Что такое вентиляторный двигатель
Что такое вентиляторный двигатель
Изобретение относится к авиационной технике, а именно к реактивным двигателям без газовых турбин, в которых отдельный мотор поршневого типа приводит в действие вентилятор.
Известен воздушно-реактивный дизельный двигатель по патенту RU №2266419 за 2004 г., МПК F02K 5/02. Известная конструкция, со слов заявителя, имеет более высокий КПД и увеличенную реактивную тягу.
Рассчитаем тягу, которую может обеспечить выхлоп дизельного двигателя, и составим представление о рациональности использования выхлопа для создания реактивной тяги.
Предположим, хотя это совершенно невероятно для роторного двигателя, что его мощность составляет 1500 л.с. (мощность самого совершенного отечественного авиационного дизеля А4-30Б), удельный расход топлива — 0,145 кг/л.с.·час (удельный расход того же А4-30Б), скорость выхлопа из реактивного сопла — 3000 м/с (max скорость истечения продуктов сгорания водородно-кислородных ЖРД).
С огромным запасом в пользу роторного двигателя принимаем эти допущения.
Воспользуемся книгой Н.В.Иноземцев. «Курс тепловых двигателей». «Оборонгиз», 1952, стр.408.
Тяга, определяемая выбросом продуктов сгорания из сопла, может быть определена по формуле Rвыхл=m·V/g [кг], где
m — секундный расход массы газа (кг/сек),
V — скорость истечения газа (м/сек),
g — ускорение свободного падения, 9,8 (м/сек 2 ),
m — 0,145·1500/3600=0,0605 (кг/сек),
Rвыхл=0,605·3·10 3 /9,8=182/9,8=18,5 кг.
Для сравнения определим полную тягу, которую создает двигатель мощностью при работе на винт.
nдв — мощность двигателя (л.с.),
ηв — КПД винта (безразмерная величина),
V — скорость полета (м/сек).
Стандартные винты изменяемого шага обычно имеют ηв≈0,75; тягу имеет смысл определять при скорости летательного аппарата порядка 10 м/сек (взлет).
Доля тяги выхлопа по отношению к тяге двигателя составляет
Таким реактивным выхлопом можно пренебречь, что обычно и делается в широко применяемых ДВС, у которых, как правило, отсутствуют реактивные устройства для использования тяги выхлопных газов.
Таким образом, известный двигатель с вентилятором превращается в стандартный ДВС с обычным воздушным винтом, тем более не оговорена специальная геометрия, присущая вентилятору.
Авиационный бесшатунно-вентиляторный двигатель заявителю из уровня техники неизвестен, и при этом решалась задача расширения арсенала технических средств определенного назначения.
Решение этой задачи обеспечивается тем, что авиационный бесшатунно-вентиляторный двигатель характеризуется наличием корпуса-обтекателя и установленного в нем бесшатунного двигателя внутреннего сгорания двойного действия, агрегатированного турбинами пульсирующего потока выхлопных газов с узлом отбора мощности, при этом на валу бесшатунного двигателя в сторону, противоположную набегающему потоку, установлен компрессор низкого давления, редуктор и вентилятор, а на противоположном конце вала установлен нагнетатель воздуха в цилиндры бесшатунного двигателя с соответствующим трубопроводом, турбокомпрессора, всасывающего воздух из атмосферы и перегоняющего его через радиатор охлаждения в нагнетатель воздуха, а турбины пульсирующего потока выхлопных газов связаны соответствующими трубопроводами с объемом, заключенным между двойными стенками сопла выхлопных газов, в котором размещены лопатки колеса турбины турбокомпрессора, причем в корпусе-обтекателе установлена спрямляющая воздушный поток решетка с опорой на корпус компрессора низкого давления и корпус-обтекатель.
Эффективно, если спрямляющая воздушный поток решетка выполнена в виде радиально установленных относительно продольной оси корпуса-обтекателя пластин.
