RU2095606C1 - Engine utilizing energy of heated vapor of fuel - Google Patents

Engine utilizing energy of heated vapor of fuel Download PDF

Info

Publication number
RU2095606C1
RU2095606C1 RU9595116670A RU95116670A RU2095606C1 RU 2095606 C1 RU2095606 C1 RU 2095606C1 RU 9595116670 A RU9595116670 A RU 9595116670A RU 95116670 A RU95116670 A RU 95116670A RU 2095606 C1 RU2095606 C1 RU 2095606C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ejector
separator
fuel
combustion chamber
engine
Prior art date
Application number
RU9595116670A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU95116670A (en
Inventor
Михаил Михайлович Мокров
Original Assignee
Михаил Михайлович Мокров
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Михаил Михайлович Мокров filed Critical Михаил Михайлович Мокров
Priority to RU9595116670A priority Critical patent/RU2095606C1/en
Priority to PCT/RU1996/000358 priority patent/WO1998029656A1/en
Publication of RU95116670A publication Critical patent/RU95116670A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2095606C1 publication Critical patent/RU2095606C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02KJET-PROPULSION PLANTS
    • F02K7/00Plants in which the working fluid is used in a jet only, i.e. the plants not having a turbine or other engine driving a compressor or a ducted fan; Control thereof
    • F02K7/10Plants in which the working fluid is used in a jet only, i.e. the plants not having a turbine or other engine driving a compressor or a ducted fan; Control thereof characterised by having ram-action compression, i.e. aero-thermo-dynamic-ducts or ram-jet engines
    • F02K7/12Injection-induction jet engines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00Function
    • F05D2260/20Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/209Heat transfer, e.g. cooling using vortex tubes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nitrogen And Oxygen Or Sulfur-Condensed Heterocyclic Ring Systems (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Abstract

FIELD: rocket power plants, shaft drives. SUBSTANCE: engine includes member converting heat into energy of pressure in form of fuel brought in contact with heating device 2, heating device 2 proper, combustion chamber 3 with exhaust nozzle 13, air intake 14, starting system 21, vortex ejector 5 with cooling jacket 10 located at outlet of air intake 14, separator 6 intended for separation of mixture fed from ejector 5 and located between this ejector and combustion chamber 3 which is provided with prechamber vortex mixer 11. Air intake 14 may be provided with turbine 15. Separator 6 is provided with heat exchanger 7 at its inlet and condenser 9 at its outlet, with energy acceptor 8 located between them. Energy acceptor consists of expander 16 fitted with device 20 for taking off rotation power and throttle device 17 provided with vortex tube 18 having cooling jacket 19 which are connected in parallel. Ejector and separator form one stage of compression. EFFECT: enhanced efficiency. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение может быть использовано в качестве реактивной силовой установки непрерывной тяги, а также в качестве привода для вращения вала в транспортных средствах и машинах, работающих в пределах земной атмосферы. The invention can be used as a jet propulsion system of continuous thrust, as well as a drive for rotating the shaft in vehicles and machines operating within the earth's atmosphere.

Известен двигатель, содержащий систему запуска, воздухозаборник с эжектором на выходе для сжатия воздуха, поступающего через воздухозаборник, и камеру сгорания с выхлопным соплом и нагревательным устройством для нагрева горючего, преобразующего тепло в энергию давления [1] Этот двигатель относится к двигателям давления, где горючее прокачивается под напором через нагревательное устройство, испаряется и в качестве эжектирующего рабочего тела (ЭРТ) подается в прямоструйный эжектор. В эжекторе ЭРТ в виде струи пара горючего увлекает из окружающей среды воздух и сжимает его, нагнетая в камеру сгорания. Смесь пара горючего и воздуха сгорает в камере сгорания, давая энергию для реактивной тяги и нагрев горючего. Последовательно ступени сжатия паром горючего (перед ней) для увеличения степени сжатия в целом включены ступени сжатия выхлопными газами, действующие также способом прямоструйной эжекции. A known engine comprising a starting system, an air intake with an ejector at the outlet for compressing the air entering through the air intake, and a combustion chamber with an exhaust nozzle and a heating device for heating fuel, converting heat to pressure energy [1] This engine relates to pressure engines, where fuel It is pumped under pressure through a heating device, evaporates and, as an ejecting working medium (ERT), is fed into a direct-jet ejector. In an ERT ejector in the form of a jet of fuel vapor, it draws air from the environment and compresses it, pumping it into the combustion chamber. A mixture of fuel vapor and air burns in the combustion chamber, giving energy for jet propulsion and heating the fuel. In series, the compression stages of the fuel vapor (in front of it) in order to increase the degree of compression, generally include the compression stages with exhaust gases, which also act as a direct-jet ejection method.

