Изобретение относится к области машиностроения и может использоваться в авиационных и в транспортных газотурбинных двигателях, в газотурбинных и газопаровых энергетических установках, в моторах- компрессорах.

Известен турбореактивный двигатель резонансного импульсного горения . «Resonant Pulse Combustors: A Reliable Route to Practical Pressure Gain Combustion», Dan Paxson NASA John H. Glenn Research Center Cleveland, OH, International Constant Volume Detonation Combustion Workshop Poitiers, France June 13-16, 2017.

Недостатком подобной конструкции является низкий КПД и низкая удельная мощность , большие габариты и узкая сфера применения.

Известен также волновой обменик давлением , содержащий корпус с портами подвода и отвода рабочего тела , внутри которого установлен с возможностью вращения ротор с каналами открытыми с торцев. «Wave Rotor Topping Cycles for Gas T urbine Engines» http://www.grc.nasa.gov/WWW/cdtb/projects/waverotor/

Недостатком подобной конструкции является низкий КПД двигателя с волновым обменником давлением, особенно на частичной нагрузке.

Известен также каскадный обменник давлением , содержащий , корпус с выполненными в нём портами подвода и отвода рабочего тела, а также с перепускными (массообменными) каналами , в корпусе с возможностью вращения установлен ротор с каналами открытыми с торцов. Обменник выполнен с возможностью работы в составе газотурбинного двигателя или мотора-компрессора. «Новые направления совершенствования рабочего процесса газотурбинных двигателей с каскадным обменником давления Крайнюка». А. И. Крайнюк. «Авиационно-космическая техника и технология». 2010 №7

Недостатком подобной конструкции являются низкие КПД и производительность, необходимость установки дополнительных вентиляторов и внешней камеры сгорания, что усложняет конструкцию двигателя или мотора- компрессора на его основе.

Техническим результатом, достигаемым в данном изобретении, является повышение мощности и КПД газотурбинного двигателя, улучшение его экологических параметров и массогабаритных характеристик, упрощение его конструкции, а также расширение сферы применения обменников давлением.

Технический результат достигается тем, что двигатель прерывистого горения по Антони циклу, содержащий, по крайней мере, одно устройство сжатия воздуха (газа) выполненное на основе каскадного обменника давлением, например каскадный газогенератор , системы подачи топлива, зажигания , пуска, контроля , управления , например охлаждения, отличается тем , что содержит, по крайней мере, один каскадный газогенератор, выполненный на основе каскадного обменника давлением, включающий корпус , в котором установлен с возможностью вращения ротор, с выполненными по окружности ротора параллельно валу (аксиально), или радиально, или диагонально, либо осерадиально каналами, со стороны впускных и выпускных отверстий каналов к торцам ротора с минимальным зазором, например с возможностью его регулирования и , или , например с возможностью выполнения каких-либо уплотнений зазора, примыкают стенки корпуса, в которых образованы порты (окна) с возможностью подвода в каналы ротора и отвода из них рабочих тел (рабочего тела), при вращении ротора, каскадный газогенератор интегрирован в двигатель, например таким образом, что газоход с рабочим телом низкого давления, например воздухом из атмосферы, из вентилятора , или из компрессора низкого, или среднего, или высокого давления, либо после части ступеней низкого давления компрессора высокого давления, подведён к порту подвода рабочего тела низкого давления каскадного газогенератора с одной стороны ротора, а с противоположной стороны ротора, например напротив, возможно с возможностью более раннего открытия в него каналов ротора , в корпусе выполнен порт отвода рабочего тела низкого давления , например продуктов сгорания и , или смеси воздуха и продуктов сгорания , например, в атмосферу ( во второй контур двухконтурного двигателя) , или в турбину среднего или низкого давления, далее , по ходу вращения ротора, со стороны подвода или со стороны отвода рабочего тела низкого давления (или с обеих сторон) , в стенке корпуса выполнены порты подвода топлива , в которых вмонтированы, например топливные форсунки, с возможностью впрыскивать жидкое или закачивать газообразное (или пылевидное) топливо под давлением в каналы ротора, а например далее , по ходу вращения ротора, выполнены отверстия , в которых установлены свечи зажигания, и, или инициаторы детонации, далее, по ходу вращения ротора , например со стороны порта подвода рабочего тела низкого давления , выполнен порт отвода рабочего тела в напорную полость (напорный канал), затем, по ходу вращения ротора, выполнен порт подвода рабочего тела в каналы ротора из напорной полости , выполненный напротив (возможно, с некоторым смещением в сторону противоположную вращению ротора) порта отвода рабочего тела высокого давления, выполненного в корпусе , например со стороны порта отвода рабочего тела низкого давления и соединённого с расширительным устройством , например в виде турбины, например высокого давления, при этом стенки корпуса, расположенные между портами, выполнены с возможностью перекрытия, при вращении ротора, впускных и выпускных отверстий ,по крайней мере, одного канала ротора, также , по ходу вращения ротора , после и перед портом отвода рабочего тела низкого давления, и, или с противоположной стороны ротора после и перед портом подвода рабочего тела низкого давления, выполнен ряд портов (окон) соединённых попарно перепускными (массообменными ) каналами таким образом, что порты , выполненные, например после порта отвода рабочего тела низкого давления , по ходу вращения ротора, соединены с портами, выполненными перед портом отвода рабочего тела низкого давления . по ходу вращения ротора, с возможностью последовательного повышения давления в каналах ротора, по мере удаления каналов от порта отвода рабочего тела низкого давления , при вращении ротора, а порты, выполненные , по ходу вращения ротора, перед портом отвода рабочего тела низкого давления , выполнены с возможностью последовательного снижения давления рабочего тела в каналах ротора, при его вращении, по мере приближения каналов к порту отвода рабочего тела низкого давления.

