Вихревая турбина внутреннего сгорания
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к турбинным двигателям, и может быть использовано в двигателях, насосах, компрессорах или энергетических установках. Вихревая турбина внутреннего сгорания содержит корпус с окном для отвода газа. В корпусе размещены дисковый статор и дисковый ротор. Ротор снабжен радиальными канавками на боковой поверхности, обращенной к статору. Статор снабжен, по крайней мере, одной камерой сгорания, отверстиями для подачи топлива и окислителя в камеру сгорания. Камера сгорания может представлять собой углубление в статоре серпообразной формы с рельефным дном. Ротор может быть выполнен с возможностью перемещения вдоль оси вращения. Статор может быть снабжен отверстиями для подачи жидкости для герметизации, а также каналами для охлаждающей жидкости. Кроме того, вихревая турбина внутреннего сгорания может содержать два или более соосно расположенных статора и такое же количество роторов, расположенных на общем валу. Изобретение позволяет создать мощную и компактную турбину, имеющую широкую область применения путем повышения КПД турбины и уменьшения ее размеров. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к турбинным двигателям, и может быть использовано в двигателях, насосах, компрессорах или энергетических установках.
Из патентных источников известен аналог заявляемого устройства.
Известна вихревая турбина, содержащая корпус с основным и дополнительным впускными соплами, выпускным патрубком и рабочим кольцевым каналом, расположенным между впускными соплами и выпускным патрубком, отсекатель и рабочее колесо с лопатками, установленное внутри корпуса (см. А.С. СССР №1495441, МПК F01D 1/08, опубл. 23 июля 1989 г.).
Недостатком данного аналога является низкий КПД, связанный, в частности, с тепловыми потерями при прохождении рабочего тела через впускные сопла к лопаткам.
Данный аналог выбран в качестве прототипа.
Задачей заявляемого решения является создание мощной и компактной турбины, имеющей широкую область применения.
Технический результат состоит в повышении КПД турбины и уменьшении ее размеров.
Заявленный технический результат достигается реализацией совокупности признаков, составляющих сущность изобретения.
Вихревая турбина внутреннего сгорания содержит корпус с окном для отвода газа. В корпусе размещены дисковый статор и дисковый ротор. Ротор снабжен радиальными канавками на боковой поверхности, обращенной к статору. Согласно решению статор снабжен, по крайней мере, одной камерой сгорания с отверстиями для подачи топлива и окислителя в камеру сгорания.
Камера сгорания может представлять собой углубление в статоре серпообразной формы с рельефным дном.
Ротор может быть выполнен с возможностью перемещения вдоль оси вращения.
Статор может быть снабжен, по крайней мере, одним отверстием для подачи жидкости для герметизации, а также каналами для охлаждающей жидкости.
Кроме того, заявлена вихревая турбина внутреннего сгорания, содержащая два или более соосно расположенных статора и такое же количество роторов, расположенных на общем валу.
Конструкция изобретения представлена на чертежах: на фиг.1 - устройство в сборе, на фиг.2 - статор, на фиг.3 - ротор. Позициями на чертежах обозначены:
1 - корпус;
2 - статор;
3 - ротор;
4 - вал;
5 - камера сгорания;
6 - перегородка;
7 - канал подвода топлива;
8 - канал подвода окислителя;
9 - канал подвода герметизирующей жидкости;
10 - канал для охлаждающей жидкости;
11 - отверстие для подачи топлива;
12 - отверстие для подачи окислителя;
13 - отверстие для подачи герметизирующей жидкости;
14 - выпускное окно;
15 - канавка.
