ПУЛЬСИРУЮЩИЙ ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2007 года по МПК F02K7/06 F02C5/12 

Изобретение относится к области машиностроения и может использоваться в двигателях различного назначения.

Известен пульсирующий газотурбинный двигатель, содержащий компрессор, камеру сгорания с выпускными и впускными клапанами, соединенными с газовой турбиной (Тепловые двигатели. М.: Высшая школа, 1974, стр.160).

Недостатком подобного двигателя является сложность конструкции и низкий кпд.

Известен также газотурбинный двигатель с поршневыми камерами сгорания, содержащий камеру сгорания и компрессор в виде двухтактного дизеля с противоположно движущимися поршнями (Тепловые двигатели. М.: Высшая школа, 1974, стр.181).

Недостатком подобной конструкции является сложность свободнопоршневой камеры сгорания.

Техническим результатом, достигаемым в данном изобретении, является упрощение конструкции и повышение кпд газотурбинного двигателя.

Указанный технический результат достигается тем, что пульсирующий газотурбинный двигатель содержит впускной диффузор, вентилятор, компрессор, соединенные с камерами сгорания, а затем с соплами газовой турбины либо реактивного двигателя, системы подачи топлива, зажигания, охлаждения, регулирования и контроля, отличается тем, что пульсирующий газотурбинный двигатель содержит как минимум две камеры сгорания, выполненные параллельно валу, их впускные отверстия выходят к впускным клапанам автоматическим либо с принудительным приводом, либо к неподвижному торцовому распределителю, а с противоположной стороны камеры сгорания выходят в выхлопные трубы, соединенные в свою очередь с впускными отверстиями, выполненными со стороны вала криволинейных каналов газогенераторной турбины, установленной на этом валу и содержащей радиальные, либо наклонные к радиусу или диагональные по отношению к валу криволинейные каналы, образованные лопастями, загнутыми по периферии ротора в сторону, противоположную его вращению, по периферии газогенераторной турбины выполнен кольцевой направляющий аппарат, к которому либо непосредственно к ротору газогенераторной турбины примыкает направляющий аппарат в виде одной, двух или более серповидных полостей, каждая из которых в суживающихся частях примыкает к отсекателям, выполненным с возможностью периодического перекрытия выходного отверстия как минимум одного криволинейного канала при вращении газогенераторной турбины, а в стенке каждой серповидной полости выполнено отверстие с возможностью регулирования его величины, соединенное с соплом дополнительной газовой турбины либо с соплом реактивного двигателя, в наиболее широкой части каждой серповидной полости, например в кольцевом направляющем аппарате, выполнен дополнительный отсекатель, установленный с калиброванным зазором к газогенераторной турбине с возможностью перекрытия выпускного отверстия как минимум одного криволинейного канала при вращении газогенераторной турбины.

Кроме того, пульсирующий газотурбинный двигатель отличается тем, что в газогенераторной турбине в радиальных или диагональных криволинейных каналах по периферии ротора турбины установлены дополнительные криволинейные лопасти.

Кроме того, пульсирующий газотурбинный двигатель отличается тем, что направляющий аппарат, выполненный в виде серповидной полости, примыкает к кольцевому направляющему аппарату либо непосредственно к газогенераторной турбине с периферийными стенками, кривизна дуги окружности которых уменьшается по мере приближения к кольцевому аппарату и газогенераторной турбине.

На чертежах изображены:

Фигура 1: Пульсирующий газотурбинный двигатель с вращающимися камерами сгорания. Вид сбоку, разрез.

Фигура 2: Пульсирующий газотурбинный двигатель с вращающимися камерами сгорания. Вид спереди, разрез.

Фигура 3: Пульсирующий газотурбинный двигатель с межлопастными каналами газогенераторной турбины, выполненными наклонными к радиусу. Вид сбоку, разрез.

