что такое струйный двигатель

Что такое струйный двигатель

Возможности струйных технологий в энергетике

В попытках найти альтернативные энергетические источники, которые не наносили бы вред окружающей среде, многие специалисты обращают внимание на струйную, вихревую энергетику. Первым наиболее ярким ученым, обратившим внимание человечества на необходимость поиска нетрадиционных подходов в энергетике, был Никола Тесла.

В 1892 г. он высказал следующую мысль: «Мы проходим с непостижимой скоростью через бесконечное пространство. Всё окружающее нас находится в движении, и энергия есть повсюду. Должен найтись более прямой способ утилизировать эту энергию, чем известные в настоящее время. Когда свет получится из окружающей нас среды, и когда таким же образом без усилий будут получаться все формы энергии из этого неисчерпаемого источника, человечество пойдет вперед гигантскими шагами».

Эту идею Н.Тесла можно считать непосредственным посылом к поискам альтернативной экологически безопасной возобновляемой энергетики. Он призывал «подключить свои машины к самому источнику энергии окружающего пространства». Сегодня человечество уже практически подошло к реализации именно этой идеи.

В то же время за модной сегодня темой использования биотоплива в качестве перспективного альтернативного источника энергии, кроется огромный вред, превышающий урон, наносимый природе традиционной энергетикой. Идеи Николы Тесла лежат в совсем иной области, к которой относятся и струйные технологии. Развитие этого направления уже преодолело стадию «этого не может быть» и находится на промежуточном этапе между «в этом что-то есть» и «кто ж этого не знал».

Природные прототипы альтернативных источников энергии

Многие энергетические процессы в природе отличаются уникальной особенностью: для их запуска необходима минимальная энергия. А в результате реализации или протекания самого процесса вырабатывается колоссальная энергия. Но это не значит, что КПД данного механизма превышает многие сотни процентов. Следует особенно подчеркнуть, что все без исключения природные процессы подчинены классическим законам термодинамики, законам сохранения энергии, физики, химии, механики.

Ученые давно обратили внимание на то, что только вихревые потоки обладают наибольшим потенциальным запасом кинетической и тепловой энергии. При этом энергетические возможности вихревых потоков зависят от многих факторов, в том числе и от состава газов. Поэтому не случайно специалисты все более пристально обращают внимание в перспективной возобновляемой энергетике на так называемую струйную, или вихревую энергетику.

Струйная, вихревая энергетика

На возможность использования этой энергии первым обратил внимание австрийский изобретатель Виктор Шаубергер, занимавшийся исследованием природных вихрей в первой половине ХХ в. и создавший прототипы искусственных торнадо. Даже свое жилище он впервые отапливал роторно-вихревым теплогенератором.

Рис.1. Природные струйные, вихревые технологии

Использовать эффект торнадо для генерации электроэнергии (ЭЭ) впервые удалось Льюису Мичоду (Louis Michaud), который попытался создавать небольшие искусственные вихри при помощи специального «вихревого двигателя». По расчетам американского инженера установка диаметром 200-400 м может генерировать до 200 МВт электроэнергии. «Топливом» для искусственного торнадо может служить разогретая поверхность океана или любого водоема.

На основе наблюдений за природными торнадо были сформулированы подходы к созданию искусственных генераторов торнадо. Наиболее отработанными в настоящее время являются генераторы торнадо с центральным нисходящим вакуумным шнуром рис. 2. Самый большой в мире искусственный смерч высотой около 200 м размещен в музее компании Mercedes-Benz (Германия).

Рис.2. Генератор торнадо (с центральным нисходящим вакуумным шнуром)

Рис.3. Интерпретатор торнадо в версии Потапова-Фоминского

Основой любой струйной энергетической технологии являются струйные аппараты.

Классическими струйными аппаратами являются эжекторы и инжекторы. Эжектор откачивает, а инжектор нагнетает любую среду. Струйные аппараты применяются во многих отраслях промышленности: нефтехимической, нефтегазодобывающей, нефтеперерабатывающей, в ТЭК, атомной энергетике, в космической и глубоководной технике, пищевой и др. В атомной энергетике струйные технологии станут определяющими, особенно при создании безопасной атомной энергетики в моноблочном варианте.