Принцип эжекционного сжатия воздуха паром горючего с использованием нагревательного устройства для горючего является общим признаком вышеупомянутого изобретения и предмета данного изобретения. Однако такие отрицательные особенности как низкая степень сжатия прямоструйного эжектора, обратная взаимозависимость степени сжатия эжекторов и коэффициента эжекции, а следовательно расхода воздуха, разогрев и насыщение всасываемого воздуха продуктами сгорания, являются причиной низкой степени сжатия всей системы, а следовательно низкого давления в камере сгорания и низкого КПД. Устранение перечисленных недостатков стало возможным благодаря введению в конструкцию сепаратора, необходимого для разделения смеси, поступающей из эжектора, и выполнению самого эжектора вихревым с рубашкой охлаждения, соединенной с сепаратором и нагревательным устройством, а также благодаря отказу от эжектирования продуктами сгорания, что в совокупности воплощено в предлагаемом двигателе и отличает его от предшествующего. Кроме того, использование двигателя для совершения вращательной работы осуществлено в известном изобретении либо методом установки двигателя на лопасти винта, либо путем наддува турбины горячими выхлопными газами, что сопряжено в первом случае его сложностью питания, а во втором с наличием подвижного элемента с низкой надежностью и ресурсом из-за теплонапряженности. Предлагаемый двигатель использует в аналогичных целях устройство отбора вращательной мощности, которым снабжен детандер, а также турбину, расположенную в воздухозаборнике и работающую в потоке всасываемого воздуха при температуре окружающей среды, что не исключает применение выхлопной турбины, работающей в данном случае в менее энергонапряженном режиме, благодаря разгрузке ее детандером и входной турбиной. С целью утилизации отобранной от разделяемой смеси энергии сепаратор, размещенный между вихревым эжектором и камерой сгорания, выполнен в виде теплообменника на входе сепаратора, конденсатора на выходе сепаратора, а также энергоакцептора, размещенного между теплообменником и конденсатором и состоящего из детандера и дроссельного устройства, соединенных друг с другом, причем дроссельное устройство снабжено вихревой трубой, имеющей рубашку охлаждения. The principle of ejection compression of air by fuel vapor using a fuel heating device is a common feature of the aforementioned invention and the subject of this invention. However, such negative features as the low compression ratio of a straight-blown ejector, the inverse relationship between the compression ratio of the ejectors and the ejection coefficient, and consequently the air flow rate, heating and saturation of the intake air by the combustion products, are the cause of the low compression ratio of the entire system, and therefore low pressure in the combustion chamber and low Efficiency. The elimination of these disadvantages was made possible by introducing into the design of the separator necessary for separating the mixture coming from the ejector, and making the ejector itself swirl with a cooling jacket connected to the separator and the heating device, and also due to the rejection of ejection by combustion products, which together is embodied in proposed engine and distinguishes it from the previous one. In addition, the use of the engine for performing rotational work is carried out in the known invention either by installing the engine on the rotor blades, or by blowing the turbine with hot exhaust gases, which is associated in the first case with its power supply, and in the second with the presence of a movable element with low reliability and resource due to heat stress. The proposed engine uses for similar purposes a rotational power take-off device, which is equipped with an expander, as well as a turbine located in the air intake and working in the intake air stream at ambient temperature, which does not exclude the use of an exhaust turbine operating in this case in a less energy-intensive mode, due to unloading it with an expander and an inlet turbine. In order to utilize the energy taken from the mixture to be separated, the separator located between the vortex ejector and the combustion chamber is made in the form of a heat exchanger at the inlet of the separator, a condenser at the outlet of the separator, and an energy acceptor located between the heat exchanger and the condenser and consisting of an expander and a throttle device connected to each other with the other, the throttle device provided with a vortex tube having a cooling jacket.

Техническим результатом изобретения является двигатель с более высоким КПД за счет увеличения степени сжатия при достижении максимальной температуры сгорания. The technical result of the invention is an engine with higher efficiency due to an increase in the compression ratio when the maximum combustion temperature is reached.