Пульсирующий газотурбинный двигатель содержит: камеры сгорания 1, с одной стороны содержащие впускные отверстия 2, периодически перекрываемые, например, торцовым распределителем 3, с другой стороны камер сгорания выполнены выхлопные трубы 4, выходящие к входным отверстиям 5 радиальной или диагональной газогенераторной турбины 6, содержащей радиальные или наклонные к радиусу лопатки, загнутые по периферии ротора, образующие криволинейные каналы 7, установленные по периферии ротора дополнительные лопатки 8, примыкающий к ротору газогенераторной турбины 6 кольцевой направляющий аппарат 9, в котором установлены отсекатели 10 и который выходит в серповидные полости 11, содержащие выпускные отверстия 12 с регулирующим устройством 13, выходящие к соплам дополнительной турбины 14, либо напрямую к реактивному соплу 15, охлаждаемые полости 16, выполненные в деталях двигателя, вентилятор 17, компрессор 18, соединенные с впускными окнами 2 камер сгорания 1, свечи зажигания 19 и устройство подачи топлива 20, вмонтированное в торцовом распределителе 4 либо непосредственно в камерах сгорания 1.

Пульсирующий газотурбинный двигатель работает следующим образом.

Камеры сгорания 1 выполнены с возможностью вращения (фигура 1, 2) и соединены каждая со своим впускным отверстием 5 криволинейного канала 7 газогенераторной турбины 6, при ее вращении, поочередно в каждом криволинейном канале 7 находящийся в нем газ отбрасывается благодаря центробежным силам в кольцевой направляющий аппарат 9 и далее в серповидную полость 11, при этом в камере сгорания 1 возникает разряжение и в впускное отверстие 2 через торцовый распределитель 3 засасывается воздух из атмосферы, либо подается под давлением от компрессора 18. Через устройство подачи топлива 20 в камеру сгорания 1 подается топливо и поджигается свечей зажигания 19, давление в камере сгорания резко поднимается, при этом впускное отверстие 2 камеры сгорания 1 перекрывается, например, торцовым распределителем 3, а продукты сгорания устремляются в выхлопную трубу 4 и далее в криволинейный канал 7 газогенераторной турбины 6, заставляя ее вращаться. Затем продукты сгорания поступают в кольцевой направляемый аппарат 9 и далее в серповидную полость 11, а затем в выпускное отверстие 12, а частично - в кольцевой направляющий аппарат 9, выполненный в виде сопла, между двумя отсекателями 10, а затем в криволинейные каналы 7 газогенераторной турбины 6, заставляя ее вращаться. При этом получается, что с одной стороны газогенераторной турбины 6 продукты сгорания, расширяясь, истекают из криволинейных каналов 7 в серповидную полость 11, создавая разряжение в одной камере сгорания 1, а с другой стороны газогенераторной турбины 8 благодаря направляющему аппарату (соплу) в виде серповидной полости 11, кольцевому направляющему аппарату 9 и отсекателям 10, которые все вместе играют роль соплового аппарата, - поступают в криволинейные каналы 7 другой камеры сгорания 1, сжимая и нагревая находящийся в ней воздух, в который затем, например, вспрыскивается топливо, воспламеняется и далее цикл повторяется. Продукты сгорания, не участвующие в цикле сжатия, устремляются через выпускное отверстие 12 в реактивное сопло 15 либо к соплам дополнительной газовой турбины 14, где они расширяются, совершая работу.

В камеру сгорания 1 может поступать вначале воздух для охлаждения камер сгорания 1 выхлопных труб 4 и газогенераторной турбины 6, затем, например, топливовоздушная смесь, образующаяся в воздушном потоке, поступающем через впускное отверстие 2 камеры сгорания 1, например, благодаря импульсному вспрыскиванию топлива в нужный момент устройством подачи топлива 20.

Устройство 13, регулирующее величину выпускного отверстия 12, служит для регулирования степени сжатия в камерах сгорания 1, а благодаря вентилятору 17 охлаждающий воздух поступает в охлаждаемые полости 16, выполненные в деталях двигателя для их охлаждения. Выполненные наклонными к радиусу криволинейные каналы 7 газогенераторной турбины 6 (Фиг.3) служат для повышения эффективности газогенераторной турбины 6 за счет отбора большей энергии поступающих в криволинейные каналы 7 продуктов сгорания.

Использование данного изобретения позволит упростить конструкцию газотурбинного двигателя за счет создания эффективных безкомпрессорных двигателей, а также позволит повысить кпд за счет снижения температуры продуктов сгорания перед турбиной благодаря их расширению в камере сгорания и выхлопных трубах с совершением полезной работы - сжатием воздуха в очередной камере сгорания, либо за счет снижения затрат энергии на работу компрессора (использование компрессоров низкого давления), либо за счет увеличения степени сжатия воздуха за счет высокого наддува компрессором и дополнительного сжатия продуктами сгорания, что также повышает кпд цикла.

