Комбинированный двигатель с роторно-поршневым газогенератором

Использование: в энергетических установках и транспортных машинах. Цель: улучшения экономичности и весогабаритных характеристик двигателя. Сущность полезной модели: для более эффективного использования энергии газов поршневого газогенератора благодаря расширению их в газовой турбине до атмосферного давления и с целью повышения мощности комбинированного двигателя за счет работы газотурбинного утилизатора энергии газов, применен в качестве газогенератора, обеспечивающего работу газовой турбины, более легкий, компактный и простой роторно-поршневой двигатель.

Положительный эффект: улучшение экономичности и весогабаритных характеристик комбинированного двигателя за счет применения легкого, совершенного, высокооборотного роторно-поршневого газогенератора, обеспечивающего работу силовой газовой турбины.

Агрегатная мощность комбинированного двигателя может увеличиваться за счет увеличения количества роторно-поршневых газогенераторов, одновременно работающих в комбинации с одной силовой газовой турбиной-утилизатором энергии. Но, при работе комбинированного двигателя с малыми нагрузками отдельные РПГГ выключают, достигая в этом случае еще более высокой экономичности энергетической установки, т.к. работающие РПГГ функционируют на оптимальном по экономичности режиме.

Полезная модель относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности, к комбинированным двигателям внутреннего сгорания.

Существуют различные типы двигателей внутреннего сгорания. Это поршневые двигатели, турбопоршневые, свободно-пошневые, роторно-поршневые, двухтактные, четырехтактные и др.

При работе любого двигателя внутреннего сгорания фактически происходит неполное расширение газа, и при выпуске газов из двигателя в атмосферу давление достигает большой величины, что требует применения глушителя, поглощающего до 20% мощности.

Создатели двигателей внутреннего сгорания давно пришли к выводу о целесообразности передачи газовой турбине роли расширительной машины в комбинированном турбопоршневом двигателе (ТПД), передающей утилизированную энергию на выходной вал двигателя с целью получения большей мощности, превращая тем самым ТПД в генератор рабочего тела (газа) для турбины.

Благодаря расширению продуктов сгорания в газовой турбине до атмосферного давления с совершением полезной работы, они используются более эффективно, что является отличительной особенностью и преимуществом комбинированных двигателей по сравнению с простыми двигателями внутреннего сгорания. В итоге эффективность и экологичность такого комбинированного двигателя выше, чем простого ДВС и газотурбинного двигателя (ГТД) в отдельности.

Однако комбинированные ТПД оставались тяжеловесными, с большим количеством деталей движения, и от такой комбинации эффект получался небольшой.

Целью полезной модели является повышение эффективности и улучшение весогабаритных характеристик комбинированного двигателя. Это достигается за счет применения в качестве газогенератора более легкого, имеющего на 40% меньше деталей, компактного и простого роторно-поршневого двигателя (РПД), доведенного к настоящему времени до высокого уровня совершенства, как например, двигатель Ванкеля.

В предлагаемом комбинированном двигателе процессы всасывания, сжатия и сгорания топливовоздушной смеси происходят в роторно-поршневом газогенераторе (РПГГ), а расширение продуктов горения с совершением полезной работы - в силовой газовой турбине. Если в простом роторно-поршневом двигателе выхлопные газы расширяются не полностью, то в предлагаемом комбинированном двигателе расширение газов до атмосферного давления с получением дополнительной энергии происходит в газовой турбине.

Полезная модель поясняется чертежом-схемой.

Комбинированный двигатель состоит из роторно-поршневого газогенератора (1) и газовой турбины (2).

РПГГ можно рассматривать как агрегат, заменяющий собой турбокомпрессор (т.е. компрессор с приводной турбиной) и камеру горения газотурбинного двигателя, но работающий по сравнению с ними более экономично. Целесообразность замены турбокомпрессора и камеры сгорания в ГТД на РПГГ очевидна. Удельный расход топлива комбинированного двигателя с РПГГ вследствие более полного расширения продуктов сгорания находится на уровне дизельного двигателя, а удельный вес - на уровне ГТД.

Важная особенность комбинированного двигателя - многотопливность (бензин, авиационный керосин, дизельное топливо, газ, водород и др.).

РПГГ сохраняет преимущества РПД - отсутствие шатунов, коленчатого вала, газораспределительного механизма и клапанов, синхронизирующего механизма и мертвых точек при движении поршня. Вес и габариты такого генератора газов меньше веса и габаритов свободнопоршневого газогенератора той же мощности.

При необходимости несколько РПГГ могут группироваться для обеспечения работы силовых газовых турбин различной мощности, т.е. для создания комбинированных двигателей различной мощности на основе нескольких одинаковых РПГГ. Но, при работе с малыми нагрузками отдельные РПГГ комбинированного двигателя отключаются, достигая в этом случае еще более высокой экономичности энергетической установки, т.к. работающие РПГГ функционируют на оптимальном по экономичности режиме.

1. Комбинированный двигатель внутреннего сгорания, состоящий из поршневого газогенератора и газотурбинного утилизатора энергии газов, отличающийся тем, что, с целью улучшения экономичности и весогабаритных характеристик двигателя, в качестве газогенератора применен роторно-поршневой двигатель.

2. Комбинированный двигатель по п.1, отличающийся тем, что газогенератор работает на различных видах топлива, например бензине, керосине, дизельном топливе, газе, водороде и др.

3. Комбинированный двигатель по п.1, отличающийся тем, что, с целью создания комбинированных двигателей различной мощности, в качестве газогенератора используют одновременно нескольких роторно-поршневых двигателей, обеспечивающих работу одной газовой турбины.

4. Комбинированный двигатель по п.3, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности, при работе комбинированного двигателя с малыми нагрузками отдельные роторно-поршневые двигатели выключают.