RU2013113490A - Турбороторный эжекторный двигатель - Google Patents

Abstract

1. Турбороторный эжекторный двигатель, с системами управления, контроля, защиты, запуска, и т.п., содержащий вентилируемый либо герметичный корпус, внутри которого на валу установлен ротор, в котором выполнены например радиальные, аксиальные, радиально-аксиальные или аксиально-радиальные каналы, либо ротор представляет собой ряд установленных вокруг вала труб, образующих каналы, отличающийся тем, что каждый канал ротора содержит по крайней мере одно отверстие, по крайней мере с одной стороны, к которой, к отверстиям каналов примыкает осевая, радиально-осевая, или радиальная крыльчатка турбины, например канального типа, либо стенки каналов ротора сами образуют такую крыльчатку и, например турбину в целом, при этом каждый из каналов ротора, образует свой межлопаточный канал, либо выходи в свой межлопаточный канал крыльчатки, лопатки крыльчатки выполнены, например таким образом, что образуют сопла, например Лаваля, направленные в сторону, противоположную вращению, при этом крыльчатка примыкает с зазором, в зависимости от своей конфигурации, к торцовому, либо к цилиндрическому, либо к конусообразному газораспределительному аппарату, который содержит окна с возможностью, при вращении ротора, периодического совмещения этих окон с межлопаточными каналами крыльчатки, а расположенная между окнами стенка газораспределительного аппарата, выполнена с возможностью периодического перекрытия полностью, либо частично, как минимум одного межлопаточного канала крыльчатки при ее вращении, при этом окна в газораспределительном аппарате выполнены, таким образом, что по крайней мере одно окно, например первое по ходу враще�

Claims (24)

