ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2022 года по МПК F02C3/16 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности к газотурбинным двигателям [F02C3/16, F02C5/04].

Из уровня техники известна РОТАЦИОННАЯ ДЕТОНАЦИОННАЯ ГАЗОВАЯ ТУРБИНА И СПОСОБ ДЕТОНАЦИОННОГО СГОРАНИЯ В НЕЙ [RU2745975 (C1), опубл.: 05.04.2021], содержащая вал, выполненный с возможностью вращения, на котором установлен жестко ротор, содержащий установленные в нем по окружности однонаправленно детонационные камеры сгорания, систему подвода к ним окислительного и горючего вещества, систему зажигания, и систему инициирования детонационного горения смеси окислительного и горючего вещества, отличающийся тем, что ротор выполнен в виде центробежного колеса с профилированными лопатками, закрытыми жестко по верхней кромке покрывным диском, с образованием закрытых сверху центробежных каналов, на выходе из которых установлено по окружности тангенциально, жестко и герметично, в плоскости вращения ротора, четное количество однонаправленных детонационных камер сгорания, по крайней мере, не менее четырех, каждая из которых представляет собой трубу постоянного сечения, открытую полностью с одного конца и закрытую наглухо, прочно и герметично с другого конца полусферическим, выпуклым наружу днищем, оснащенным форсункой горючего вещества, а проточный тракт каждой камеры сгорания оснащен коллекторами с форсунками горючего вещества, при этом каждая камер сгорания оснащена автономной запальной системой инициирования детонационного горения смеси окислительного и горючего вещества, предназначенной только для первоначальных и повторных запусков двигателя, и выполнена с изгибом ее продольной оси по радиусу в плоскости вращения ротора, причем так, что ее концы направлены в сторону оси вращения ротора, а между собой все камеры сгорания соединены жестко, с образованием единого кольцевого открытого проточного тракта таким образом, что полусферическая полость в днище каждой камеры сгорания соединена с выходным сечением проточного тракта другой, рядом расположенной по направлению вращения ротора камеры сгорания детонационным каналом, а центробежное колесо выполнено с основными лопатками, имеющими полную длину их верхней кромки, от входа до выхода, а также со вспомогательными лопатками, укороченными со стороны входа центробежного колеса по потоку, причем каждая вспомогательная лопатка расположена между двумя основными лопатками, при этом основные и вспомогательные лопатки выполнены на выходе из центробежного колеса с замкнутыми профилированными полостями, соединенными каналами горючего вещества с форсунками и коллекторами горючего вещества, причем число входных каналов центробежного колеса четное, и равно числу камер сгорания, по крайней мере, не менее четырех, а число выходных каналов центробежного колеса четное, по крайней мере, вдвое больше числа его входных каналов, и числа камер сгорания, при этом в ближайшей к выходным каналам боковой стенке каждой камеры сгорания, выполненной с меньшим радиусом изгиба, выполнены сквозные отверстия, в которые входят, по крайней мере, не менее двух выходных каналов центробежного колеса.

Недостатком устройства является возможная неравномерность распределения газовоздушной смеси по камерам сгорания, что повлечет за собой вибрации при его работе, а также необходимость получения газовоздушной смеси вне камер сгорания, что усложняет конструкцию двигателя.

Также из уровня техники известен РАДИАЛЬНО-РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ [GB2539629 (A), опубл.: 28.12.2016], содержащий одиночный вращающийся компонент, установленный на валу, ускоряет под углом как воздух, так и топливо, увеличивая их давление центробежно, и способствует смешиванию и сгоранию указанного воздуха и топлива при повышенном давлении с последующим расширением образующейся выхлопной жидкости через кольцевую группу сверхзвуковых сопел, чтобы произвести полезную мощность на валу.

Недостатком устройства является ограниченный объем камер сгорания, обусловленный толщиной турбины, что не позволяет увеличивать мощность двигателя.

Наиболее близким по технической сущности является ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ [US2448972A, опубл.: 07.09.1948], содержащий турбину, состоящую из одной детали, включая кожух, ряд приводных лопаток, всасывающий вентилятор, перегородку, вал и впускное отверстие для газа, все выполнено в виде единого блока, указанный корпус содержит пару разнесенных стенок, указанные лопатки соединение указанных стенок, при этом упомянутый двухфланцевый вентилятор и одна из указанных стенок соединяются с круглой камерой сгорания, образованной указанными стенками, и окружают указанный вентилятор, причем указанные лопатки окружают указанную камеру сгорания. указанная перегородка и одна из стенок образуют круглое входное отверстие для пространства для подачи газа в камеру сгорания, причем указанный вал является трубчатым и обеспечивает газопровод в указанное пространство для подачи газа.

