ТУРБОРЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1999 года по МПК F02K3/72 

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к строительству турбореактивных двигателей.

Известен турбореактивный двигатель, содержащий ступени компрессоров низкого и высокого давлений и турбины, имеющие направляющие аппараты (Иноземцев Н.В. Авиационные газотурбинные двигатели. М., Оборонгиз, 1955 г., стр. 338, фиг.15/8). Направляющие аппараты предназначены для того, чтобы выправлялся поток воздуха, закрученный вслед за вращающимися вентиляторами. Недостатком такой конструкции является то, что хотя и в меньшей степени, но поток все же закручивается, кроме того, неподвижные лопатки сами по себе являются препятствием для потока рабочего тела. В результате, ощутимо и снижается КПД двигателя.

Другой существенный недостаток традиционной компоновки - обгорание лопаток турбины. В результате укорачивается ресурс и страдает надежность работы машины.

Задачей изобретения является: полностью устранить закручивание потока рабочего тела, исключить неподвижные направляющие и сопловые аппараты, предусмотреть механизм охлаждения лопаток. В результате качественно улучшаться все характеристики турбомашины.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в турбореактивном двигателе состоящем из корпуса, компрессора, камеры сгорания, турбины и других механизмов и агрегатов, согласно изобретению, во-первых, выполнено несколько вращающихся в противоположные стороны роторов, при этом их валы последовательно помещены один в другой. Вдоль оси внутреннего вала выполнен канал, во всех валах предусмотрены прорези, вдоль лопаток турбины тоже выполнены каналы. Это позволит обеспечить эффективное охлаждение лопаток и исключить их обгорание. В описании представлено два варианта двигателя. Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены:
на фиг. 1 - схема упрощенного варианта двигателя в разрезе;
на фиг. 2 - схема второго варианта двигателя;
на фиг.3 - схема турбонагнетателя.

Конструкция турбореактивного двигателя содержит корпус, компрессор, камеру сгорания и турбину.

Рабочая часть машины состоит из нескольких вращающихся в противоположные стороны роторов. Каждый ротор включает в себя вал и два лопаточных венца, один из которых установлен спереди вала и является элементом компрессора, другой закреплен сзади и является элементом турбины. Все валы имеют разные размеры и последовательно помещены один в другой. Роторы вращаются независимо друг от друга (кроме газодинамической увязки по потоку рабочего тела). Между лопаточными венцами отсутствуют неподвижные направляющие и сопловые аппараты.

Перед камерой сгорания размещен привод генератора (1), который также может использоваться и для запуска двигателя. Он с помощью шестерни (2) связан с наружным ротором (3). Вдоль вала внутреннего ротора (4) выполнен канал (5), который служит для подведения холодного потока воздуха к лопаткам турбины (показано стрелками). Под действием мощных центробежных сил поток воздуха будет проходить сквозь продольные каналы в лопатках, охлаждая их. При этом поток будет сильно разряжен, в результате охлаждение будет очень эффективным. Это позволит исключить главный недостаток турбодвигателей - обгорание лопаток турбины. В итоге появляется возможность многократно повышать температуру и давление в камере сгорания, увеличивая тем самым мощность и экономичность машины.

Большим преимуществом является невероятная технологическая простота двигателя. По сравнению с традиционными машинами в нем в десятки раз меньше деталей, он многократно компактней, мощней и экономичней, но самое главное надежней и долговечней, чем современные образцы. Оптимальное количество роторов четыре, шесть или восемь. На каждом роторе два подшипника, которые играют в основном кинематическую роль и почти не несут механической нагрузки.

Особенность двигателя, изображенного на фиг.1, заключается в том, что в нем не предусмотрен механизм, позволяющий снимать крутящий момент с его роторов, это ограничивает возможности его функционального применения. Чтобы расширить эти возможности на фиг.2 предложен другой вариант машины. Он несколько сложнее, но зато область использования его значительно разнообразнее. Отличие двигателя заключается в том, что его роторы соединены механически с помощью цилиндрических поверхностей (1) и (2). Крутящий момент снимается с помощью шестерен (3) и (4), одна из которых находится в зацеплении с внутренним валом (5), другая - с наружным валом (6). С помощью этого не сложного механизма энергия раскаленных газов преобразуется во вращательное движение трансмиссионного вала (7). В результате такая машина сможет найти применение во всех областях, на любом виде техники. Благодаря чрезвычайной простоте, компактности, экономичности и надежности такой двигатель, без сомнения вытеснит все силовые установки на всех видах транспорта, вплоть до автомобилей и мотоциклов.

Не может быть никаких сомнений, что воплощение в жизнь этого изобретения, способно осуществить переворот в мировой системе машиностроения.

Подобный принцип сможет найти применение и в других механизмах, например: в качестве очень простого и эффективного турбонагнетателя в обычных поршневых моторах, где в качестве механического источника энергии используется потенциал выхлопных газов. На фиг.3 изображена схема механизма состоящего из двух роторов. A - всасывающий тракт, B - выхлоп отработанных газов.

Турбореактивный двигатель содержит корпус и расположенные внутри него компрессор, камеру сгорания и турбину. Рабочая часть компрессора и турбины состоит из двух вращающихся в одну сторону роторов, имеющих валы с двумя лопаточными венцами. Один из венцов выполнен компрессорным и расположен спереди вала, а другой - турбинным и расположен сзади. Вал, соединяющий крайние диски, проходит внутри вала, соединяющего внутренние диски. Двигатель дополнительно содержит 2 n роторов, где оптимальное количество n = 2-4. Все валы имеют разные размеры и последовательно помещены один в другой. Роторы вращаются в разные стороны. Такое выполнение турбореактивного двигателя приводит к исключению гироскопических моментов при разворотах, снижая при этом нагрузки в подшипниках. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Турбореактивный двигатель, содержащий корпус и расположенные внутри него компрессор, камеру сгорания и турбину, при этом рабочая часть компрессора и турбины состоит из двух вращающихся в одну сторону роторов, имеющих валы с двумя лопаточными венцами, один из которых выполнен компрессорным и расположен спереди вала, а другой - турбинным и расположен сзади, вал, соединяющий крайние диски, проходит внутри вала, соединяющего внутренние диски, отличающийся тем, что двигатель дополнительно содержит 2n роторов, где оптимальное количество n = 2 - 4, все валы имеют разные размеры и последовательно помещены один в другой. 2. Турбореактивный двигатель по п.1, отличающийся тем, что роторы вращаются в противоположные стороны.