RU2094621C1

RU2094621C1 - Combined engine

Info

Publication number: RU2094621C1
Application number: RU93050432A
Authority: RU
Inventors: Александр Алексеевич Пустынцев
Original assignee: Александр Алексеевич Пустынцев
Priority date: 1993-11-04
Filing date: 1993-11-04
Publication date: 1997-10-27

Abstract

FIELD: engine engineering. SUBSTANCE: engine has a multi-loop steam generator positioned inside the wall of the cylindrical housing the flame space of which is a combustion chamber with a conical nozzle and over the axis of which is a hollow rotor made up as a truncated cone with a cylindrical portion at its base. Inside the space of the truncated cone is a three- sectioned rotating steam generator. The gas turbine is formed by sickle-shaped hollows arranged over periphery on the outer side of the truncated cone. The steam turbine is defined by the cylindrical portion of the hollow rotor provided with nozzles on its outer side and radial turbine received in the rotor provided with Laval nozzle on its outer side. EFFECT: enhanced efficiency. 5 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к парогазовым турбинам и может быть использовано на водном и наземном транспорте. The invention relates to mechanical engineering, namely to combined-cycle turbines and can be used in water and land transport.

Известна паровая турбина К-500-130 ЛМЗ, состоящая из ротора с рабочими лопатками и корпуса с направляющими лопатками. Недостатком этой турбины являются рабочие лопатки [1]
Известен также комбинированный двигатель "Зульцер", выбранный автором в качестве прототипа, состоящий из газовой турбины, пускового устройства, камеры сгорания, рабочих и направляющих лопаток, компрессора [2]
Недостатком этого двигателя является сложная конструкция и большие габариты. Дороговизна изготовления лопаток, сложность монтажа на роторе. Необходимость охлаждения продуктов сгорания перед подачей на лопатки газовой турбины, на что расходуется три четверти ее мощности.Known steam turbine K-500-130 LMZ, consisting of a rotor with rotor blades and a housing with guide vanes. The disadvantage of this turbine are the working blades [1]
Also known is the Zulzer combined engine, selected by the author as a prototype, consisting of a gas turbine, a starting device, a combustion chamber, working and guide vanes, a compressor [2]
The disadvantage of this engine is its complex design and large dimensions. The high cost of manufacturing the blades, the complexity of mounting on the rotor. The need to cool the combustion products before applying to the gas turbine blades, which consumes three quarters of its power.

Изобретение обеспечивает повышение мощности парогазовых двигателей с одновременным уменьшением габаритов и массы двигателя, улучшение технологичности, получение возможности изготовления безлопаточных парогазовых двигателей, одновременно являющихся парогенераторами, способных работать как бескомпрессорная пульсирующая, парогазовая турбина, как парогазовая турбина с непрерывной подачей сжатого компрессором воздуха, как жидкостная, работающая на двухкомпонентном топливе, не зависящая от внешней среды. The invention provides an increase in the power of combined-cycle engines with a simultaneous decrease in engine size and mass, improved manufacturability, and the possibility of manufacturing a bezel-less combined-cycle engines that are simultaneously steam generators capable of operating as an uncompressed pulsating, combined-cycle turbine, as a combined-cycle turbine with continuous supply of compressed air as a liquid compressor, running on two-component fuel, independent of the external environment.

Указанный результат достигается тем, что двигатель снабжен многоконтурным парогенератором, размещенным внутри стенки цилиндрического корпуса, огневым пространством которого является камера сгорания, с принудительно открывающимся впускным клапаном, снабженная конусным соплом, имеющим кольцевые направляющие, по оси сопла размещен пустотелый ротор, выполненный в виде усеченного конуса с цилиндрической частью у основания, в полости усеченного конуса размещен трехсекционный вращающийся парогенератор. Газовая турбина образована расположенными по окружности на внешней поверхности усеченного конуса серповидными углублениями. Паровая турбина образована цилиндрической частью полого ротора, имеющей на внешней поверхности реактивные сопла, и размещена внутри ротора радиальной турбины с установленными на его внешней поверхности соплами Лаваля. Таким образом, раскаленные газы одновременно используются для вращения ротора газовой турбины и для получения пара в двух парогенераторах для вращения паровой турбины, образованной цилиндрической частью полого ротора и ротора радиальной турбины, причем ротор радиальной турбины размещен соосно на выходном валу пустотелого ротора. Кроме того, в двигателе используются ударные волны, порожденные пульсациями давления отработавшей парогазовой смеси в выпускной системе, воздействующие на углубления, в торцевых частях обоих роторов по окружности и создающие дополнительный вращающий момент роторам, а также воздействуя на цилиндрические углубления, выполненные по окружности на торцевой поверхности колеса турбины компрессора под углом к оси колеса, заставляют ротор вращаться. Рабочим телом для двигателя являются жидкие нефтяные топлива или газ + вода. Двигатель может работать также на двухкомпонентном топливе, содержащем окислитель и горючее + вода. The specified result is achieved by the fact that the engine is equipped with a multi-circuit steam generator located inside the wall of the cylindrical body, the firing space of which is a combustion chamber, with a forced-inlet valve, equipped with a cone nozzle having annular guides, a hollow rotor made in the form of a truncated cone is placed along the nozzle axis. with a cylindrical part at the base, a three-section rotating steam generator is placed in the cavity of the truncated cone. The gas turbine is formed by crescent-shaped recesses arranged circumferentially on the outer surface of the truncated cone. The steam turbine is formed by the cylindrical part of the hollow rotor having jet nozzles on the outer surface and is placed inside the radial turbine rotor with Laval nozzles mounted on its outer surface. Thus, the hot gases are simultaneously used to rotate the rotor of the gas turbine and to produce steam in two steam generators to rotate the steam turbine formed by the cylindrical part of the hollow rotor and the rotor of the radial turbine, and the rotor of the radial turbine is placed coaxially on the output shaft of the hollow rotor. In addition, the engine uses shock waves generated by pressure pulsations of the exhaust gas mixture in the exhaust system, acting on the recesses in the end parts of both rotors around the circumference and creating additional torque to the rotors, as well as acting on cylindrical recesses made around the circumference on the end surface compressor turbine wheels at an angle to the axis of the wheel cause the rotor to rotate. The working fluid for the engine is liquid petroleum fuels or gas + water. The engine can also run on two-component fuel containing an oxidizing agent and fuel + water.

