлинга,figure 3 shows a diagram of a Stirling engine,

на фиг.4 приведен вид по А-А двигателя Стирлинга.figure 4 shows a view aa of the Stirling engine.

Предложенное техническое решение (фиг.1) содержит винт 1, вал винта 2, редуктор 3 (или мультипликатор), газогенератор 4, содержащий в свою очередь воздухозаборник 5, компрессор 6, камеру сгорания 7 и турбину 8. Турбина 8 может содержать одну или несколько ступеней. Далее конструкция двигателя описывается на примере одноступенчатой турбины. Турбина 8 содержит сопловой аппарат 9 и рабочее колесо 10, далее реактивное сопло 11.The proposed solution (Fig. 1) comprises a screw 1, a shaft of a screw 2, a reducer 3 (or a multiplier), a gas generator 4, which in turn contains an air intake 5, a compressor 6, a combustion chamber 7, and a turbine 8. The turbine 8 may contain one or more steps. Further, the engine design is described by the example of a single-stage turbine. The turbine 8 comprises a nozzle apparatus 9 and an impeller 10, then a jet nozzle 11.

Турбовинтовой газотурбинный двигатель содержит систему топливоподачи с топливопроводом низкого давления 12, подключенным к входу в топливный насос 13, имеющий привод 14, топливопровод высокого давления 15, вход которого соединен с топливным насосом 13, а выход соединен с кольцевым коллектором 16, кольцевой коллектор 16 соединен с форсунками 17 камеры сгорания 7.The turboprop gas turbine engine contains a fuel supply system with a low pressure fuel pipe 12 connected to the inlet of the fuel pump 13 having a drive 14, a high pressure fuel pipe 15, the input of which is connected to the fuel pump 13, and the output is connected to the annular manifold 16, the annular manifold 16 is connected to nozzles 17 of the combustion chamber 7.

Компрессор 6 содержит ротор компрессора 18 с внешним валом 19. На внешнем валу 19 установлено рабочее колесо турбины 10.Compressor 6 comprises a compressor rotor 18 with an external shaft 19. An impeller of a turbine 10 is mounted on the external shaft 19.

Внутренний вал 20 проходит внутри внешнего вала 19, установлен на опорах 21 и соединен с одной стороны с редуктором 3, а с другой - с двигателем Стирлинга 22. К двигателю Стирлинга подсоединен воздушный патрубок 23 или несколько воздушных патрубков, другой конец которого выходит в атмосферу, и выхлопные патрубки 24, которые выходят внутрь реактивного сопла 11 в полость «Д».The inner shaft 20 extends inside the outer shaft 19, is mounted on bearings 21 and is connected on one side to the gearbox 3, and on the other to the Stirling engine 22. An air pipe 23 or several air pipes connected to the Stirling engine, the other end of which is released into the atmosphere, and exhaust pipes 24 that extend into the jet “D” inside the jet nozzle 11.

Отличительной особенностью силовой установки является наличие двигателя Стирлинга 22 за турбиной 8, конкретно за рабочим колесом турбины 10.A distinctive feature of the power plant is the presence of the Stirling engine 22 behind the turbine 8, specifically behind the impeller of the turbine 10.

Двигатель Стирлинга 22 состоит из двух частей: группы рабочих цилиндров 25 и группы вытеснительных цилиндров 26, которые соединены трубопроводами 27. Группу вытеснительных цилиндров 26 предпочтительно теплоизолировать от газового тракта ГТД.The Stirling engine 22 consists of two parts: a group of working cylinders 25 and a group of displacement cylinders 26, which are connected by pipelines 27. It is preferable to insulate the group of displacement cylinders 26 from the gas turbine engine.

В одном из вариантов исполнения возможно подсоединение воздушного патрубка 23 (воздушных патрубков) к воздухозаборнику 5 или к первым ступеням компрессора 6 посредством одного или нескольких трубопроводов 28 (фиг.2).In one embodiment, it is possible to connect the air pipe 23 (air pipes) to the air intake 5 or to the first stages of the compressor 6 through one or more pipelines 28 (figure 2).

