Компрессорно-роторно-турбинный двигатель внутреннего сгорания

 

Использование: в двигателестроении, в частности в газотурбинных двигателях. Сущность изобретения: компрессорно-роторно-турбинный двигатель внутреннего сгорания содержит камеру сгорания, центробежный компрессор с лопастями, размещенными на передней стороне диска. Турбина размещена на одном валу с компрессором. Лопасти устроены внутри кольцевого ротора. Форма камеры сгорания с направляющим отверстием кольца крышки и отверстием рабочего кольца диска оптимально близка форме реактивного сопла, ось которого проходит по касательной к кольцевому ротору. С обратной стороны диска устроена полая корпусная турбина, задняя часть которой переходит в цилиндрическое выхлопное сопло. Наружная поверхность турбины снабжена газовыми каналами, образованными винтообразными ребрами, берущими начало с отверстия рабочего кольца диска и нисходящями до перфорированной части цилиндрического выхлопного сопла, внутри которого расположен шнековый лабиринт с переменным шагом навивки. 12 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к энергостроению.

Известны комбинированные двигатели [1] и другие.

Известен также газотурбинный двигатель фирмы Бодварт, представляющий собой блок из центробежного компрессора с центростремительной турбиной, рабочие колеса которых сидят на одном валу и лопасти соединены друг с другом спинками, и кольцевой камерой сгорания, который и принят за прототип.

Однако эти двигатели не нашли широкого применения из-за низкого коэффициента полезного действия.

Задачей изобретения является повышение КПД двигателя. Это достигается тем, что в предлагаемом двигателе на передней стороне диска размещены лопасти центробежного компрессора, устроенные внутри кольцевого ротора, наружная поверхность которого имеет камеру сгорания, форма которой с направляющим отверстием кольца крышки и отверстием рабочего кольца диска оптимально близка форме реактивного сопла, ось которого проходит по касательной к кольцевому ротору, а с обратной стороны диска устроена полая конусная турбина, задняя часть которой переходит в цилиндрическое выхлопное сопло, а наружная поверхность снабжена газовыми каналами, боковые стенки которых образованы винтообразными ребрами, берущими начало с отверстия кольца диска и нисходящими по перфорированной части цилиндрического выхлопного сопла, внутри которого расположен шнековый лабиринт с переменным шагом свивки.

На фиг. 1 показан описываемый двигатель, осевой разрез; на фиг. 2 - разрез двигателя А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - расположение рабочих деталей в компрессорном цикле-зона I, разрез; на фиг. 4 - зона I, разрез а-а; на фиг. 5 - расположение рабочих деталей в цикле смесеобразования горючей смеси и камера сгорания-зона II, разрез; на фиг. 6 - зоне II, разрез б-б; на фиг. 7 - расположение рабочих деталей в рабочем цикле-зона III, разрез; на фиг. 8 - зона III разрез в-в; на фиг. 9 - расположение рабочих деталей в цикле продувки остаточных газов из камеры сгорания-зона IV, разрез; на фиг. 10 - зона IV, разрез г-г; на фиг. 11 - перфорированная часть выхлопнного сопла, разрез; на фиг. 12 - вид рабочей зоны III с переходом от компрессора на винтообразные ребра конусной турбины.

С целью упрощения графических изображений подшипники, уплотнения, регулировочные шайбы форсунка, электрическая свеча зажигания и т.п. детали и узлы очевидны и поэтому не показаны или показаны условно.

Предлагаемый двигатель содержит корпус 1 с задним внутренним подшипником 2, переднюю крышку 3, имеющую сборочные отверстия 4 под болтовые соединения, передний подшипник 5, отверстия для всасывания воздуха 6, для форсунки 7, для свечи зажигания 8 и отверстие для продувочной трубки 9, на внутренней плоскости выполнена проточка 10 для сбора воздуха, компрессорное кольцо 11, имеющее рабочее утолщение 12 с уплотняющим вкладышем 13, имеющим отверстия 7 - 9, направляющее 14 и продувочное 15 отверстия для газов. В корпусе размещен блок компрессора, состоящий из диска 16, снабженного лопастями 17, находящимися внутри роторного кольца 18, имеющего камеру сгорания 19, вал отбора мощности 20, проточки 21 для сбора воздуха и рабочее кольцо 22 с рабочим отверстием 23 и отверстие 24 для продувки. С другой стороны диска 16 находится турбина 25 с винтообразными ребрами 26, образующими газовые каналы 27. Сзади турбина 25 имеет выхлопное сопло 28 с наружной кольцевой перегородкой 29 и сквозные отверстия 30 в каналах 27 внутрь сопла 28, где имеется глухая перегородка 31 и шнековый лабиринт 32. Весь двигатель заключен в герметический кожух 33, имеющий воздухозаборный патрубок 34.

При запуске двигателя компрессорные лопасти 17 создают избыточное давление воздуха в зоне 1, на наружной поверхности ротора 18, в сферических проточках 10 и 21 и заполняют камеру сгорания 19. Затем роторное кольцо 18 поворачивается и камера сгорания 19 перемещается под утолщение 12 компрессорного кольца 11 крышки 3, перекрывается скользящими вкладышами 13 и через форсунку 7 подается топливо, образуется горючая или взрывная смесь-зона II. Далее в зоне III смесь воспламеняется от электрической искры 8, происходит резкое увеличение давления газов в камере сгорания 19, они устремляются в направляющее отверстие 14 и образовавшаяся реактивная сила вращает роторное кольцо 18. Далее газы идут через направляющее отверстие 14 в рабочее отверстие 23 кольца диска 16, меняют свое направление при входе в каналы 27 и через ребра 26 отдают свою уже кинетическую энергию дальнейшему вращению рабочего кольца 22 диска 16. Проходя по каналам 27 наружной поверхности конусной турбины 25 за счет винтообразной навивки ребер 26, газы постоянно отдают свою кинетическую энергию, что способствует дальнейшему увеличения мощности турбины 25. Дойдя до кольцевой перегородки 29 газы через отверстия 30 проходят по шнековому лабиринту 32, где происходит окончательный отбор оставшейся кинетической энергии газов, вплоть до выхода их в атмосферу.

Двигатель запущен, в центре диска 16 лопасти 17 компрессора создают разрежение и свежий воздух через воздушный патрубок 34, далее по герметическому кожуху 33 и отверстия 6 передней крышки 3 подается в зону I и циклы повторяются.

При оптимальном подборе топлива, объема камеры сгорания, диаметра роторного и рабочего кольца диска, конусной турбины и сечения газовых каналов можно достичь термодинамического равновесия при максимальном использовании потенциальной энергии сжигаемого топлива.

Формула изобретения

Компрессорно-роторно-турбинный двигатель внутреннего сгорания, содержащий камеру сгорания и центробежный компрессор, размещенный на одном валу с турбиной, отличающийся тем, что на передней стороне диска размещены лопасти центробежного компрессора, устроенные внутри кольцевого ротора, наружная поверхность которого имеет, например, две камеры сгорания, форма каждой из которых с направляющим отверстием кольца крышки и отверстием рабочего кольца диска оптимально близка форме реактивного сопла, ось которого проходит по касательной и кольцевому ротору, а с обратной стороны диска устроена полая конусная турбина, задняя часть которой переходит в цилиндрическое выхлопное сопло, наружная поверхность которой снабжена газовыми каналами, образованными винтообразными ребрами, берущими начало с отверстия рабочего кольца диска и нисходящими до перфорированной части цилиндрического выхлопного сопла, внутри которого расположен шнековый лабиринт с переменным шагом свивки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12