СПОСОБ РАБОТЫ ПАРОГАЗОВОГО ТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ И ДВИГАТЕЛЬ
METHOD OF OPERATING STEAM AND GAS TURBINE ENGINE AND ENGINE

Изобретение относится к области двигателестроения, конкретно касается парогазовых турбинных двигателей.
Известен способ работы парогазовой установки, включающий образование рабочей парогазовой смеси, расширение последней в турбине с совершением работы, осушение потока парогазовой смеси путем введения в него воды с температурой ниже температуры конденсации воды в парогазовой смеси, удаление осушенных газов и отвод конденсата (см. авторское свидетельство SU № 547121, кл. F01К 21/04, 07.12.1982).
Однако, при данном способе работы установки имеют место большие потери теплоты (скрытая теплота парообразования), так как не вся вода удаляется из парогазовой смеси и воды из-за недоохлаждения парогазовой смеси, поскольку необходимо подать значительно большое количество холодной воды, что, в свою очередь, приводит тому, что сливаемая вода из конденсатора будет также холодной, а значит теплота, возвращаемая через утилизационный контур, будет уменьшена, т.е. больше тепла будет потеряно в окружающую среду и еще больше энергии необходимо будет затратить для получения холодной воды.
Наиболее близким к изобретению является способ работы парогазовой установки, заключающийся в том, что компрессором сжимают окружающий воздух, который подают в зону горения камеры сгорания, в которую одновременно подают топливо, в последней топливо смешивают со сжатым воздухом и полученную горючую смесь сжигают, полученные в виде газовой смеси продукты сгорания смешивают с водяным паром с получением на выходе из камеры сгорания в качестве парогазовой смеси - рабочего парогазообразного тела, которое направляют в турбину, в которой энергию потока парогазовой смеси преобразуют в механическую энергию вращения ротора турбины, посредством которого приводят во вращение ротор компрессора и ротор электрогенератора для выработки последним электрической энергии (см. патент RU № 2208684, кл. F01К 21/04, 20.07.2003).
Известна парогазовая установка, содержащая компрессор, камеру сгорания, турбину, водопароперегреватель, электрогенератор, конденсатор, дополнительный компрессор, выходной теплообменник, блок разделения не сконденсировавшихся газообразных продуктов сгорания, смеситель, емкость-накопитель, теплообменник промежуточного охлаждения сжимаемого в компрессоре воздуха, питательный насос и теплообменник промежуточного охлаждения сжимаемых в дополнительном компрессоре несконденсировавшихся продуктов сгорания (см. патент RU №2405943, м. кл. F01К 21/04, опубл. 10.12.2010).
Данный способ и установка не обеспечивают рационального использования топлива вследствие его непрерывного горения без организации достаточного смешивания и сжатия смеси.
Задача изобретения - уменьшение расхода топлива.
Технический результат заключается в снижении расхода топлива за счет организации циклического воспламенения сжатой топливовоздушной смеси и осуществлении ее полного сгорания в дополнительной камере сгорания.
Технический результат изобретения по способу достигается тем, что в способе работы парогазового турбинного двигателя, заключающемся в том, что образуют парогазовую смесь - рабочее парогазообразное тело, которое направляют в турбину, в которой энергию потока парогазовой смеси преобразуют в механическую энергию вращения ротора турбины, дополнительно осуществляют циклическое образование топливовоздушной смеси в цилиндре с последующим ее сжатием и воспламенением в камере сгорания, осуществляют полное сгорание топливовоздушной смеси в дополнительной камере сгорания с образованием парогазовой смеси, а ротор турбины используют в качестве привода.
Технический результат изобретения по устройству достигается тем, что парогазовый турбинный двигатель, содержащий камеру сгорания и турбину, дополнительно содержит электродвигатель, кривошипно-шатунный механизм, цилиндр, поршень, впускной клапан, выпускной клапан, свечу зажигания, форсунку для подачи топлива, перепускной клапан, дополнительную камеру сгорания, содержащую форсунку для подачи воды и калиброванное сопло, причем цилиндр через выпускной клапан соединен с камерой сгорания, которая через перепускной клапан соединена с дополнительной камерой сгорания, выход которой через калиброванное сопло соединен с турбиной, выход которой является выходом двигателя, выход электродвигателя через кривошипно-шатунный механизм соединен с поршнем, впускной клапан и выпускной клапан размещены в головке цилиндра, форсунка для подачи топлива размещена в стенке цилиндра, свеча зажигания размещена в стенке камеры сгорания.
На чертеже приведена структурная схема парогазового турбинного двигателя, где 1 - электродвигатель, 2 - кривошипно-шатунный механизм, 3 - цилиндр, 4 - форсунка для подачи топлива, 5 - впускной клапан, 6 - выпускной клапан, 7 - камера сгорания, 8 - свеча зажигания, 9 - перепускной клапан, 10 - форсунка для подачи воды, 11 - дополнительная камера сгорания, 12 - калиброванное сопло, 13 - турбина, 14 - поршень.
Парогазовый турбинный двигатель содержит электродвигатель 1, кривошипно-шатунный механизм 2, цилиндр 3, форсунку для подачи топлива 4, впускной клапан 5, выпускной клапан 6, камеру сгорания 7, свечу зажигания 8, перепускной клапан 9, форсунку для подачи воды 10, дополнительную камеру сгорания 11, калиброванное сопло 12, турбину 13 и поршень 14, причем дополнительная камера сгорания 11 содержит форсунку для подачи воды 10 и калиброванное сопло 12, цилиндр 3 через выпускной клапан 6 соединен с камерой сгорания 7, которая через перепускной клапан 9 соединена с дополнительной камерой сгорания 11, выход которой через калиброванное сопло 12 соединен с турбиной 13, выход которой является выходом двигателя, выход электродвигателя 1 через кривошипно-шатунный механизм 2 соединен с поршнем 14, впускной клапан 5 и выпускной клапан 6 размещены в головке цилиндра 3, форсунка для подачи топлива 4 размещена в стенке цилиндра 3, свеча зажигания 8 размещена в стенке камеры сгорания 7.
Двигатель функционирует следующим образом. Пуск двигателя осуществляется от аккумулятора (не показан) путем подачи напряжения на электродвигатель 1, который приводит в действие посредством кривошипно-шатунного механизма 2 поршень 14. При движении поршня 14 к нижней мертвой точке образовавшееся в надпоршневом пространстве разрежение открывает впускной клапан 5. Топливо поступает посредством форсунки для подачи топлива 4, смешиваясь с воздухом в надпоршневом пространстве, образуя топливовоздушную смесь.
При движении поршня 14 вверх топливовоздушная смесь (ТВС) через выпускной клапан 6 поступает в камеру сгорания 7, где происходит ее сжатие и последующее воспламенение с помощью свечи зажигания 8.
При увеличении давления в камере сгорания 7 открывается перепускной клапан 9, и продукты горения под давлением устремляются в дополнительную камеру сгорания 11, где они догорают и разогревают увеличенную внутреннюю поверхность дополнительной камеры сгорания 11, на которую посредством форсунки для подачи воды 10 подается разогретая вода в виде мелкодисперсного тумана. Образовавшийся в результате испарения пар вместе с раскаленными продуктами горения образуют парогазовую смесь, которая через калиброванное сопло 12 поступает в турбину 13 приводя ее в движение.
На двигателе установлен циркуляционный водяной насос (не показан), посредством которого вода поступает в охладительную рубашку камеры сгорания, разогревается в ней и далее поступает в блок подачи воды для последующего впрыска в дополнительную камеру сгорания 11.