способ работы энергетической установки

Формула изобретения

Способ работы энергетической установки, включающий сжатие рабочего тела в компрессоре основного контура, отбор части рабочего тела из основного контура во вспомогательный, сжатие этой части в дополнительном компрессоре, нагрев ее сжиганием топлива, преобразование тепловой энергии в работу путем расширения полученных в камере сгорания продуктов сгорания, подогрев последних совместно с оставшейся частью рабочего тела сжиганием топлива в камере сгорания основного контура, преобразование тепловой энергии в работу путем расширения продуктов сгорания в основном контуре, отбор из проточной части дополнительного компрессора части рабочего тела, отличающийся том, что отобранной из проточной части дополнительного компрессора частью рабочего тела осуществляют охлаждение горячих деталей основного контура и/или управление обтеканием аэро(газо)- динамических поверхностей компрессора основного контура, направляя отобранную часть рабочего тела в каналы соответственно системы охлаждения и/или системы активного управления обтеканием, причем часть рабочего тела перед поступлением в каналы открытой системы охлаждения дополнительно охлаждают.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к теплоэнергетике и энергомашиностроению.

Известен способ работы энергетической установки, включающий сжатие рабочего тела в компрессоре основного контура, отбор рабочего тела из-за компрессора во вспомогательный контур, сжатие его в дополнительном компрессоре, нагрев и расширение в дополнительных камере сгорания и турбине, подогрев продуктов сгорания с оставшейся частью рабочего тела сжиганием топлива в камере сгорания основного контура, расширение продуктов сгорания в турбине [1] (см. фиг. 3, 4, 5).

При реализации способа [1] энергетическая установка имеет повышенный вес, невысокие надежность работы и ресурс.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ [2] включающий сжатие рабочего тела в компрессоре основного контура, отбор рабочего тела из проточной части компрессора во вспомогательный контур. Охлаждение его, сжатие в дополнительном компрессоре, нагрев сжиганием топлива, преобразование тепловой энергии в механическую или электрическую энергию путем расширения продуктов сгорания, подогрев их совместно с оставшейся частью рабочего тела сжиганием топлива в камере сгорания основного контура, преобразование тепловой энергии в механическую или электрическую энергию путем расширения продуктов сгорания в основном контуре, снабженном открытой системы охлаждения.

Для прототипа [2] характерны недостаточно высокие к.п.д. надежность работы и ресурс.

Отмеченные недостатки устранены в предлагаемом способе. В нем из проточной части дополнительного компрессора отбирают часть рабочего тела, направляют ее в каналы открытой системы охлаждения основного контура и (или) каналы открытой системы активного управления обтеканием в эро(газо)динамических поверхностей компрессора основного контура, причем часть рабочего тела перед поступлением в каналы открытой системы охлаждения основного контура охлаждают.

В отличие от прототипа [2] в предложенном способе прокачка рабочего тела через каналы открытых систем охлаждения и активного управления обтеканием аэро(газо)динамических поверхностей компрессора производится за счет энергии, выделенной во вспомогательном контуре, которая после диссипации утилизируется основным контуром. В результате прокачка рабочего тела через каналы для основного контура будет производиться без затраты дополнительной энергии. Так как давление рабочего тела в каналах открытой системы охлаждения может быть высоким, то через них может быть пропущен большой расход рабочего тела, выполняющего функции хладагента. Следовательно, наиболее горячие детали проточной части основного контура могут быть очень эффективно охлаждены.

На фиг. 1-5 приведены схемы энергетических установок, реализующих заявленный способ. Они отличаются конструктивным исполнением элементов, выполняющих соответствующие операции сжатия, нагрева и расширения рабочего тела во вспомогательном контуре (фиг. 1-4), а также операции нагрева и расширения рабочего тела в основном контуре (фиг. 1д).

Рабочее тело сжимается в компрессоре основного контура 1. Из его проточной части (возможно и из каналов активного управления обтеканием аэро(газо)динамических поверхностей) отбирается часть рабочего тела, которая охлаждается в теплообменнике 2, сжимается в дополнительном компрессоре 3, нагревается сжиганием топлива в дополнительной камере сгорания 4, расширяется в дополнительной турбине 5. В камере сгорания 6 основного контура продукты сгорания подогреваются совместно с оставшейся частью рабочего тела сжиганием топлива. В турбине 7 продукты сгорания расширяются с выделением работы на нагрузке 8. Каналы 9 открытой системы охлаждения условно показаны только в проточной части турбины 7. Они могут быть выполнены и в элементах конструкции камеры сгорания 6. Рабочее тело перед поступлением в каналы 9 охлаждают с теплообменнике 10 (вместо него может быть организован, например, впрыск жидкости). Каналы 9 могут быть выполнены в последующих венцах турбины. В этом случае отбор рабочего тела будет производиться из промежуточных сечений дополнительного компрессора 3. Рабочее тело из дополнительного компрессора 3 (возможно и из промежуточных сечений) подается в каналы 11 открытой системы активного управления обтеканием аэро(газо)динамических поверхностей компрессора 1.

На фиг. 2 операции сжатия, нагрева и расширения выполняются в двигателе внутреннего сгорания 12 (элементы конструкции системы продувки не показаны).

В энергетической установке, изображенной на фиг. 1В, нагрев рабочего тела во вспомогательном контуре производится в одно или двухклапанной пульсирующей камере сгорания 13.

На фиг. 4 операции нагрева и расширения рабочего тела во вспомогательном контуре выполняются в МГД-генераторе, состоящем из камеры сгорания 14 сопла 15, обмоток 16 и электродвигателя 17. Вся мощность, выделенная в МГД-генераторе, передается на сжатие рабочего тела в дополнительном компрессоре 3.

В энергетической установке, показанной на фиг. 5, операции нагрева и расширения в основном контуре также выполняются с помощью МГД-генератора. Для охлаждения горячих деталей подается рабочее тело в каналы 9 открытой системы охлаждения, выполненные в камере сгорания и сопле. Одна часть электрической энергии передается электродвигателю 17, а другая внешней нагрузке 8. Паротурбинная установка условно обозначена элементом, отмеченным позицией 18. Она может быть присоединена к любой установке, изображенной на фиг. 1-4. От этого сущность изобретения не изменится.

Источники информации, принятые во внимание

1. Патент Великобритании N 1069033 F02 K3/02, 1967.

2. Гришин А.Н. Способ работы газотурбинного двигателя. Положительное решение по заявке N 4735351/06/099669, МКИ F02 C 3/04.

3. Терещенко Ю.М. Аэродинамика компрессорных решеток М. Машиностроение, 1979, 118с.