1. Турбороторный эжекторный двигатель, с системами управления, контроля, защиты, запуска, и т.п., содержащий вентилируемый либо герметичный корпус, внутри которого на валу установлен ротор, в котором выполнены например радиальные, аксиальные, радиально-аксиальные или аксиально-радиальные каналы, либо ротор представляет собой ряд установленных вокруг вала труб, образующих каналы, отличающийся тем, что каждый канал ротора содержит по крайней мере одно отверстие, по крайней мере с одной стороны, к которой, к отверстиям каналов примыкает осевая, радиально-осевая, или радиальная крыльчатка турбины, например канального типа, либо стенки каналов ротора сами образуют такую крыльчатку и, например турбину в целом, при этом каждый из каналов ротора, образует свой межлопаточный канал, либо выходи в свой межлопаточный канал крыльчатки, лопатки крыльчатки выполнены, например таким образом, что образуют сопла, например Лаваля, направленные в сторону, противоположную вращению, при этом крыльчатка примыкает с зазором, в зависимости от своей конфигурации, к торцовому, либо к цилиндрическому, либо к конусообразному газораспределительному аппарату, который содержит окна с возможностью, при вращении ротора, периодического совмещения этих окон с межлопаточными каналами крыльчатки, а расположенная между окнами стенка газораспределительного аппарата, выполнена с возможностью периодического перекрытия полностью, либо частично, как минимум одного межлопаточного канала крыльчатки при ее вращении, при этом окна в газораспределительном аппарате выполнены, таким образом, что по крайней мере одно окно, например первое по ходу вращения ротора, содержит патрубок подвода рабочего тела, находящегося под давлением, например продуктов сгорания, пара или какого-либо газа, при этом окно и патрубок выполнены в виде сопла, например Лаваля, направленного к лопаткам крыльчатка, в сторону вращения ротора, следующее, по ходу вращения ротора, как минимум одно, например второе окно в газораспределительном аппарате, содержит патрубок отвода рабочего тела, например, направленный в стороку противоположную вращению ротора и содержащий направленное, например, по ходу вращения ротора, сопло активного потока эжектора, выполненного, например с внешней стороны газораспределительного аппарата, при этом, по ходу вращения ротора, вслед за окном в газораспределительном аппарате, содержащим патрубок отвода рабочего тела выполнена, по крайней мере, одна дополнительная ступень расширения рабочего тела, например таким образом, что выход эжектора, соединен, по крайней мере, с одним, следующим в газораспределительном аппарате далее, по ходу вращения ротора, окном с патрубком подвода рабочего тела, выполненном в виде сопла, например Лаваля, направленного по ходу вращения ротора, к лопаткам крыльчатки, при этом последующее, по ходу вращения ротора, за этим окном и, например, предыдущие окна в газораспределительном аппарате содержат патрубки отвода рабочего тела из каналов ротора, при этом по крайней мере часть патрубков отвода рабочего тела дополнительной ступени расширения рабочего тела соединены со входом этого же эжектора, а по крайней мере один патрубок отвода рабочего тела соединен с выхлопным патрубком, либо с дополнительным расширительным устройством, или с соплом реактивного двигателя.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что выполнен с возможностью генерации сжатого рабочего тела, например продуктов сгорания внутри каналов ротора таким образом, что, например с противоположной от крыльчатки стороны каналы ротора содержат впускные отверстия и примыкают с зазором иди с возможностью скольжения, например к торцовому распределителю, выполненному с возможностью периодического перекрытия впускных отверстий каналов ротора и периодического их последовательного совмещения, при вращении ротора, с системой подачи рабочего тела, например состоящей из системы подачи воздуха низкого давления, например из атмосферы, или вначале, при вращении ротора, состоящей из системы подачи воздуха низкого давления, а затем, по ходу вращения ротора, содержащую систему подачи воздуха или иного окислителя повышенного давления, затем, при вращении ротора, после такта сжатия в каналах ротора воздуха или иного окислителя, впускные отверстия каналов ротора выполнены с возможностью их совмещения с системой подачи топлива, например посредством форсунок и с системой зажигания, например в виде свечей зажигания, при этом окна в газораспределительном аппарате выполнены таким образом, что по крайней мере одно окно, например первое по ходу вращения ротора содержит патрубок подвода рабочего тела в виде продуктов сгорания и совмещено с каналами ротора в такте сжатия, находящегося в каналах рабочего тела, например воздуха, при этом окно и патрубок выполнены в виде сопла, например Лаваля, направленного к лопаткам крыльчатки, в направлении вращения ротора, следующее, как минимум одно, например второе, по ходу вращения ротора, окно в газораспределительном аппарате, совмещено с каналами ротора в такте рабочего хода в момент расширения в них продуктов сгорания, и содержит патрубок отвода рабочего тела, при этом первое и второе окна соединены между собой направляющим аппаратом, следующее, как минимум одно, например третье окно в газораспределительном аппарате, по ходу вращения ротора, содержит патрубок отвода рабочего тела в виде продуктов сгорания, с одной стороны совмещенный с каналами ротора в такте продолжения расширения в них продуктов сгорания, а с другой стороны, содержащий направленное, например, по ходу вращения ротора, сопло активного потока эжектора, выполненного, например, с внешней стороны газораспределительного аппарата, при этом, выход эжектора соединен далее, по ходу вращения ротора, по крайней мере с одной дополнительной ступенью расширения рабочего тела, например таким образом, что выход эжектора, соединен, по крайней мере, с одним, следующим в газораспределительном аппарате далее, по ходу вращения ротора, окном с патрубком подвода рабочего тела, выполненном в виде сопла, например Лаваля, направленного на лопатки крыльчатки в сторону вращения ротора, при этом последующее, по ходу вращения ротора, за этим окном и, например предыдущее окна в газораспределительном аппарате содержат патрубки отвода рабочего тела из каналов ротора, при этом по крайней мере часть патрубков отвода рабочего тела дополнительной ступени расширения рабочего тела соединены со входом этого же эжектора, а, по крайней мере один патрубок отвода рабочего соединен с выхлопным патрубком, либо с дополнительным расширительным устройством, или с соплом реактивного двигателя, например при этом, каналы ротора выполнены с возможностью совмещения их впускных отверстий, например посредством распределителя, с системой подачи рабочего тела, например воздуха, например низкого давления из атмосферы, в момент завершения в канале расширения продуктов сгорания, а топливные форсунки и свечи зажигания вмонтированы в распределителе, с возможностью их совмещения с впускным отверстием в канале ротора, в момент завершения в канале такта сжатия рабочего тела, например воздуха и полного, либо частичного перекрытия этого канала со стороны крыльчатки газораспределительным аппаратом.

3. Двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что все патрубки отвода рабочего тела, выполненные в дополнительной ступени расширения рабочего тела, соединены со входом эжектора, а в корпусе эжектора выполнено отверстие, соединенное с выхлопным патрубком, с дополнительным расширительным устройством или с соплом реактивного двигателя.

4. Двигатель но п.1 или 2, отличающийся тем, что каждый межлопаточный канал крыльчатки содержит, как минимум одну дополнительную лопатку, направленную в сторожу противоположную вращению крыльчатки, и образующую в межлопаточном канале крыльчатки, как минимум еще один межлопаточный канал, при этом каждый канал ротора выходит, в соединенные с ним, или образованные им, как минимум два межлопаточных канала крыльчатки.

5. Двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что по крайней мере в одно окно газораспределительного аппарата, соединенное с патрубком отвода рабочего тела, вмонтирована как минимум одна пластина, например в виде лопасти, образующая в окне как минимум еще один дополнительный канал, выполненный например в виде сопла, направленного от лопаток крыльчатки в сторону противоположную их вращению.

6. Двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что корпус и ротор или по крайней мере часть их поверхности выполнены из материала с низкой теплопроводностью, либо содержат теплозащитное покрытие, а например часть ротора, примыкающая к валу, содержит профилированные прорези, или лопатки с возможностью продувки посредством них воздуха, находящегося в вентилируемом корпусе.

7. Двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что каналы ротора и межлопаточные каналы крыльчатки имеют отверстия только со стороны газораспределительного аппарата, а система подачи рабочего тела, например воздуха низкого давления из атмосферы и например система подачи воздуха или иного окислителя повышенного давления выполнены в газораспределительном аппарате.

8. Двигатель по п.7, отличающийся тем, что системы подачи топлива и зажигания, например топливные форсунки и свечи зажигания, выполнены в газораспределительном аппарате с возможностью их совмещения с межлопаточными каналами крыльчатки в момент частичного или полного перекрытия газораспределительным аппаратом канала ротора в момент завершения в нем такта сжатия.

9. Двигатель по п.7, отличающийся тем, что ротор содержит парные каналы в виде одного загнутого канала впускные и выпускные отверстия которого расположены с одной стороны ротора и выходят в окна, выполненные в газораспределительном аппарате, при этом газораспределительный аппарат содержит один ряд окон, при расположении загнутых каналов по дуге окружности ротора, а при радиальном расположении загнутых каналов ротора, соответствующие окна в газораспределительном аппарате выполнены таким образом, что образуют два ряда окон с возможностью их периодического совмещения с межлопаточными каналами крыльчатки, образованными загнутыми каналами, например таким образом, что межлопаточный канал загнутого канала, расположенный ближе к оси ротора, примыкает с зазором к газораспределительному аппарату в осевом направлении, а межлопаточный канал, расположенного дальше от оси загнутого капала ротора, примыкает с зазором к газораспределительному аппарату, например в радиальном направлении.

10. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что впускные отверстия каналов ротора содержат клапаны, например автоматические, соединенные с системой подачи рабочего тела, например воздуха, и например с системой подачи топлива или топливно-воздушной смеси, а топливные форсунки и свечи зажигания вмонтированы в каналы ротора я соединены каким-либо известным способом с системой подачи топлива и с системой зажигания.

11. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что содержит устройства организации детонационного процесса сгорания топлива в каналах ротора.

12. Двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что содержит устройство волнового сжатия рабочего тела, например воздуха, выполненное в виде окон в распределителе, соединенных с системой подачи воздуха таким образом, что окно соединенное с патрубком подвода воздуха низкого давления выходит в впускное отверстие канала ротора, совмещенного со стороны крыльчатки с окном а газораспределительном аппарате, соединенном с патрубком отвода рабочего тела, в конце такта выпуска рабочего тела, например продуктов сгорания, а окно отвода сжатого воздуха совмещено посредством распределителя с каналом ротора, выходящим со стороны крыльчатки в окно в газораспределительном аппарате, соединенное с патрубком подвода рабочего тела, например продуктов сгорания, например к начальной части такта впуска рабочего тела в каналы ротора.

13. Двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что сопла в окнах и патрубках подачи рабочего тела, образованные в газораспределительном аппарате, а также, например сопла, образованные в окнах и патрубках отвода рабочего тела, выполнены в направлении наиболее близком к касательному по отношению к торцам лопаток крыльчатки, а элементы сопел, образующие их геометрию, например конфузоры и диффузоры выполнены со стороны боковых стенок сопел.

14. Двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что корпус содержит, как минимум одну дополнительную оболочку, образующую как минимум один дополнительный воздушный контур, соединенный с одной стороны с воздухозаборником, в котором, например вмонтирован вентилятор и, например воздушный компрессор, например выполненные на валу ротора или соединенные с ним через редуктор или мультипликатор, а с другой стороны дополнительный воздушный контур содержит по крайней мере одно реактивное сопло.

15. Двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что содержит газовую турбину, вход газа в которую соединен, по крайней мере с одним выпускным патрубком, или с отверстием в эжекторе, а выход газа из турбины направлен, например в реактивное сопло, при этом вал турбины соединен, например с компрессором, соединенным в свою очередь с системой подачи окислителя, например атмосферного о воздуха повышенного давления в каналы ротора

16. Двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что сопла, например сопла, выполненные в эжекторе, а также, например сопла, выполненные в окнах и патрубках газораспределительного аппарата, например в патрубках подвода рабочего тела, или по крайней мере часть этих сопел, выполнены с возможностью регулирования их сечения.

17. Двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что выполнен с возможностью совершения двойного, тройного и более циклов за один оборот ротора.

18. Двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что в конструкциях двигателя со стороны зазора между ротором и распределителем и. например, со стороны зазора между крыльчаткой и газораспределительным аппаратом, выполнены уплотнения. например лабиринтные

19. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что внутри каждого из каналов ротора, со стороны впускных отверстий, посредством специальной геометрии канала, или посредством установки в канале по крайней мере одного специального профиля образована по крайней мере одна дополнительная камера сгорания, например в виде фор-камеры.

20. Двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что в корпусе двигателя, на одном валу, либо соосно выполнены по крайней мере два ротора, например роторы выполнены с возможностью разнонаправленного вращения, при этом, по крайней мере часть окон роторов, например окна в газораспределительном аппарате каждого ротора, соединенные между собой направляющим аппаратом, соединены между собой таким образом, что патрубок отвода рабочего тела и соответствующее окно в газораспределительном аппарате одного ротора, соединены с патрубком подвода рабочего тела и соответствующим окном в газораспределительном аппарате другого ротора, а например, по крайней мере часть патрубков отвода рабочего тела одного ротора, выходят в эжектор другого ротора в направлении его вращения, и наоборот.

21. Двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что содержит дополнительное устройство подвода тепла, например выполненное в эжекторе перед патрубком отвода рабочего тела, содержащим сопло активного потока эжектора.

22. Двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что содержит дополнительное устройство по отводу тепла, например в виде теплообменника, расположенное в эжекторе, например, перед патрубком отвода рабочего тела, содержащим сопло активного потока эжектора.

23. Двигатель по п.22, отличающийся тем, что эжектор содержит устройство по сбору и отводу из него конденсата рабочего тела.

24. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что система подачи рабочего тела, например воздуха, система подачи топлива и система зажигания выполнены таким образом, что каналы ротора выполнены с возможностью совмещения их впускных отверстий, например посредством распределителя; с системой подачи топлива, например в виде инжектора, либо например в виде системы подачи готовой топливно-воздушной смеси, в момент завершения подачи в каналы ротора воздуха в такте продувки из каналов продуктов сгорания, в момент нахождения каналов ротора предшествующий такту сжатия топливно-воздушной смеси в каналах ротора, а свечи зажигания вмонтированы например в распределителе, с возможностью их совмещения с впускными отверстиями каналов ротора, в момент завершения в этих каналах такта сжатия и полного, либо частичного перекрытия этих каналов, со стороны крыльчатки, газораспределительным аппаратом.