При работе двигателя в пульсирующем режиме происходит бескомпрессорное сжатие воздуха. Давление воздуха в двигателе повышается вследствие торможения и уменьшения скорости на входе в камеру сгорания. При принудительном открытии впускного клапана сжатый воздух заполняет камеру сгорания, затем в камеру впрыскивается распыленное топливо, клапан закрывается, поступление атмосферного воздуха временно прекращается. When the engine is operating in pulsating mode, uncompressed air compression occurs. The air pressure in the engine rises due to braking and a decrease in speed at the inlet to the combustion chamber. When the intake valve is forced to open, compressed air fills the combustion chamber, then atomized fuel is injected into the chamber, the valve closes, and air intake temporarily stops.

Образовавшаяся смесь поджигается электрическими свечами. При сгорании топлива давление в камере резко возрастает в 3 4 раза, потому что воздух, заполняющий конусное сопло, действует некоторое время как пробка, герметизируя камеру, затем газы пробивают пробку и начинается их истечение через сопло в кольцевой газовод. Внутри сопла по его оси закреплен конусный обтекатель и размещен ротор в виде усеченного конуса с несколькими рядами серповидных углублений, у основания оканчивающийся пустотелым цилиндром паровой турбины с двумя рядами серповидных углублений на торце, обращенном к соплу, и на внешней поверхности с реактивными соплами. Внутренняя полость ротора снабжена ребрами для увеличения теплоотдачи, частично заполняемая водой, снабжена водяным клапаном, пароприемной трубой и предохранительным клапаном. Площадь сопла на выходе из камеры сгорания и площадь сопла у основания ротора одинакова. Раскаленные газы, проходя сопло, воздействуют на серповидные углубления на внешней поверхности ротора, заставляя его вращаться. Одновременно, по мере прохождения по соплу, газы отдают часть своего тепла воде, находящейся во внутренней полости ротора и внутренней полости корпуса турбины, через стенки, поверхности нагрева и, превращаясь в пар, совершают работу. Пар, вырабатываемый в роторе (вращающемся парогенераторе), пройдя по пароприемной трубе в пароперегреватель, подается в реактивные сопла, выполненные на внешней поверхности цилиндрической части ротора, преобразующие его в высокоскоростные струи, направление движения которых противоположно вращению ротора, и подаются наклонно на внутреннюю поверхность радиальной турбины, расположенной соосно с ротором. Из струй пара на внутренней поверхности ротора радиальной турбины формируется плоский водяной поток, сдвигающее усилие которого преобразуется в силу вращения ротора. Сопла Лаваля, установленные на внешней поверхности ротора радиальной турбины, преобразуют поток в высокоскоростные струи пара, направление движения которых противоположно направлению вращения ротора. The resulting mixture is ignited by electric candles. During fuel combustion, the pressure in the chamber sharply increases by 3-4 times, because the air filling the cone nozzle acts for some time as a plug, sealing the chamber, then the gases break through the plug and their outflow through the nozzle into the annular gas duct begins. Inside the nozzle, a cone fairing is fixed along its axis and a rotor in the form of a truncated cone with several rows of crescent-shaped recesses is located, at the base it ends with a hollow cylinder of a steam turbine with two rows of crescent-shaped recesses at the end facing the nozzle and on the outer surface with jet nozzles. The inner cavity of the rotor is equipped with ribs to increase heat transfer, partially filled with water, equipped with a water valve, a steam intake pipe and a safety valve. The nozzle area at the outlet of the combustion chamber and the nozzle area at the base of the rotor are the same. Hot gases passing the nozzle act on the crescent-shaped recesses on the outer surface of the rotor, causing it to rotate. At the same time, as they pass through the nozzle, the gases give part of their heat to the water located in the inner cavity of the rotor and the inner cavity of the turbine housing through the walls, heating surfaces and, turning into steam, do the job. The steam generated in the rotor (rotating steam generator), passing through the steam receiving pipe to the superheater, is fed into jet nozzles made on the outer surface of the cylindrical part of the rotor, converting it into high-speed jets, the direction of which is opposite to the rotation of the rotor, and are fed obliquely to the inner surface of the radial a turbine aligned with the rotor. From the steam jets on the inner surface of the rotor of the radial turbine a flat water stream is formed, the shear force of which is converted by the rotation of the rotor. Laval nozzles mounted on the outer surface of the rotor of a radial turbine convert the flow into high-speed jets of steam, the direction of motion of which is opposite to the direction of rotation of the rotor.

