ТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2007 года по МПК F01D1/14 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкциям силовых установок, включающим турбинные двигатели внутреннего сгорания.

Известен газотурбинный двигатель (патент RU №2096639), состоящий из корпуса с рабочими камерами, вала, ротора турбины с лопатками, центробежного компрессора, систем приготовления, подачи и зажигания горючей смеси в его корпусе, имеющем цилиндрическую форму, равномерно по окружности расположены рабочие камеры в количестве, кратном четырем, площади сечения которых имеют форму, соответственно в плоскостях совпадающих с осью корпуса, прямоугольников, а в плоскостях, перпендикулярных этой оси, круговых секторов, дисковая часть ротора турбины выполнена из равномерно чередующихся радиальных глухих выступов и впадин, в которых крепятся лопатки ротора также в виде круговых секторов, и при этом количество каждого из них равно одной второй от количества камер, а сумма их по окружности диска равна и составляет ее половину (180), в глухих же выступах, для обеспечения эффективного охлаждения ротора турбины, выполнены сквозные радиальные полости, а гладкие рабочие поверхности этих глухих выступов, находящихся в одной плоскости с боковыми поверхностями лопаток ротора двигателя и непосредственно прилегающих к его торцу со стороны открытых его рабочих камер, обеспечивают в процессе работы двигателя последовательное закрывание тех двух смежных камер, в которые подается и сгорает горючая смесь.

К недостаткам этого газотурбинного двигателя следует отнести сложность в изготовлении и низкий кпд.

Известен компрессорно-роторно-турбинный двигатель внутреннего сгорания (патент RU №2109969, 27.04.98, F 02 C 3/04). 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.

Недостатками данного технического решения является сложность в изготовлении и низкий кпд.

В качестве прототипа выбран газотурбинный двигатель (патент RU №2161714), 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, при этом количество камер сгорания кратно трем, одна ступень компрессора расположена по всей окружности, а вторая выполнена в виде двух симметрично расположенных относительно друг друга секторов с центральным углом по 90° каждый, причем ротор выполнен с глухим выступом, расположенным с возможностью перекрытия сопел камер сгорания.

Недостатком данного технического решения является низкий кпд.

Задачей изобретения является повышение кпд двигателя.

Технический результат достигается тем, что турбинный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус, вал, турбину с радиальными лопатками, компрессор, камеру сгорания, систему подачи и зажигания горючей смеси, выхлопную систему, при этом, по меньшей мере, на одной поверхности турбины находится, по меньшей мере, один ряд дополнительных лопаток, а в поверхности корпуса, примыкающей к данной поверхности турбины, выполнены каналы-сопла, направляющие рабочие газы при совмещении с камерой сгорания из пространства, образованного радиальными лопатками, в пространство, образованное дополнительными лопатками. Причем ряды дополнительных лопаток выполнены в турбине и не выступают за пределы ее поверхностей. Каналы-сопла соединяют между собой смежные ряды дополнительных лопаток. Площадь сечения или количество каналов-сопел увеличивается для каждого последующего ряда дополнительных лопаток. В корпусе выполнен канал для отвода газов, соединяющий ближний к валу ряд дополнительных лопаток с выхлопной системой. В выхлопной системе установлено, по меньшей мере, одно сопло, подающее выхлопные газы на радиальные лопатки турбины. Камерой сгорания служит пространство, ограниченное двумя соседними радиальными лопатками. Турбина может иметь вид диска, на боковых поверхностях которого выполнены ряды дополнительных лопаток. Турбинный двигатель внутреннего сгорания может содержать несколько турбин в виде дисков, которые могут быть соединены между собой через блок шестерен и иметь разные обороты вращения. Турбинный двигатель внутреннего сгорания может содержать турбину в виде барабана, на котором установлены, по меньшей мере, одно основное кольцо с радиальными лопатками и, по меньшей мере, с одним рядом дополнительных лопаток, по меньшей мере, два дополнительных кольца, по меньшей мере, с одним рядом дополнительных лопаток, причем ряды дополнительных лопаток выполнены на боковых поверхностях основного кольца и на боковых и тангенциальных поверхностях дополнительных колец. Турбинный двигатель внутреннего сгорания может содержать турбину в виде цилиндра, на котором выполнены радиальные лопатки. Турбинный двигатель внутреннего сгорания может содержать турбину в виде конусного барабана, на котором выполнены радиальные лопатки. Турбинный двигатель внутреннего сгорания может содержать турбину в виде усеченного с двух сторон шара, на котором выполнены радиальные лопатки. При выполнении турбины в виде цилиндра, конусного барабана, усеченного с двух сторон шара ряды дополнительных лопаток выполнены на тангенциальной поверхности турбины по бокам от ряда радиальных лопаток.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 показан разрез описываемого турбинного двигателя внутреннего сгорания; на фиг.2 - разрез А-А турбинного двигателя внутреннего сгорания; на фиг.3 - разрез турбинного двигателя внутреннего сгорания, содержащего две турбины в виде дисков, соединенные между собой через блок шестерен; на фиг.4 - разрез турбинного двигателя внутреннего сгорания, содержащего турбину в виде трех дисков; на фиг.5 - разрез турбинного двигателя внутреннего сгорания, содержащего турбину в виде барабана, на котором установлены кольца с лопатками; на фиг.6 - разрез турбинного двигателя внутреннего сгорания, содержащего турбину в виде цилиндра; на фиг.7 - разрез турбинного двигателя внутреннего сгорания, содержащего турбину в виде конусного барабана; на фиг.8 - разрез турбинного двигателя внутреннего сгорания, содержащего турбину в виде усеченного с двух сторон шара.