Кроме того, двигатель отличается тем, что в роторе каскадного газогенератора выполнены, например вдоль радиуса ротора, несколько рядов каналов, по крайней мере два ряда, например со смещением каналов в одних рядах относительно каналов в других рядах, стенки корпуса, расположенные между портами, выполнены с возможностью перекрытия, при вращении ротора, впускных и выпускных отверстий ,по крайней мере, одного канала в каждом ряду каналов ротора, например, последовательно.

Кроме того, двигатель отличается тем, что каскадный газогенератор выполнен в виде каскадного мотора-компрессора , при этом порты подвода топлива, и расположенные за ними далее, по ходу вращения ротора, отверстия , в которых установлены свечи зажигания и, или инициаторы детонации, выполнены напротив части рядов каналов , по крайней мере напротив одного ряда каналов , например расположенного в средних рядах каналов, при этом со стороны порта отвода рабочего тела высокого давления каскадного мотора-компрессора этот ряд (эти ряды) каналов перекрыт стенкой корпуса , при том, что выпускные отверстия каналов в другом ряду (в других рядах) подключены к порту отвода рабочего тела высокого давления , а с противоположной стороны впускные отверстия всех рядов каналов ротора открыты в напорную полость, соединяющую между собой все впускные отверстия всех выходящих в неё каналов.

Кроме того, двигатель отличается тем, что напорная полость (канал) соединена перепускным каналом высокого давления напрямую и, или через порт . выполненный с противоположной стороны ротора от порта отвода рабочего тела в напорную полость (канал), с дополнительным портом подвода рабочего тела в каналы ротора, по крайней мере в один ряд каналов ротора , выполненном, по ходу вращения ротора, перед сектором стенки корпуса , в котором выполнены порты подвода топлива, например с этой же стороны корпуса, что и порты подвода топлива, а возможно, что с противоположной стороны ротора , или с обеих сторон ротора в стенках корпуса выполнены дополнительные порты подвода рабочего тела в каналы ротора, подключенные к перепускным каналам высокого давления.

Кроме того, двигатель отличается тем, что в корпусе каскадного газогенератора, по ходу вращения ротора, перед напорной полостью , или перед портом отвода рабочего тела в напорную полость (канал) выполнен порт или отверстие , соединённое перепускным каналом сверхвысокого давления с портом или отверстием , выполненном, с этой же стороны ротора в стенке корпуса перед или за сектором стенки корпуса, по ходу вращения ротора , с портами подвода топлива и отверстиями со свечами зажигания и, или с инициаторами детонации , или это отверстие ( порт) выполнено сразу за портом подвода топлива , по ходу вращения ротора , например на одном уровне (в одном секторе) с отверстиями со свечами зажигания и, или с инициаторами детонации.

Кроме того, двигатель отличается тем, что, по крайней мере, один ряд каналов ротора выполнен с возможностью периодического совмещения каналов с портом выпуска охлаждающего воздуха (газа) высокого давления , подключенного, в свою очередь, к сис еме охлаждения , по крайней мере, турбины высокого давления , при этом перепускные (массообменные) каналы , подключенные к портам, выполненным в корпусе со стороны этого ряда каналов, выполнены со стороны порта подвода рабочего тела низкого давления каскадного газогенератора, при этом, по ходу вращения ротора . после порта, соединённого с последним, после порта подвода рабочего тела низкого давления перепускным (массообменным) каналом может быть выполнен порт соединённый перепускным каналом высокого давления с напорной полостью (каналом), а далее , по ходу вращения ротора . выполнен порт . соединённый перепускным каналом сверхвысокого давления с портом , выполненном в корпусе каскадного газогенератора . по ходу вращения ротора, перед портом отвода рабочего тела в напорную полость , далее, по ходу вращения ротора, со стороны противоположной порту выпуска охлаждающего воздуха высокого давления . выполнен порт . соединённый с отводом в отводной канал, после чего , по ходу вращения ротора, в стенке корпуса выполнен порт соединённый с подводом из отводного канала . выполненный с противоположной стороны (возможно, с некоторым смещением) ог порта выпуска охлаждающего воздуха высокого давления, далее . по ходу вращения ротора, выполнен порт , соединённый с портом отвода рабочего тела в напорную полость (канал), после чего выполнен ряд портов , соединённых перепускными (массообменными) каналами, соединяющими между собой порты , выполненные в стенке корпуса каскадного газогенератора перед портом подвода рабочего тела низкого давления , по ходу вращения ротора, и после него.