Пульсирующий газотурбинный двигатель содержит впускной диффузор, вентилятор, компрессор, соединенные с камерами сгорания, а затем с соплами газовой турбины либо реактивного двигателя. Камеры сгорания размещены параллельно валу, их впускные отверстия выходят к впускным клапанам либо к неподвижному торцовому распределителю. С противоположной стороны камеры сгорания выходят в выхлопные трубы, соединенные, в свою очередь, с впускными отверстиями, выполненными со стороны вала криволинейных каналов газогенераторной турбины. Газогенераторная турбина установлена на валу и содержит радиальные либо наклонные к радиусу, или диагональные по отношению к валу криволинейные каналы, образованные лопастями, загнутыми по периферии ротора в сторону, противоположную его вращению. По периферии газогенераторной турбины выполнен кольцевой направляющий аппарат, к которому либо непосредственно к ротору газогенераторной турбины примыкает направляющий аппарат в виде одной, двух или более серповидных полостей. Каждая из серповидных полостей в суживающихся частях примыкает к отсекателям с возможностью периодического перекрытия выходного отверстия как минимум одного криволинейного канала при вращении газогенераторной турбины. В стенке каждой серповидной полости выполнено отверстие с возможностью регулирования его величины, соединенное с соплом дополнительной газовой турбины либо с соплом реактивного двигателя. В наиболее широкой части каждой серповидной полости, например в кольцевом направляющем аппарате, выполнен дополнительный отсекатель, установленный с калиброванным зазором к газогенераторной турбине с возможностью перекрытия выпускного отверстия как минимум одного криволинейного канала при вращении газогенераторной турбины. Изобретение направлено на повышение кпд. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Пульсирующий газотурбинный двигатель, содержащий впускной диффузор, вентилятор, компрессор, соединенные с камерами сгорания, а затем с соплами газовой турбины либо реактивного двигателя, системы подачи топлива, зажигания, охлаждения, регулирования и контроля, отличающийся тем, что пульсирующий газотурбинный двигатель содержит как минимум две камеры сгорания, выполненные параллельно валу, их впускные отверстия выходят к впускным клапанам автоматическим либо с принудительным приводом, либо к неподвижному торцовому распределителю, а с противоположной стороны камеры сгорания выходят в выхлопные трубы, соединенные, в свою очередь, с впускными отверстиями, выполненными со стороны вала криволинейных каналов газогенераторной турбины, установленной на этом валу и содержащей радиальные либо наклонные к радиусу, или диагональные по отношению к валу криволинейные каналы, образованные лопастями, загнутыми по периферии ротора в сторону, противоположную его вращению, по периферии газогенераторной турбины выполнен кольцевой направляющий аппарат, к которому либо непосредственно к ротору газогенераторной турбины примыкает направляющий аппарат в виде одной, двух или более серповидных полостей, каждая из которых в суживающихся частях примыкает к отсекателям, выполненным с возможностью периодического перекрытия выходного отверстия как минимум одного криволинейного канала при вращении газогенераторной турбины, а в стенке каждой серповидной полости выполнено отверстие с возможностью регулирования его величины, соединенное с соплом дополнительной газовой турбины либо с соплом реактивного двигателя, в наиболее широкой части каждой серповидной полости, например в кольцевом направляющем аппарате, выполнен дополнительный отсекатель, установленный с калиброванным зазором к газогенераторной турбине с возможностью перекрытия выпускного отверстия как минимум одного криволинейного канала при вращении газогенераторной турбины.2. Пульсирующий газотурбинный двигатель по п.1, отличающийся тем, что в газогенераторной турбине в радиальных или диагональных криволинейных каналах по периферии ротора турбины установлены дополнительные криволинейные лопасти.3. Пульсирующий газотурбинный двигатель по п.1, отличающийся тем, что направляющий аппарат, выполненный в виде серповидной полости, примыкает к кольцевому направляющему аппарату либо непосредственно к газогенераторной турбине с периферийными стенками, кривизна дуги окружности которых уменьшается по мере приближения к кольцевому направляющему аппарату и газогенераторной турбине.