Целесообразно, если надпоршневой и подпоршневой объемы цилиндра бесшатунного двигателя внутреннего сгорания двойного действия связаны трубопроводами с турбинами пульсирующего потока выхлопных газов, при этом валы турбин пульсирующего потока выхлопных газов связаны с валом бесшатунного двигателя через узел отбора мощности и промежуточные валы.
Допустимо, если редуктор выполнен планетарным.
Надежно, если трубопровод, перегоняющий воздух от турбокомпрессора, отделен от трубопровода, перегоняющего выхлопной газ к выхлопному соплу, поворотной заслонкой.
Совокупность отличительных признаков заявленного технического решения заявителю неизвестна, что является доказательством новизны предложения, а каждый из признаков заявленной совокупности со всей очевидностью не следует из уровня техники, что является доказательством изобретательского уровня в предложении.
При этом автор подчеркивает наличие причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков изобретения и достигнутым результатом, имеющим технический характер.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлено исполнение авиационного бесшатунно-вентиляторного двигателя. На фиг.2 представлено исполнение бесшатунного двигателя внутреннего сгорания двойного действия, агрегатированного турбинами пульсирующего потока выхлопных газов. На фиг.3 представлено выполнение спрямляющей воздушный поток решетки (вид по стрелке А).
Устройство содержит корпус-обтекатель 1, вентилятор 2, редуктор 3, компрессор 4 низкого давления, трубопровод 5 подачи воздуха к цилиндрам бесшатунного двигателя внутреннего сгорания, турбины 6 пульсирующего потока выхлопных газов бесшатунного двигателя внутреннего сгорания, нагнетатель 7 воздуха с приводом отвала 8 бесшатунного двигателя, трубопровод 9 подачи атмосферного воздуха через радиатор 10 охлаждения его, от турбокомпрессора 11 с компрессорным колесом 12, колесом турбины 13 и входом 14 атмосферного воздуха, трубопровод 15 подачи выхлопных газов к объему 16 между двойными стенками 17 сопла выхлопных газов, поворотную заслонку 18 между трубопроводами 9, 15 подачи атмосферного воздуха и выхлопных газов, корпус 19 компрессора низкого давления, спрямляющую воздушный поток решетку 20 с пластинами 21, сопло 22 воздушного контура. Бесшатунный двигатель содержит (см. фиг.2) цилиндр 23, поршень 24, шток 25, клапан 26, узел отбора мощности 27 с промежуточным валом 28, ползун 29, перемещающийся в направляющих 30. Стрелками на чертежах показано направление движения потоков, а стрелка с буквой А — вид на спрямляющую решетку.
Предлагаемое изобретение авиационный бесшатунно-вентиляторный двигатель — силовая установка с повышенными экономичностью и уровнем экологической чистоты.
Идея, лежащая в основе конструкции предлагаемого двигателя, состоит в использовании авиационного бесшатунного двигателя внутреннего сгорания двойного действия по патентам того же заявителя №№2205278, 2186995 для привода вентилятора и компрессора низкого давления. В цилиндрах двойного действия сгорание топливной смеси происходит как в надпоршневом, так и подпоршневом пространстве, в связи с чем в двигателе реализуется примерно двойная мощность, находящаяся в пределах 3200 л.с. — 24500 л.с. (в зависимости от модификации). Так, опытный образец бесшатунного двигателя М-127К при мощности 10000 л.с. имеет размеры миделевого сечения 1,55 метра × 1,44 метра, длину 3,6 метра, а удельный вес 0,345 кг/л.с. и не уступает соответствующим параметрам турбореактивных двигателей.
Предлагаемый авиационный двигатель работает следующим образом.