Данный технический результат достигается за счет устранения зависимости процесса сжатия от процесса смесеобразования, а также за счет охлаждения сжимаемого воздуха с помощью устройств, входящих в ступень системы сжатия двигателя: сепаратора, разделяющего смесь, поступающую из вихревого эжектора, наддуваемого паром горючего, установленного между вихревым эжектором и камерой сгорания, а также рубашки охлаждения вихревого эжектора и коэффициента эжекции, количество ступеней сжатия может быть различным в зависимости от назначения двигателя и типа горючего. This technical result is achieved by eliminating the dependence of the compression process on the mixture formation process, as well as by cooling the compressible air using devices included in the stage of the engine compression system: a separator separating the mixture coming from the vortex ejector, pressurized with fuel vapor, installed between the vortex ejector and the combustion chamber, as well as the cooling jacket of the vortex ejector and the ejection coefficient, the number of compression stages can be different depending on the purpose of the engine body and type of fuel.

На фиг. 1 представлена пневмогидросхема двигателя, где сплошными прямыми стрелками показано движение жидкого горючего, волнистыми горючего пара, пунктирными движение воздуха, двойными (сплошными и пунктирными) движение смеси воздуха и горючего пара, штрихпунктирными движение горючей смеси, двойными (сплошными и штрихпунктирными) движение откорректированной горючей смеси; на фиг. 2 график цикла работы горючего пара; на фиг. 3 график зависимости КПД двигателя от степени сжатия всасываемого воздуха и температуры нагрева газа, где σ степень сжатия, а T1 <T2 <Tст (Tст стехиометрическая температура сгорания); на фиг. 4 график зависимости коэффициента эжекции от степени сжатия эжектора, где коэффициент эжекции n Gв/Gэрт; Gв и Gэрт расходы воздуха и ЭРТ соответственно.In FIG. 1 shows a pneumatic hydraulic circuit of the engine, where the solid straight arrows show the movement of liquid fuel, wavy combustible steam, the dashed movement of air, the double (solid and dashed) movement of the mixture of air and combustible vapor, the dash-dotted movement of the combustible mixture, the double (solid and dash-dotted) movement of the adjusted hot ; in FIG. 2 graph of the cycle of operation of combustible steam; in FIG. 3 a plot of motor efficiency of compression ratio and intake air temperature of the heating gas, wherein the compression ratio σ and T 1 <T 2 <T v (T v stoichiometric combustion temperature); in FIG. 4 is a graph of the dependence of the ejection coefficient on the compression ratio of the ejector, where the ejection coefficient n G in / G ert ; G in and G ert consumptions of air and ERT respectively.

Описание работы двигателя. Description of the engine.

Двигатель в случае использования его в качестве реактивной силовой установки работает следующим образом. Горючее под давлением, создаваемым насосом 1 (см. фиг. 1), нагнетается в соответствии с процессом 0-1 (см. фиг. 2) в нагревательное устройство 2, контактирующее с камерой сгорания 3 (применение описываемого способа нагрева является одним из известных вариантов использования в двигателестроении различных нагревательных устройств, каждое из которых может быть применено в данном двигателе в зависимости от его конкретного назначения), где оно (горючее) нагревается, испаряется и перегревается в соответствии с процессами 1-2, 2-3, 3-4. Перегретый пар горючего в качестве ЭРТ подается в сопловой аппарат 4 вихревого эжектора 5, где, совершая работу в соответствии с процессом 4-5, образует вихрь, сжимающий воздух, всасываемый через воздухозаборник 14. Вихревой эжектор 5 располагается на выходе воздухозаборника 14. The engine, if used as a reactive power plant, operates as follows. Fuel under pressure created by the pump 1 (see Fig. 1) is pumped in accordance with the process 0-1 (see Fig. 2) into the heating device 2 in contact with the combustion chamber 3 (the application of the described heating method is one of the known options use in the engine building of various heating devices, each of which can be used in this engine depending on its specific purpose), where it (fuel) heats up, evaporates and overheats in accordance with processes 1-2, 2-3, 3-4. Superheated fuel vapor as an ERT is supplied to the nozzle apparatus 4 of the vortex ejector 5, where, performing work in accordance with process 4-5, it forms a vortex that compresses the air drawn in through the air inlet 14. The vortex ejector 5 is located at the outlet of the air inlet 14.

При проектировании эжектора 5 необходимо учитывать, что его степень сжатия должна соответствовать максимальному КПД двигателя для заданной температуры сгорания, которую также в целях повышения КПД следует выбирать максимальной, т. е. стехиометрической или близкой к ней (см. фиг. 3). Если повышение температуры сгорания в двигателях давления вполне возможно благодаря отсутствию теплонапряженных турбин, то выбор степени сжатия ограничен из-за обратной взаимозависимости ее и коэффициента эжекции эжектора (см. фиг. 4). А именно, в двигателях с непосредственным эжекторным наддувом камеры сгорания коэффициент эжекции определяет количество воздуха в смеси, поступающей из эжектора в камеру сгорания, которое не должно быть меньше количества, необходимого для гарантированного воспламенения и сгорания горючей смеси. Для наиболее употребимых штатных углеводородных горючих предел содержания воздуха в смеси составляет не менее 95-90% что соответствует избытку окислителя a ≈ 0,4 0,6 и коэффициенту соотношения компонентов K ≈ 6 - 9. В случае непосредственного наддува камеры сгорания эжектором с ЭРТ в виде пара горючего без использования ступеней с наддувом от выхлопных газов минимальное значение коэффициента эжекции (nэж) определяется минимально допустимым значением коэффициента соотношения компонентов nэж K