Мнения специалистов по применению и возможностям струйных аппаратов разделились. Одни считают, что струйные аппараты могут использоваться только в качестве транспортных средств для передачи энергии или среды, и не более того. В традиционных энергетических установках они могут заменить такие элементы как бойлеры, насосы и т.п. Вторая группа авторов доказывает, что струйные аппараты позволяют получать новый вид энергии и обеспечивать возможность аккумуляции и использования энергии до температур, ниже окружающей среды.

Сферы применения эжекторов не ограничиваются только увеличением тяги реактивного движителя. Эжекторы используются и в газотурбинных двигателях, двигателях внутреннего сгорания с целью получения увеличенной агрегатной мощности и т.д.

Рис.4. «Вихревая труба» Ранке

Первой ЭУ, в которой использовалась тепловая труба, была энергетическая установка Леопольда Шерье рис.5. Подобная ЭУ сегодня должна широко внедряться в гидроэнергетике. В ней используется поток спадающей воды с очень низким КПД. Создавая завихрение этого потока, и размещая турбину в нижней части установки, можно получать дополнительную вихревую энергию. Дополнительная вихревая энергия получается вследствие возникновения и протекания уникального процесса изменения структуры воды на молекулярном уровне, т.е. её перекристаллизацией. Было неоднократно установлено, что при определенной скорости (а завихрение может осуществляться до скорости 400 км/час), происходит молекулярное изменение структуры воды. При этом выделяется большая дополнительная энергия.

Рис.5. Энергетическая установка Леопольда Шерье

Среди струйных аппаратов существенное распространение получил вихревой насос.

Струйные газотурбинные двигатели

Второе направление развития струйной энергетики связано, например, с созданием струйных газотурбинных двигателей с эжекционным процессом. В эжекционном процессе параллельного присоединения к стационарной реактивной струе, тяга увеличивается без дополнительных затрат энергии. Причем увеличивается не только тяга, но и полезная мощность или мощность на валу двигателя за счет дополнительной неуравновешенной силы внешнего давления на входной раструб (заборник) эжектора. В результате последовательного присоединения дополнительных масс реактивная тяга и кинетическая энергия объединенной массы больше тяги и кинетической энергии активной струи.

Основой внедрения эжекционного процесса в энергетике стало научное открытие № 314 (от 2.07.1951 г.) О. И. Кудрина, А. В. Квасникова, В. Н. Челомея: «Явление аномально высокого прироста тяги в газовом эжекционном процессе с пульсирующей активной струей». С тех пор во всех конструкциях двигательных комплексов ракетной технике В. Н. Челомей использовал струйные технологии. Было однозначно доказано, что данный эффект оказался полезен не только для создания дополнительной реактивной тяги, но и для использования его в эжекторном сопловом аппарате ГТД с целью получения дополнительной мощности на валу.

Было также установлено, что при эжектировании атмосферного воздуха пульсирующей струей продуктов сгорания прирост реактивной силы достигает 140%, т.е. тяга увеличилась в 2,4 раза. Кинетическая энергия объединенной реактивной массы может быть увеличена более чем в 10 раз по сравнению с кинетической энергией активной струи, так как в зависимости от параметров процесса присоединения может увеличиваться не только реактивная масса, но и ее скорость. Кинетическая энергия не рассеивается в атмосфере, как при создании реактивной тяги движителя, а почти полностью используется для воздействия на лопатки турбины.

Отмеченный принцип используется и для других целей. Например, за рубежом выхлопные трубы теплоэлектростанций оснащены вихревыми генераторами. В результате получается дополнительная энергия, а поток газов ориентируется вертикально в высоту, соответственно уменьшая воздействие токсичных компонентов.