Кроме того, двигатель отличается тем, что порт отвода рабочего тела высокого давления каскадного мотор- компрессора (каскадного газогенератора в виде мотор-компрессора) , подключен, по крайней мере к одному устройству подвода тепла , например к регенеративному или рекуперативному теплообменному аппарату и . или к камере сгорания , выход из которой подключен к турбине, например высокого давления . при этом система охлаждения, по крайней мере, турбины, по крайней мере высокого давления также может быть подключена к порту отвода рабочег о тела высокого давления каскадного мотор-компрессора , а сторона теплообменного аппарата, в части подвода тепла к рабочему телу высокого давления, может быть присоединена, с возможностью отвода от тепла от рабочего тела низкого давления, например к каналу, подключенному к порту отвода рабочего тела низкого давления каскадного мотора-компрессора (каскадного газогенератора в виде мотора- компрессора) .

Кроме того, двигатель отличается тем, что порт отвода рабочего тела высокого давления подключен, по крайней мере к одному соплу активного потока, по крайней мере одного эжектора , по крайней мере одноступенчатого, а отвод рабочего тела низкого давления может быть подключен ко входу пассивного потока этого эжектора (или эжекторов) , выход их которого может быть подключен к турбине .

Кроме того, двигатель отличается тем, что вал ротора каскадного газогенератора (мотор-компрессора) подключен к приводу , например от газотурбинного или электрического двигателя, с возможностью регулирования оборотов ротора и , или ротор выполнен с возможностью самовращения, например посредством специальных сопел (каналов), выполненных в отдельных портах подвода рабочего тела в каналы ротора, например также с возможностью регулирования оборотов ротора , при этом корпус каскадного газогенератора может быть выполнен герметичным.

Кроме того, двигатель отличается тем, что между устройствами сжатия рабочего тела , например воздуха , например между компрессорами , и , или в газоходе, соединённом с портом подвода рабочего тела низкого давления каскадного газогенератора (мотор-компрессора) , выполнено, по крайней мере, одно устройство отвода тепла , например теплообменник-охладитель и , или система впрыска под давлением воды (конденсата).

Кроме того, двигатель отличается тем, что , по крайней мере, отвод рабочего тела высокого давления каскадного газогенератора соединён с реактивным соплом первого контура воздушно-реактивного двигателя , при этом перед этим соплом может быть выполнена форсажная камера, а отвод рабочего тела низкого давления каскадного газогенератора может выходить во второй контур воздушно- реактивного двигателя, в котором поток газа из воздухозаборника может быть активным потоком по отношению к газу из отвода рабочего тела низкого давления каскадного газогенератора и может быть пассивным потоком, по отношению к активному потоку рабочего тела из первого контура двигателя.

Кроме того, двигатель отличается тем, что в газовом (воздушном) тракте после компрессора газотурбинного двигателя выполнен парогазовый каскадный обменник давлением , порт подвода рабочего тела низкого давления которого , подключен к компрессору, а порт подвода рабочего тела высокого давления подключен к паропроводу , соединённому с генератором, например водяного пара (парогенератором) , например к котлу -утилизатору , установленному в газовом такте перед или после турбины низкого давления газотурбинного двигателя , порт отвода рабочего тела высокого давления парогазового каскадного обменника давлением присоединён к порту подвода рабочего тела низкого давления каскадного газогенератора , а порт отвода рабочего тела низкого давления , например водяного пара , присоединён , например, по крайней мере к одному пароконденсатору , например к паровому подогревателю воды (конденсата), например через, по крайней мере, одну паровую и, или газовую турбину, при этом , паровой подогреватель воды (конденсата) подключен, по крайней мере, к котлу -утилизатору (парогенератору) трубопроводом подачи воды (конденсата) с насосом и , например устройством водоподготовки, и может содержать вентилятор или компрессор , с возможностью отвода воздуха, например в порт подвода рабочего тела низкого давления парогазового каскадного обменника давлением, а в газовом тракте перед ступенями турбины низкого давления 23 и после неё могут быть установлены сепараторы конденсата , соединённые трубопроводом подачи конденсата, по крайней мере, с паровым подогревателем воды (конденсата), а возможно установлены и дополнительные охладители , например в виде контура системы отопления.

Кроме того, двигатель отличается тем, что порты подвода и отвода рабочего тела низкого давления каскадного газогенератора , выполнены с возможностью частичного вытеснения , например половины, продуктов сгорания в порт отвода рабочего тела низкого давления, а другой части, например половины - в порт отвода рабочего тела высокого давления , при этом окна (порты), соединённые перепускными каналами, по крайней мере большая их часть , выполнены со стороны отвода рабочего тела высокого давления, а, например, порт подвода топлива выполнен со стороны противоположной порту отвода рабочего тела высокого давления.

Кроме того, двигатель отличается тем, что содержит последовательно установленные в газовом (воздушном) тракте вначале, по ходу движения газа (воздуха) , каскадный мотор-компрессор, после которого выполнен каскадный газогенератор , при этом порт подвода рабочего тела низкого давления каскадного мотора-компрессора подключен к компрессору газотурбинного двигателя, порт отвода рабочего тела высокого давления каскадного мотора-компрессора . соединён с портом подвода рабочего тела низкого давления каскадного газогенератора каналом , который может содержать конвективный промежуточный охладитель , или систему впрыска воды (конденсата) . порт отвода рабочего тела высокого давления каскадного газогенератора подключен к турбине высокого давления . а порт отвода рабочего тела низкого давления подключен, например к турбине среднего давления, при этом порт отвода рабочего тела низкого давления каскадного мотора- компрессора подключен, например к турбине низкого давления.

