ГАЗОВЫЙ ТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Полезная модель предназначена для использования в энергомашиностроении и на транспорте.
Заявляемый газовый турбинный двигатель с возвратнопоступательным движением поршней предназначен для преобразования энергии сгорания топлива в энергию потока газа, а энергия газа в механическую энергию ведомого звена, в нашем варианте привод генератора переменного тока.
Из аналогов уровня техники известен газотурбиной двигатель, содержащий, по меньшей мере, одну камеру сгорания, выходной вал турбины с лопатками, систему питания и систему зажигания (см. Газо-турбинный двигатель, стр.101, «Политехнический словарь», Главный редактор И.И.Артоболевский. М. «Советская Энциклопедия», 1977 г.).
Недостатками газового турбинного двигателя принятого за прототип вляются:
1. Небольшой ресурс эксплуатации двигателя.
2. Более низкий КПД по сравнению с газовым турбинным двигателем заявляемой полезной моделью.
Наиболее близким по количеству существенных признаков- прототипом может быть принят «Газовый турбинный двигатель», содержащий камеры сгорания, выходной вал турбины с лопатками, компрессор, системы подачи и зажигания горючей смеси и теплообменник с выхлопными патрубками (RU МПК 2161714, F02C 3/045, 7108, выданный по заявке на изобретение №97104082/06 18.03.1997, авторы, заявители и патентообладатели Бахирев Виктор Серафимович, Бахирев Игорь Викторович, дата публикации: 10.01.2001 г., адрес переписки 352400, Краснодарский край, г.Курганинск, ул. 76 квартал 1, кв.20. Бахиреву ВС.).
Недостатками известного изобретения являются следующие:
1. Небольшой ресурс эксплуатации газового турбинного двигателя.
2. Более низкий КПД по сравнению с газовым турбинным двигателем заявляемым полезной моделью.
3. Более высокая стоимость 1 квт. часа энергии, вырабатываемая газотурбинным двигателем, по сравнению с газовым турбинным двигателем заявляемым полезной моделью.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является:
1. Увеличение ресурса эксплуатации газового турбинного двигателя.
2. Более высокий КПД по сравнению с газовым турбинным двигателем принятым за прототип.
3. Более низкая стоимость 1 квт. часа энергии, вырабатываемая предложенным газовых турбинным двигателем по сравнению с газовым турбинным двигателем принятым за прототип.
Технический результат газового турбинного двигателя в заявляемой полезной модели, достигается тем, что по сравнению с изобретение принятым за прототип, газовым турбинным двигателем, содержащим камеры сгорания, вал, ротор с лопатками, компрессор, систему подачи и систему зажигания горючей смеси и теплообменник, в заявляемой полезной модели газовый турбинный двигатель содержит, по крайней мере, две камеры сгорания, или кратно двум, и снабжен системой управления, системой защиты, блоком индикации и диагностики, генератором переменного тока, размещенном на валу привода выходного вала с одной стороны от газовой турбины и закрепленной к ней посредством мягкой муфты, контроллером и ресивером, причем упомянутая система питания снабжена источником получения водорода и, по меньшей мере двумя, или кратно двум, цилиндрами для подачи топлива с рабочими поршнями, затвором для защиты от аварийных ситуаций, накопителем смеси с двойным объемом цилиндра, предохранительным клапаном, а также впускными клапанами подачи топлива и выпускными клапанами выхлопа отработанных газов, расположенными соответственно в впускном и выхлопном патрубках, при этом каждый цилиндр для подачи топлива, упомянутой системы питания, снабжен приводом поршня цилиндров