Использование струйной энергетики в атомной отрасли

Ряд специалистов исключительно обоснованно связывает использование струйной энергетики с атомной отраслью. Это связано с попыткой создания безопасного паропроизводящего агрегата в моноблочном исполнении. Представить под крышкой реактора любой другой привод для системы охлаждения сложно. Создание действительно моноблочной конструкции ППА возможно только на базе струйных технологий. В «Морском вестнике» № 2(34), июнь 2010 г. опубликована статья о разработке ядерного моноблочного паро-производящего агрегата (ППА) типа «Бета» с кипящей активной зоной и струйными средствами циркуляции, мощностью 150 МВт рис.6.

Специалистами Морского технического университета под руководством Н.П.Шаманова были разработаны не только варианты струйных аппаратов, но и систем охлаждения, например, простейшие схемы первого контура и двухступенчатого первого контура ППА рис.7.

В последнее время НИЦ им.Курчатова инициировал возврат к идее создания моноблочного агрегата типа «Бета» с использованием струйных технологий. В качестве одного из вариантов системы теплоснабжения для ПАЭС предполагается замена насосов питательными и сетевыми струйными аппаратами рис.8.

Рис.8 Система теплоснабжения для ПАЭС

В атомной энергетике существуют различные конструктивные решения струйных аппаратов. На рис.9 показаны схемы элеватора и водо-водяного инжектора. Конструкция, сечение и размеры определяются необходимыми параметрами среды. При цифровом моделировании процесса, исходя из параметров среды, определяют геометрию одного и второго сопла, размеры смесительной камеры.

Рис.9. Два вида водо-водяных инжекторов

Специалистами Кораблестроительного университета предложена схема проточной части пароводяного струйного аппарата (ПВСА) рис.10, включающая традиционное сопло, первый и второй конфузоры, цилиндрическую часть, первый и второй диффузоры смесительной камеры. Такая схема ПВСА позволяет управлять процессом разгона потока либо регулировкой давления до нужной величины. При использовании ПВСА в качестве проталкивающего насоса, давление, позволяющее среде преодолеть гидравлическое сопротивление, будет иметь некоторый дополнительный запас.

Рис.10. Схема проточной части пароводяного струйного аппарата

Струйное устройство, предлагаемое для плавучих АЭС, показано на рис.11. В качестве основного аргумента за использование струйных аппаратов специалисты приводят их надежность, безопасность и высокую эффективность. Отсутствие вращающихся частей и определяет надежность этих аппаратов. Они не требуют ухода в период между очистками, и их эффективность достаточно высока.

Трансзвуковые струйные аппараты

На рис.12 представлены схема идеального цикла Карно и диаграммы идеальных циклов У. Ренкина. На диаграмме Т/S приведены параметры в характерных точках цикла и условные линии, соединяющие начальные и конечные состояния рабочего тела пар-вода при его изоэнтропийном расширении, псевдоконденсации и изоэнтропийном сжатии для аппаратов В.В. Фисенко.

Рис.12. Идеальный цикл Карно и цикл Ренкина. Термодинамический цикл с использованием ТСА

В ТСА используется явление, позволяющее получать регулируемое существенное понижение температуры холодного источника Т 2 (вплоть до отрицательной по шкале Цельсия).

20 м/с) соответствует двухфазной среде с равными парциальными объёмами жидкости и газа.

Профессор В.В.Фисенко присвоил своим аппаратам название трансзвуковые струйные аппараты (ТСА) потому, что однородная двухфазная среда проходит состояния дозвуковое – звуковое – дозвуковое – сверхзвуковое.

Для демонстрации и изучения явления при активном участии Ю.И. Кузякина была создана установка, включающая электродный паровой котел и ряд других узлов, представленных на рис.13. Следует отметить, что данные установки могут работать только при наличии электродных котлов.

Рис.13. Принципиальная схема гидравлической части опытной теплогенерирующей установки ЭТСА 3/12

Это в определенной степени связано с тем, электродный котел, являясь источником получения пара, одновременно выполняет и роль условного ускорителя пароводяной смеси. Использование электродного парового котла позволяет увеличивать концентрацию пузырьков пара по высоте благодаря разнесенным по вертикали электродам котла. Основой установки является сопло ТСА. В результате математического моделирования была получена оптимальная форма сопла рис.14, повторяющая форму природного смерча. Такая форма, как правило, требует минимального потребления энергии для того, чтобы ускорить или замедлить поток.