Запуск двигателя осуществляется сжатым воздухом. Когда воздух начинает поступать в цилиндры 23 бесшатунного двигателя, поршни 24 начинают двигаться (направление перемещения в конкретном цилиндре показано стрелкой), в этот момент в цилиндры подается топливо и с помощью системы зажигания (на фиг.2 не показана) поджигается. Бесшатунный двигатель начинает работать. Клапаны 26, управляемые золотниковым распределительным механизмом по патенту №2186995, открываются для впуска топливной смеси и выпуска выхлопных газов. При этом выхлопные газы из цилиндров поступают на турбины 6 пульсирующего потока по трубопроводам от клапанов 26 (см. фиг.2). Вал 8 бесшатунного двигателя вращается. Ползун 29 перемещается в направляющих 30 вместе со штоками 25, турбины 6 пульсирующего потока выхлопных газов отдают свою мощность через узел отбора мощности 27 и промежуточный вал 28 валу 8 бесшатунного двигателя, а прошедшие через турбины 6 газы отводятся по трубопроводу 15 подачи выхлопных газов на турбину 13 турбокомпрессора 11, раскручивая ее, и попадают через объем 16 между двойными стенками 17 сопла выхлопных газов в атмосферу. Это создает некоторую тягу, но, как указывалось выше, она настолько мала, что в работе предлагаемого двигателя не учитывается.
Турбина 13 турбокомпрессора раскручивает компрессорное колесо 12 турбокомпрессора 11, которое подает засасываемый из атмосферы через вход 14 воздух к охлаждающему радиатору 10 и далее к цилиндрам 23 бесшатунного двигателя по трубопроводу 5. В снабжении воздухом цилиндров принимает участие также нагнетатель 7 воздуха с приводом от вала 8 бесшатунного двигателя. Вал 8 бесшатунного двигателя раскручивает колеса компрессора 4 низкого давления, который создает воздушный поток вдоль стенок бесшатунного двигателя (последние могут быть закрыты обтекателями (не показаны)) с целью уменьшения потерь.
Воздушный поток, создаваемый компрессором давления 4 низкого давления, выходит из сопла 22 и создает тягу. От вала 8 бесшатунного двигателя через редуктор 3 (может быть планетарного типа) вращение передается на вентилятор 2, который отбрасывает воздух в промежуток между стенкой корпуса-обтекателя 1 и корпусом бесшатунного двигателя. Поток выходит в сопло 22, создавая тягу. Таким образом, в предлагаемом авиационном бесшатунно-вентиляторном двигателе бесшатунный двигатель внутреннего сгорания приводит во вращение компрессор низкого давления, который формирует поток воздуха, создающий тягу.
За вентилятором 2 воздушный поток является очень турбулентным. Чтобы снизить нежелательную турбулентность между корпусом-обтекателем 1 и корпусом-компрессором 19 низкого давления, укрепляется спрямляющая решетка 20, выполненная в виде радиально установленных относительно продольной оси корпуса-обтекателя пластин 21 (см. фиг.3).
Для того чтобы контролировать температуру лопаток колеса турбины 13 турбокомпрессора 11, трубопровод 15, перегоняющий выхлопные газы к выхлопному соплу, отделен от трубопровода 9, перегоняющего воздух от турбокомпрессора 11, поворотной заслонкой 18. При открытом положении заслонки атмосферный воздух, нагнетаемый компрессорным колесом 12, имеет возможность попадать в объем 16 сопла выхлопных газов, а значит, на лопатки колеса турбины 13 турбокомпрессора 11, и охлаждать их.
Если с помощью конструктивных особенностей вентилятора удастся перевести всю мощность, развиваемую бесшатунным двигателем М-127К (10000 л.с.), в реактивный поток воздуха соответствующих массы и скорости, то можно рассчитывать на получение тяги на взлете порядка 30 т. Предлагаемый двигатель имеет смысл сравнивать с турбовентиляторным двигателем, широко используемым в настоящее время в гражданской авиации. По сравнению с указанным двигателем предлагаемый обладает:
1) на 25% большей экономичностью,
2) в 1,3÷3,5 раза, в пересчете на единицу массы двигателя, меньшим выбросом в атмосферу продуктов сгорания,
3) примерно в таком же соотношении (в 1,3÷3,5 раза) меньшим шумом.