На фиг.3 и 4 приведена схема одного из вариантов исполнения двигателя Стирлинга 22, который содержит группу рабочих цилиндров 25, имеющих оребрение 29 с установленным внутри каждого из них в полости «Б» рабочим поршнем 30, который шатуном 31 соединен с внутренним валом двигателя 20.Figures 3 and 4 show a diagram of one embodiment of the Stirling engine 22, which contains a group of working cylinders 25 having fins 29 with a working piston 30 installed inside each of them in the cavity “B”, which is connected to the internal shaft of the engine 20 by a connecting rod 31 .

Также двигатель Стирлинга 22 содержит группу вытеснительных цилиндров 26 с установленным внутри каждого из них в полости «В» вытеснительным поршнем 32. Каждый расширительный цилиндр 26 оборудован снаружи кожухом 33, образующим полость «Г» для охлаждения расширительного цилиндра 26. Вытеснительный поршень 32 соединен шатуном 34 с внутренним валом двигателя 20. Трубопровод 27 соединяет полости «Б» и «В» для перетекания рабочего тела из рабочего цилиндра 25 в вытеснительный цилиндр 26. К полости «Г» подсоединены воздушные патрубки 23, а выхлопные трубы 24 соединяют полость «Г» с внутренней полостью «Д» реактивного сопла 11 (фиг.1).Also, the Stirling engine 22 contains a group of displacement cylinders 26 with a displacement piston 32 installed inside each of them in the cavity “B”. Each expansion cylinder 26 is equipped externally with a casing 33 forming a cavity “G” for cooling the expansion cylinder 26. The displacement piston 32 is connected by a connecting rod 34 with the internal shaft of the engine 20. A pipe 27 connects the cavity "B" and "C" for the flow of the working fluid from the working cylinder 25 into the displacement cylinder 26. Air tubes 23 are connected to the cavity "G", and the exhaust pipes s 24 connect the cavity "G" with the internal cavity "D" of the jet nozzle 11 (figure 1).

При работе ГТД осуществляют его запуск стартером (стартер на фиг.1...4 не показан). Потом включают привод топливного насоса 14, и топливный насос 13 подает топливо в камеру сгорания 7, где оно воспламеняется при помощи электрозапальника (на фиг.1 не показано). В результате продукты сгорания проходят через рабочее колесо турбины 10 и раскручивают его и внешний вал 20, а также ротор компрессора 18. Через 5...7 мин тепло выхлопных газов прогревает рабочие цилиндры 25 двигателя Стирлинга 22. Двигатель Стирлинга 22 приводится в действие и через внутренний вал 20 и редуктор 3 раскручивает винт 1. В результате двигатель запущен и готов к работе. Управление двигателем по режимам и его выключение не отличается от традиционных ТВД.During the operation of the gas turbine engine, it is started by the starter (the starter in Figs. 1 ... 4 is not shown). Then, the drive of the fuel pump 14 is turned on, and the fuel pump 13 delivers fuel to the combustion chamber 7, where it is ignited by an electric igniter (not shown in FIG. 1). As a result, the combustion products pass through the impeller of the turbine 10 and untwist it and the external shaft 20, as well as the compressor rotor 18. After 5 ... 7 min, the heat of the exhaust gases warms the working cylinders 25 of the Stirling engine 22. The Stirling engine 22 is driven and through inner shaft 20 and gearbox 3 loosens screw 1. As a result, the engine is started and ready for operation. Control of the engine by modes and turning it off does not differ from traditional TVDs.

Применение изобретения позволило:The application of the invention allowed:

1. Повысить КПД газотурбинного двигателя за счет более рациональной компоновки двигателя, наличия винта, дающего дополнительную тягу, отсутствия жесткой кинематической связи между компрессором и турбиной. Это позволило спроектировать оптимальные компрессор и турбину, например, на разные рабочие обороты и оптимально согласовать их совместную работу.1. To increase the efficiency of a gas turbine engine due to a more rational layout of the engine, the presence of a screw giving additional traction, the absence of a rigid kinematic connection between the compressor and the turbine. This made it possible to design optimal compressor and turbine, for example, at different operating speeds and optimally coordinate their joint work.