Рис.14. Оптимальная конструкция сопла ТСА

На 39-й Международной выставке изобретений в Женеве в апреле 2011 г. В.В. Фисенко были вручены «Золотая медаль» и диплом за лучшую разработку в области энергосбережения, а также «Специальная награда» и сертификат от Ассоциации изобретателей Тайваня за выдающуюся разработку, повышающую качество проживания.

На Международной выставке «Архимед-2007» было отмечено изобретение «Одноконтурная установка с ядерным реактором и трансзвуковыми струйными аппаратами» авторов из ВМА им. Кузнецова (Баранов Э.М., Кузякин Ю.И., Соловьев А.П.), позволяющее разработать малогабаритные энергетические установки, работающие без доступа воздуха и вредных выбросов в атмосферу, которые могут устанавливаться на морских транспортных и промышленных средствах освоения шельфовых зон России и зон экономической ответственности России в Мировом океане. Замена ряда блоков ЭУ трансзвуковыми струйными аппаратами позволяет исключить вращающееся оборудование (кроме турбины и электрогенератора) и паровую часть конденсационной установки, существенно (до 30%) снизить массы и габариты паротурбинной части энергоустановки и повысить долговечность ее оборудования.

Изобретение Баранова Э.М., Кузякина Ю.И., Никонова Е.Н. «Паротурбинная установка с трансзвуковыми струйными аппаратами» позволяет создать паротурбинные установки для АЭС, ТЭЦ, плавучих стационарных и транспортных энергетических установок, для котельных ЖКХ с качественно новым оборудованием, обеспечивающим повышение КПД энергоустановок, в том числе, КПД их термодинамического цикла.

Трансзвуковые струйные аппараты (рис.15) прошли проверку в качестве насосных агрегатов, теплообменных аппаратов смесительного типа, регуляторов расхода рабочих сред и других устройств в течение многолетней эксплуатации на объектах ЖКХ, промышленности России и различных стран мира (США, Украина, Казахстан, особенно широко Китай и др.).

Рис.15. Закономерности изменения параметров и типы ТСА

Дополнительные плюсы ТСА

Геометрия сопла ТСА близка к форме природной воронки истечения жидкости. Соотношение диаметра к протяженности определяется параметрами, которые необходимо получить. Ещё одна особенность трансзвуковых струйных установок: температура среды, которая движется по трубе, не превышает 20-30 с С. Температура же пузырьков пара, равномерно распределенного по объему, достигает 600-700 о С. Энергию такой двухфазной жидкости можно передавать на большие расстояния без теплоизоляции трубопроводов.

На рис.16 представлена конструкция ТСА, используемого на Кировском заводе. При разгоне однородного потока до скоростей, превышающих скорость звука, происходит изменение структуры воды на молекулярном уровне. Вода становится топливом, выделяется водород. Это позволяет надеяться на возможность создания энергетической установки, для которой углеводное топливо не потребуется вообще.

Рис.16. Промышленный вариант трансзвукового струйного аппарата

На рис.17 представлена установка, смонтированная в ВМА им. Н.Г.Кузнецова. Она также включает электродный котел. На 1 кВт потребляемой электроэнергии установка может производить до 10 и более киловатт тепловой энергии. Говорить о том, что её КПД>1 нельзя. Просто задействован механизм, позволяющий придать воде или однородной смеси такое состояние, при котором она способна отдавать часть энергии, накопившейся в ней в процессе её формирования. Дополнительная отдача энергии происходит за счет включения механизма изменения структуры воды. На выходе ТСА из-за счет изменения диаметра сопла происходит скачок давления и повышение температуры.

Рис.17. Лабораторная экспериментальная установка

Рис.18. Перспективная схема котельной установки

Перспективы струйных технологий

В настоящее время проектируется малогабаритная автономная универсальная установка (система «Комфорт») для кондиционирования воздуха (нагрева/охлаждения) рис.19, а также главная или вспомогательная энергетическая установка «ВИСТЭН» (экологически безопасная, универсальная, автономная), позволяющая получать дополнительную энергию рис.20. В её состав входят: электродный котел, ТСА, турбина, лопатки которой соответствуют форме сопла. Для запуска этого генератора необходим посторонний источник питания в виде аккумуляторной батареи или другого источника. После запуска система работает сама на себя. Однако реализация такой системы возможна при КПД струйной турбины или турбогенератора выше 70%.