Figure 00000002

где Gв расход воздуха;
Gэрт расход ЭРТ;
Gгор расход горючего.When designing the ejector 5, it must be taken into account that its compression ratio should correspond to the maximum engine efficiency for a given combustion temperature, which should also be chosen maximum, i.e., stoichiometric or close to it, in order to increase the efficiency (see Fig. 3). If an increase in the combustion temperature in pressure engines is entirely possible due to the absence of heat-stressed turbines, then the choice of compression ratio is limited due to its inverse relationship and the ejector ejection coefficient (see Fig. 4). Namely, in engines with direct ejector pressurization of the combustion chamber, the ejection coefficient determines the amount of air in the mixture coming from the ejector to the combustion chamber, which should not be less than the amount required for guaranteed ignition and combustion of the combustible mixture. For the most common regular hydrocarbon fuels, the limit of the air content in the mixture is at least 95-90%, which corresponds to an excess of oxidizing agent a ≈ 0.4 0.6 and a ratio of components K ≈ 6 - 9. In the case of direct pressurization of the combustion chamber by an ejector with an ERT in in the form of fuel vapor without the use of supercharged steps from exhaust gases, the minimum value of the ejection coefficient (n ezh ) is determined by the minimum acceptable value of the coefficient of the ratio of components n ezh K
Figure 00000002

where G is the air flow;
G erythritic consumption ERT;
G mountains fuel consumption.

В двигателях с использованием в качестве ЭРТ выхлопных газов требуемый минимальный коэффициент эжекции больше коэффициента соотношения компонентов в виду наличия в эжектируемой в камеру сгорания среде отработанных газов, не поддерживающих горение, что требует снижения степени сжатия эжектора. Следовательно, при давлении подачи горючего, например Pэрт 300 ат, и температуре нагрева горючего пара Tэрт 300oC, взятых из условия удельной прочности и жаропрочности элементов выполненных двигателей, а также из условия термостабильности горючего, степень сжатия эжектора с гипотетическим КПД 99% при nэж≥ 6 может быть найдена путем решения системы уравнений, составленной на основе формулы КПД эжектора

Figure 00000003

где Tо.в. температура окружающего воздуха;
σ степень сжатия эжектора;
Kв, Kэрт соответственно показатели адиабаты воздуха и горючего пара;
e степень расширения ЭРТ (e Pэрт/Pвых, Pвых давление смеси на выходе из эжектора).In engines using exhaust gases as ERTs, the required minimum ejection coefficient is greater than the ratio of the components in view of the presence of exhaust gases that do not support combustion in the medium ejected into the combustion chamber, which requires a reduction in the compression ratio of the ejector. Therefore, at a fuel supply pressure, for example, P ert of 300 atm, and a temperature of heating of combustible steam T ert of 300 o C, taken from the condition of specific strength and heat resistance of the elements of the engines made, as well as from the condition of thermal stability of the fuel, the compression ratio of the ejector with a hypothetical efficiency of 99% for n ezh ≥ 6 can be found by solving a system of equations based on the ejector efficiency formula
Figure 00000003

where T o.v. ambient temperature;
σ compression ratio of the ejector;
K in , K ert, respectively, the adiabatic parameters of air and combustible steam;
e EFV expansion ratio (e P EFV / P O, P O mixture pressure at the outlet from the ejector).

Система имеет вид

Figure 00000004

где Pвх давление воздуха на входе в эжектор.The system has the form
Figure 00000004

where P Rin air pressure at the inlet to the ejector.