Поскольку интенсивность высокотемпературного потока у предлагаемого двигателя значительно меньше (судя по коэффициенту топливной пропускной способности) высокотемпературного реактивного потока турбовентиляторного двигателя, шумовые эффекты проявляются в меньшей степени. Именно высокотемпературный поток является основным источником шума.
Изложенные сведения о заявленном изобретении, охарактеризованном в независимом пункте формулы, свидетельствуют о возможности его осуществления с помощью описанных в заявке и известных средств и методов. Следовательно, заявленные устройства соответствуют условию промышленной применимости действующего патентного законодательства.
ЦИАМ представил результаты этапа исследований перспективных двигателей и силовых установок самолетов гражданской авиации 2025-2030 годов
Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова на расширенном научно-техническом совете отделения «Авиационные двигатели» представил итоги 6-го заключительного этапа научно-исследовательской работы «Концепт 2030», направленной на создания НТЗ для перспективных конкурентоспособных двигателей и силовых установок 6-го поколения самолетов гражданской авиации.
Данная работа выполняется в рамках государственного контракта. Задачей ЦИАМ по программе «Концепт 2030» является создание научно-технического задела и определение концепций двигателей и силовых установок следующих типов:
- турбореактивных двухконтурных двигателей с высокими параметрами рабочего процесса;
- турбовинто-вентиляторных двигателей («открытый ротор»);
- двигателей сложных термодинамических циклов;
- распределенных силовых установок;
- гибридных ГТД с дополнительным приводом вала вентилятора от электромотора;
- двигателей для сверхзвукового делового и пассажирского самолета.
разрабатываются требования к новым материалам и электрическим агрегатам, требования к показателям и эксплуатационным свойствам альтернативных синтетических топлив. Также в рамках данной работы ведется разработка концепции и ключевых технологий бортовых экологичных энергетических установок на основе электрохимических генераторов электрической энергии (топливных элементов).
Научно-исследовательская работа предусматривает расчетно-экспериментальные исследования и разработку технологий создания узлов перспективных двигателей: вентиляторов, компрессоров низкого давления, малоразмерных компрессоров высокого давления, переходных каналов, высоконагруженных высокотемпературных турбин, теплообменников, трансмиссий и других узлов и деталей, на основе новых, в том числе композиционных материалов.
На данном этапе работы даны рекомендации по определению облика и конструктивно-схемных решений перспективных двигателей и силовых установок 6-го поколения (ТРДД с повышенными параметрами рабочего процесса, ТВВД – «открытый ротор», ТРДД со сложными термодинамическими циклами, гибридные двигатели и распределенные силовые установки, силовые установки для легкого СДС и силовые установки для СПС) для региональных, ближне-средних магистральных и дальнемагистральных самолетов гражданской авиации 2025-2030 г.г. на основе комплексной оценки эффективности силовых установок в системе летательных аппаратов.
«В программе «Концепт 2030» задействованы фактически все подразделения института, — отметил генеральный директор ЦИАМ Владимир Бабкин. – Для обеспечения конкурентоспособности гражданского авиадвигателестроения нам необходимо уже сейчас думать о том, что и как будет производиться в 2030-е годы, создавая НТЗ по авиационным двигателям и силовым установкам 6-го поколения. ЦИАМ проводит исследования по формированию облика двигателей 2025… 2030 гг. и технологиям прорывного характера, которые должны обеспечить достижение амбициозных целей, аналогичных поставленным NASA и ACARE для летательных аппаратов следующего поколения с кардинально улучшенными летно-техническими характеристиками и значительным снижением уровня шума и эмиссии. Вклад двигателя в улучшение этих характеристик летательных аппаратов — определяющий».