подачи топлива, включающим пневмоцилиндр, содержащий воздушную полость, разделенную расположенной в центре цилиндра перегородкой с сальниковым уплотнением, в отверстие которой установлен шток, со смонтированным на конце упомянутым поршнем цилиндра подачи топлива и со смонтированными на штоке нагнетающими поршнями, расположенными внутри пневмоцилиндров упомянутого привода поршня цилиндров подачи топлива, причем воздушная полость каждого пневмоцилиндра привода поршня цилиндров подачи топлива со стороны цилиндра подачи топлива через воздушный трубопровод соединена с воздушной полостью другого пневмоцилиндра привода поршня цилиндра подачи топлива, а с другой стороны нагнетающего поршня воздушная полость пневмоцилиндра привода поршня цилиндра подачи топлива соединена через воздушный трубопровод, обратный клапан и воздушный фильтр с упомянутым ресивером, при этом в упомянутой системе зажигания выхлопной патрубок каждой камеры сгорания связан воздушным трубопроводом с воздушной полостью другого пневмоцилиндра привода поршня цилиндра подачи топлива, а также связан воздушным трубопроводом выхлопной магистрали с упомянутым теплообменником со змеевиком и с выхлопной трубкой, при этом упомянутая система управления снабжена четырьмя пневмоцилиндрами управления выхлопными клапанами, двумя пневмораспределителями с электроприводом, связанными с электромагнитными клапанами продувки камер сгорания, с электромагнитным клапаном пуска двигателя и упомянутым ресивером, причем упомянутая система защиты снабжена датчиком температуры теплоносителя в упомянутом теплообменнике, датчиками давления воздуха пневмоцилиндров привода поршня цилиндра подачи топлива, датчиками давления воздуха пневмоцилиндров управления выхлопными клапанами, датчиком давления воздуха в ресивере, дадатчиком
давления топлива в накопителе, датчиком напряжения, датчиком давления в камере источника получения водорода, датчиком уровня воды в источнике получения водорода, датчиком температуры источника получения водорода, тахометром, затвором для защиты от аварийных ситуаций и предохранительным клапаном, а также обратными клапанами, а упомянутый блок индииикации и диагностики включает упомянутый контролер, а также взаимодействующие с ним упомянутые: датчик температуры теплоносителя в упомянутом теплообменнике, датчики давления воздуха пневмоцилиндров привода поршня цилиндра подачи топлива, датчики давления воздуха пневмоцилиндров управления выхлопными клапанами, датчик давления воздуха в ресивере, датчик давления топлива в накопителе, датчик напряжения, датчик давления в камере источника получения водорода, датчик уровня воды в источнике получения водорода, датчик температуры источника получения водорода, тахометр, затвор для защиты от аварийных ситуаций, предохранительный клапан, а также обратные клапана, при этом упомянутый контроллер выполнен с возможностью взаимодействия с упомянутыми системами питания, зажигания, в том числе, с возможностью взаимодействия с пневмораспределителями и пневмоцилиндрами управления выхлопными клапанами, а также с блоком индикации и диагностики и выполнен с возможностью управления процессом работы двигателя и, в том числе, управления исполнительными механизмами, включающими газовую турбину и с возможностью управления через блок индиикации и диагностики и обратную связь по току, упомянутым генератором переменного тока, связанным с потребителем электроэнергии.
Полезная модель поясняется чертежами, на которых изображены:
Фиг.1. Газовый турбинный двигатель, блок схема.
Фиг.2. Газовый турбинный двигатель блок схема.