Пар, вырабатываемый в многоконтурном парогенераторе, внутри стенки цилиндрического корпуса из сухопарника по пароперегревательной трубе подается в пароперегреватель и далее в сопла в пароперегревателе и, преобразуясь в высокоскоростную струю пара, подается наклонно на серповидные углубления на торце цилиндрической части ротора, обращенной к соплу, заставляя ротор вращаться. Поток отработавших газов, пройдя серповидные углубления на торцевой части ротора, смешивается с отработавшим паром и кольцевым газоходом, парогазовая смесь отводится вдоль наружной стенки корпуса турбины в сторону камеры сгорания, продолжая отдавать свое тепло воде через наружные стенки корпуса, затем газоход меняет направление и отработавшая парогазовая смесь, теряя скорость и температуру, отводится в выпускную систему и далее в атмосферу. Давление в камере сгорания снова падает и становится ниже, чем на выходе из сопла. Клапан принудительно открывается и цикл повторяется. Число циклов составляет в пульсирующем режиме от 30 до 120 в секунду, что составляет 1800 7200 об/мин ротора. Свежий воздух при открытии клапана вследствие разряжения в камере, засасывается через открытый клапан в камеру сгорания. Это дает возможность отказываться от компрессора. Но для повышения мощности турбины и при пуске ее необходимо осуществлять наддув, для его осуществления применяется компрессор, размещенный на одном валу с ротором турбины, Вращаемым при пуске двигателя электромотором. Обгонная муфта автоматически отключает электродвигатель в тот момент, когда будет достигнута частота вращения, при которой компрессор выдает воздух, необходимый для горения топлива в камере сгорания. После пуска турбины и отключения электродвигателя компрессор вращается ротором с цилиндрическими углублениями на торце, приводимыми во вращение ударными волнами, порожденными пульсациями давления в газоводе. Ротор радиальной турбины может работать на одном валу с ротором парогазовой турбины через редуктор и может быть снабжен на наружной торцевой части династартером или может вращаться независимо от вала парогазовой турбины, а такде может быть снабжен генератором тока. The steam generated in the multi-circuit steam generator inside the wall of the cylindrical body from the steam boiler through the superheater pipe is fed to the superheater and then to the nozzles in the superheater and, being converted into a high-speed steam jet, is fed obliquely to the sickle-shaped recesses at the end of the cylindrical part of the rotor facing the nozzle, forcing the rotor rotate. The exhaust gas stream, having passed through the crescent-shaped recesses on the end part of the rotor, is mixed with the exhaust steam and the annular gas duct, the gas-vapor mixture is discharged along the outer wall of the turbine casing towards the combustion chamber, continuing to transfer its heat to the water through the outer walls of the casing, then the gas duct changes direction and the exhaust gas-vapor the mixture, losing speed and temperature, is discharged into the exhaust system and further into the atmosphere. The pressure in the combustion chamber drops again and becomes lower than at the exit of the nozzle. The valve is forced to open and the cycle repeats. The number of cycles is in the pulsating mode from 30 to 120 per second, which is 1800 7200 rpm of the rotor. Fresh air, when the valve is opened due to a vacuum in the chamber, is sucked in through the open valve into the combustion chamber. This makes it possible to refuse the compressor. But in order to increase the power of the turbine and when starting it, it is necessary to carry out pressurization; for its implementation, a compressor is used, located on the same shaft with the turbine rotor, Rotated by starting the engine with an electric motor. The freewheel automatically shuts off the electric motor at the moment when the speed is reached at which the compressor produces the air necessary for burning fuel in the combustion chamber. After starting the turbine and turning off the electric motor, the compressor rotates with a rotor with cylindrical recesses at the end face, driven by shock waves generated by pressure pulsations in the gas duct. The rotor of a radial turbine can operate on the same shaft with the rotor of a combined cycle gas turbine through a gearbox and can be equipped with a dynastarter on the outer end part or can rotate independently of the combined cycle gas turbine shaft, and can also be equipped with a current generator.

При работе двигателя в режиме парогазовой турбины рабочее тело является продуктом сгорания жидкого или газообразного топлива, непрерывно подаваемого в камеру сгорания при постоянно открытом клапане подачи воздуха и сжигаемого в ней, расширяясь в сопле, оно производит работу в каналах, образованных серповидными углублениями на роторе турбины, и одновременно отдает часть своего тепла воде во внутренней полости ротора, находящейся под большим давлением и высокой температурой, и парогенератору внутри стенки цилиндрического корпуса. Работа вырабатываемого пара во вращающемся парогенераторе и парогенераторе, размещенном внутри стенки цилиндрического корпуса, не меняется на всех режимах работы двигателя. Для реакции горения требуется подавать в 3 4 раза меньше воздуха в камеру сгорания, так как нет необходимости снижать температуру газов в связи с отсутствием на роторе турбины рабочих лопаток. Компрессор приводится в действие ротором (колесом) с выполненными по окружности с торцевой части цилиндрическими углублениями под углом к оси колеса, приводимым во вращение ударными волнами, порожденными пульсациями давления в газоходе, создаваемыми отработавшей парогазовой смесью, воздействующей через отверстие в стенке газохода на цилиндрические углубления в колесе. Во всех же современных двигателях компрессор приводится в действие самой газовой турбиной, на что расходуется 3/4 ее мощности. When the engine is operating in the mode of a combined-cycle turbine, the working fluid is the product of combustion of liquid or gaseous fuel, continuously supplied to the combustion chamber with the air supply valve constantly open and burned in it, expanding in the nozzle, it works in the channels formed by crescent-shaped recesses on the turbine rotor, and at the same time gives part of its heat to water in the inner cavity of the rotor, which is under high pressure and high temperature, and to the steam generator inside the wall of the cylindrical body. The work of the generated steam in a rotating steam generator and a steam generator located inside the wall of the cylindrical body does not change at all engine operating modes. For the combustion reaction, it is necessary to supply 3-4 times less air to the combustion chamber, since there is no need to reduce the temperature of the gases due to the absence of working blades on the turbine rotor. The compressor is driven by a rotor (wheel) with cylindrical recesses made circumferentially from the end part at an angle to the axis of the wheel, driven by rotation of shock waves generated by pressure pulsations in the duct created by the spent vapor-gas mixture acting through cylindrical recesses through an opening in the duct wall the wheel. In all modern engines, the compressor is driven by the gas turbine itself, which takes up 3/4 of its power.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема комбинированного двигателя; на фиг. 2 сопло в разрезе; на фиг. 3 схема газовоздушного и парогазового трактов; на фиг. 4 пустотелый ротор, разрез по А-А; на фиг. 5 общий вид двигателя ПАА-500; на фиг. 6 вид с передней стороны на двигатель. In FIG. 1 shows a schematic diagram of a combined engine; in FIG. 2 nozzle in section; in FIG. 3 diagram of gas-air and combined-gas paths; in FIG. 4 hollow rotor, section along AA; in FIG. 5 general view of the PAA-500 engine; in FIG. 6 front view of the engine.

