ДВИГАТЕЛЬ, ИСПОЛЬЗУЮЩИЙ НЕМЕХАНИЧЕСКОЕ СЖАТИЕ ВОЗДУХА Российский патент 2003 года по МПК F02C3/32 

Данный двигатель может быть использован в качестве силовой установки, работающей в пределах земной атмосферы.

Известен двигатель /пат. RU 2095606 от 10.11.97 г., кл. F 02 К 7/08/, содержащий систему запуска; воздухозаборник с вихревым охлаждаемым эжектором на выходе для сжатия воздуха, поступающего через воздухозаборник; сепаратор, расположенный между выходом эжектора и входом камеры сгорания, предназначенный для разделения смеси, поступающей из эжектора; и камеру сгорания с выхлопным соплом и нагревательным устройством для нагрева горючего. Этот двигатель является двигателем давления, где горючее прокачивается под напором через нагревательное устройство, испаряется от тепла камеры сгорания и, в качестве эжектирующего рабочего тела /ЭРТ/, подается в вихревой эжектор. В эжекторе, ЭРТ, образуя вихрь, всасывает через воздухозаборник воздух окружающей среды и сжимает его под действием центробежной силы. Воздух в составе образовавшейся паровоздушной смеси поступает из эжектора в сепаратор, где смесь, расширяясь, частично или полностью разделяется на горючее и воздух, который, освобождаясь от избытка горючего, нагнетается в камеру сгорания для участия в сгорании.

Принцип эжекционного сжатия воздуха нагретым паром является общим признаком вышеупомянутого изобретения и предмета данного описания.

Однако имеет место такая отрицательная особенность прототипа, как затраты полезного тепла продуктов сгорания на нагрев и испарение горючего посредством нагревательного устройства, примыкающего к камере сгорания, с целью получения пара горючего для использования его в качестве ЭРТ эжектора. Это приводит к остыванию продуктов сгорания, уменьшению величины совершаемой ими полезной работы, и, в результате, к снижению КПД. Кроме того, сепарация методом конденсации избытка горючего /из выходящей из эжектора смеси/ путем охлаждения смеси расширением в детандере и дроссельном устройстве, ведет к снижению давления, выделенного из смеси воздуха, что снижает давление в камере сгорания, ухудшая показатель экономичности. Устранить перечисленные недостатки помогло введение в конструкцию газогенератора для выработки парогаза, компрессорного устройства для дополнительного сжатия смеси, выводящей из эжектора, а также исключение процесса расширительной сепарации. Газогенератор, расположенный между камерой сгорания и эжектором, преобразует жидкое горючее, поступающее из рубашки охлаждения камеры сгорания, в парогаз, одновременно нагревая его любым из широко известных способов, применяемых в действующих газогенераторах, не используя при этом полезное тепло продуктов сгорания, кроме тепла, отобранного горючим при охлаждении стенки камеры сгорания. После этого парогаз подается, в качестве ЭРТ, в эжектор для наддува. Компрессорное устройство, расположенное между выходом эжектора и входом камеры сгорания, дополнительно сжимает, с отводом тепла, поступающую из эжектора смесь. В результате сжатия, близкого к изотермическому, до давления конденсации пара горючего, пар конденсируется, выделяясь из сжатого воздуха, без потерь давления.

Сущность изобретения.

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение КПД за счет экономии теплосодержания продуктов сгорания и повышения степени сжатия.

Поставленная задача достигается благодаря устранению зависимости процесса образования и нагрева ЭРТ от теплосодержания продуктов сгорания, а также за счет дополнительного сжатия воздуха перед входом в камеру сгорания с помощью того, что двигатель, использующий немеханическое сжатие воздуха, содержит систему запуска, воздухозаборник с расположенным на выходе, по меньшей мере, одним, снабженным рубашкой охлаждения, вихревым эжектором для немеханического сжатия воздуха, поступающего через воздухозаборник и, по меньшей мере, одну камеру сгорания с выхлопным соплом. Двигатель также снабжен, по меньшей мере, одним, расположенным между камерой сгорания и эжектором, газогенератором, вырабатывающим парогаз для наддува им, в качестве эжектирующего рабочего тела, эжектора, и, по меньшей мере, одним, расположенным между выходом эжектора и входом камеры сгорания, компрессорным устройством для дополнительного сжатия смеси, выходящей из эжектора.

Поставленная задача достигается также за счет того, что каждая камера сгорания, каждое компрессорное устройство и каждый газогенератор снабжены рубашками охлаждения, соединенными с рубашкой охлаждения каждого эжектора и с каждым газогенератором жидкостным контуром, а каждое компрессорное устройство состоит из компрессора на входе устройства и ресивера-конденсатора на выходе устройства.