Подставив вышеупомянутые значения и решив систему, не трудно увидеть, что при минимально допустимом nэж у эжектора с максимально возможным КПД (доли процента в пределах от 99 до 100% не окажут существенного влияния, следовательно возможное их достижение в расчет не берется), значение степени сжатия составит σ 1,735. Тогда как, согласно выражению для наивыгоднейшей степени сжатия (sн)

Figure 00000005

где ηсоп КПД реактивного сопла двигателя (как правило достаточно высок и составляет 0,95 0,98);
Tс температура нагрева газа (Tс ≈ 1200-1300 при α 0,4),
степень сжатия, соответствующая максимальному КПД двигателя, составляет sн 11. Например, для двигателя, летящего на высоте 10 км со скоростью V 250 м/с, при температуре нагрева газа Tс ≈ 1300 K, учитывая α 0,4, требуемая наивыгоднейшая степень сжатия составит sн 19, что соответствует степени сжатия эжектора
Figure 00000006

где σv степень сжатия от скоростного напора,
в связи с чем, коэффициент эжекции составит nэж=0,6. При непосредственном наддуве эжектором камеры сгорания, что свойственно конструкции существующих (эжекторных) двигателей давления, nэж=0,6 обеспечит в камере сгорания α 0,04, что в 10 раз ниже предельно допустимого для горения значения, указанного в условии. Устранение зависимости от коэффициента эжекции путем разделения процессов сжатия и смесеобразования позволяет повысить степень сжатия до наивыгоднейшего значения или близкого к нему, сохраненив расчетное a Так, из вышеописанного примера видно, что, например, при допустимом nэж 1 возможно увеличение степени сжатия до 8, а независимость a от nэж позволяет выбрать любое соотношение компонентов вплоть до a 1, что в условиях полета на вышеуказанной высоте и скорости, соответствует Tc≈2500 K. Полный КПД двигателя
Figure 00000007
,
выраженный через удельную тягу имеет вид
Figure 00000008
,
где A тепловой эквивалент работы;
R тяга;
Rуд удельная тяга;
V скорость полета;
Br расход газа через двигатель;
nu теплотворность горючего.Substituting the above values and solving the system, it is not difficult to see that with the minimum permissible n ej for an ejector with the highest possible efficiency (percent fractions in the range from 99 to 100% will not have a significant effect, therefore, their possible achievement is not taken into account), the degree value compression ratio is σ 1.735. Whereas, according to the expression for the most favorable compression ratio (s n )
Figure 00000005

where η sop efficiency of the jet nozzle of the engine (usually quite high and is 0.95 0.98);
T s gas heating temperature (T s ≈ 1200-1300 at α 0.4),
the compression ratio corresponding to the maximum engine efficiency is s n 11. For example, for an engine flying at an altitude of 10 km at a speed of V 250 m / s, at a gas heating temperature of T s ≈ 1300 K, taking into account α 0.4, the most favorable degree is required compression will be s n 19, which corresponds to the compression ratio of the ejector
Figure 00000006

where σ v the compression ratio from the pressure head,
in this connection, the ejection coefficient will be n ezh = 0.6. With direct ejector pressurization of the combustion chamber, which is characteristic of the design of existing (ejector) pressure engines, n ezh = 0.6 will provide α 0.04 in the combustion chamber, which is 10 times lower than the maximum permissible value for combustion specified in the condition. Eliminating the dependence on the ejection coefficient by separating the compression and mixing processes allows increasing the compression ratio to the best value or close to it, while maintaining the calculated a So, from the above example it can be seen that, for example, with a valid n ezh 1, the compression ratio can be increased to 8, and the independence of a from n ej allows you to choose any ratio of components up to a 1, which in flight conditions at the above altitude and speed corresponds to T c ≈ 2500 K. The full engine efficiency
Figure 00000007
,
expressed through specific thrust has the form
Figure 00000008
,
where A is the thermal equivalent of work;
R thrust
R ud specific thrust;
V flight speed;
B r gas flow through the engine;
n u fuel calorific value.

Если

Figure 00000009
,
то
Figure 00000010
,
где Cс скорость истечения газа из сопла, зависящая от температуры газа Tс и степени сжатия σ, выражена
Figure 00000011

где β газовая постоянная;
Pат атмосферное давление;
Pv давление набегающего воздуха;
k показатель адиабаты газа;
Pvσ давление в камере сгорания.If a
Figure 00000009
,
then
Figure 00000010
,
where C с the rate of gas outflow from the nozzle, depending on the gas temperature T c and compression ratio σ, is expressed
Figure 00000011

where β is the gas constant;
P at atmospheric pressure;
P v air pressure;
k is the adiabatic index of gas;
P v σ pressure in the combustion chamber.

