RU2121065C1

RU2121065C1 - Rotary-vane internal combustion engines

Info

Publication number: RU2121065C1
Application number: RU96103147A
Authority: RU
Inventors: Владимир Васильевич Лычев
Original assignee: Владимир Васильевич Лычев
Priority date: 1996-02-19
Filing date: 1996-02-19
Publication date: 1998-10-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering, transport, power engineering; transport and stationary internal combustion engines. SUBSTANCE: engines have bypass valves 7, 9 installed in seats 5. In first engine combustion chamber formed by wall of seat and end face spaces of one of bypass valves consists of two compartments 10, 11. Cutout to let working medium in and out is made on side surface of each compartment. Second gas turbine engine consists of two sections. Working medium in first section is delivered to companion combustion chamber. Combustion products of second chamber act onto rotor vanes. Third engine consists of three sections and it has con denser and steam generator. In first section, working medium is supplied to combustion chamber, in second section combustion products act onto vanes, and in third section steam formed owing to heating of water acts onto vanes. EFFECT: provision of compact construction featuring high specific consumption of materials. 4 cl, 18 dwg

Description

Изобретение относится к энергетике, транспорту, машиностроению и может быть использовано в качестве транспортных и стационарных двигателей внутреннего сгорания. The invention relates to energy, transport, mechanical engineering and can be used as transport and stationary internal combustion engines.

Известен роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания, включающий корпус с рубашкой охлаждения, перепускные клапана, установленные в гнездах, и камеру сгорания рабочего тела (см. патент Англии 795898, кл. F 01 C 1/20, 1958). Known rotary vane internal combustion engine, comprising a housing with a cooling jacket, bypass valves installed in the sockets, and the combustion chamber of the working fluid (see England patent 795898, CL F 01 C 1/20, 1958).

Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания содержит перепускные клапана, установленные в гнездах, и встроенную камеру сгорания, состоящую из двух отсеков, в которых происходит сгорание рабочего тела. Двигатель отличается тем, что камера сгорания образована стенкой гнезда и торцевыми полостями одного из перепускных клапанов, при этом на боковой поверхности каждого отсека выполнен вырез для впуска рабочего тела. The rotary vane internal combustion engine contains a bypass valve installed in the sockets, and an integrated combustion chamber, consisting of two compartments in which the combustion of the working fluid. The engine is characterized in that the combustion chamber is formed by the wall of the socket and the end cavities of one of the bypass valves, while a cutout for the inlet of the working fluid is made on the side surface of each compartment.

Задачей, на решение которой направленно изобретение, является создание экономичного, компактного и менее материалоемкого роторно-лопастного двигателя внутреннего сгорания. The problem to which the invention is directed is to create an economical, compact and less material-intensive rotary vane internal combustion engine.

Газотурбинный роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания содержит перепускные клапана, установленные в гнездах, и камеру сгорания рабочего тела. Газотурбинный двигатель отличается тем, что состоит из двух секций, первой, сжимающей и подающей рабочее тело в камеру сгорания, и второй, воздействующей продуктами сгорания на лопасти вращаемого ротора, каждая из которых включает часть кольцевого канала, впускное и выпускное окна и перепускной клапан, при этом камера сгорания выполнена выносной и соединена патрубками с выпускным окном первой секции и впускным окном второй секции. The gas turbine rotary vane internal combustion engine contains a bypass valve installed in the sockets and a combustion chamber of the working fluid. A gas turbine engine is characterized in that it consists of two sections, the first, compressing and supplying the working fluid to the combustion chamber, and the second, acting on the rotor rotor blades by combustion products, each of which includes a part of the annular channel, inlet and outlet windows and an overflow valve, this combustion chamber is made remote and connected by nozzles to the exhaust window of the first section and the inlet window of the second section.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание компактного, экономичного и менее материалоемкого газотурбинного роторно-лопастного двигателя внутреннего сгорания (РЛДВС). The problem to which the invention is directed, is the creation of a compact, economical and less material-intensive gas turbine rotary vane internal combustion engine (RLDV).

РЛДВС с теплоутилизационным контуром включает кольцевой канал, перепускные клапана, установленные в гнездах, камеру сгорания рабочего тела. РЛДВС отличается тем, что он состоит из трех секций и снабжен конденсатором и парогенератором. Камера сгорания соединена подводящим патрубком с первой секцией и отводящим патрубком с второй секцией и подводящим паропроводом с третьей секцией и водопроводом с парогенератором. Radar engine with heat recovery circuit includes an annular channel, bypass valves installed in the sockets, the combustion chamber of the working fluid. RLDVS differs in that it consists of three sections and is equipped with a condenser and a steam generator. The combustion chamber is connected by a supply pipe with a first section and a discharge pipe with a second section and a steam supply pipe with a third section and a water pipe with a steam generator.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание экономичного, компактного и высокоэффективного роторно-лопастного двигателя внутреннего сгорания (РЛДВС). The problem to which the invention is directed, is the creation of an economical, compact and highly efficient rotary vane internal combustion engine (RLDV).