Кроме того, двигатель отличается тем. что содержит устройство впрыска охлаждающей жидкости в каналы ротора, например при этом, в стенках корпуса каскадного газогенератора. в том числе, выполненного в виде мотора-компрессора, напротив, по крайней мере, части каналов в роторе, с противоположной стороны совмещённых полностью или частично с окнами, соединёнными с перепускными (массообменными) каналами, с возможностью повышения давления в этих каналах ротора, а возможно и с противоположной стороны от порта, подключенного к перепускному каналу высокого давления , выполненного с возможностью повышения давления в этих каналах ротора, выполнены форсунки с возможностью впрыска в каналы под давлением охлаждающей жидкости . например воды , а возможно . по крайней мере в часть каналов, впрыска и топлива и. или смеси топлива, например с водой , при этом, по крайней мере один ряд каналов ротора .выполненный с возможностью периодического совмещения с портом выпуска охлаждающего воздуха (газа) высокого давления, подключенный к системе охлаждения . по крайней мере, турбины высокого давления .содержит форсунки для впрыска охлаждающей жидкости (воды) в корпусе, со стороны порта выпуска охлаждающего воздуха высокого давления, возможно также и со стороны каналов, с противоположной стороны совмещённых с портом, подключенному к перепускному каналу сверхвысокого давления , выполненному с возможностью повышения давления в этих каналах ротора.

Кроме того, двигатель отличается тем, что в стенках корпуса парогазового каскадного обменника давлением напротив каналов в роторе, с противоположной стороны совмещённых полностью или частично с окнами, соединёнными с перепускными (массообменными) каналами, с возможностью повышения давления в этих каналах ротора , а возможно и , частично, напротив порта подвода рабочего тела высокого давления парогазового каскадного обменника давлением , выполнены форсунки, выполненные с возможностью впрыска в каналы ротора под давлением охлаждающей жидкости (воды) , подключенные возможно через насос (насосы) , например к резервуару охлаждающей воды , например предварительно нагретой.

Кроме того, двигатель отличается тем, что содержит последовательно установленные в газовом тракте, вначале, по ходу движения газа (воздуха), каскадный обменник давлением, после которого выполнен каскадный газогенератор , при этом порт подвода рабочего тела высокого давления каскадного обменника давлением присоединён к выпуску из камеры сгорания , вход которой подключен к компрессору высокого давления , порт подвода рабочего тела низкого давления каскадного обменника давлением подключен к выпуску из компрессора среднего или низкого давления . порт отвода рабочего тела высокого давления каскадного обменника давлением соединён с портом подвода рабочего тела низкого давления каскадного газогенератора каналом , который может содержать конвективный промежуточный охладитель , или систему впрыска воды (конденсата) , порт отвода рабочего тела высокого давления каскадного газогенератора подключен к турбине высокого давления , а порт отвода рабочего тела низкого давления подключен, например, к турбине среднего давления, при этом порт отвода рабочего тела низкого давления каскадного обменника давлением подключен, например, к турбине низкого давления.

Кроме того, двигатель отличается тем, что содержит систему охлаждения , по крайней мере, каналов ротора каскадного газогенератора (мотора-компрессора) , например выполненную в виде форсунок (форсунки) для впрыска под давлением охлаждающей жидкости , например воды в каналы ротора , вмонтированных в порты (порт) выполненные в стенке корпуса , по крайней мере, со стороны перепускных (массообменных) каналов, по ходу вращения ротора, после порта отвода рабочего тела низкого давления.

Кроме того, двигатель отличается тем, что содержит в газовом тракте, по крайней мере, перед турбиной высокого давления, по крайней мере одно устройство гашения импульсов (выравнивания давления) газа , например, в виде ресивера. На чертежах изображено.

Фиг. 1 Двигатель прерывистого горения по Антони циклу. Показана развёртка ротора каскадного газогенератора.

Фиг. 2 Многорядный газогенератор двигателя прерывистого горения по Антони циклу, выполненный в виде мотора -компрессора.

Слева - вид спереди , разрез, справа -вид сбоку, разрез.

Фиг. 3 Многорядный газогенератор двигателя прерывистого горения по Антони циклу , выполненный в виде мотора-компрессора. Вид сзади , разрез.

Фиг. 4 Двигатель прерывистого горения по Антони циклу в виде двухконтурного турбореактивного двигателя .

Фиг. 5 Двигатель прерывистого горения по Антони циклу с системой испарительного охлаждения воздуха при сжатии.

Фиг. 6 Двигатель прерывистого горения по Антони циклу с системой испарительного охлаждения воздуха при сжатии. Слева показана развёртка ротора каскадного газогенератора . Справа показана развёртка ротора каскадного газогенератора в части сжатия, охлаждающего турбину воздуха.