Выразив КПД через скорость истечения и обозначив параметры двигателя с независимым от альфы наддувом камеры сгорания как

Figure 00000012
, Tc' k', β′, сравнивают его КПД (при прочих равных условиях) с КПД известных эжекторных двигателей
Figure 00000013

Подставив вышеупомянутые, принятые в качестве примера, значения, получают
Figure 00000014

Следовательно, при использовании одного и того же типа горючего и полете в равных условиях двух эжекторных двигателей одинаковых тяг, КПД двигателя s 8 благодаря независимому от a процессу эжекции в 2,5 раза выше (степень сжатия, равная 8, и соответствующее увеличение КПД двигателя не являются предельными для предлагаемого двигателя и взяты лишь в качестве примера). С целью разделения процессов смесеобразования и сжатия в предлагаемом двигателе предусмотрен сепаратор 6, выделяющий из смеси, выходящей из эжектора 5, лишнее горючее, делая смесь пригодной для горения. Таким образом, сепаратор выдает готовую для горения смесь, нуждающуюся лишь в частичной коррекции, посредством регулятора соотношения компонентов, в случае отклонения от расчетного значения. Сепаратор 6 состоит из теплообменника 7, энергоакцептора 8, представляющего собой комбинацию из таких устройств, как детандер 16, дроссель 17 и вихревая труба 18 с рубашкой охлаждения 19 (все эти устройства и их комбинации сами по себе хорошо известны, в связи с чем не нуждаются в описании) и конденсатор 9. Сепаратор 6 работает по принципу выхолаживания, что позволяет утилизировать отобранную от разделяемой смеси энергию. Горючий пар в смеси с воздухом из эжектора 5 поступает в теплообменник 7 сепаратора 6, где частично охлаждается согласно процессу 5-6, отдавая тепло холодному горючему, протекающему по жидкостному тракту теплообменника 7. Далее пар поступает в энергоакцептор 8, где окончательно охлаждается, совершая работу 6-7, после чего сконденсированное в процессе 7-0 лишнее горючее скапливается в конденсаторе 9 для подачи оттуда посредством насоса 1, через рубашку охлаждения 19 вихревой трубы 18, жидкостный тракт теплообменника 7 и рубашку охлаждения 10 эжектора 5 в нагревательное устройство 2, замыкая цикл. Рубашка охлаждения 10 эжектора 5 охлаждает сжимаемый воздух протекающим горючим, уменьшая потребную работу, идущую на сжатие, для использования сэкономленной ее части на увеличение коэффициента эжекции, облегчая таким образом работу сепаратора 6, увеличивая процент воздуха в смеси. Дополнительное тепло, поглощенное горючим в рубашке 19, теплообменинке 7 и рубашке 10, частично экономит энергию, затрачиваемую на нагрев горючего в нагревательном устройстве 2. Детандер 16 является приводом насосов 1 и 12. Готовая для горения смесь поступает из конденсатора 9 в следующую ступень для дальнейшего сжатия или в предкамерный вихревой смеситль 11, куда подается с тангенциальной составляющей пар горючего из нагревательного устройства 2 для коррекции и дополнительного перемешивания горючей смеси посредством вихря. Общее количество горючего, протекающего через двигатель, пополняется из бака посредством насоса 12 на величину расхода сгорающего горючего пара. Из предкамерного вихревого смесителя 11 смесь поступает в камеру сгорания 3, где сгорает при повышенном давлении, нагревая горючее в нагревательном устройстве 2 и образуя выхлопные газы. Выхлопные газы покидают камеру сгорания 3 через реактивное сопло 13, создавая тягу.Expressing efficiency through the flow rate and designating engine parameters with alpha-independent combustion chamber pressurization as
Figure 00000012
, T c ' k', β ′, compare its efficiency (ceteris paribus) with the efficiency of known ejector engines
Figure 00000013

