Газотурбинный двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия Российский патент 2020 года по МПК F02C3/05 F02C3/16 F02C7/232 F02C7/18 

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к газотурбинным двигателям и может быть использовано на современных самолетах, морских судах и танках.

Известен «Газотурбинный двигатель», включающий в себя сегмент кольцеобразного блока входного направляющего аппарата, причем при работе двигателя сегмент направляет горячие отработанные газы на лопатки ротора двигателя, при этом сегмент включает в себя площадку, расположенную на одной стороне сегмента радиально внутри/снаружи по отношению к оси вращения двигателя, причем площадка имеет участок задней кромки ниже по потоку по отношению к потоку горячих отработанных газов через сегмент, при этом участок задней кромки включает в себя направляющую, которая проходит радиально внутрь/наружу от участка задней кромки, двигатель также включает в себя опорное и охлаждающее устройство для поддержания сегмента и направления охлаждающей текучей среды для охлаждения сегмента, причем устройство расположено радиально внутри/снаружи площадки, при этом устройство включает в себя фланцевую часть, которая проходит радиально снаружи/внутри от устройства, отличающийся тем, что устройство дополнительно включает в себя лепестковое уплотнение и по меньшей мере один удерживающий штифт, причем удерживающий штифт или штифты проходят через лепестковое уплотнение, направляющую и фланцевую часть, чтобы посредством этого прикрепить сегмент к устройству для определения радиального положения сегмента, и удержать лепестковое уплотнение на месте для уплотнения контактной поверхности между направляющей и фланцевой частью от входа охлаждающей текучей среды.

Патент на изобретение РФ №2565127, МКИ: F01D 9/04, д.публ. 10.08.2015. Известен «Газотурбинный двигатель, содержащий, два узла, соединенных друг с другом и формирующих между собой кольцевую камеру, содержащую уплотнительную прокладку, при этом две соприкасающиеся друг с другом кольцевые части, принадлежащие соответственно двум узлам и ограничивающие упомянутую камеру, прижаты друг к другу с осевым усилием, причем между их поверхностями встык установлена кольцевая промежуточная деталь. Патент на изобретение РФ №2380546, МКИ: F02B 75/32, д.публ. 20.01.2012

Наиболее близким аналогом к предлагаемому в качестве изобретения является 1. «Газотурбинный двигатель», содержащий асимметричный компрессор объемного сжатия роторного типа с малым числом лопастей, прямоточную камеру сгорания и реактивную турбину, находящуюся на одной оси с компрессором, имеющую общий вектор направленности вращения вала и движения потока рабочего тела.

2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что лопасти односекционного компрессора не имеют щелей, скользят по поверхности корпуса, расположены параллельно оси вращения.

3. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что корпус компрессора, имеющий овальную форму, асимметрично расположен относительно оси вращения, чем, совместно с поверхностью ротора, обеспечивает объемное сжатие рабочего тела.

4. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что компрессор имеет возможность регулировать во время работы двигателя объем подачи воздуха, обеспечивая тем самым возможность резкого набора или сброса мощности двигателя.

5. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что лопасть, встроенная в ротор турбины, скользит внутри корпуса турбины, а ротор имеет газоводную канавку и предлопастную камеру (межлопастное пространство).

6. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что турбина находится в закрытом корпусе, имеющим входное и выходное отверстие.

Патент РФ на ПМ, №67186, МКИ: F02C 11/00, публ. 20.02.2007.

К техническому результату относится повышение КПД газотурбинного двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия за счет выполнения центробежного компрессора и газовой центростремительной турбины в одном вращающемся вокруг неподвижной оси корпусе с общими лопатками сложной конфигурации. Кроме того конструкция предлагаемого двигателя обеспечивает снижение сложности его изготовления.

Достижение данного технического результата обеспечивается тем, что Газотурбинный двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, содержит центробежный компрессор, газовую центростремительную турбину и камеры сгорания. Центробежный компрессор и газовая центростремительная турбина выполнены в одном вращающемся вокруг неподвижной оси корпусе. При этом лопатки центробежного компрессора и турбины выполнены сложной конфигурации и составляют одно целое, плавно переходя друг в друга. Ширина сечения лопаток турбинной части в два раза больше ширины сечения лопаток компрессорной части. При этом полости между лопатками и корпусом устройства в месте перехода лопаток центробежного компрессора в турбинные образуют камеры сгорания с увеличением проходного сечения по ходу движения сгорающей смеси газов. В камеры сгорания по каналам, выполненным в неподвижной оси и корпусе двигателя, подается топливо. Кроме того, радиальные топливные каналы снабжены центробежными клапанами, которые открываются при минимальной частоте вращения двигателя, гарантирующей воспламенение топлива, а закрываются при превышении максимально допустимой частоты вращения по критериям прочности.

Чертеж - Газотурбинный двигатель ДВС с воспламенением от сжатия (общий чертеж-схема).