2. Улучшить надежность силовой установки за счет уменьшения числа ступеней турбины до одной ступени и распределения большей части нагрузки на двигатель Стирлинга.2. Improve the reliability of the power plant by reducing the number of turbine stages to one stage and distributing most of the load on the Stirling engine.

3. Создать благоприятные условия для работы винта и двигателя Стирлинга, согласовав их оптимальные расчетные угловые скорости вращения за счет применения редуктора или мультипликатора. Кроме того, применение двухвальной схемы двигателя позволит развязать механически рабочее колесо и ротор турбины и компрессора с одной стороны от винта и двигателя Стирлинга, работа которых при запуске и на переходных режимах значительно различаются, например, по частоте вращения валов и по приемистости.3. To create favorable conditions for the operation of the propeller and Stirling engine by coordinating their optimal calculated angular rotational speeds through the use of a gearbox or multiplier. In addition, the use of a two-shaft engine design will allow you to mechanically decouple the impeller and rotor of the turbine and compressor on the one hand from the screw and Stirling engine, whose operation at start-up and during transient conditions varies significantly, for example, in terms of shaft speed and acceleration.

4. Обеспечить оптимальную работу двигателя на переходных режимах, вследствие того, что турбовинтовые двигатели создают часть тяги винтом, а часть за счет реактивного сопла. Несмотря на плохую приемистость двигателя Стирлинга при резком изменении расхода топлива через камеру сгорания суммарная тяга двигателя будет изменяться практически мгновенно за счет реактивной составляющей. Через 5...7 мин мощности, развиваемые винтом и газогенератором, перераспределятся, например, при форсировании основную тяговую нагрузку будет нести винт, имеющий хороший КПД на дозвуковых скоростях, в результате экономичность двигателя на крейсерском режиме полета значительно возрастет.4. To ensure optimal engine operation in transient conditions, due to the fact that turboprop engines create part of the propeller thrust, and part due to the jet nozzle. Despite the poor throttle response of the Stirling engine with a sharp change in fuel consumption through the combustion chamber, the total thrust of the engine will change almost instantly due to the reactive component. After 5 ... 7 min, the powers developed by the propeller and the gas generator will be redistributed, for example, when forcing, the main thrust load will be borne by the propeller, which has good efficiency at subsonic speeds, as a result, the efficiency of the engine at cruising flight mode will increase significantly.

5. Значительно уменьшится расход топлива при эксплуатации самолета, это имеет важное значение в связи с исчерпанием ресурсов углеводородного топлива, его удорожанием и отсутствием альтернативы этому виду топлива. Применение водорода, имеющего стоимость в сотни раз большую, чем керосин, в ближайшие 100 лет бесперспективно, а использование сжиженного природного газа из-за его плохих энергетических характеристик и сложности в эксплуатации криогенной техники весьма ограничено.5. The fuel consumption during the operation of the aircraft will significantly decrease, this is important in connection with the exhaustion of hydrocarbon fuel resources, its cost increase and the lack of an alternative to this type of fuel. The use of hydrogen, which has a cost hundreds of times greater than kerosene, is unpromising in the next 100 years, and the use of liquefied natural gas due to its poor energy characteristics and the difficulty in operating cryogenic equipment is very limited.

6. Облегчить условия работы винта за счет его нежесткой связи с валом компрессора и возможности их взаимного проскальзывания и рассогласования оборотов ротора компрессора и винта.6. To facilitate the working conditions of the screw due to its non-rigid connection with the compressor shaft and the possibility of their mutual slippage and mismatch of the rotor speed of the compressor and screw.

7. Облегчить запуск и останов двигателя за счет применения двухвальной схемы.7. Facilitate starting and stopping the engine through the use of a two-shaft scheme.

8. Уменьшить вес и габариты двигателя.8. Reduce the weight and dimensions of the engine.

9. Снизить стоимость двигателя за счет отказа от дорогостоящих материалов, используемых при изготовлении турбины.9. To reduce the cost of the engine due to the rejection of expensive materials used in the manufacture of the turbine.