Комбинированный двигатель состоит из камеры сгорания 1, сопла 2, коллектора 3, ротора 4, корпуса 5, ротора радиальной турбины 6, впускного канала 7, диффузора 8, впускного клапана 9, ротора компрессора 10, турбины компрессора 11, кольцевого сухопарника 12, топливных форсунок 13, свечей 14. The combined engine consists of a combustion chamber 1, a nozzle 2, a manifold 3, a rotor 4, a housing 5, a rotor of a radial turbine 6, an inlet channel 7, a diffuser 8, an inlet valve 9, a compressor rotor 10, a compressor turbine 11, an annular suction cup 12, fuel nozzles 13, candles 14.

Камера сгорания 1, переходящая в конусное сопло 2, с кольцевыми направляющими 15, имеющая впускной канал 7 и диффузор 8, выполнена как одно целое с корпусом 5, и вместе с кольцевым водонагревателем 16, кольцевым сухопарником 12, кольцевым пароперегревателем 17, с реактивными соплами, обтекающими пустотелыми стойками 18, водяным коллектором 3, кольцевым газоводом 19, свечами 14, средствами подачи топлива, воды, воздуха и приборами контроля, представляет собой многоконтурный парогенератор с принудительной циркуляцией воды. The combustion chamber 1, passing into a conical nozzle 2, with annular guides 15, having an inlet channel 7 and a diffuser 8, is made integrally with the housing 5, and together with an annular water heater 16, an annular suction cup 12, an annular superheater 17, with jet nozzles, flowing around hollow racks 18, a water collector 3, an annular gas duct 19, candles 14, means for supplying fuel, water, air and control devices, is a multi-circuit steam generator with forced water circulation.

Сопло 2 выполнено с кольцевыми направляющими 15 для изменения направления движения газов. С наружной стороны сопло 2 снабжено ребрами для отвода тепла и передачи его воде. Узкая часть сопла 2 соединена с камерой сгорания 1, широкая его часть оканчивается пароперегревателем 17. The nozzle 2 is made with annular guides 15 to change the direction of movement of gases. On the outside, the nozzle 2 is provided with fins for removing heat and transferring it to water. The narrow part of the nozzle 2 is connected to the combustion chamber 1, its wide part ends with a superheater 17.

Коллектор 3 предназначен для направления раскаленных газов на внешнюю поверхность ротора 4 для обеспечения подачи воды в ротор 4, для размещения и фиксации в нем вала 20, ротора 4, для охлаждения и смазки подшипника вала 20 ротора 4 маслом. Коллектор 3 выполнен в конусной емкости разделенной внутренней переборкой на два герметизированных объема водяного и маслянного. В днище коллектора 3, выполнено отверстие с обоймой для манжеты и подшипника, сквозь которое проходит вал 20 с эксцентриком в объем, заполненный маслом, далее проходит сквозь втулку внутренней переборки в объем, заполненный водой. The collector 3 is designed to direct hot gases to the outer surface of the rotor 4 to ensure water supply to the rotor 4, to place and fix the shaft 20, rotor 4 in it, to cool and lubricate the bearing of the shaft 20 of the rotor 4 with oil. The collector 3 is made in a conical tank divided by an internal bulkhead into two sealed volumes of water and oil. In the bottom of the manifold 3, a hole is made with a cage for the cuff and bearing, through which the shaft 20 with the eccentric passes into the volume filled with oil, then passes through the sleeve of the internal bulkhead into the volume filled with water.

Коллектор 3 закреплен внутри сопла 2 соосно с ним с помощью пустотелых направляющих стоек 18, установленных под углом к продольной оси сопла 2. The collector 3 is fixed inside the nozzle 2 coaxially with it using hollow guide racks 18 mounted at an angle to the longitudinal axis of the nozzle 2.