Двигатель содержит цилиндрический корпус 1 с неподвижно закрепленным в нем дисковым статором 2 и дисковым ротором 3, закрепленным на валу 4. Вал 4 имеет возможность вращения и продольного перемещения в отверстиях корпуса 1 и статора 2. В статоре 2 выполнено углубление 5, исполняющее роль камеры сгорания. В частном случае камера сгорания 5 может быть выполнена серповидной формы с радиально расположенными перегородками 6. Вместо перегородок возможно выполнение дна камеры сгорания рельефным. В статоре выполнены каналы 7-9 для подвода топлива, окислителя (воздуха) и жидкости (воды) соответственно. Канал 7 соединен с отверстиями 11 для подачи топлива в камеру сгорания, канал 8 соединен с отверстиями 12 для подачи окислителя в камеру сгорания, а канал 9 соединен с отверстиями 13 для введения жидкости для герметизации зазора между статором 2 и ротором 3. В статоре 2 выполнены дополнительные каналы 10 для подвода и отвода охлаждающей жидкости. Корпус 1 снабжен выпускным окном 14 для удаления отработанных газов. На поверхности ротора 3 выполнены радиальные канавки 15. Ротор 3 расположен внутри корпуса 1 таким образом, чтобы камера сгорания 5 и канавки 15 были обращены друг к другу. Возможно выполнение в статоре двух и более камер сгорания меньших размеров, каждая из которых имеет подвод топлива, окислителя и соединена со своим выпускным окном. Возможно выполнение многосекционной турбины (аналогично многоцилиндровому выполнению поршневого двигателя внутреннего сгорания). В этом случае внутри одного цилиндрического корпуса закреплено два или более статора, а между ними расположены закрепленные на одном валу роторы в соответствующем количестве. Для простоты далее рассмотрена работа односекционной турбины с одной камерой сгорания в статоре.
Для обеспечения запуска турбины ротору 3 придают вращение с помощью сторонних устройств (электро- или пневмомотором). Возможен запуск турбины подачей по каналу 8 через отверстия 12 в камеру сгорания 5 большого количества окислителя. В начале работы турбины окислитель может поступать из баллона, где он хранился под высоким давлением, а при установлении устойчивого режима окислитель может подаваться нагнетателем (компрессором или турбонаддувом). По каналу 7 через отверстия 11 в камеру сгорания 5 поступает топливо под давлением, создаваемым топливным насосом. В камере сгорания 5 происходит смешивание топлива и окислителя и воспламенение горючей смеси (самовоспламенение, с помощью калильной свечи или искры от свечи зажигания). Воспламенившийся газ сильно увеличивается в объеме и устремляется вдоль камеры сгорания в сторону выпускного окна 14. Встречая по пути следования препятствия в виде перегородок 6, газ завихряется и догорает полностью. Попадая в канавки 15, газ тоже завихряется и увлекает ротор 3 за собой, придавая ему вращательное движение. Отработанный газ выходит из камеры сгорания 5 в выпускное окно 14. Остаточная энергия газа может быть использована для привода турбонаддува, нагнетающего окислитель в камеру сгорания 5. Перемещение вала 4 с закрепленным на нем ротором 3 вдоль оси необходимо для регулирования зазора между статором и ротором. Быстрое изменение зазора позволяет легко настраивать двигатель для работы на разных сортах топлива. Возможность резкого увеличения зазора позволяет снизить мощность в экстренных ситуациях. По каналу 9 через отверстия 13 в зазор поступает жидкость. От температуры рабочего газа жидкость испаряется и герметизирует вал двигателя. В процессе работы двигателя по каналам 10 протекает жидкость, охлаждая статор.
1. Вихревая турбина внутреннего сгорания, содержащая корпус с окном для отвода газа, размещенные в корпусе дисковый статор и дисковый ротор, причем последний снабжен радиальными канавками на боковой поверхности, обращенной к статору, отличающаяся тем, что статор содержит, по крайней мере, одну камеру сгорания, выполненную в виде углубления в статоре серпообразной формы с рельефным дном, с отверстиями для подачи топлива и окислителя в камеру сгорания.
2. Вихревая турбина внутреннего сгорания по п.1, отличающаяся тем, что ротор выполнен с возможностью перемещения вдоль оси вращения.
3. Вихревая турбина внутреннего сгорания по п.1, отличающаяся тем, что статор снабжен, по крайней мере, одним отверстием для подачи жидкости для герметизации.
4. Вихревая турбина внутреннего сгорания по п.1, отличающаяся тем, что статор снабжен каналами для охлаждающей жидкости.
5. Вихревая турбина внутреннего сгорания по п.1, отличающаяся тем, что она содержит два или более соосно расположенных статора и такое же количество роторов, расположенных на общем валу.