Сущность полезной модели газовый турбинный двигатель. Газовый турбинный двигатель, содержит две камеры сгорания 1 (фиг.1), или кратно двум, с водяными рубашками (на чертеже не показаны) для охлаждения камеры сгорания 1 (фиг 1) и нагрева воды для технических нужд, выполненными в корпусе камеры сгорания 1 (фиг.1). Камеры сгорания 1 (фиг.1) содержат свечи зажигания 2 (фиг.1, 2), впускные клапаны 3 (фиг.1) подачи топлива и выпускные клапаны 4 (фиг.1) выхлопа отработанных газов, а также впускные патрубки 5 (фиг.1) и выхлопные патрубки 6 (фиг.1). Газовый турбинный двигатель содержит вал 7 (фиг.1), установленный на подшипниках 8 (фиг.1), на котором закреплена турбина 9 (фиг.1) с лопатками (на чертеже не показаны) и снабжен генератором переменного тока 10 (фиг.1), размещенном на валу 7 (фиг.1) привода выходного вала 7 (фиг.1) с одной стороны от упомянутой газовой турбины и закрепленной к ней посредством мягкой муфты 11 (фиг.1). Газовый турбинный двигатель снабжен системой питания и системой зажигания горючей смеси, системой управления, системой защиты, блоком индикации и диагностики, ресивером 12 (фиг.1), контроллером 13 (фиг.1, 2). Система питания снабжена источником получения водорода 14 (фиг.1) и, по меньшей мере, двумя, или кратно двум, упомянутыми цилиндрами подачи топлива 15 (фиг.1) с рабочими поршнями 16 (фиг.1), затвором для защиты от аварийных ситуаций 17 (фиг.1), накопителем горючей смеси 18 (фиг.1) с двойным объемом цилиндра, предохранительным клапаном 19 (фиг.1) и впускными клапанами 3 (фиг.1) подачи топлива и выпускными клапанами 4 (фиг.1) выхлопа отработанных газов. Цилиндры подачи топлива 15 (фиг.1) снабжены рабочими поршнями 16 (фиг.1), каждый из которых включает привод рабочего поршня 16 (фиг.1) цилиндров подачи топлива 15 (фиг.1), который включает пневмоцилиндр 20 (фиг.1), содержащий воздушную полость, разделенную расположенной в центре цилиндра перегородкой 21 (фиг.1) с сальниковым уплотнением (на чертеже не показаны), в отверстие которой установлен шток 22 (фиг.1), со смонтированным на конце рабочим поршнем 16 (фиг.1) цилиндра подачи топлива 15 (фиг.1) и со смонтированными на штоке 22 (фиг.1) нагнетающими воздушными поршнями 23 (фиг.1), расположенными внутри пневмоцилиндров 20 (фиг.1) привода рабочего поршня 16 (фиг.1) цилиндров подачи топлива 15 (фиг.1). Герметизация штока 22 (фиг.1) в перегородке 21 (фиг.1) и в нагнетающим воздушным поршне 23 (фиг.1) обеспечивается посредством сальниковых уплотнений (на чертеже не показаны), а рабочие поршни 16 (фиг.1) и нагнетающие воздушные поршни 23 (фиг.1) герметизируются чугунными и резиновыми кольцами (на чертеже не показаны). Воздушный ресивер 12 (фиг.1) выполнен с возможностью его заполнения воздухом от каждого пневмоцилиндра 20 (фиг.1) привода рабочего поршня 16 (фиг.1) цилиндров подачи топлива 15 (фиг.1) через воздушные трубопроводы 24 (фиг.1) при движении нагнетающих воздушных поршней 23 (фиг.1) в каждом пневмоцилиндре 20 (фиг.1). Воздушная полость каждого пневмоцилиндра 20 (фиг.1) привода
рабочего поршня 16 (фиг.1) цилиндров подачи топлива 15 (фиг.1) со стороны цилиндра подачи топлива 15 (фиг.1) через воздушный трубопровод 24 (фиг.1) соединена с воздушной полостью другого пневмоцилиндра 20 (фиг.1) привода рабочего поршня 16 (фиг.1) цилиндра подачи топлива 15 (фиг.1), а с другой стороны нагнетающего поршня 23 (фиг.1) воздушная полость пневмоцилиндра 20 (фиг.1) привода рабочего поршня 16 (фиг.1) цилиндра подачи топлива 15 (фиг.1) соединена через воздушный трубопровод 24 (фиг.1), обратные клапана 25 (фиг.1) и воздушный фильтр 26 (фиг.1) с воздушным ресивером 12 (фиг.1). В системе зажигания выхлопной патрубок 6 (фиг.1) каждой камеры сгорания 