Ротор 4 предназначен для преобразования внутренней энергии газов во внешнюю кинетическую энергию потока, которая затем превращается в механическую работу вращения ротора 4 а также для использования тепловой энергии газов для получения из воды пара во внутренней полости ротора 4, для превращения тепловой энергии водяного пара в механическую работу вращения ротора 4. Ротор 4 представляет собой закрытый сосуд, выполненный в виде усеченного конуса с цилиндрической частью у основания, с наружной стороны которого имеются несколько рядов серповидных углублений 21 по окружности, у основания оканчивающийся цилиндрической частью с реактивными соплами 22 на внешней части поверхности усеченного конуса с несколькими рядами серповидных углублений 23 и углублений 24 на торцевой поверхности, обращенной к соплу. The rotor 4 is designed to convert the internal energy of the gases into the external kinetic energy of the flow, which is then converted into the mechanical work of rotation of the rotor 4 and also to use the thermal energy of gases to produce steam from the water in the inner cavity of the rotor 4, to convert the thermal energy of water vapor into mechanical work rotation of the rotor 4. The rotor 4 is a closed vessel, made in the form of a truncated cone with a cylindrical part at the base, on the outside of which there are several rows of sickles visible recesses 21 around the circle, ending at the base with a cylindrical part with jet nozzles 22 on the outer part of the surface of the truncated cone with several rows of sickle-shaped recesses 23 and recesses 24 on the end surface facing the nozzle.

Наружная торцевая часть ротора 4 снабжена выходным валом 25. Внутренняя полость ротора 4 разделена на три секции водяная секция 26, пароводяная секция 27, паровая секция 28. Вал 20 имеет осевое отверстие с размещенным в нем клапаном подачи воды в водяную секцию 26. The outer end part of the rotor 4 is provided with an output shaft 25. The inner cavity of the rotor 4 is divided into three sections: a water section 26, a steam-water section 27, a steam section 28. The shaft 20 has an axial bore with a valve for supplying water to the water section 26.

Секция 26 сообщается с пароводяной секцией 27 отверстиями 29 в переборке. Паровая секция 28 сообщается с пароводяной секцией 27 пароприемной трубой 30. Section 26 communicates with the steam-water section 27 with openings 29 in the bulkhead. The steam section 28 communicates with the steam-water section 27 with a steam receiving pipe 30.

Выходной вал 25 ротора 4 имеет центральное отверстие с размещенным внутри предохранительным клапаном. Выходной вал 25 размещен в подшипниках, закрепленных в торцевой части крышки 31 корпуса 5. The output shaft 25 of the rotor 4 has a central hole with a safety valve located inside. The output shaft 25 is placed in bearings mounted in the end part of the cover 31 of the housing 5.

Ротор 4 размещен по оси конусного сопла 2, имеющего кольцевые направляющие 15. Ротор радиальной турбины 6 предназначен для преобразования высокоскоростных струй пара, вырывающихся из реактивных сопел 22, выполненных с внешней части поверхности ротора 4, сдвигающего усилия водяного потока, преобразования высокоскоростных струй пара, вырывающегося из сопел Лаваля 32, установленных на его внешней поверхности, направление движения которых противоположно направлению вращения ротора 6. Ротор 6 размещен внутри корпуса 5 в непосредственной близости от торцевой крышки 31 в подшипниках, закрепленных в крышке 31, соосно с выходным валом 25. Ротор 4 свободно размещен своей цилиндрической частью внутри пустотелой цилиндрической поверхности ротора 6. The rotor 4 is placed along the axis of the conical nozzle 2 having annular guides 15. The rotor of the radial turbine 6 is designed to convert high-speed steam jets escaping from the jet nozzles 22 made from the outer part of the surface of the rotor 4, shifting the forces of the water flow, converting high-speed steam jets escaping from Laval nozzles 32 mounted on its outer surface, the direction of movement of which is opposite to the direction of rotation of the rotor 6. The rotor 6 is placed inside the housing 5 in close proximity from the end cap 31 in bearings fixed in the cover 31 coaxially with the output shaft 25. The rotor 4 is placed loosely inside its hollow cylindrical portion of the cylindrical surface of the rotor 6.

На торцевой части ротора 6, обращенной к ротору 4, выполнено кольцевое углубление 33. С наружной торцевой части ротора 6 в ротор вмонтированы сегменты постоянных магнитов 34 по окружности. С наружной стороны торцевой крышки 31 против секций магнитов 34 в роторе 6 закреплены полюсные башмаки 35 с обмотками возбуждения. On the end part of the rotor 6, facing the rotor 4, an annular recess 33 is made. From the outer end part of the rotor 6, segments of permanent magnets 34 are mounted in a circle around the circumference. On the outer side of the end cover 31 against the sections of the magnets 34 in the rotor 6 are fixed pole shoes 35 with field windings.

Водоподогреватель 16 у выходной части газовода 19 с наружной и внутренней сторон имеет направляющие секции 36 для прохождения ударволн на серпообразные углубления 24 на торцевой части ротора 4 и кольцевые углубления 33 на торцевой части ротора 6. The water heater 16 at the outlet of the gas duct 19 from the outer and inner sides has guide sections 36 for passing shock waves to the crescent-shaped recesses 24 on the end part of the rotor 4 and annular recesses 33 on the end part of the rotor 6.

Коромысло 37 клапанного механизма установлено на оси 38, закрепленной на корпусе 5 с возможностью перемещения в верхнее фиксированное положение для предотвращения открытия впускного клапана 9 при работе двигателя на двухкомпонентном топливе. The rocker arm 37 of the valve mechanism is mounted on the axis 38, mounted on the housing 5 with the possibility of moving to the upper fixed position to prevent the opening of the intake valve 9 when the engine is running on two-component fuel.

При необходимости непрерывной подачи воздуха в камеру сгорания от компрессора для открытия и удержания клапана 9 в открытом положении двигатель снабжен коромыслом 39. If necessary, a continuous supply of air to the combustion chamber from the compressor to open and hold the valve 9 in the open position, the engine is equipped with a rocker arm 39.