Фиг. 7 Двигатель прерывистого горения по Антони циклу в виде двухконтурного турбореактивного двигателя с газогенератором, выполненным в виде каскадного мотора-компрессора и камеры сгорания.

Фиг. 8 Двигатель прерывистого горения по Антони циклу с газогенератором, выполненным в виде каскадного мотора-компрессора , рекуперативного теплообменника и камеры сгорания.

Фиг. 9 Двигатель прерывистого горения по Антони циклу в составе газопаровой энергетической установки.

Двигатель прерывистого горения по Антони циклу содержит каскадный газогенератор 1 , в корпусе 2 которого выполнен ротор 3 с одним или несколькими рядами 4 каналов 5, с входными 6 и выходными 7 отверстиями , с возможностью их периодического перекрытия , при вращении ротора 3, стенками корпуса 2 и периодического совмещения с портом подвода рабочего тела низкого давления 8 , портом отвода рабочего тела низкого давления 9, портом отвода рабочего тела высокого давления 10 , с портами, соединёнными перепускными (массообменными) каналами 1 1, с портами подвода топлива 12 , например с форсунками , с отверстиями И co свечами зажигания и, или инициаторами детонации 13 , возможно и с дополнительным портом 14, может содержать , разделённые стенкой корпуса 2 порт отвода 15 из напорной полости (канала) 17 и порт подвода 16 рабочего тела в напорную полость (канал) 17 , может содержать объединённый порт отвода- подвода 18 рабочего тела в напорную полость 17 и из неё, может содержать компрессор низкого давления (вентилятор ) 19, компрессор высокого (среднего) давления 20, может содержать турбины высокого 21, среднего 22 и низкого, давления 23, может содержать камеру сгорания 24, систему впрыска охлаждающей жидкости 25 в каналы 5 ротора 3, систему регулирования 26 оборотов ротора 3, парогазовый каскадный обменник давлением 27, границы (сред ) рабочих тел 28, промежуточный охладитель 29, рекуперативный теплообменный аппарат 30, электрогенератор 31, перепускной канал высокого давления 32, устройство впрыска воды в воздушный тракт 33, может содержать порт выпуска охлаждающего воздуха (газа) высокого давления 34, порт , соединённый с отводом 35 в отводной канал 36 и порт соединённый с подводом 37 из отводного канала 36, паровой подогреватель воды 38, котёл-утилизатор (парогенератор) 39, устройство водоподготовки 40, каскадный мотор-компрессор 41 , вентилятор отвода воздуха 42 из парового подогревателя воды 38, сепаратор конденсата 43, порт(отверстие) отвода 44 и порт (отверстие) подвода 45 газа сверхвысокого давления (воспламенитель) , систему охлаждения 46 каналов 5 ротора 3, порт подвода рабочего тела высокого давления 47 парогазового каскадного обменника давлением 27, контур дополнительного охладителя (системы отопления) 48, перепускной канал сверхвысокого давления 49 каскадного газогенератора 1.

Двигатель прерывистого горения по Антони циклу работает следующим образом.

При пуске двигателя, например за счёт вращения вала от какого-либо стартерного устройства (на схемах не показано), в компрессоре низкого давления 19 (Фиг.1) сжимается атмосферный воздух, который далее поступает в подвод рабочего тела низкого давления 8 каскадного газогенератора 1, ротор 3 которого вращается при пуске, например, благодаря системе регулирования оборотов 26. Через впускные отверстия 6 каналы 5 в рядах 4 заполняются воздухом и при вращении ротора 3 , совмещаются с перепускными (массообменными каналами 11 и в каналы с воздухом поступают, под давлением, горячие продукты сгорания , которые сжимают воздух в каналах 5, которые затем совмещаются с портом подвода топлива 12 , при этом в каналы 5 впрыскивается форсунками , например жидкое топливо, после чего эти каналы 5 совмещается с отверстиями со свечами зажигания 13 и топливно-воздушная смесь, заполняющая каналы 5 воспламеняется. При этом давление и температура рабочего тела в каналах 5 растёт. Затем эти каналы 5 , при вращении ротора 3, совмещается с портом подвода 16 рабочего тела в напорную полость 17, в которую устремляется часть продуктов сгорания. Далее , при вращении ротора 3, каналы 5 перекрываются стенкой корпуса 2, а затем открываются, со стороны впускных отверстий 6, в порт отвода 15 рабочего тела из напорной полости 17, а со стороны выпускных отверстий 7 совмещаются с портом отвода рабочего тела высокого давления 10 и продукты сгорания, с несколько меньшими давлением и температурой , но с минимальными пульсациями потока, а возможно и без пульсаций, поступают в турбину высокого давления 21 , расширяются в ней, затем расширяются в турбине низкого давления 23 , заставляя вращаться вал с компрессором низкого давления 19 и электрогенератором 31, после чего выбрасываются в атмосферу. Далее, при вращении ротора 3 каналы 5 , которые уже прошли порт отвода рабочего тела высокого давления 10, но всё ещё заполненные горячими продуктами сгорания с остаточным давлением , совмещаются с портами, соединёнными перепускными (массообменными) каналами 11 , при этом в этих каналах 5 давление газа ступенчато снижается, а в каналах 5, приближающихся к порту подвода топлива 12 давление , заполняющего эти каналы 5 воздуха и газа ступенчато растёт. В каналах 5, приближающихся, при вращении ротора 3, к порту отвода рабочего тела низкого давления 9 давление газа ступенчато падает и при совмещении канала 5 с портом отвода рабочего тела низкого давления 9 газ поступает (выталкивается, поступающим во впускные отверстия 6 каналов 5 воздухом из порта подвода рабочего тела низкого давления 8 ) в турбину низкого давления 23 , расширяется в ней и заставляет вращаться вал с компрессором 19 и электрогенератором 31 , после чего выбрасывается в атмосферу.