Рис.19. НИОКР «Комфорт»

Рис.20. НИОКР «ВИСТЭН»

На данном этапе развития России, когда за короткий промежуток времени предстоит интенсифицировать энергетику страны, использование струйных технологий при проведении ремонтных работ и модернизации существующих энергетических установок позволит при минимальных затратах повысить их мощность и существенно продлить сроки их эксплуатации.

Источник

Газотурбинный струйный двигатель

Владельцы патента RU 2441998:

Изобретение относится к машиностроению, а именно к газотурбостроению.

Известна традиционная схема газотурбинного двигателя, турбина которого имеет рабочие лопатки аэродинамического профиля. Примеры различных конструктивных исполнений ГТД содержатся, например, в [1].

Известны ГТД, имеющие вращающуюся камеру сгорания с реактивными соплами, создающими вращающий момент на валу (см. Ванеев С.М. Вихревые и струйно-реактивные расширительные турбомашины. // Вестник Сумского государственного университета №10 (94) 2006 и Патент RU №2052145, МПК F02C 3/16, Способ преобразования тепловой энергии в механическую в газотурбинном двигателе и газотурбинный двигатель (варианты). А.М.Рахмаилов). ГТД, устанавливаемые на наземные транспортные средства, имеют сравнительно небольшие мощности и, следовательно, малый расход воздуха. Диаметр рабочего колеса турбины в этом случае получается небольшим, и при наличии рабочих лопаток возрастает отрицательное влияние относительного увеличения зазоров между ротором и статором, экономичность турбины падает. Установка реактивных сопел в камере сгорания по типу известного из курса физики сегнерова колеса позволяет устранить этот недостаток.

В качестве прототипа выбран комбинированный силовой агрегат, изложенный в публикации: В.Г.Некрасов. Комбинированный силовой агрегат: АГТД+маховик. Автомобильная промышленность, 1996, №11, 1997, №1 (см. В.Г.Некрасов. Комбинированный силовой агрегат: АГТД+маховик. // Автомобильная промышленность, 1996, №11, 1997, №1 [2]). Силовой агрегат выполнен в виде струйной турбины по типу сегнерова колеса, на внешней поверхности вращающейся камеры сгорания которого установлены лопатки двухступенчатого центробежного компрессора, одновременно играющие роль элементов охлаждения камеры сгорания. Регенерация тепла осуществляется во вращающемся рекуператоре, нагреваемом выхлопными газами, через который проходит воздух, поступающий в камеру сгорания.

Недостатками указанного технического решения являются: нагрев воздуха от поверхности камеры сгорания в процессе повышения давления, что снижает степень сжатия компрессора и КПД силового агрегата в целом, трудность обеспечения достаточного теплосъема от камеры сгорания вследствие небольшого коэффициента теплоотдачи к воздуху и, кроме этого, одноступенчатая турбина не позволяет полностью расширить рабочее тело в случае дальнейшего увеличения степени сжатия компрессора.

Задачей изобретения является повышение экономичности ГТД за счет увеличения температуры рабочего тела с приближением состава топливовоздушной смеси к стехиометрическому и более полного использования термодинамического потенциала рабочего тела за счет многоступенчатого расширения в турбинных ступенях.

Поставленная задача решается в предлагаемом газотурбинном струйном двигателе, который содержит центробежный или осевой компрессор, ротор которого установлен на одном валу и жестко связан с вращающейся камерой сгорания, систему подвода жидкого топлива с форсунками (система воспламенения), размещенными в камере сгорания (КС), рубашку охлаждения КС с жидкометаллическим охлаждающим агентом и отдачей тепла к поступающему на горение воздуху в теплообменнике после последней ступени компрессора, и установленные коаксиально с КС охватывающие ее ступени расширения рабочего тела, выполненные в виде полых роторов, которые снабжены реактивными соплами, тангенциально установленными на периферии по типу сегнерова колеса. Каждый ротор установлен в подшипниках с возможностью независимого от КС вращения, но между собой вращение роторов кинематически связано посредством редуктора.