Двигатель снабжен компрессором 10, приводимым при пуске двигателя и, при необходимости во вращение электродвигателем через обгонную муфту. The engine is equipped with a compressor 10 driven when the engine is started and, if necessary, rotated by an electric motor through an overrunning clutch.

При работе двигателя компрессор 10 вращается колесом турбины 11, закрепленным на одном валу с ротором компрессора 10. С торца колеса турбины 11, обращенного к выпускному газопроводу 19, выполнены по окружности цилиндрические углубления под углом к оси колеса, а в стенке газовода против цилиндрических углублений в колесе турбины 11 выполнено отверстие 40 под углом на цилиндрические углубления в колесе турбины. When the engine is running, the compressor 10 is rotated by a turbine wheel 11 mounted on one shaft with the rotor of the compressor 10. At the end of the turbine wheel 11 facing the exhaust gas pipe 19, cylindrical recesses are made around the circumference at an angle to the axis of the wheel, and against the cylindrical recesses in the gas duct wall the turbine wheel 11 has a hole 40 at an angle to the cylindrical recesses in the turbine wheel.

Резкий поворот парогазового потока в выпускном газоводе 19, в особенности при работе двигателя в пульсирующем режиме, заставляет воздух в полости с размещенным колесом турбины 11 и сообщенной с кольцевым газоводом 19 отверстием 40, выполненным под углом к оси колеса турбины, направленным на цилиндрические углубления в колесе турбины 11, колебаться, и эти колебания (ударные волны), воздействуя на цилиндрические углубления на торцевой части колеса турбины, приводят во вращение колесо турбины 11. Получается, что, хотя через колесо рабочее тело и не проходит (полость, в которой размещено колесо турбины 11 практически замкнута), турбина все равно вращается. A sharp turn of the vapor-gas flow in the exhaust gas duct 19, especially when the engine is operating in a pulsating mode, forces air in the cavity with the turbine wheel 11 located and the hole 40 in communication with the annular gas duct 19, made at an angle to the turbine wheel axis directed to the cylindrical recesses in the wheel the turbines 11, oscillate, and these vibrations (shock waves), acting on the cylindrical recesses on the end part of the turbine wheel, rotate the turbine wheel 11. It turns out that, although the working medium does not pass through the wheel passes (the cavity in which the turbine wheel 11 is located is almost closed), the turbine still rotates.

В коллектор 3 введены через корпус 5 втулки с размещенными в них с возможностью поступательного движения толкателями 41. In the collector 3 introduced through the housing 5 of the sleeve with placed in them with the possibility of translational motion of the pushers 41.

При работе двигателя в пульсирующем режиме может происходить бескомпрессорное сжатие воздуха. Воздух подается во входной диффузор 8 и далее во впускной канал 7, где скорость его уменьшается, а давление возрастает на входе в камеру сгорания 1. При принудительном открытии коромыслом 37 впускного клапана 9 воздух заполняет камеру сгорания 1, затем в камеру сгорания впрыскивается форсунками 13 распыленное топливо, клапан 9 закрывается, поступление атмосферного воздуха временно прекращается, образовавшаяся смесь поджигается электрическими свечами 14. При сгорании топлива давление в камере резко возрастает в 3 4 раза, потому что воздух, заполняющий сопло 2, действует некоторое время как пробка, герметизирующая камеру 1. Затем газы пробивают воздушную пробку и начинается их истечение. Давление в камере 1 снова падает и становится ниже, чем на выходе из сопла 2. Клапан 9 принудительно открывается и цикл повторяется. Он длится десятые, а иногда и сотые доли секунды, что дает возможность отказаться от компрессора. When the engine is operating in a pulsating mode, uncompressed air compression can occur. Air is supplied to the inlet diffuser 8 and then to the inlet channel 7, where its speed decreases and the pressure increases at the inlet to the combustion chamber 1. When the rocker arm 37 is forced to open the intake valve 9, air fills the combustion chamber 1, then sprayed nozzles 13 are injected into the combustion chamber fuel, valve 9 closes, the intake of atmospheric air is temporarily stopped, the resulting mixture is ignited by electric candles 14. When the fuel burns, the pressure in the chamber increases sharply by 3 4 times, because the air is filled removing nozzle 2, acts for some time as a stopper sealing chamber 1. Then the gases break through the air stopper and their outflow begins. The pressure in the chamber 1 again drops and becomes lower than at the outlet of the nozzle 2. The valve 9 is forced to open and the cycle repeats. It lasts tenths and sometimes hundredths of a second, which makes it possible to abandon the compressor.

При истечении раскаленных газов из камеры сгорания 1, они омывают коллектор 3, направляющие пустотелые обтекаемые стойки 18, установленные под углом к продольной оси сопла 2, в сторону вращения ротора 4. When hot gases expire from the combustion chamber 1, they wash the collector 3, guiding the hollow streamlined struts 18, installed at an angle to the longitudinal axis of the nozzle 2, in the direction of rotation of the rotor 4.