Substituting the above, taken as an example, the values get
Figure 00000014

Therefore, when using the same type of fuel and flying under equal conditions two ejector engines of the same thrust, the efficiency of the s 8 engine is 2.5 times higher due to the ejection process independent of a (compression ratio equal to 8, and the corresponding increase in the engine efficiency is not are the limit for the proposed engine and are taken only as an example). In order to separate the processes of mixture formation and compression in the proposed engine, a separator 6 is provided, which separates excess fuel from the mixture leaving the ejector 5, making the mixture suitable for combustion. Thus, the separator produces a ready-to-burn mixture, which needs only partial correction by means of a component ratio regulator in case of deviation from the calculated value. The separator 6 consists of a heat exchanger 7, an energy acceptor 8, which is a combination of devices such as an expander 16, a throttle 17 and a vortex tube 18 with a cooling jacket 19 (all of these devices and their combinations are well known per se, and therefore do not need in the description) and the capacitor 9. The separator 6 operates on the principle of cooling, which allows you to utilize the energy selected from the shared mixture. Combustible steam mixed with air from the ejector 5 enters the heat exchanger 7 of the separator 6, where it is partially cooled according to the process 5-6, transferring heat to the cold fuel flowing through the liquid path of the heat exchanger 7. Next, the steam enters the energy acceptor 8, where it is finally cooled, doing work 6-7, after which the excess fuel condensed in the process 7-0 accumulates in the condenser 9 for supply from there by the pump 1, through the cooling jacket 19 of the vortex tube 18, the liquid path of the heat exchanger 7 and the cooling jacket 10 ejector and 5 to the heating device 2, closing the cycle. The cooling jacket 10 of the ejector 5 cools the compressed air with flowing fuel, reducing the required work going to the compression, to use the saved part to increase the ejection coefficient, thereby facilitating the operation of the separator 6, increasing the percentage of air in the mixture. The additional heat absorbed by the fuel in the jacket 19, the heat exchanger 7 and the jacket 10 partially saves the energy spent on heating the fuel in the heating device 2. The expander 16 is the drive of the pumps 1 and 12. The mixture ready for combustion comes from the condenser 9 to the next stage for further compression or into the pre-chamber vortex mixer 11, where it is supplied with the tangential component of the fuel vapor from the heating device 2 for correction and additional mixing of the fuel mixture by means of a vortex. The total amount of fuel flowing through the engine is replenished from the tank through the pump 12 by the amount of flow of combustible combustible steam. From the pre-chamber vortex mixer 11, the mixture enters the combustion chamber 3, where it burns at elevated pressure, heating the fuel in the heating device 2 and forming exhaust gases. Exhaust gases leave the combustion chamber 3 through the jet nozzle 13, creating a draft.

В случае необходимости совершения предлагаемым двигателем вращательной работы, преобразование энергии двигателя в энергию вращения вала осуществляется посредством установки в воздухозаборнике 14 турбины 15, работающей на отсос. Турбина 15 приводится во вращение воздухом, всасываемым эжектором 5 из внешней среды. Данный способ получения крутящего момента не исключает применение выхлопной турбины. Кроме того, для вращения используется энергия, отбираемая у детандера посредством устройства отбора вращательной мощности 20. Система запуска 21 не описана, т. к. является одной из хорошо известных пусковых систем, каждая из которых может быть применена в предлагаемом двигателе в зависимости от его конкретного назначения. If necessary, the proposed engine rotational work, the conversion of engine energy into energy of rotation of the shaft is carried out by installing in the air intake 14 of the turbine 15, operating on the suction. The turbine 15 is driven by air sucked by the ejector 5 from the external environment. This method of obtaining torque does not exclude the use of an exhaust turbine. In addition, the energy used for rotation is taken from the expander using a rotary power take-off device 20. The starting system 21 is not described, because it is one of the well-known starting systems, each of which can be used in the proposed engine depending on its specific destination.

Claims (2)

1. Двигатель, использующий энергию нагретого пара горючего, содержащий систему запуска, воздухозаборник с по меньшей мере одним эжектором на выходе для сжатия воздуха, поступающего через воздухозаборник, и по меньшей мере одну камеру сгорания с выхлопным соплом и нагревательным устройством для нагрева горючего, преобразующего тепло в энергию давления, отличающийся тем, что он снабжен по меньшей мере одним сепаратором для разделения смеси, поступающей из эжектора, размещенным между эжектором и камерой сгорания, а каждый эжектор выполнен вихревым и снабжен рубашкой охлаждения. 1. An engine using the energy of a heated steam of fuel, comprising a starting system, an air intake with at least one ejector at the outlet for compressing the air entering through the air intake, and at least one combustion chamber with an exhaust nozzle and a heating device for heating the fuel, which converts heat pressure energy, characterized in that it is equipped with at least one separator for separating the mixture coming from the ejector, placed between the ejector and the combustion chamber, and each ejector is made ihrevym and provided with a cooling jacket. 2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что каждая камера сгорания снабжена входным устройством в виде предкамерного вихревого смесителя, воздухозаборник снабжен турбиной, а каждый сепаратор выполнен в виде теплообменника на входе сепаратора, конденсатора на выходе сепаратора, а также энергоакцептора, размещенного между теплообменником и конденсатором и состоящего из детандера и дроссельного устройства, соединенных друг с другом, причем дроссельное устройство снабжено вихревой трубой, имеющей рубашку охлаждения, а детандер снабжен устройством отбора вращательной мощности для совершения двигателем вращательной работы, кроме того, каждый вихревой эжектор снабжен сопловым аппаратом для подачи пара горючего в качестве эжектирующего рабочего тела, а рубашка охлаждения каждого вихревого эжектора соединена с сепаратором и нагревательным устройством. 2. The engine according to claim 1, characterized in that each combustion chamber is provided with an input device in the form of a pre-chamber vortex mixer, an air intake is equipped with a turbine, and each separator is made in the form of a heat exchanger at the inlet of the separator, a condenser at the outlet of the separator, and an energy acceptor located between heat exchanger and condenser and consisting of an expander and a throttle device connected to each other, and the throttle device is equipped with a vortex tube having a cooling jacket, and the expander is equipped with a device The rotational power selection property for the rotational work of the engine, in addition, each vortex ejector is equipped with a nozzle apparatus for supplying fuel vapor as an ejecting working fluid, and the cooling jacket of each vortex ejector is connected to a separator and a heating device.
RU9595116670A 1995-10-05 1995-10-05 Engine utilizing energy of heated vapor of fuel RU2095606C1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU9595116670A RU2095606C1 (en) 1995-10-05 1995-10-05 Engine utilizing energy of heated vapor of fuel
PCT/RU1996/000358 WO1998029656A1 (en) 1995-10-05 1996-12-25 Engine using the energy of heated fuel vapour