В ступень системы сжатия двигателя входят следующие устройства: газогенератор, установленный между камерой сгорания и эжектором, вырабатывающий парогаз для наддува, в качестве ЭРТ, эжектора, не используя тепло продуктов сгорания, кроме тепла, отобранного в результате охлаждения стенки камеры сгорания, и компрессорное устройство, установленное между выходом эжектора и входом камеры сгорания. Количество ступеней сжатия и его величина могут быть различны в зависимости от назначения двигателя и типа горючего.

На чертеже представлена пневмогидросхема двигателя, где сплошными прямыми стрелками показано движение жидкого горючего, волнистыми - парогаза, пунктирными - движение воздуха, двойными /сплошными и пунктирными/ - движение смеси воздуха и парогаза.

Описание работы двигателя
Двигатель работает следующим образом. Горючее под давлением, создаваемым насосом 1 /см. чертеж/, нагнетается в жидкостный контур 2, протекая последовательно через рубашку охлаждения 3 вихревого эжектора 4, рубашку охлаждения 5 компрессорного устройства 6, рубашку охлаждения 7 газогенератора 8, рубашку охлаждения 9 камеры сгорания 10, охлаждая перечисленные устройства. Далее горючее поступает в газогенератор 8, который преобразует жидкое горючее в парогаз и нагревает его одним из известных способов, не требующих описания. Нагретый парогаз подается в вихревой эжектор 4, где, образуя вихрь, всасывает через воздухозаборник 11 воздух и сжимает его, образуя парогазовоздушную смесь, которая, выходя из эжектора 4 попадает в компрессорное устройство 6, где дополнительно сжимается в компрессоре 12 до давления конденсации парогаза с отводом тепла посредством рубашки охлаждения 5. В результате сжатия с отводом тепла, парогаз конденсируется, выделяясь из воздуха, и в виде жидкого горючего стекает в рессивер-конденсатор, 13, откуда, посредством насоса 1 подается в жидкостный контур 2, замыкая цикл. Чистый сжатый воздух из рессивера-конденсатора 13 поступает в камеру сгорания 10, где, смешиваясь в расчетном для горения соотношении, с горючим, подаваемым в камеру сгорания 10, образует горючую смесь. Горючая смесь сгорает в камере сгорания 10 при повышенном давлении, образуя продукты сгорания, которые покидают камеру сгорания 10 через сопло 14, совершая полезную работу /создают реактивную тягу, воздействуют на лопатки турбины и т.п./. Запуск двигателя осуществляется с помощью устройства 15, которое не требует описания, т.к. может являться любым из широко известных устройств запуска двигателей.

Двигатель, использующий немеханическое сжатие воздуха, содержит систему запуска, воздухозаборник с расположенным на выходе, по меньшей мере, одним, снабженным рубашкой охлаждения, вихревым эжектором для немеханического сжатия воздуха, поступающего через воздухозаборник и, по меньшей мере, одну камеру сгорания с выхлопным соплом. Двигатель также снабжен, по меньшей мере, одним, расположенным между камерой сгорания и эжектором, газогенератором, вырабатывающим парогаз для наддува им, в качестве эжектирующего рабочего тела, эжектора, и, по меньшей мере, одним, расположенным между выходом эжектора и входом камеры сгорания, компрессорным устройством для дополнительного сжатия смеси, выходящей из эжектора. Изобретение позволяет повысить кпд двигателя. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Двигатель, использующий немеханическое сжатие воздуха, содержащий систему запуска, воздухозаборник с расположенным на выходе, по меньшей мере, одним, снабженным рубашкой охлаждения, вихревым эжектором для немеханического сжатия воздуха, поступающего через воздухозаборник и, по меньшей мере, одну камеру сгорания с выхлопным соплом, отличающийся тем, что он снабжен, по меньшей мере, одним, расположенным между камерой сгорания и эжектором, газогенератором, вырабатывающим парогаз для наддува им, в качестве эжектирующего рабочего тела, эжектора, и, по меньшей мере, одним, расположенным между выходом эжектора и входом камеры сгорания, компрессорным устройством для дополнительного сжатия смеси, выходящей из эжектора. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что каждая камера сгорания, каждое компрессорное устройство и каждый газогенератор снабжены рубашками охлаждения, соединенными с рубашкой охлаждения каждого эжектора и с каждым газогенератором жидкостным контуром, а каждое компрессорное устройство состоит из компрессора на входе устройства и ресивера-конденсатора на выходе устройства.