Получив вращение, газы омывают переднюю часть ротора 4, и направляются кольцевыми направляющими 15 в сопле 2 в серповидные углубления 21, они заставляя ротор 4 вращаться. Пройдя серповидные углубления 21, они снова направляются кольцевыми направляющими 15 в сопле в серповидные углубления 21 и, не меняя первоначальное направление закрутки, проходят серповидные углубления 23, создавая дополнительный крутящий момент на рабочем выходном валу 25, теряя скорость и температуру, пройдя кольцевым газоводом 19 и, отдав часть тепла воде в кольцевом водоподогревателе 16 наружным стенкам корпуса 5 многоконтурного парогенератора, кольцевому сухопарнику 12, отводятся через очиститель в конденсатор, глушитель и далее в атмосферу. Having received rotation, the gases wash the front part of the rotor 4, and are guided by the annular guides 15 in the nozzle 2 to the crescent-shaped recesses 21, they cause the rotor 4 to rotate. Having passed the crescent grooves 21, they are again guided by the annular guides 15 in the nozzle to the crescent grooves 21 and, without changing the initial twist direction, the crescent grooves 23 pass, creating additional torque on the working output shaft 25, losing speed and temperature, passing the annular gas duct 19 and Having given part of the heat to the water in the annular water heater 16 to the outer walls of the casing 5 of the multi-circuit steam generator, the annular suction cup 12, are removed through the cleaner to a condenser, a muffler, and then to the atmosphere pv.

При работе двигателя раскаленные газы также отдают часть своего тепла через стенки камеры сгорания 1, стенки сопла 2, стенки обтекаемых пустотелых стоек 18 воде, находящейся в многоконтурном парогенераторе. When the engine is running, hot gases also give off part of their heat through the walls of the combustion chamber 1, the walls of the nozzle 2, the walls of the streamlined hollow racks 18 to the water in the multi-circuit steam generator.

Часть своего тепла раскаленные газы отдают через стенки коллектора 3, стенки обтекаемых пустотелых стоек 18 воде, находящейся в коллекторе 3, а также через стенки ротора 4(вращающегося трехсекционного парогенератора) и ребра теплоотдачи воде и пару, находящимся внутри ротора 4. Перед пуском двигателя многоконтурный парогенератор заполняется водой до покрытия ею сопла 2. При работе двигателя часть тепла, выделяемого при сжигании топлива в камере сгорания, переходит через поверхность нагрева к воде. Вырабатываемый многоконтурным парогенератором пар поступает в кольцевой сухопарник 12, из которого по трубе, снабженной электроподогревателем, отводится в кольцевой пароперегреватель 17, откуда через сопла вырывается на серповидные углубления 23 и, отработав, смешивается с газами и отводится через очиститель в конденсатор или глушитель и далее в атмосферу. Hot gases transfer part of their heat through the walls of the collector 3, the walls of the streamlined hollow racks 18 to the water located in the collector 3, and also through the walls of the rotor 4 (rotating three-section steam generator) and heat transfer ribs to the water and steam inside the rotor 4. Before starting the engine, a multi-circuit the steam generator is filled with water until it covers the nozzle 2. When the engine is running, part of the heat generated by burning fuel in the combustion chamber passes through the heating surface to the water. The steam generated by the multi-circuit steam generator enters the annular suction cup 12, from which it is discharged through a pipe equipped with an electric heater to the annular superheater 17, from where it escapes through the nozzles to the sickle-shaped recesses 23 and, having worked out, mixes with gases and is discharged through the cleaner to a condenser or muffler and then to the atmosphere.

Постоянная подача воды в парогенераторы осуществляется через водоподогреватель 16 для поддержания ее постоянного уровня, а также постоянная ее циркуляция в парогенераторах осуществляется средствами подачи воды и приборами контроля. Вода в парогенераторах омывает камеру сгорания 1, сопло 2, внутренние стенки пустотелых направляющих стоек 18 и частично наружную поверхность коллектора 3. Перед пуском двигателя ротор 4 частично заполняется водой через водоподогреватель 16, коллектор 3. A constant supply of water to the steam generators is carried out through the water heater 16 to maintain its constant level, as well as its constant circulation in the steam generators is carried out by means of water supply and control devices. Water in the steam generators washes the combustion chamber 1, nozzle 2, the inner walls of the hollow guide racks 18 and partially the outer surface of the manifold 3. Before starting the engine, the rotor 4 is partially filled with water through the water heater 16, manifold 3.

При работе двигателя раскаленные газы нагревают вращающийся ротор 4. Под действием центробежной силы вода прижимается к наружным стенкам ротора 4 с внутренней стороны, образуя защитный слой, препятствующий повышению температуры стенок. Внутри пароводяной секции 27 образуется цилиндрическое паровое пространство, регулируемое с помощью постоянной подачи воды. Питательная вода, пройдя водоподогреватель 16, поступает в водяной объем коллектора 3, снова нагревается и через осевое отверстие вала 20 и клапан поступает в водяную секцию 26, оттуда через отверстия 29 поступает в пароводяную секцию 27. Пар, вырабатываемый в пароводяной секции 27, поступает через трубу 30 в паровую секцию 28, перегревается и под высоким давлением поступает в реактивные сопла 22, высокоскоростные струи пара из сопел 22, направление движения которых противоположно направлению вращения ротора 4, заставляют его вращаться и, попадая наклонно на внутреннюю поверхность ротора 6, формируют плоский водяной поток, сдвигающее усилие которого преобразуется в силу вращения ротора 6, высокоскоростные струи из сопел Лаваля 32, установленных на внешней поверхности ротора 6, направление движения которых противоположно направлению вращения ротора 6, создают дополнительный вращающий момент ротору 6 и отводятся в конденсатор, глушитель и далее в атмосферу. When the engine is running, hot gases heat the rotating rotor 4. Under the action of centrifugal force, water is pressed against the outer walls of the rotor 4 from the inside, forming a protective layer that prevents the temperature of the walls from rising. Inside the steam-water section 27, a cylindrical steam space is formed, controlled by a constant supply of water. Feed water, passing through the water heater 16, enters the water volume of the manifold 3, is again heated and through the axial hole of the shaft 20 and the valve enters the water section 26, from there it enters the steam-water section 27 through the holes 29. The steam generated in the steam-water section 27 enters through the pipe 30 into the steam section 28, overheats and under high pressure enters the jet nozzles 22, high-speed jets of steam from the nozzles 22, the direction of movement of which is opposite to the direction of rotation of the rotor 4, cause it to rotate and getting on a flat water flow is formed on the inner surface of the rotor 6, the shear force of which is converted by the rotation of the rotor 6, high-speed jets from Laval nozzles 32 mounted on the outer surface of the rotor 6, the direction of movement of which is opposite to the direction of rotation of the rotor 6, create additional torque to the rotor 6 and are discharged to the condenser, muffler and further to the atmosphere.

