Турбинный двигатель внутреннего сгорания

Турбинный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус, вал, турбину в виде диска, расположенные на турбине радиальные лопатки, компрессор, камеру сгорания, систему подачи и зажигания горючей смеси, выхлопную систему, при этом, по меньшей мере, одна камера сбора газов соединена каналом с по меньшей мере одним соплом, направленным на радиальные лопатки турбины и воздействующим на них потоком газов. Сечения каналов, соединяющих камеры сбора газа с соплами, увеличиваются по ходу движения турбины. Сечения сопел увеличиваются по ходу движения турбины. Турбинный двигатель внутреннего сгорания может содержать две турбины, соединенные между собой через блок шестерен и имеющие разные обороты вращения. Турбинный двигатель внутреннего сгорания может содержать три и более турбины.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкциям силовых установок, включающим, турбинные двигатели внутреннего сгорания.

Известен газотурбинный двигатель (патент RU №2096639), состоящий из корпуса с рабочими камерами, вала, ротора турбины с лопатками, центробежного компрессора, систем приготовления, подачи и зажигания горючей смеси, в его корпусе, имеющем цилиндрическую форму, равномерно по окружности расположены рабочие камеры в количестве, кратном четырем, площади сечения которых имеют форму, соответственно, в плоскостях, совпадающих с осью корпуса, прямоугольников, а в плоскостях, перпендикулярных этой оси, круговых секторов, дисковая часть ротора турбины выполнена из равномерно чередующихся радиальных глухих выступов и впадин, в которых крепятся лопатки ротора, также в виде круговых секторов и при этом количество каждых из них равно одной второй от количества камер, а сумма их по окружности диска равна и составляет ее половину (180), в глухих же выступах, для обеспечения эффективного охлаждения ротора турбины, выполнены сквозные радиальные полости, а гладкие рабочие поверхности этих глухих выступов, находящихся в одной плоскости с боковыми поверхностями лопаток ротора двигателя и непосредственно прилегающих к его торцу со стороны открытых его рабочих камер, обеспечивают в процессе работы двигателя последовательное закрывание тех двух смежных камер, в которые подается и сгорает горючая смесь.

К недостаткам этого газотурбинного двигателя следует отнести сложность в изготовлении и низкий КПД.

Известен компрессорно-роторно-турбинный двигатель внутреннего сгорания (патент RU №2109969, 27.04.98, F 02 C 3/04). В предлагаемом двигателе на передней стороне диска размещены лопасти центробежного компрессора, устроенные внутри кольцевого ротора, наружная поверхность которого имеет камеру сгорания, форма которой с направляющим отверстием кольца крышки и отверстием рабочего кольца диска оптимально близка форме реактивного сопла, ось которого проходит по касательной к кольцевому ротору, а с обратной стороны диска устроена полая конусная турбина, задняя часть которой переходит в цилиндрическое выхлопное сопло, а наружная поверхность

снабжена газовыми каналами, боковые стенки которых образованы винтообразными ребрами, берущими начало с отверстия кольца диска и нисходящими по перфорированной части цилиндрического выхлопного сопла, внутри которого расположен шнековый лабиринт с переменным шагом свивки.

Недостатками данного технического решения является сложность в изготовлении и низкий КПД.

В качестве прототипа выбран газотурбинный двигатель (патент RU №2161714), содержащий корпус, камеры сгорания с соплами, вал, ротор турбины с лопатками, центробежный компрессор с по меньшей мере двумя ступенями, системы подачи и зажигания горючей смеси и теплообменник с выхлопными патрубками, при этом количество камер сгорания кратно трем, одна ступень компрессора расположена по всей окружности, а вторая выполнена в виде двух симметрично расположенных друг относительно друга секторов с центральным углом по 90° каждый, при4ем ротор выполнен с глухим выступом, расположенным с возможностью перекрытия сопел камер сгорания.

Недостатком данного технического решения является низкий КПД.

Задачей изобретения является повышение КПД двигателя.

Технический результат достигается тем, что, турбинный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус, вал, турбину в виде диска, расположенные на турбине радиальные лопатки, компрессор, камеру сгорания, систему подачи и зажигания горючей смеси, выхлопную систему, при этом, по меньшей мере, одна камера сбора газов соединена каналом с по меньшей мере одним соплом, направленным на радиальные лопатки турбины и воздействующим на них потоком газов. Сечения каналов, соединяющих камеры сбора газа с соплами, увеличиваются по ходу движения турбины. Сечения сопел увеличиваются по ходу движения турбины. Турбинный двигатель внутреннего сгорания может содержать две турбины, соединенные между собой через блок шестерен и имеющие разные обороты вращения. Турбинный двигатель внутреннего сгорания может содержать три и более турбины.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 показан разрез описываемого турбинного двигателя внутреннего сгорания; на фиг.2 - разрез А-А турбинного двигателя внутреннего сгорания; на фиг.3 - разрез турбинного двигателя внутреннего сгорания, содержащего две турбины в виде дисков, соединенные между собой через блок шестерен.

Турбинный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус 1, вал 2, турбину 3 с радиальными лопатками 4, компрессор 5, камеру сгорания 6, канал подачи воздуха 7,

канал подачи топлива 8 и свечу зажигания 9, выхлопную систему, состоящую из камер сбора газов 10, каналов 11, сопел 12 и окна для выброса отработанных газов 13. Турбинный двигатель внутреннего сгорания содержит шестерни 14.

Турбинный двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом. При запуске двигателя и начале вращения вала 2, компрессор 5 нагнетает воздух через канал подачи воздуха 7 в пространство между радиальными лопатками 4 турбины 3, образующими камеру сгорания 6. Далее при вращении турбины 3, камера сгорания 6 перемещается к каналу подачи топлива 8, где происходит подача топлива, в результате чего образуется горючая смесь. Горючая смесь, находясь в камере сгорания 6, перемещается к свече зажигания 9 и воспламеняется, в этот момент происходит резкое увеличение давления газов в камере сгорания 6. В момент совмещения камеры сгорания 6 с камерой сбора газов 10, последняя заполняется рабочими газами. Под действием давления рабочие газы проходят через канал 11 и сопло 12, воздействуя на радиальные лопатки 4 турбины 3. Далее рабочие газы попадают в следующую камеру сбора газов и проходят через канал и сопло больших размеров, придавая турбине дополнительное ускорение, что способствует дальнейшему увеличению оборотов и мощности двигателя. Рабочие газы, израсходовавшие свою энергию на вращение, выбрасываются через окно 13 выхлопной системы.

Заявляемое устройство с многократным использованием рабочих газов позволяет значительно увеличить КПД турбинного двигателя внутреннего сгорания.

1. Турбинный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус, вал, турбину в виде диска, расположенные на турбине радиальные лопатки, компрессор, камеру сгорания, систему подачи и зажигания горючей смеси, выхлопную систему, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере одну камеру сбора газа, соединенную каналом с по меньшей мере одним соплом, направленным на радиальные лопатки турбины.

2. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что сечения каналов, соединяющих камеры сбора газа с соплами, увеличиваются по ходу движения турбины.

3. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что сечения сопел увеличиваются по ходу движения турбины.

4. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере одну дополнительную турбину.

5. Турбинный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что турбины соединены между собой через блок шестерен и имеют разные обороты вращения.