Основными техническими проблемами прототипа является отсутствие возможности регулировки подачи воздуха в камеру сгорания, низкая степень сжатия в следствии малого диаметра нагнетающей крыльчатки, что приводит к снижению крутящего момента.

Задачей изобретения является устранение недостатков аналогов.

Техническим результатом изобретения является увеличение крутящего момента двигателя.

Указанный технический результат достигается за счет того, что двигатель внутреннего сгорания содержащий рабочую турбину, нагнетающую крыльчатку, камеру сгорания, свечу зажигания, отличающийся тем, что нагнетающая крыльчатка и рабочая турбина смонтированы по краям цилиндрической камеры сгорания, при этом нагнетающая крыльчатка выполнена в виде полой втулки с лопастями закрытыми по торцам плоскими дисками и фланцем, с внешней стороны в полости которого смонтирован газовый редуктор, выполненный с возможностью подачи газообразного топлива, а в полой втулке, со стороны камеры сгорания смонтирована форсунка, в диске нагнетающей крыльчатки, со стороны камеры сгорания, между лопастями выполнены сквозные отверстия, выполненные с возможностью нагнетания воздуха в камеру сгорания, рабочая турбина выполнена в виде барабана с радиально смонтированными по его внешнему краю дугообразными пластинами закрытыми по торцам дискообразными стенками, при этом в центре барабана выполнено глухое сверление, от внутренней поверхности которого в сторону внешней стороны барабана выполнены радиальные сопла, окончания которых расположены между пластинами.

Краткое описание чертежей.

На Фиг. 1 показана деталировка двигателя внутреннего сгорания.

На Фиг. 2 показан сборочный чертеж двигателя внутреннего сгорания.

На Фиг. 3 показан общий вид двигателя внутреннего сгорания без кожуха.

На Фиг. 4 показан общий вид нагнетающей крыльчатки.

На Фиг. 5 показан общий вид рабочей турбины.

На Фиг. 6 показан общий вид газового редуктора.

На фигурах обозначено: 1 - нагнетающая крыльчатка, 2 - диски, 3 - втулка, 4 - лопасти, 5 - фланец, 6 - опора, 7 - кожух, 8 - воздухозаборник, 9 - дроссельная заслонка, 10 - камера сгорания, 11 - свеча зажигания, 12 - отверстия, 13 - рабочая турбина, 14 - барабан, 15 - пластины, 16 - дискообразные стенки, 17 - сверление, 18 - сопла, 19 - рабочий вал, 20 - газовый редуктор, 21 - канал подачи газа, 22 - кольцевые уплотнения, 23 - канал подачи смазки, 24 - форсунка, 25 - система зажигания, 26 - датчик.

Осуществление изобретения.

Двигатель внутреннего сгорания содержащий дискообразную нагнетающую крыльчатку 1 (см.Фиг.1) выполненную в виде двух круглых дисков 2 (см.Фиг.4) смонтированных по краям полой втулки 3. Между дисками 2 на втулке 3 смонтированы дугообразные лопасти 4 размер которых ограничен внешними краями дисков 2.

С одной стороны нагнетающей крыльчатки 1 в центре диска 2 смонтирован фланец 5 опирающийся на боковую стенку опоры 6. Снаружи нагнетающая крыльчатка 1 закрыта кожухом 7 (см.Фиг.2) с одной стороны которого в нижней части выполнен воздухозаборник 8 с установленной в нем дроссельной заслонкой 9.

С другой стороны нагнетающей крыльчатки 1 в центре диска 2 при помощи фланцевого соединения смонтирована цилиндрическая камера сгорания 10 в корпусе которой установлена свеча зажигания 11 (см.Фиг.3). При этом в диске 2 со стороны камеры сгорания между лопастями 4 выполнены сквозные отверстия 12 для сообщения с камерой сгорания 9.

На противоположной стороне камеры сгорания 10 смонтирована рабочая турбина 13 выполненная в виде барабана 14 с установленными по его внешнему краю изогнутыми пластинами 15 (см.Фиг.5) закрытыми по боковым торцам дискообразными стенками 16. Со стороны камеры сгорания 10 в барабане 14 выполнено глухое сверление 17 от которого к внешней стороне барабана 14 выполнены сопла 18 круглого сечения, при этом их окончания на внешней стороне барабана 14 выполнены между пластинами 15.

