ТУРБОРЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С.Н.ДЕДЕНЕВА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1997 года по МПК F02K3/00 

Изобретение относится к воздушно-реактивным двигателям, в частности, к турбокомпрессорным двигателям и может быть использовано в авиационной технике, а также при изготовлении наземного и водного транспорта.

Известен турбореактивный двигатель, содержащий газогенератор, силовую турбину и сопло с установленным на его входе винтом, имеющим щелевые лопасти, содержащие ряд крыльев в форме окружности и соединенные между собой перегородки с образованием суживающихся каналов, подключенных к силовой турбине. [1]
Известный двигатель имеет хорошие эксплуатационные свойства, однако использование его в промышленности связано с недостаточно высокой надежностью при работе и обеспечением недостаточно эффективного рабочего цикла.

Наиболее близким к предлагаемому является турбореактивный двигатель, содержащий веретенообразный корпус с установленными на внутренних боковых поверхностях форсунками для подачи топлива, осевой вал, расположенный внутри корпуса, снабженный компрессором с лопатками для нагнетания воздуха в двигатель и турбиной для его вращения. [2]
Конструкция известного двигателя имеет следующие недостатки: при его работе лопатки турбины и компрессора подвергаются высоким динамическим и температурным нагрузкам т. к. вращение вала создает центробежную силу, стремящуюся оторвать лопатку от вала, что, в настоящее время является одной из наиболее распространенных причин поломок двигателя. Конструкция лопатки других конструкционных элементов, обеспечивающих охлаждение в процессе работы, такова, что предотвратить их поломки в процессе работы и обеспечить достаточно эффективный рабочий цикл не представляется возможным.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности работы двигателя, его мощности и экономичности.

Поставленная задача решается тем, что предлагаемый турбореактивный двигатель отличается от известного тем, что хвостовая часть корпуса двигателя выполнена со спиралевидными углублениями, при этом их глубина плавно увеличивается в направлении выходного отверстия, образуя лопатки турбины и выходного сопло, а наружная часть углублений снабжена лопатками охлаждения.

Первый вариант заявляемого турбореактивного двигателя состоит в том, что двигатель содержит корпус веретенообразной формы, снабженный входным и выходным отверстиями, размещенные внутри корпуса компрессор, турбину и форсунку для подачи топлива, причем, корпус установлен с возможностью осевого вращения, компрессор жестко размещен на боковой поверхности корпуса в плоскости входного отверстия, а его лопатки образуют осевое отверстие, внутри которого жестко установлена форсунка, лопатки турбины и выходное сопло образованы спиралевидными канавками, выполненными в хвостовой части корпуса при этом глубина канавок увеличивается в направлении выходного отверстия, а наружная сторона канавок жестко соединена с лопатками охлаждения корпуса.

Второй вариант заявляемого турбореактивного двигателя состоит в том, что двигатель содержит веретенообразный корпус, снабженный входным и выходным отверстиями, осевой вал, расположенный внутри корпуса, снабженный на входе компрессором с лопатками для нагнетания воздуха в двигатель жестко на нем закрепленный и турбиной для его вращения на выходе, форсунками для подачи топлива, при этом хвостовая часть корпуса установлена с возможностью вращения и снабжена канавками спиралевидной формы, выполненными с углублением, величина которого увеличивается в направлении выходного отверстия образуя лопатки турбины и выходное сопло, а наружная поверхность канавок жестко соединена с лопатками охлаждения корпуса.

Сравнение предлагаемого технического решения с прототипом, позволяет сделать вывод о том, что заявляемый турбореактивный двигатель отличается от известного новой совокупностью существенных признаков, в частности, наличием новых конструкционных элементов и новым взаимным расположением известных ранее конструктивных элементов.

Это позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого решения критерию "Новизна".

В науке и технике известны решения, направленные на повышение надежности работы двигателя, его мощности и экономичности. Известны приемы повышения надежности путем повышения температурной прочности материала, в первую очередь материала лопаток. Широко известны приемы повышения надежности и экономичности путем создания внешнего кольцевого канала с вентилятором, создающим дополнительный воздушный поток через самостоятельное или общее реактивное сопло (двухконтурный турбореактивный двигатель). При этом для повышения КПД и мощности двигателя турбину выполняют с охлаждающимися лопатками. Известны приемы, обеспечивающие снижению температурной и динамической нагрузки на лопатки турбины путем установки на них различных приспособлений, обеспечивающих процесс охлаждения (отверстия, перегородки, коллекторы и т.д.) или путем установки кольцевых камер сгорания что, в свою очередь, приводит к повышению веса двигателя.

В заявляемых нами варианта конструкции турбореактивного двигателя, лопатки турбины образованы, размещенными в хвостовой части корпуса и имеют форму спиралевидного углубления, глубина которого увеличивается в направлении выходного отверстия. Наружная сторона канавок снабжена лопатками охлаждения.

Заявляемые варианты позволяют обеспечить интенсивное охлаждение лопаток турбины направленным потоком наружного воздуха и высокую надежность работы двигателя. Это связано с тем, что заявляемая конструкция лопатки турбины может выдержать высокое динамические и температурные нагрузки, т.к. они выполнены как единое целое с корпусом двигателя.

Наружный воздух, цилиндрический вдоль канавок, интенсивно охлаждает наружную сторону лопаток турбины. Плавное углубление спиралевидной канавки по направлению к выходному отверстию позволяет избежать динамических ударных нагрузок на лопатки. Это повышает прочность и надежность изделия, а также снижает уровень шума. Охлаждающие лопатки, размещенные с наружной части корпуса в углублениях канавок, усиливают эффект охлаждения и создают дополнительную реактивную тягу. Эффект вентилятора обеспечивается наклоном и формой этих лопаток.