Газотурбинный ДВС с воспламенением от сжатия поясняется чертежом. Газотурбинный ДВС с воспламенением от сжатия (чертеж) состоит из центробежного компрессора 1 и газовой центростремительной турбины 2, расположенные в одном вращающемся вокруг неподвижной оси корпусе. Лопатки компрессора 1, плавно переходят в лопатки турбины 2, они выполнены сложной конфигурации и образуют с корпусом устройства в месте перехода камеры сгорания 3, в которые по каналам 4 подается топливо, оно же смазывает подшипники двигателя. При необходимости в топливо добавляется небольшое количество масла.

В топливных каналах 4 размещены центробежные клапаны 5. При необходимости на наружных поверхностях двигателя могут быть выполнены ребра для улучшения охлаждения. Вращающиеся детали двигателя выполняются из жаропрочных и жароупорных материалов.

Работает газотурбинный ДВС с воспламенением от сжатия следующим образом: атмосферный воздух, попадая в компрессорную часть 1, сжимается там и нагнетается во вращающуюся камеру 3, где смешивается с поступающим по каналам 4 туда же топливом, дополнительно сжимается за счет образования центробежных сил от поворота потока и смесь воспламеняется. Камеры сгорания 3 имеют увеличивающиеся по ходу движения горящих газов проходные сечения, поэтому горение происходит при постоянном давлении, создаваемом компрессором 1. Топливные каналы 4 одновременно выполняют функцию центробежного топливного насоса.

В радиальных топливных каналах 4 размещены центробежные клапаны 5, открывающиеся при минимальной частоте вращения двигателя, при которой гарантированно воспламеняется топливо и закрывающиеся при превышении максимально допустимой частоты вращения по критериям прочности.

Расширение каналов - камер сгорания 3 по ходу движения горячих газов выбирается таким, чтобы сгорание происходило при постоянном давлении, создаваемом насосом. Лопатки турбинной части 2 выполнены с сечением, ширина которого в два раза больше ширины сечения лопаток компрессорной части 1, в соответствии с расширяющимися проходными сечениями камер сгорания 3, поэтому работы турбины 2 достаточно и для работы насоса 1 и получения полезной механической энергии. Расширение газов в турбине 2 происходит до величины атмосферного давления. Увеличение КПД газотурбинного ДВС с воспламенением от сжатия осуществляется за счет создания оптимальной газо-топливной смеси.

Интенсивное охлаждение вращающегося газотурбинного ДВС с воспламенением от сжатия обеспечивается непосредственным контактом газовой центростремительной турбины 2 с окружающим воздухом и относительно более охлажденным центробежным компрессором 1, что позволяет довести степень сжатия до температуры воспламенения топлива и, как следствие, повышение КПД двигателя.

Предлагаемое в качестве изобретения техническое решение обеспечивает повышение КПД газотурбинного двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, кроме того конструкция предлагаемого двигателя позволяет снизить сложность его изготовления.

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к газотурбинным двигателям, и может быть использовано на современных самолетах, морских судах и танках. Газотурбинный двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия содержит центробежный компрессор (1), газовую центростремительную турбину (2) и камеры сгорания (3). Центробежный компрессор и газовая центростремительная турбина выполнены в одном вращающемся вокруг неподвижной оси корпусе. Лопатки центробежного компрессора и турбины выполнены сложной конфигурации и составляют одно целое, плавно переходя друг в друга. Ширина сечения лопаток турбинной части в два раза больше ширины сечения лопаток компрессорной части. Полости между лопатками и корпусом устройства в месте перехода лопаток центробежного компрессора в турбинные образуют камеры сгорания с увеличением проходного сечения по ходу движения сгорающей смеси газов. В камеры сгорания по каналам (4), выполненным в неподвижной оси и корпусе двигателя, подается топливо. Радиальные топливные каналы снабжены центробежными клапанами (5), которые открываются при минимальной частоте вращения двигателя, гарантирующей воспламенение топлива, а закрываются при превышении максимально допустимой частоты вращения по критериям прочности. Технический результат заключается в повышении КПД газотурбинного двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия за счет выполнения центробежного компрессора и газовой центростремительной турбины в одном вращающемся вокруг неподвижной оси корпусе с общими лопатками сложной конфигурации. 1 ил.

Газотурбинный двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, содержащий центробежный компрессор, газовую центростремительную турбину и камеры сгорания, отличающийся тем, что центробежный компрессор и газовая центростремительная турбина выполнены в одном вращающемся вокруг неподвижной оси корпусе, при этом лопатки центробежного компрессора и турбины выполнены сложной конфигурации и составляют одно целое, плавно переходя друг в друга, а ширина сечения лопаток турбинной части в два раза больше ширины сечения лопаток компрессорной части, причем полости между лопатками и корпусом устройства в месте перехода лопаток центробежного компрессора в турбинные образуют камеры сгорания с увеличением проходного сечения по ходу движения сгорающей смеси газов, в камеры сгорания по каналам, выполненным в неподвижной оси и корпусе двигателя, подается топливо, кроме того, радиальные топливные каналы снабжены центробежными клапанами, которые открываются при минимальной частоте вращения двигателя, гарантирующей воспламенение топлива, а закрываются при превышении максимально допустимой частоты вращения по критериям прочности.