Claims (4)

1. Турбовинтовой газотурбинный двигатель, содержащий винт, воздухозаборник, компрессор, камеру сгорания, турбину и реактивное сопло, отличающийся тем, что двигатель выполнен по двухвальной схеме, за турбиной установлен двигатель Стирлинга, соединенный внутренним валом через редуктор или мультипликатор с винтом.1. A turboprop gas turbine engine containing a screw, an air intake, a compressor, a combustion chamber, a turbine and a jet nozzle, characterized in that the engine is designed according to a two-shaft scheme, a Stirling engine is installed behind the turbine, connected by an internal shaft through a gearbox or a multiplier with a screw. 2. Турбовинтовой газотурбинный двигатель по п.1, отличающийся тем, что к двигателю Стирлинга присоединены воздушные патрубки.2. Turboprop gas turbine engine according to claim 1, characterized in that the air pipes are connected to the Stirling engine. 3. Турбовинтовой газотурбинный двигатель по п.2, отличающийся тем, что концы патрубков выходят в атмосферу.3. The turboprop gas turbine engine according to claim 2, characterized in that the ends of the nozzles exit into the atmosphere. 4. Турбовинтовой газотурбинный двигатель по п.2, отличающийся тем, что концы патрубков подсоединены к воздухозаборнику или к выходу из первых ступеней компрессора.4. The turboprop gas turbine engine according to claim 2, characterized in that the ends of the nozzles are connected to the air intake or to the exit of the first stages of the compressor.
RU2007101125/06A 2007-01-10 2007-01-10 Turboprop gas turbine engine RU2334892C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007101125/06A RU2334892C1 (en) 2007-01-10 2007-01-10 Turboprop gas turbine engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007101125/06A RU2334892C1 (en) 2007-01-10 2007-01-10 Turboprop gas turbine engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2334892C1 true RU2334892C1 (en) 2008-09-27

Family

ID=39929022

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007101125/06A RU2334892C1 (en) 2007-01-10 2007-01-10 Turboprop gas turbine engine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2334892C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2827275C1 (en) * 2023-10-13 2024-09-23 Евгений Александрович Оленев Method of operating aircraft power plant

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ШЛЯХТЕНКО С.М. Теория и расчет воздушно-реактивных двигателей. - М.: Машиностроение, 1987, с.351-353. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2827275C1 (en) * 2023-10-13 2024-09-23 Евгений Александрович Оленев Method of operating aircraft power plant

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1992788B1 (en) Aircraft combination engines plural airflow conveyances system
US12037946B2 (en) Dual cycle intercooled hydrogen engine architecture
US20170363043A1 (en) Gas turbine engine
EP1992811B1 (en) Aircraft combination engines exhaust thrust recovery
RU2424441C1 (en) Nuclear turboprop gas turbine engine
CN109139234B (en) Engine assembly with intercooler
RU2334892C1 (en) Turboprop gas turbine engine
RU2379532C1 (en) Nuclear gas turbine aircraft engine
RU2425243C1 (en) Nuclear turboprop gas turbine engine
RU2389887C1 (en) Combined nuclear boost aircraft engine
RU2424438C1 (en) Turboprop gas turbine engine with nuclear power plant
RU2594828C1 (en) Propulsion engine of supersonic aircraft
RU2376483C1 (en) Nuclear gas turbine engine with afterburning
RU2349775C1 (en) Nuclear gas-turbine aviation engine
RU2336429C1 (en) Nuclear gas turbine engine
RU2334115C1 (en) Double-stage gas turbine engine
RU2435049C1 (en) Nuclear turboprop gas turbine engine
RU2375219C1 (en) Nuclear gas turbine locomotive and its power plant
RU2363604C1 (en) Gas turbine locomotive and its power plant
RU2591361C1 (en) Engine of hypersonic aircraft
RU2372509C1 (en) Combined aircraft engine
RU2729311C1 (en) Hybrid turbofan plant with built-in rotor ice
RU2389886C1 (en) Combined nuclear aircraft engine
US20240229717A9 (en) Gas turbine engine fuel system
US20240151179A1 (en) Compounded turbo power unit with boost combustor