1 (фиг.1) связан воздушным трубопроводом 24 (фиг.1) с воздушной полостью другого пневмоцилиндра 20 (фиг.1) привода рабочего поршня 16 (фиг.1) цилиндра подачи топлива 15 (фиг.1), а также связан воздушным трубопроводом 24 (фиг.1) выхлопной магистрали с теплообменником 27 (фиг.1) со змеевиком 28 (фиг.1) и с выхлопной трубкой 29 (фиг.1). Система управления снабжена четырьмя пневмоцилиндрами управления выхлопными клапанами 30 (фиг.1), соединенными воздушными трубопроводами 24 (фиг.1) с двумя пневмораспределителями 31 (фиг.1) с электроприводом, связанными с электромагнитными клапанами 32 (фиг.1, 2) продувки камер сгорания 1 (фиг.1), с электромагнитным клапаном пуска двигателя 33 (фиг.1, 2). Пневмоцилиндры управления выхлопными клапанами 30 (фиг.1) с одной стороны соединены воздушными трубопроводами 24 (фиг.1) выхлопа с впускными клапанами 3 (фиг.1) подачи топлива камер сгорания 1 (фиг.1), а с другой стороны соединены с пневмораспределителями 31 (фиг.1) с электроприводами, которые выполнены с возможностью управления пневмоцилиндрами управления выхлопными клапанами 30 (фиг.1), взаимодействующими с впускными 3 (фиг.1) и выпускными клапанами 4 (фиг.1), перекрывающими отверстия соответственно впускного патрубка 5 (фиг.1) и выхлопного патрубка 6 (фиг.1). Система защиты снабжена датчиком температуры теплоносителя 34 (фиг.2) в теплообменнике 27 (фиг.1), датчиками давления воздуха 35 (фиг.2) пневмоцилиндров 20 (фиг.1) привода поршня 16 (фиг.1) цилиндра подачи топлива 15 (фиг.1), датчиками давления воздуха 36 (фиг.2) пневмоцилиндров управления выхлопными клапанами 30 (фиг.1), датчиком давления воздуха 37 (фиг.2) в ресивере 12 (фиг.1), датчиком давления топлива 38 (фиг.2) в накопителе горючей смеси 18 (фиг.1) с двойным объемом цилиндра, датчиком обратной связи по току 39 (фиг.2), датчиком напряжения 40 (фиг.2), датчиком давления 41 (фиг.2) в камере источника получения водорода 14 (фиг.1), датчиком уровня воды 42 (фиг.2) в источнике получения водорода 14 (фиг.1), датчиком температуры 43 (фиг.2) в источнике получения водорода 14 (фиг.1), тахометром 44 (фиг.2), затвором для защиты от аварийных ситуаций 17 (фиг.1) и предохранительным клапаном 19 (фиг.1), а также обратными клапанами 25 (фиг.1). Блок индикации и диагностики включает упомянутый контроллер 13 (фиг.1), а также взаимодействующие с ним упомянутые: датчик температуры тепло-носителя 34 (фиг.2) в теплообменнике
27 (фиг.1), датчики давления воздуха 35 (фиг.2) пневмоцилиндров 20 (фиг.1) привода поршня 16 (фиг.1) цилиндра подачи топлива 15 (фиг.1), датчики давления воздуха 36 (фиг.2) пневмоцилиндров управления выхлопными клапанами 30 (фиг.1), датчик давления воздуха 37 (фиг.2) в ресивере 12 (фиг.1), датчик давления топлива 38 (фиг.2) в накопителе горючей смеси 18 (фиг.1) с двойным объемом цилиндра, датчик обратной связи по току 39 (фиг.2), датчик напряжения 40 (фиг.2), датчик давления 41 (фиг.2) в камере источника получения водорода 14 (фиг.1), датчик уровня воды 42 (фиг.2) в источнике получения водорода 14 (фиг.1), датчиком температуры 43 (фиг.2) в источнике получения водорода 14 (фиг.1), тахометр 44 (фиг.2), затвор для защиты от аварийных ситуаций 17 (фиг.1) и предохранительный клапан 19 (фиг.1), а также обратные клапана 25 (фиг.1). Предлагаемый газовый турбинный двигатель позволяет осуществлять накопление, а затем расходование топливной водородной горючей смеси, что позволяет предотвращать накопление смеси в опасных объемах. Предлагаемый газовый турбинный двигатель обладает системой защиты, системой диагностики состоящей из вышеперечисленных датчиков и контроллером управления 13. (фиг.1).
Работа газового турбинного двигателя осуществляется следующим образом.