Турбинный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус 1, вал 2, турбину 3 с радиальными лопатками 4 и дополнительными лопатками 5, компрессор 6, камеру сгорания 7, канал подачи воздуха 8, канал подачи топлива 9 и свечу зажигания 10, канал 11 для отвода газов в выхлопную систему 12, сопло 13, каналы-сопла 14. Турбинный двигатель внутреннего сгорания содержит шестерни 15.

Турбинный двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.

При запуске двигателя и начале вращения вала 2 компрессор 6 нагнетает воздух через канал подачи воздуха 8 в пространство между радиальными лопатками 4 турбины 3, образующими камеру сгорания 7. Далее, при вращении турбины 3, камера сгорания 7 перемещается к каналу подачи топлива 9, где происходит подача топлива, в результате чего образуется горючая смесь. Горючая смесь, находясь в камере сгорания 7, перемещается к свече зажигания 10 и воспламеняется, в этот момент происходит резкое увеличение давления газов в камере сгорания 7. В момент, когда камера сгорания 7 совмещается с каналами-соплами 14, потоки рабочих газов направляются на ближний ряд дополнительных лопаток 5 и далее, при вращении, на смежные ряды дополнительных лопаток 5. Рабочие газы, попадая на дополнительные лопатки 5, воздействуют на них, придавая турбине 3 дополнительное ускорение, что способствует дальнейшему увеличению ее оборотов и мощности двигателя. Далее, при вращении турбины 3, газы попадают в канал 11 для их отвода в выхлопную систему 12. При этом выхлопные газы проходят через сопло 13, дополнительно подающее их перед выводом из двигателя на радиальные лопатки турбины.

Заявляемое устройство с многократным использованием рабочих газов позволяет значительно увеличить кпд турбинного двигателя внутреннего сгорания.

Турбинный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус, вал, турбину с радиальными лопатками, компрессор, камеру сгорания, систему подачи и зажигания горючей смеси, выхлопную систему. По меньшей мере, на одной боковой поверхности турбины находится, по меньшей мере, один ряд дополнительных лопаток. В поверхности корпуса, примыкающей к данной боковой поверхности турбины, выполнены каналы-сопла, направляющие рабочие газы при совмещении с камерой сгорания из пространства, образованного радиальными лопатками, в пространство, образованное дополнительными лопатками. Изобретение направлено на повышение кпд. 15 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Турбинный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус, вал, турбину с радиальными лопатками, компрессор, камеру сгорания, систему подачи и зажигания горючей смеси, выхлопную систему, отличающийся тем, что, по меньшей мере, на одной боковой поверхности турбины находится, по меньшей мере, один ряд дополнительных лопаток, а в поверхности корпуса, примыкающей к данной боковой поверхности турбины, выполнены каналы-сопла, направляющие рабочие газы при совмещении с камерой сгорания из пространства, образованного радиальными лопатками, в пространство, образованное дополнительными лопатками.2. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что ряды дополнительных лопаток выполнены в турбине и не выступают за пределы ее поверхностей.3. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что каналы-сопла соединяют между собой смежные ряды дополнительных лопаток.4. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что площадь сечения или количество каналов-сопел увеличивается для каждого последующего ряда дополнительных лопаток.5. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что в корпусе выполнен канал для отвода выхлопных газов, соединяющий ближний к валу ряд дополнительных лопаток с выхлопной системой,6. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что в выхлопной системе установлено, по меньшей мере, одно сопло, подающее отработанные газы на радиальные лопатки турбины.7. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что камерой сгорания служит пространство, ограниченное двумя соседними радиальными лопатками.8. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что турбина имеет вид диска.9. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.8, отличающийся тем, что ряды дополнительных лопаток выполнены на боковых поверхностях диска.10. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.8, отличающийся тем, что содержит, по меньшей мере, одну дополнительную турбину в виде диска.11. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что содержит три и более турбины в виде дисков.12. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.10, отличающийся тем, что турбины соединены между собой через блок шестерен и имеют разные обороты вращения.13. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что турбина имеет вид барабана, на котором установлены кольца с радиальными лопатками и, по меньшей мере, с одним рядом дополнительных лопаток.14. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что турбина имеет вид цилиндра, на котором выполнены радиальные лопатки.15. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что турбина имеет вид конусного барабана, на котором выполнены радиальные лопатки.16. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.1 отличающийся тем, что турбина имеет вид усеченного с двух сторон шара, на котором выполнены радиальные лопатки.