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU9595116670A RU2095606C1 (en) 1995-10-05 1995-10-05 Engine utilizing energy of heated vapor of fuel
PCT/RU1996/000358 WO1998029656A1 (en) 1995-10-05 1996-12-25 Engine using the energy of heated fuel vapour

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU95116670A RU95116670A (en) 1997-09-20
RU2095606C1 true RU2095606C1 (en) 1997-11-10

Family

ID=26653687

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU9595116670A RU2095606C1 (en) 1995-10-05 1995-10-05 Engine utilizing energy of heated vapor of fuel

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2095606C1 (en)
WO (1) WO1998029656A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007035124A2 (en) * 2005-09-23 2007-03-29 Rudolf Klavdievich Katargin Plasma vehicle engine

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3747339A (en) * 1961-11-13 1973-07-24 Texaco Inc Reaction propulsion engine and method of operation
GB1318282A (en) * 1970-06-22 1973-05-23 Kershaw H A Thermal engines and apparatus
GB1392781A (en) * 1973-01-23 1975-04-30 Texaco Development Corp Reaction propulsion engine and method of operation
US3925981A (en) * 1974-06-24 1975-12-16 Alexander Hossen Etessam Gas generator

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
РСТ, заявка, W0 91/16535, кл. F 02 K 7/08, 1991. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007035124A2 (en) * 2005-09-23 2007-03-29 Rudolf Klavdievich Katargin Plasma vehicle engine
WO2007035124A3 (en) * 2005-09-23 2007-05-18 Rudolf Klavdievich Katargin Plasma vehicle engine

Also Published As

Publication number Publication date
WO1998029656A1 (en) 1998-07-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5133180A (en) Chemically recuperated gas turbine
US7219499B2 (en) Methods and apparatus for operating gas turbine engines
US4841721A (en) Very high efficiency hybrid steam/gas turbine power plant wiht bottoming vapor rankine cycle
US4631914A (en) Gas turbine engine of improved thermal efficiency
US8661780B2 (en) Gas turbine plant with exhaust gas recirculation and also method for operating such a plant
US4333309A (en) Steam assisted gas turbine engine
US4641495A (en) Dual entry radial turbine gas generator
US10590849B2 (en) High speed propulsion system with inlet cooling
CN102224074A (en) Powerplant and related control system and method
EP1992788B1 (en) Aircraft combination engines plural airflow conveyances system
US20100043388A1 (en) Gas turbine engine arrangement
US20230392524A1 (en) Hydrogen-oxygen fueled powerplant with water and heat recovery
RU2661427C1 (en) Bypass turbojet engine
WO1996036804A1 (en) Thermodynamic drive
EP1992811B1 (en) Aircraft combination engines exhaust thrust recovery
RU2095606C1 (en) Engine utilizing energy of heated vapor of fuel
CN1086581A (en) Improved backheat Composite Double fluid thermal in parallel machine
CN111305952A (en) Mixed exhaust turbofan engine propulsion system based on heating of outer duct
AU3210384A (en) Process of intensification of the thermoenergetical cycle andair jet propulsion engines
RU2179255C2 (en) Hypersonic cryogenic air-jet engine
RU2008480C1 (en) Power unit
EP4227512A1 (en) Hydrogen-oxygen fueled powerplant with water and heat recovery
EP4361419A1 (en) Gas turbine engine fuel system
RU2067683C1 (en) Three-loop steam-and-gas jet engine
RU2192551C2 (en) Gas turbine engine with regeneration of heat