Перед впрыском топлива в каналы 5 через порт подвода топлива 12 и до воспламенения топливно-воздушной смеси, например, благодаря расположенным в отверстиях 13 свечам зажигания, воздух в каналах 5 может быть дополнительно дожат газом, благодаря совмещению каналов 5 с дополнительным портом 14 , соединённом перепускным каналом высокого давления 32 с напорной полостью (каналом) 17 (Фиг. 1, Фиг. 2, Фиг. 5, Фиг. 6). Также воздух в каналах 5 может быть ещё сильнее сжат, а топливно-воздушная смесь может воспламениться , благодаря совмещению каналов 5 с портом, соединённом с перепускным каналом сверхвысокого давления 49. (Фиг. 5, Фиг. 6).

Возможно, что только часть рядов 4 каналов 5 совмещаются , при вращении ротора 3, с портами подвода топлива 12 (Фиг. 2, Фиг. 3). При этом, например в двухконтурном турбореактивном двигателе, при работе компрессора низкого давления 19 (вентилятора) и компрессора среднего давления 20 (Фиг. 7) воздух поступает в подвод рабочего тела низкого давления 8 каскадного газогенератора 1., выполненного в идее каскадного мотора-компрессора 41. Через впускные отверстия 6 каналы 5 в рядах 4 заполняются воздухом и при вращении ротора 3 , например один из рядов 4 каналов 5 совмещается с портом подвода топлива 12 , при этом в каналы 5 впрыскивается форсунками , например жидкое топливо, после чего эти каналы 5 совмещается с отверстиями со свечами зажигания 13 и топливно-воздушная смесь, заполняющая эти каналы 5 воспламеняется. При этом давление и температура рабочего тела в каналах 5 растёт. Затем эти каналы 5 , при вращении ротора 3, совмещается с объединённым портом отвода-подвода рабочего тела 18 в напорную полость 17. При этом, со стороны выпускных отверстий 7, этот ряд каналов 5 перекрыт стенкой корпуса 2, поэтому продукты сгорания устремляются в напорную полость 17, а затем в другие ряды 4 каналов 5 , которые со стороны выпускных отверстий 7 совмещены с портом отвода рабочего тела высокого давления 10 и продукты сгорания, с несколько меньшими давлением и температурой , но с минимальными пульсациями потока, а возможно и без пульсаций , выталкивают , находящийся в каналах 5 воздух в камеру сгорания 24 , в которую подаётся дополнительное топливо , после чего продукты сгорания (в смеси с воздухом) поступают в турбину высокого давления 21, расширяются в ней, вращая компрессор среднего давления 20 , затем расширяются в турбине среднего давления 22 и в турбине низкого давления 23 , заставляя вращаться компрессор низкого давления 19 (вентилятор ТРДД) . Часть продуктов сгорания из порта отвода рабочего тела низкого давления 9 также поступают в турбину среднего давления 22 и расширяются в ней , затем в турбине низкого давления 23, совершая работу, после чего весь поток продуктов сгорания расширяется в сопле. В данной схеме каскадный газогенератор 1 выступает в роли мотора-компрессора 41 высокого давления.

При работе двигателя прерывистого горения в составе, например малоразмерного ТРДД , после пуска двигателя в компрессоре низкого давления 19 (вентиляторе ТРДД) (Фиг.4) сжимается воздух , часть сжатого воздуха поступает во второй контур ТРДД , а другая часть воздуха , например дополнительно поджатая в ступени компрессора низкого давления 19 поступает в подвод рабочего тела низкого давления 8 каскадного газогенератора 1 , в котором происходит генерация продуктов сгорания, которые поступают в турбину высокого давления 21, расширяются в ней, и, например, в турбине низкого давления 23 , заставляя вращаться компрессор низкого давления 19 (вентилятор ТРДД) , после чего расширяются в сопле первого контура ТРДД. Из порта отвода рабочего тела низкого давления 9 другая часть продуктов сгорания поступает во второй контур двухконтурного турбореактивного двигателя, и смешивается с воздухом, после чего расширяются в сопле, например, совместно с продуктами сгорания из первого контура двигателя.