Запуск газового турбинного двигателя осуществляется следующим образом. Компрессором или насосом (на чертеже не показаны) накачивается воздух в ресивер 12 до создания давлениям до 5 атмосфер, выставляем рабочие поршни 16 в цилиндрах подачи топлива 15 в крайнее левое положение (фиг.1.), а затем включаем напряжение на контроллер 13 и источник получения водорода 14, после чего полости цилиндров подачи топлива 15 начинают заполняться водородной горючей смесью. Заполнив водородной горючей смесью цилиндры подачи топлива 15, командой с контроллера 13 открывается клапан датчика давления воздуха 37 в ресивере 12 в воздушную полость пневмоцилиндра 20 привода рабочего поршня 16 цилиндра подачи топлива 15 (фиг.1). При движении нагнетающего поршня 23 пневмоцилиндра 20, а соответственно и рабочего поршня 16 в цилиндрах подаче топлива 15 посредством рабочего штока 16, топливная смесь через открытый впускной клапан 3 и впускной патрубок 5 подается в камеру сгорания 1, топливная смесь в камере сгорания 1 достигает 5 атмосфер, при этом выпускной клапан 4 выхлопа отработанных газов закрыт. После подачи топливной водородной горючей смеси закрывается впускной клапан 3, поджигается свечей зажигания 2, топливная смесь в камере сгорания 1 воспламеняется и достигнув давления 15-20 атмосфер открывается выпускной клапан 4 выхлопа отработанных газов. Через открытый выпускной клапан 4 выхлопа отработанных газов 4 воспламеняется газы, набирая давление, устремляется через выхлопной па-трубок 6 на лопатки газовой турбины 9, одновременно газы из зоны высокого давления поступают на пневмоцилиндры 20 для нагнетания водородной горючей смеси в другую камеру сгорания 1 и возврат поршней 16 цилиндров подачи
топлива 15 камеры сгорания 1, а также нагнетается воздух в ресивер 12. Поступающие газы под высоким давлением на лопатки газовой турбины 9 заставляют вращаться вал 7 турбины, на валу 7 которого через муфту 11 приводится во вращение генератор переменного тока 10, в предлагаемом варианте, или другие механизмы. После срабатывания камеры К1, начинают работать другие камера К2, эти процессы постепенно повторяются в противофазе. Частота срабатывания зависят от нагрузки на валу газовой турбины 9. Камеры сгорания работают в противофазе, количество камер зависит от необходимости мощности, но всегда четно. Привод клапанов осуществляется пневмоцилиндрами управления выхлопными клапанами 30, а управление пневмоцилиндрами управления выхлопными клапанами 30 осуществляется пневмораспределителями 31 и контроллером 13. Пневмораспределители 31 с электроприводами управляют пневмоцилиндрами управления выхлопными клапанами 30, взаимодействующими с впускными 3 и выпускными клапанами 4 отработанных газов, перекрывающими отверстия соответственно впускного патрубка 5 и выхлопного патрубка 6. Для управления зажиганием, пневмоклапанами, системой питания, обратной связью, диагностикой и системой безопасности служит контроллер 13 управления. Степень сжатия регулируется давлением топливной смеси датчиком давления 41 в камере источника получения водорода 14. Газовый турбинный двигатель может работать на предлагаемой топливной смеси, сжиженном газе, природном газе низкого давления и бензине; при этом несколько изменяется топливная система и система безопасности, на схеме и в описании не указаны. Система защиты снабжена датчиком температуры теплоносителя 34 в теплообменнике 27, датчиками давления воздуха 35 пневмоцилиндров 20 привода поршня 16 цилиндра подачи топлива 15, датчиками давления воздуха 36 пневмоцилиндров управления выхлопными клапанами 30, датчиком давления воздуха 37 в ресивере 12, датчиком давления топлива 38 в накопителе горючей смеси 18 с двойным объемом цилиндра, датчиком обратной связи по току 39, датчиком напряжения 40, датчиком давления 41 в камере источника получения водорода 14, датчиком уровня воды 42 в источнике получения водорода 14, датчиком температуры 43 в источнике получения водорода 14, тахометром 44.