Все вышеизложенное позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой конструкции турбореактивного двигателя критерию "Изобретательский уровень".

Заявляемая конструкция турбореактивного двигателя поясняется следующими иллюстрациями.

На фиг. 1 представлен общий вид турбореактивного двигателя, на фиг. 2 схематично изображен разрез турбореактивного двигателя (вариант 1); на фиг. 3 схематичного изображен разрез турбореактивного двигателя (вариант 2) на фиг. 4 изображен разрез А-А; на фиг. 5 изображен разрез В-В; на фиг. 6 изображен разрез С-С.

Турбореактивный двигатель состоит из корпуса 1, выполненного в виде полузамкнутой камеры веретенообразной формы, осевого вала 2, установленного на опорах 3 внутри корпуса, компрессора с лопатками 4 установленного в плоскости входного отверстия, камеры сгорания 5, турбины с лопатками 6, имеющих 7 и наружную 8 стороны, образованных спиралевидными канавками 9 в хвостовой части корпуса, глубина которых плавно увеличивается в направлении выходного сопла, корпус установлен с возможностью осевого вращения на подшипниках 10, форсунки 11, реактивное сопло 12, лопатки охлаждения 13.

Турбореактивный двигатель работает следующим образом.

Корпус двигателя 1 с помощью периферийных пусковых устройств или осевого вала, приводят во вращение. Воздух с помощью компрессора 4 поступает внутрь корпуса 1, а распыленное топливо через форсунки 11, снабженные элементами зажигания вводят в камеру сгорания 5. Находящийся внутри корпуса 1 воздух воспламеняются, а образующиеся раскаленные газы в результате перепада давления поступают в заднюю часть корпуса, при этом низкотемпературная их часть воздействуют на лопатки турбины 6, приводя ее во вращение, а высокотемпературная их часть истекает через выходное сопло 12, образованное лопатками турбины 6, обеспечивая реактивную тягу двигателя. Вращение последовательно передается от турбины 6 к хвостовой части корпуса 1, а от корпуса 1 к лопаткам компрессора 4, обеспечивая достаточную скорость нагнетания воздуха в камеру. Мощность, требующаяся для работы компрессора 4, отбирается его лопатками из периферийной части пламени. После этого цикл повторяется в автоматическом режиме. Поток наружного воздуха циркулируя по канавкам спиралевидной формы 9, приводит к охлаждению внешней стороны лопаток турбины. Лопатки охлаждения 13, имеющие S-образную форму, захватывая наружный воздух, охлаждают корпус двигателя 1.

В дополнение к описанному результату, конструкция первого варианта заявляемого двигателя обеспечивает дополнительный технический результат за счет устранения необходимости установки вала с подшипниками внутри передней части корпуса. Вращение корпуса заявляемого турбореактивного двигателя обеспечивается его конструкцией, при этом распределение центробежной силы такого, что лопатки компрессора прижимаются к ободам корпуса, что дополнительно повышает прочность двигателя и надежность его работы.

Распределение температуры внутри корпуса заявляемого двигателя за счет заявляемого расположения форсунки обеспечивает возможность повышения его мощности и КПД. Так как температура в заявляемом устройстве имеет максимальное значение вдоль оси корпуса и уменьшается в направлении к его стенкам, температурная нагрузка на закрепленные внутри корпуса конструктивные элементы и на вращающие этот корпус подшипники минимальна, тогда как температура отходящих газов из выходного сопла максимальна, т.е. максимальна и реактивная тяга ими создаваемая. Это позволяет не только обеспечить надежную работу двигателя при более высоких температурах, но и повысить его экономичность и мощность.

Источники информации.

1. Патент РФ N 1806283, Турбореактивный двигатель, кл. 5 F 02 K 11/00, 1993.

2. Стечкин Б.С. Теория воздушно-реактивного двигателя. Техника воздушного флота. N 1, 1990 прототип.

Использование: в авиационной технике, а также в наземном и водном транспорте. Сущность изобретения: турбореактивный двигатель состоит из корпуса 1, выполненного в виде полузамкнутой камеры веретенообразной формы, осевого вала 2, установленного на опорах 3 внутри корпуса, компрессора с лопатками 4, установленного у входного отверстия, камеры сгорания 5, турбины с лопатками 6, имеющих внутреннюю 7 и наружную 8 стороны, образованных спиралевидными канавками 9 в хвостовой части корпуса, глубина которых плавно увеличивается в направлении выходного сопла, корпус установлен с возможностью осевого вращения на подшипниках 10, форсунки 11, реактивное сопло 12, лопатки охлаждения 13. 2 с.п. ф-лы, 6 ил.

1. Турбореактивный двигатель С.Н.Деденева, содержащий корпус, снабженный входными и выходными отверстиями, компрессором, форсункой и турбиной, причем корпус установлен с возможностью осевого вращения, вход в компрессор размещен у входного отверстия, отличающийся тем, что компрессор жестко установлен внутри корпуса на его боковой поверхности, при этом лопатки компрессора образуют осевое отверстие, внутри которого жестко установлена форсунка, лопатки турбины и выходное сопло образованы спиралевидными канавками, выполненными в корпусе, при этом глубина канавок увеличивается в направлении выходного отверстия, а наружная сторона канавок снабжена лопатками охлаждения. 2. Турбореактивный двигатель С.Н.Деденева, содержащий корпус, снабженный входными и выходными отверстиями, осевой вал с жестко закрепленными на нем компрессором, форсунки и турбину, отличающийся тем, что хвостовая часть корпуса выполнена с возможностью осевого вращения и снабжена канавками спиралевидной формы, выполненными с углублением, величина которого увеличивается в направлении выходного отверстия, образуя лопатки турбины и выходное сопло, а наружная поверхность канавок снабжена лопатками охлаждения.