При работе двигателя в пульсирующем режиме эксцентрик на валу 20 один раз за полный оборот вала 20 воздействуя на толкатель 41, воздействует на коромысло 37, коромысло, воздействуя на торцевую часть стержня клапана 9, открывает его. При дальнейшем повороте вала 20 эксцентрик поворачивается и перестает воздействовать на клапанный механизм и клапан 9 под действием пружин закрывается. Затем процесс повторяется. When the engine is in pulsed mode, the eccentric on the shaft 20 once per full revolution of the shaft 20 acts on the pusher 41, acts on the beam 37, the beam, acting on the end part of the valve stem 9, opens it. With further rotation of the shaft 20, the eccentric rotates and ceases to act on the valve mechanism and the valve 9 closes under the action of the springs. Then the process is repeated.

Для повышения мощности двигателя при работе в пульсирующем режиме осуществляется наддув турбокомпрессором 10. To increase engine power when operating in pulsating mode, turbocharger 10 is pressurized.

При работе двигателя при беспрерывной подаче топлива и воздуха в камеру сгорания 1 впускной клапан 9 постоянно открыт и удерживается в открытом положении коромыслом 39. Постоянная беспрерывная подача воздуха в камеру сгорания осуществляется компрессором 10, вращаемым турбиной 11 или электродвигателем через обгонную муфту. Производительность парогенераторов в этом режиме работы выше. When the engine is running with continuous supply of fuel and air to the combustion chamber 1, the intake valve 9 is constantly open and held in the open position by the rocker arm 39. A constant continuous supply of air to the combustion chamber is carried out by a compressor 10, a rotated turbine 11 or an electric motor through an overrunning clutch. The performance of steam generators in this operating mode is higher.

При работе двигателя на двухкомпонентном топливе, содержащем окислитель и горючее, компрессор не нужен. Ось 38 коромысла 37 перемещается в верхнее фиксированное положение для предотвращения открытия впускного клапана 9. When the engine is running on two-component fuel containing an oxidizing agent and fuel, a compressor is not needed. The axis 38 of the rocker arm 37 moves to the upper fixed position to prevent the opening of the intake valve 9.

Двигатель прост в изготовлении, может быть изготовлен на любом машиностроительном заводе. The engine is easy to manufacture, can be made at any engineering plant.

Основное отличие двигателя от обычных парогазовых турбин заключается в отсутствии рабочих лопаток, преодолен лопаточный барьер. Кроме того, полнее используется внутренняя тепловая энергия газов. Двигатель экономичен, т.к. работает на парогазовой смеси. Токсичность отработавших газов снижается благодаря их смешиванию с паром и может быть сведена к минимуму. The main difference between the engine and conventional combined-cycle turbines is the lack of working blades, the blade barrier is overcome. In addition, the internal thermal energy of gases is used more fully. The engine is economical because works on a gas-vapor mixture. The toxicity of exhaust gases is reduced by mixing them with steam and can be minimized.

Claims

1. A combined engine comprising a cylindrical body, an air compressor, a combustion chamber, a gas pipe, fuel nozzles, a starting engine, a nozzle apparatus, a steam turbine, characterized in that the engine is equipped with a multi-circuit steam generator located inside the wall of the cylindrical body, the firing space of which is the chamber combustion, equipped with a conical nozzle having annular guides, a hollow rotor made in the form of a truncated cone with a cylindrical part base, in the cavity of the truncated cone there is a three-section rotating steam generator, the gas turbine is formed by crescent-shaped recesses arranged circumferentially on the outer surface of the truncated cone, the steam turbine is formed by the cylindrical part of the hollow rotor having jet nozzles on the outer part of the surface and placed inside the rotor of the radial turbine with mounted on it the outer surface of the Laval nozzles, and the rotor of the jet turbine is placed coaxially on the output shaft of the hollow rotor, in the end parts of both rotors are made around the circumference of the recess, and the combustion chamber is equipped with a forced-opening inlet valve, and cylindrical recesses are made around the circumference of the wheel of the compressor turbine at an angle to the axis of the wheel.

2. The engine according to claim 1, characterized in that the steam receiving pipe, placed in the dry steam cylinder of the cylindrical body, is equipped with an electric motor spiral, sealed with thermoelectric insulation.

3. The engine according to claim 1, characterized in that the engine is equipped with a locking beam.

4. The engine according to claim 1, characterized in that the axis of the rocker arm of the valve mechanism is mounted on the housing with the ability to move perpendicular to the axis of the rocker arm in the upper and lower fixed positions.

5. The engine according to claim 1, characterized in that from the outer end part into the rotor of the radial turbine are mounted segments of permanent magnets of the current generator, and the pole shoes of the current generator with field windings are fixed on the outside of the end cover of the housing.