ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2001 года по МПК F02C3/45 F02C7/08 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания.

Известны различные конструкции газотурбинных двигателей, состоящих из корпуса с рабочими камерами, вала, ротора турбины с лопатками, центробежного компрессора, систем питания и зажигания рабочей смеси [1, 2].

Однако конструкции этих двигателей сложные, и их турбины работают в тяжелых условиях, что уменьшает ресурс их эксплуатации.

Наиболее близким по технической сути к заявленному объекту является газотурбинный двигатель с количеством камер сгорания кратным четырем и с количеством лопаток ротора, равным половине количества камер сгорания [3].

К недостаткам этого газотурбинного двигателя следует отнести также достаточно сложную конструкцию, меньшую удельную мощность, отнесенную к весу и габаритам, и надежность в эксплуатации.

Цель настоящего изобретения - устранение указанных выше недостатков двигателя.

Поставленная цель достигается тем, что количество камер сгорания кратно трем, двигатель оснащен круговым теплообменником с выхлопными патрубками, равным количеству камер сгорания, и двухступенчатым компрессором, первая из которых расположена по всей окружности, а вторая состоит из двух симметрично расположенных относительно друг друга секторов по 90^o с каналами для прохождения нагнетаемого воздуха первой ступени, отобрав тепло у ротора и корпуса, уже подогретым поступает в камеры сгорания. Рабочий торец ротора выполнен плоским.

На фиг. 1 изображен газотурбинный двигатель со стороны задней крышки с шестью камерами сгорания.

На фиг. 2 показан разрез двигателя.

На фиг. 3 схематично показано расположение камер сгорания и ротора с правым вращением.

Газотурбинный двигатель, изображенный на фигурах, состоит из следующих сборочных единиц и деталей: корпуса 1 с камерами сгорания 2, крышки 3 с теплообменником 4 и выхлопными патрубками 5, ротора 6 с валом 7, систем питания и зажигания рабочей смеси (не показаны), двухступенчатого компрессора с первой ступенью 8, расположенной по всей окружности, и второй ступенью 9, состоящей из двух симметрично расположенных друг относительно друга секторов по 90^o каждый с окнами 10, примыкающих к камерам сгорания 2 по каналам перехода 11, а также по 1/4 окружности рабочих лопаток турбины 12, стольких же глухих сторон выступов 13, сквозных полостей 14 и 15, входных окон 16 и окна сопла 17.

Работу предложенного двигателя рассмотрим на примере камеры сгорания, которая оснащена свечей зажигания, но на фигуре не показана.

При начале вращения вала 7 воздух через сквозную полость 14 корпуса 1 проходит к первой ступени компрессоров 8, а из него через теплообменник 4 по сквозной полости 15 вокруг камер 2 поступает во вторую ступень компрессора 9, а затем через нагнетающее окно 10 и совмещенное с ним входное окно 16 попадает в камеру сгорания 2, очищая ее от остатков продуктов сгорания, вытесняя их в окно-сопло 17, а затем между лопатками турбины 12 и через выхлопной патрубок 5 - в атмосферу. При дальнейшем вращении вала 7 окно-сопло 17 этой камеры перекрывается глухой стороной ротора 13, а воздух через совмещенные окна 10 и 16 продолжает поступать в камеру 2. В следующий поворот ротора окна 10 и 16 уже не совмещаются, а окном 16 камера 2 сообщается с предыдущей через окно - сопло 17 каналом перехода 11. Это сообщение используется при работающем двигателе для воспламенения топлива без системы зажигания, а в данный момент в прыснутое топливо воспламеняется от системы зажигания и сгорает при таком положении ротора 6, когда камера 2 полностью закрыта, а в следующий момент поворота ротора 6 камера сообщается окном - соплом 17 каналом 11 с окном 16 последующей камеры 2 по ходу вращения ротора 6, чтобы повысить в ней давление и температуру, необходимую для воспламенения топлива. При дальнейшем повороте вала 7 к окну-соплу 17 камеры 2 подходят рабочие лопатки турбины 12 и сгоревшая горючая смесь, создавшая высокое давление, совершает работу, газы же, отдав свою энергию, через патрубок 5 проходят зону теплообменника 4, отдают в нем часть своего тепла и удаляются в атмосферу
На фиг. 3 камеры сгорания обозначены римскими цифрами I - VI, на каждую из которых приходится 60^o. На этой же фигуре видно, что когда в камерах I и IV происходит продувка, в камерах II и V - начало рабочего хода, а в камерах III и VI происходит повышение давления и температуры.

Макетный образец предложенного двигателя подтвердил простоту его конструкции по сравнению с прототипом, более эффективную систему охлаждения и высокие рабочие параметры, т.е. имеет более высокий коэффициент полезного действия.

Источники информации:
1. Джадж А. Газотурбинные двигатели малой мощности. Москва. Издательство иностранной литературы. 1963, с.83.

2. Коссов М. А. , Окунев М.Ю. Автомобильные газотурбинные двигатели. Москва. НИИАвтопром. 1971, с.7.

3. Заявка РФ N 95103582 A1, кл. F 02 С 5/12, опубл. 20.01.1997.

Изобретение предназначено для использования в энергомашиностроении и на транспорте. Двигатель содержит корпус, камеры сгорания с соплами, вал, ротор турбины с лопатками, центробежный компрессор с по меньшей мере двумя ступенями, системы подачи и зажигания горючей смеси и теплообменник с выхлопными патрубками. Причем количество камер сгорания кратно трем, одна ступень компрессора расположена по всей окружности, а вторая выполнена в виде двух симметрично расположенных друг относительно друга секторов с центральным углом по 90^o каждый, причем ротор выполнен с глухим выступом, расположенным с возможностью перекрытия сопел камер сгорания. Изобретение обеспечивает упрощение конструкции, увеличение удельной мощности и надежности в эксплуатации. 3 ил.

Газотурбинный двигатель, содержащий корпус, камеры сгорания с соплами, вал, ротор турбины с лопатками, центробежный компрессор с по меньшей мере двумя ступенями, системы подачи и зажигания горючей смеси и теплообменник с выхлопными патрубками, отличающийся тем, что количество камер сгорания кратно трем, одна ступень компрессора расположена по всей окружности, а вторая выполнена в виде двух симметрично расположенных друг относительно друга секторов с центральным углом по 90^o каждый, причем ротор выполнен с глухим выступом, расположенным с возможностью перекрытия сопел камер сгорания.