Газодинамическая схема предложенного двигателя с вращающейся КС предполагает расширение газа в соплах, движущихся с окружной скоростью, т.е. вращающий момент создается полностью за счет реактивной силы истекающих газов из тангенциально расположенных сопел. Истечение газа целесообразно организовывать со скоростью звука при критическом перепаде давления из нерасширяющихся (цилиндрических) сопел. При этом устраняются волновые потери давления, возникающие в случае сверхзвукового истечения. Известно что наибольшая экономичность ГТД достигается при высоком давлении в камере сгорания в зависимости от температуры [1]. Использование сопел со звуковым истечением не позволяет полностью расширить рабочее тело в одной ступени, требуется многоступенчатое расширение.

Последующее расширение рабочего тела на турбинных ступенях с традиционными лопатками аэродинамического профиля привело бы к малой степени парциальности колес и большим вентиляционным потерям.

Поэтому в рассматриваемом двигателе последующее расширение рабочего тела происходит в нескольких вращающихся камерах (роторах), число ступеней которых зависит от давления, создаваемого компрессором. Роторы также оснащены по периферии несколькими тангенциально расположенными соплами, создающими реактивную силу при истечении из них газа и, соответственно, вращающий момент. Суммарная площадь проходного сечения сопел каждой последующей ступени подбирается таким образом, чтобы обеспечить расчетный режим истечения из сопел предыдущей ступени. Направление вращения каждого последующего ротора противоположно направлению вращения предыдущего ротора. Вращающий момент роторов суммируется с помощью редуктора и передается на вал отбора мощности.

Во вращающейся КС и в последующих ступенях расширения происходит преобразование химической энергии топлива в механическую работу, поэтому в соответствии с законом сохранения энергии величина работы соответствует понижению энтальпии рабочего тела. Это означает, что температура газа на выходе из сопел каждой ступени будет последовательно понижаться и, учитывая возможность применения достаточно термостойких материалов, ступени, следующие за камерой сгорания, не потребуют принудительного охлаждения.

Охлаждение камеры сгорания и сопел камеры осуществляется посредством жидкометаллического теплоносителя. При этом охлаждение корпуса КС и сопел достигается гораздо проще, чем лопаток турбины в известных устройствах. Сброс тепла к воздуху происходит после последней ступени компрессора, что способствует повышению к.п.д. двигателя, поскольку в этом случае реализуется цикл с регенерацией тепла.

Указанные признаки не выявлены в других технических решениях при изучении уровня данной области техники и, следовательно, решение является новым и имеет изобретательский уровень.

На фиг.1 и фиг.2 показана конструктивная схема двигателя.

Газотурбинный струйный двигатель содержит корпус 1, центробежный (например) компрессор 2, систему подачи топлива 3 в камеру сгорания 4. Вращающаяся камера сгорания 4 и установленные коаксиально с ней охватывающие ее ступени расширения рабочего тела 5, выполненные в виде полых роторов, снабжены по периферии тангенциально установленными реактивными соплами 6. Камера сгорания связана с барабаном рабочих лопаток компрессора 2 и приводит его во вращение. Подача топлива в камеру сгорания осуществляется через форсунки 7. Каждый ротор ступеней расширения рабочего тела установлен в подшипниках 8 с возможностью независимого от камеры сгорания вращения, причем направление вращения каждого последующего ротора противоположно направлению вращения предыдущего ротора, между собой вращение роторов кинематически связано посредством редуктора 9, передающего крутящий момент на вал отбора мощности 10. Камера сгорания 4 имеет рубашку охлаждения, содержащую «горячую» 11 и «холодную» 12 полости, заполненные жидким металлом. Полости сообщаются между собой на малом радиусе рубашки охлаждения и на большом радиусе через отверстия 13. Отдача тепла к охлаждающему воздуху осуществляется на участках 14 рубашки охлаждения.