С внешней стороны рабочей турбины 13 при помощи фланцевого соединения смонтирован рабочий вал 19 опирающийся на другую боковую стенку опоры 6.

Со стороны нагнетающей турбины 1 во внутренней полости фланца 5 смонтирован газовый редуктор 20 внутри которого выполнен канал подачи газа 21 (см.Фиг.6). При этом монтаж газового редуктора 20 выполнен с возможностью свободного вращения вокруг него фланца 5, а сам редуктор 20 неподвижно закреплен на боковой стенке опоры 6. Между газовым редуктором 20 и фланцем 5 выполнены кольцевые уплотнения 22.

Для подачи смазки к трущимся поверхностям в газовом редукторе 20 выполнен канал подачи смазки 23.

Для распыления газа внутрь камеры сгорания 10 в полой втулке 3 нагнетающей крыльчатки 1 со стороны камеры сгорания 10 смонтирована форсунка 24.

Для работы свечи зажигания 11 с зазором к ней смонтирована система зажигания 25, при этом для контроля положения свечи зажигания 11 в кожухе 6 смонтирован датчик 26.

Двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.

Для запуска двигателя вращают нагнетающую крыльчатку 1, при этом нагнетают воздух в камеру сгорания 10 через отверстия 12. Одновременно с этим с газового редуктора 20 через канал подачи газа 21 и форсунку 24 подают газ в камеру сгорания 10.

Для воспламенения газовоздушной смеси, в камере сгорания 10, на свечу зажигания 11 подают напряжение через искровой зазор в момент, когда она находится рядом с контактной группой (на фигурах не показано) системы зажигания 25. При этом свечу зажигания 11 используют только для первоначального воспламенения газовоздушной смеси.

Образовавшиеся продукты горения в камере сгорания 10 направляют через сверление 17 в сопла 18, при этом реактивные струи на выходе из сопел 18 оказывают давление на пластины 15, которые придают вращательное движение рабочей турбине 13. При этом крутящий момент передают на рабочий вал 19.

Для изменения частоты вращения рабочей турбины 13 регулируют подачу воздуха в камеру сгорания 10 дроссельной заслонкой 9. Тем самым контролируют интенсивность горения газовоздушной смеси.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности к газотурбинным двигателям. Техническим результатом изобретения является увеличение крутящего момента двигателя, который достигается за счет того, что двигатель внутреннего сгорания, содержащий рабочую турбину, нагнетающую турбину, камеру сгорания, свечу зажигания, отличается тем, что нагнетающая турбина и рабочая турбина смонтированы по краям цилиндрической камеры сгорания, при этом нагнетающая турбина выполнена в виде полой втулки с лопастями, закрытыми по торцам плоскими дисками и фланцем, с внешней стороны в полости которого смонтирован газовый редуктор, выполненный с возможностью подачи газообразного топлива, а в полой втулке со стороны камеры сгорания смонтирована форсунка, в диске нагнетающей турбины, со стороны камеры сгорания, между лопастями выполнены сквозные отверстия, выполненные с возможностью нагнетания воздуха в камеру сгорания, рабочая турбина выполнена в виде барабана с радиально смонтированными по его внешнему краю дугообразными пластинами, закрытыми по торцам дискообразными стенками, при этом в центре барабана выполнено глухое сверление, от внутренней поверхности которого в сторону внешней стороны барабана выполнены радиальные сопла, окончания которых расположены между пластинами. 6 ил.

Двигатель внутреннего сгорания, содержащий рабочую турбину, нагнетающую крыльчатку, камеру сгорания, свечу зажигания, отличающийся тем, что нагнетающая крыльчатка и рабочая турбина смонтированы по краям цилиндрической камеры сгорания, при этом нагнетающая крыльчатка выполнена в виде полой втулки с лопастями, закрытыми по торцам плоскими дисками и фланцем, с внешней стороны в полости которого смонтирован газовый редуктор, выполненный с возможностью подачи газообразного топлива, а в полой втулке со стороны камеры сгорания смонтирована форсунка, в диске нагнетающей крыльчатки, со стороны камеры сгорания, между лопастями выполнены сквозные отверстия, выполненные с возможностью нагнетания воздуха в камеру сгорания, рабочая турбина выполнена в виде барабана с радиально смонтированными по его внешнему краю дугообразными пластинами, закрытыми по торцам дискообразными стенками, при этом в центре барабана выполнено глухое сверление, от внутренней поверхности которого в сторону внешней стороны барабана выполнены радиальные сопла, окончания которых расположены между пластинами.