ФГУП «ЦИАМ имени П.И. Баранова» – единственная в стране научно-исследовательская организация, осуществляющая комплексные научные исследования и научное сопровождение разработок в области авиадвигателестроения от фундаментальных исследований физических процессов до совместной работы с ОКБ по созданию, доводке и сертификации новых двигателей, в том числе наземных газотурбинных установок. Все отечественные авиационные двигатели создавались при непосредственном участии института и проходили доводку на его стендах.
«Элдвиг СПб» на «Уголь России и Майнинг» (видео): возрождение российского производства
Как и годом ранее, «Элдвиг Санкт-Петербург» обосновался в отдельном двухэтажном павильоне. На улице выставлены образцы разных линеек взрывозащищённых электродвигателей, а внутри – комфортная площадка для переговоров. Недолго думая, мы сразу направились к агрегатам.
Каждый из четырёх образцов стоит на отдельной платформе. Все модели выпускались специально для работы в подземных выработках, опасных по метану и угольной пыли. И выполнены они из высокопрочной стали, а не из чугуна.
Линейка взрывозащищённых двигателей «Элдвиг СПб»
Во-первых, «Элдвиг СПб» привёз две модели взрывозащищённых рудничных электродвигателей – АВК и АВТ. Их используют в комплекте для привода конвейера и маслостанции самоходных вагонов грузоподъёмностью 10, 15 и 30 т.
АВК – двухскоростная модель, АВТ – трёхскоростная. Так же «Элдвиг СПб» представил электродвигатель серии АВРМ 280 S4 мощностью 110 кВт, его назначение – привод вентиляторов местного проветривания типа ВМЭ.
Вентиляторный двигатель серии АВРМ 280 S4
Но главный акцент «Элдвиг Санкт-Петербург» делает на самый свежий продукт – рудничный двигатель серии АВР 315 М4 для привода забойных машин и других механизмов. Выставочный образец установлен на гидравлический помповый агрегат НА 240/320.
Помповый агрегат НА 240/320 с электродвигателем серии АВР 315 М4
Все образцы уже признаны горнодобывающими предприятиями и трудятся в самых тяжёлых условиях. Партнёр «Элдвиг СПб» Аркадий Логинов рассказывает, что в этот раз компания специально решила привезти всего четыре модели из большого ассортимента выпускаемой продукции — чтобы заострить внимание гостей на конкретных образцах, имеющих особый интерес потребителей на этом рынке.
Поэтому потенциальные партнёры, которые посещают стенд, стремятся получить как можно больше ценной информации о каждом электродвигателе, а так же о самом заводе-производителе: структуре производства, станочном парке, возможностях «Элдвиг СПБ», о перспективах развития и вариантах сотрудничества.
«Мы постоянно анализируем ситуацию на рынке и заметили, что в последнее время российские предприятия стали нуждаться в технике с повышенной мощностью. Сейчас производители выпускают электродвигатели с максимальной мощностью в 110 кВт, а мы создали агрегат мощностью 132 кВт, — рассказывает Аркадий Логинов. – Сейчас мы занимаемся запуском новых моторов мощностями 160 кВт, 200 кВт и 350 кВт. Так, «Элдвиг СПб» постепенно повышает энергоэффективность своей продукции. Идём в ногу со временем (прим. Смеется). Помимо этого, мы делаем упор на повышение уровня энергоэффективности, применяя стандарты IE1, IE2, внедряем IE3. Мы перенимаем опыт европейских производителей и используем их методы на своих производствах».
Миссия у «Элдвиг СПб» самая что ни на есть патриотическая. Сейчас на российском рынке электродвигателей господствуют производители из Китая и других азиатских стран.