Высокое давление рабочего тела во вращающихся роторах удерживается посредством однотипных лабиринтных уплотнений.

Поставленная цель изобретения при работе газотурбинного струйного двигателя достигается следующим.

Повышение экономичности двигателя в соответствии с предлагаемым конструктивным решением обеспечивается путем увеличения температуры рабочего тела во вращающейся камере за счет сгорания топливовоздушных смесей, близких к стехиометрическому составу. Охлаждение КС осуществляется посредством жидкометаллического теплоносителя, заполняющего рубашку, охватывающую зону горения в КС. Циркуляция жидкометаллического теплоносителя происходит за счет центробежных сил в сочетании с термосифонным эффектом, проявляющимся вследствие сильной зависимости плотности жидкого металла от температуры. Передача тепла теплоносителем к входящему воздуху осуществляется после последней ступени компрессора, обеспечивая тем самым регенерацию тепла. Это повышает к.п.д. двигателя. Вращающий момент создается за счет реактивных сил при истечении газов из тангенциально установленных сопел камеры сгорания с последующим расширением рабочего тела в многоступенчатой системе роторов, которые также снабжены тангенциально установленными соплами. Последующие за КС роторы посредством редуктора передают полезную мощность потребителю. Роторы вращаются взаимозависимо посредством специально подобранных передаточных отношений пар шестерен каждой ступени таким образом, чтобы обеспечить отношение чисел оборотов ступеней, полученных в результате газодинамического расчета тракта двигателя.

Пример конкретного выполнения

Был выполнен оценочный расчет проточного тракта газотурбинного двигателя на предполагаемую полезную мощность ≈100 кВт при использовании углеводородного топлива с теплотворной способностью H_u=42700 кДж/кг. Расчетный расход воздуха составил

Мощность, затрачиваемая на привод компрессора, равна 44,9 кВт. Эта величина сопоставима с мощностью, развиваемой вращающейся камерой сгорания 41,6 кВт. Поэтому целесообразно применить «двухвальную» схему двигателя с разрывом силового валопровода, с независимым приводом компрессора от камеры сгорания. Как известно [2], это способствует получению благоприятных моментных характеристик газотурбинного двигателя. Полезная мощность, передаваемая потребителю, будет равна сумме мощностей 2-4 ступеней (роторов):

В расчете получены термический коэффициент полезного действия: η_t=0,467, удельный часовой расход топлива: g_Т=0,258 кг/кВт час. Значения этих параметров сопоставимы с показателями для поршневых двигателей.

2. А.Сударев, В.Тихоплав, Г.Шишов, В.Катенев Высокотемпературные двигатели с применением высокотемпературной керамики. // «Газотурбинные технологии» №3, 2000.

4. Патент 200500025. МПК F02C 3/32. Способ преобразования энергии и струйный двигатель для его осуществления. Б.М.Кондрашов.

5. Ванеев С.М. Вихревые и струйно-реактивные расширительные турбомашины. // Вестник Сумского государственного университета №10 (94) 2006.

6. Патент RU №2052145, МПК G01M 9/00. Способ тепловой энергии в механическую в газотурбинном двигателе и газотурбинный двигатель (варианты). А.М.Рахмаилов.

Газотурбинный струйный двигатель, содержащий установленные на одном валу компрессор подачи воздуха и вращающуюся камеру сгорания, оснащенную тангенциально расположенными реактивными соплами, а также систему подвода топлива, систему охлаждения и систему воспламенения, отличающийся тем, что вращающаяся камера сгорания оснащена замкнутой системой охлаждения с жидкометаллическим теплоносителем и теплоотдачей к поступающему на горение воздуху в теплообменнике после последней ступени компрессора, содержит дополнительные ступени расширения, выполненные в виде полых роторов, которые расположены коаксиально относительно камеры сгорания и имеют тангенциально установленные на периферии реактивные сопла, причем каждый ротор установлен в подшипниках с возможностью независимого вращения от камеры сгорания, а между собой вращение роторов кинематически связано посредством редуктора.

Источник