Каскадный газогенератор 1 может иметь напорную полость 17 , а может быть выполнен без неё. (на чертежах не показано). При этом поток рабочего тела, покидающий порт отвода рабочего тела высокого давления 10 может быть пульсирующим. Снизить пульсирующий эффект позволит установка эжектора (на чертежах не показан) , присоединённой массой для которого может служить поток газа из порта отвода рабочего тела низкого давления 9 каскадного газогенератора 1. Объединённая масса рабочего тела , давлением и температурой несколько меньшими , чем после порта отвода рабочего тела высокого давления 10, но с минимальными пульсациями, поступает в камеру сгорания 24, если каскадный газогенератор 1 выполнен в виде каскадного мотор-компрессора 41 , или напрямую расширяется в турбине.

Каналы 5 ротора 3 могут частично заполняться воздухом , поступающим в каналы 5 из порта подвода рабочего тела низкого давления 8 (на чертежах не показано). При этом часть продуктов сгорания рециркулирует в роторе 3 , увеличивая экономичность двигателя и снижая образование оксидов азота. Уменьшить образование оксидов азота позволяет также предварительное частичное перемешивание воздуха с продуктами сгорания , благодаря выполнению соединительного газового канала 32 и, или перепускных (массообменных каналов 11 со стороны порта подвода топлива 12, дополнительно это будет способствовать самовоспламенению топлива (Фиг.1 )

Применение промежуточного охлаждения сжимаемого воздуха в охладителе 29 ( Фиг. 8) позволяет увеличить мощность и КПД газотурбинного двигателя прерывистого горения по Антони циклу, а сочетании с регенерацией тепла в рекуператоре 30 дополнительно повышает КПД цикла.

Впрыск воды для промежуточного охлаждения (Фиг. 5, Фиг. 6) сжимаемого воздуха , по крайней мере в воздушный тракт перед портом подвода рабочего тела каскадного газогенератора 1, перед компрессором среднего давления 20 и после него ( а возможно и перед компрессором низкого давления 19) повышает мощность и КПД, снижает тепловую напряжённость и увеличивает экологические характеристики двигателя. При работе двигателя с использованием испарительного охлаждения (мокрого сжатия), в компрессоре низкого давления 19 (Фиг.5) сжимается атмосферный воздух, который далее поступает в канал с устройством впрыска воды в воздушный тракт 33, при этом жидкость , например вода испаряется, а воздух охлаждается , после чего воздух подаётся в подвод рабочего тела низкого давления 8 каскадного газогенератора 1 , ротор 3 которого вращается, в результате чего каналы 5, заполненные воздухом, совмещаются с перепускными (массообменными каналами 11 и в каналы с воздухом поступают под давлением горячие продукты сгорания , которые сжимают воздух в каналах 5. При этом со стороны , заполняющего их воздуха, каналы 5 совмещаются с форсунками системы впрыска охлаждающей жидкости 25 в каналы 5 ротора 3 и в каналы 5 впрыскивается охлаждающая жидкость, например вода, которая испаряется , а воздух охлаждается. Также возможно, что по крайней мере в часть каналов 5, через форсунки системы впрыска 25 подаётся смесь воды и топлива , например в виде эмульсии , при этом одновременно испаряется вода и топливо, которое предварительно смешивается с воздухом, улучшая последующий процесс сгорания. Также возможно , что охлаждающей жидкостью, которая впрыскивается , по крайней мере в часть каналов 5 каскадного газогенератора 1 для охлаждения, сжимаемого воздуха служит только топливо. Далее, при вращении ротора 3 , каналы 5 совмещаются с портами подачи топлива 12 с топливными форсунками и в каналы 5 под давлением впрыскивается топливо , которое при пуске двигателя воспламеняется через отверстия 13 свечами зажигания , а в дальнейшем может воспламеняться благодаря отверстию (порту) соединённому с перепускным каналом сверхвысокого давления 49 , через который в каналы 5 поступает горячий газ (плазма) и воспламеняет , находящуюся в каналах 5 топливно-воздушную смесь, при воспламенении которой , благодаря тому , что воздух был предварительно охлаждён, при подводе к нему тепла увеличивается степень повышения давления в каналах 5 ротора 3, образующих со стенками корпуса 2 камеры сгорания постоянного объёма , что увеличивает КПД цикла.

Например, один ряд 4 каналов 5 ротора может быть выделен, чтобы сжимать воздух, предназначенный для охлаждения, по крайней мере, турбины высокого давления 21. При этом воздух , поступивший через порт подвода рабочего тела низкого давления 8 в этот канал 5, при вращении ротора 3, сжимается , благодаря перепускным (массообменным) каналам 11 , после чего воздух сжимается , благодаря совмещению каналов 5 с дополнительным портом 14 , соединённому перепускным каналом высокого давления 32 с напорной полостью (каналом) 17 (Фиг. 6). Затем охлаждающий воздух в каналах 5 дожимается , благодаря порту , подключенному к перепускному каналу сверхвысокого давления 49 . При этом со стороны, заполняющего их воздуха каналы 5 могут периодически совмещаться , при вращении ротора 3 , с форсунками системы впрыска охлаждающей жидкости 25 , например воды в каналы 5 ротора 3, благодаря чему охлаждающий воздух интенсивно охлаждается в процессе сжатия. Далее , при вращении ротора 3 , каналы 5 с охлаждающим воздухом совмещаются с , портом , соединённым с отводом 35 в отводной канал 36, при этом воздух устремляется в этот канал и давление его падает, затем каналы 5 с охлаждающим воздухом совмещаются одновременно с портом, соединённым с подводом 37 из отводного канала 36, а с противоположной стороны, с портом выпуска охлаждающего воздуха (газа) высокого давления 34, соединённый с системой охлаждения ,по крайней мере турбины высокого давления 21. При этом , благодаря тому , что перед портом выпуска охлаждающего воздуха (газа) высокого давления 34 и в отводном канале 36 давление охлаждающего воздуха одинаково, пульсации потока охлаждающего воздуха на входе в систему охлаждения будут минимальны, или вообще будут отсутствовать. Далее, при вращении ротора 3 каналы 5 совмещаются с портом, выходящим в напорную полость (канал) 17 и давление газа в каналах 5 падает. Затем каналы 5 совмещаются , при вращении ротора 3 с перепускными каналами 1 1 , при этом газ в каналах 5 ступенчато расширяется , сжимая находящийся в каналах 5 воздух, после чего каналы 5 совмещаются с портом отвода рабочего тела низкого давления 9 и газ (продукты сгорания) выталкиваются из каналов 5 новой партией воздуха. Далее цикл повторяется.