«Последние три года (до выхода «Элдвиг СПБ» на рынок) в России практически не существовало хоть сколько-то значимых альтернатив китайским электродвигателям. Наши производители совсем ушли с данного рынка, не смогли выжить в тяжёлых экономических условиях. Можно сказать, что пока мы «строились», другие – закрывались. Но ни для кого не секрет, что у потребителей имеются большие нарекания к качеству китайских двигателей: это и сам корпус двигателя (изготавливается либо из весьма хрупкого чугуна, либо из стали низкого качества), и изоляционные, обмоточные, пропиточные материалы, подшипники, да и сама машинная обмотка – это всегда сниженные КПД и риски возникновения холостых токов.
Существуют неплохие по качеству предложения от европейских производителей, но они слишком дорогие, именно поэтому Китай захватил российский рынок», – объясняет наш собеседник.
Партнёр «Элдвиг СПб» Аркадий Логинов
Больше всего впечатляет, что решения «Элдвиг СПб» в 1,5-2 раза дешевле, чем европейские, но качество, производительность и надёжность не идут ни в какое сравнение с китайскими аналогами. Так, компания приступила к сложной задаче импортозамещения и сейчас активно обсуждает этот вопрос с различными ведомствами.
Аркадий Логинов с удовольствием отмечает, что гости выставки «Уголь России и Майнинг» радуются возрождению российского производства. А на вопрос, «опасаются» ли горняки отечественных электродвигателей, говорит, что наоборот – принимают их с воодушевлением.
«Мы ведь говорим о работе в подземных горных выработках. Я хочу ещё раз напомнить, что это — труд тяжёлый и опасный, поэтому особенно важно, чтобы здесь эксплуатировалось надёжное оборудование. Шахтёры привыкли к тому, что советские, а после российские электродвигатели — это безотказные системы, на которые можно полагаться. И теперь мастера, главные энергетики шахт подходят к нам и жмут руку: они рады возрождению уже знакомого, проверенного временем оборудования», – комментирует Аркадий Логинов.
Конечно, мы не могли не спросить о доле импортных комплектующих. В «Элдвиг СПб» отвечают, что они используются только на первом этапе локализации новых производств. Компания активно сотрудничает с европейскими партнёрами в рамках договоров трансфера технологий, повышая уровень профессионализма сотрудников и внедряя современные бизнес-модели. В своих моторах «Элдвиг СПб» вынужден использовать иностранные подшипники, но вполне возможно, что в будущем удастся найти альтернативу и для них.
Что такое вентиляторный двигатель
19 апреля, AEX.RU – Корпорация General Electric (GE) приступила к тестированию самого большого в мире турбовентиляторного двигателя. Первые испытания силового агрегата GE9X начались на полигоне в марте 2016 года в штате Огайо (США), пишет Lenta.ru. Об этом сообщается на сайте издания The Daily Mail. Двигатель GE9X тягой 45,4 тонны снабжен вентилятором с самым большим в мире для таких установок диаметром (который равен 3,35 метра), 16 углепластиковыми лопатками, 11-ступенчатый компрессор высокого давления (степень сжатия 27:1) и камерой сгорания TAPS III. По словам GE, ни один из коммерческих двигателей в мире не имеет такую высокую степень сжатия, как GE9X. В конструкции двигателя активно используются композиционные материалы, выдерживающие температуры до 1,3 тысячи градусов Цельсия. Отдельные детали агрегата созданы с использованием 3D-печати. GE9X компания GE собирается устанавливать на широкофюзеляжный дальнемагистральный самолет Boeing 777X. Компания уже получила заказы на более чем 700 двигателей GE9X на сумму 29 миллиардов долларов от авиакомпаний Emirates, Lufthansa, Etihad Airways, Qatar Airways, Cathay Pacific и других.
Люди! Не могут ни создать, как видно, и не покупать. Вынуждены покупать. Поэтому просто прошу некоторых комментаторов прикинуть. ну хоть бы упражнение в арифметике. 2.5 booster Старожил ispit   Загрузка...Похожие публикации detector |