Применение последовательно установленных, по ходу движения газа, каскадного газогенератора 1 в виде мотор -компрессора (на схемах не показано) , отвод рабочего тела высокого давления 10 , которого подключен к подводу рабочего тела низкого давления 8 каскадного газогенератора!, отвод рабочего тела высокого давления которого 10 подключен к турбине высокого давления 21 , позволяет с большей эффективностью, чем в лопаточном компрессоре повысить давление воздуха перед каскадным газогенератором 1 , соответственно - повысить максимальное давление в цикле и КПД двигателя.

Двигатель может содержать напорный, выполненный перед турбиной низкого давления 23 (Фиг. 9) , или атмосферный , выполненный после турбины низкого давления 23 котёл-утилизатор (парогенератор) 39, подключенный со стороны выпуска перегретого пара к порту подвода рабочего тела высокого давления 47 парогазового каскадного обменника давлением , при этом выпуск из компрессора, например среднего давления 20 , подключен к порту подвода рабочего тела низкого давления парогазового каскадного обменника давлением 27, а в качестве сжимающей среды используется пар высокого давления , который генерируется в котле-утилизаторе 39 и сжимает (обменивается давлением ) воздух , заполняющий каналы парогазового каскадного обменника давлением 27 и выталкивает его в порт подвода рабочего тела низкого давления 8 каскадного газогенератора 1. После того как пар расширится в парогазовом каскадном обменнике давлением 39 он поступает в паровую или газовую турбину (на чертеже не показано) и , или в паровой подогреватель воды 38, при этом водный конденсат в сепараторах конденсата 43 отделяется, при расширении газа в турбине низкого давления 23 и за ней, и подаётся насосом например в паровой подогреватель воды 38 и далее в котёл-утилизатор 39, например, через устройство водоподготовки 40 , нагревается в нём, испаряется , перегревается и подаётся в парогазовый обменник давлением 27. Далее цикл повторяется. Остатки воздуха в паровом подогревателе воды 38 удаляются посредством вентилятора (компрессора) отвода воздуха 42 и подаются в порт подвода рабочего тела низкого давления парогазового каскадного обменка давлением 27, излишки тепла удаляются из цикла посредством дополнительного охладителя газа, например , выполненного в виде контура системы отопления 48.

Двигатель может содержать последовательно установленные в газовом тракте вначале , по ходу движения газа (воздуха), каскадный обменник давлением (на чертежах не показано) , после которого выполнен каскадный газогенератор 1 , при этом порт подвода рабочего тела высокого давления каскадного обменника давлением присоединён к выпуску из камеры сгорания, вход которой подключен к компрессору высокого давления, порт подвода рабочего тела низкого давления каскадного обменника давлением подключен к выпуску из компрессора среднего или низкого давления , порт отвода рабочего тела высокого давления каскадного обменника давлением соединён с портом подвода рабочего тела низкого давления 8 каскадного газогенератора 1 . При этом воздух сжимается до максимального давления в компрессоре высокого давления (на чертежах не показано) и нагревается в камере сгорания , затем горячий газ выступает в качестве сжимающей среды, которая сжимает воздух в каскадном обменнике давлением (на чертежах не показан). Таким образом, основной воздух предварительно сжимается и подаётся в порт подвода рабочего тела низкого давления каскадного газогенератора 1.

Двигатель может содержать систему охлаждения 46 каналов 5 ротора 3 , (Фигура 5) при этом после прохождения определёнными каналами 5 порта отвода рабочего тела низкого давления 9 , когда каналы, например, полностью заполнены воздухом в них, со стороны перепускных каналов 11 , впрыскивается под давлением, через форсунки системы охлаждения 46 вода, возможно предварительно нагретая.

Остаточная пульсация потока газа перед турбиной может гаситься в специальном устройстве гашения импульсов газа (на чертежах не показано) , например в виде газового ресивера, выполненном в газовом тракте перед турбиной высокого давления

Использование данного изобретения позволит повысить КПД газотурбинного двигателя , уменьшить его массу и габариты , улучшить экологические характеристики.