На фиг. 1 дан роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания; на фиг. 2 - сечение по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - перепускной клапан; на фиг. 4 - вид по Б на фиг. 3; на фиг. 5 - вид по В на фиг. 3; на фиг. 6 - вид по Г на фиг. 3; на фиг. 7 - перепускной клапан; на фиг. 8 - сечение по Д-Д на фиг. 7; на фиг. 9 - вид Е на фиг. 7; на фиг. 10 - работа РЛДВС со встроенной камерой сгорания - первая фаза; на фиг. 11 - работа РЛДВС со встроенной камерой сгорания - вторая фаза; на фиг. 12 - работа РЛДВС со встроенной камерой сгорания - третья фаза; на фиг. 13 - устройство газотурбинного РЛДВС; на фиг. 14 - устройство трехсекционного РЛДВС; на фиг. 15 -устройство четырехсекционного РЛДВС; на фиг. 16 - устройство трехсекционного РЛДВС с теплоутилизационным контуром; на фиг. 17 - газотурбинный РЛДВС многоступенчатый; на фиг. 18 - то же, сечение Ж-Ж на фиг. 17. In FIG. 1 is given a rotary vane internal combustion engine; in FIG. 2 is a section along AA in FIG. one; in FIG. 3 - bypass valve; in FIG. 4 is a view according to B in FIG. 3; in FIG. 5 is a view along B in FIG. 3; in FIG. 6 is a view along D in FIG. 3; in FIG. 7 - bypass valve; in FIG. 8 is a section along DD in FIG. 7; in FIG. 9 is a view E of FIG. 7; in FIG. 10 - operation of the radar engine with a built-in combustion chamber - the first phase; in FIG. 11 - operation of the radar engine with a built-in combustion chamber - the second phase; in FIG. 12 - operation of the radar engine with a built-in combustion chamber - the third phase; in FIG. 13 - device gas turbine radar; in FIG. 14 - device three-section radar; in FIG. 15 -device four-section radar; in FIG. 16 - device three-section radar engine with heat recovery circuit; in FIG. 17 - gas turbine radar multi-stage; in FIG. 18 is the same, section MF in FIG. 17.

РЛДВС (фиг. 2) со встроенный камерой сгорания включает кольцевой канал 1, подразделенный на две рабочие секции и ротор с тремя лопастями 2, 3, 4. RLDVS (Fig. 2) with an integrated combustion chamber includes an annular channel 1, divided into two working sections and a rotor with three blades 2, 3, 4.

Первая рабочая секция предназначена для подачи рабочего тела во встроенную камеру сгорания, расположенную в гнезде 5, и включает впускное окно 6 и перепускной клапан 7. The first working section is designed to supply the working fluid to the built-in combustion chamber located in the socket 5, and includes an inlet window 6 and a bypass valve 7.

Вторая рабочая секция предназначена для передачи момента вращения на вал ротора под воздействием продуктов сгорания на лопасти, включает выпускное окно 8 и перепускной клапан 9. The second working section is designed to transmit the torque to the rotor shaft under the influence of combustion products on the blades, includes an exhaust window 8 and a bypass valve 9.

Перепускные клапана 7 (фиг. 2) и 9 (фиг. 2) для перепуска лопастей имеют по две боковые полости 17. Отношение их взаимного вращения и ротора взято как 3:2. The bypass valves 7 (Fig. 2) and 9 (Fig. 2) for bypassing the blades have two side cavities 17. The ratio of their mutual rotation and rotor is taken as 3: 2.

Длина цилиндрической части клапана 7 (по сравнению с клапаном 9) увеличена на глубину устроенных в его торцевой части двух полостей 10 и 11, которые совместно с боковой стенкой гнезда 5 образуют два отсека камеры сгорания. The length of the cylindrical part of the valve 7 (compared with the valve 9) is increased by the depth of the two cavities 10 and 11 arranged in its end part, which together with the side wall of the socket 5 form two compartments of the combustion chamber.

Для газораспределения в центре радиальной поверхности каждой торцевой полости имеются вырезы 12 и 13, через которые осуществляется впуск (выпуск) в камеры (из камер) рабочего тела. For gas distribution in the center of the radial surface of each end cavity there are cutouts 12 and 13 through which the inlet (outlet) into the chambers (from the chambers) of the working fluid is provided.

Окна соединения гнезда 5 с кольцевым каналом 1 увеличены за счет уменьшения рабочих поверхностей 14 и 15 до минимально возможного размера, обеспечивающего перекрытие кольцевого канала от перетекания рабочего тела при любом угловом положении клапана 7. The connection windows of the socket 5 with the annular channel 1 are increased by reducing the working surfaces 14 and 15 to the smallest possible size, which ensures that the annular channel overlaps from the overflow of the working fluid at any angular position of the valve 7.

Полный рабочий цикл данного РЛДВС складывается из рабочих циклов всех лопастей. Рабочий цикл каждой лопасти осуществляется за один оборот ротора и подразделяется на четыре фазы (рассматривается на примере лопасти 2 и камеры 10): первая фаза (фиг. 10) - перемещение рабочего тела по участку рабочего хода первой секции под воздействием лопасти 2 и поступление его в камеру 10 (в процессе вращения перепускного клапана, вырез 12 выходит из-за рабочей поверхности 14, открывая доступ рабочему телу); вторая фаза (фиг. 11) - воспламенение и частичное сгорание рабочего тела в замкнутом объеме камеры 10 во время осуществления перепуска лопасти (вырез закрыт 12 рабочей поверхностью 15); третья фаза (фиг. 12) - перемещение лопасти 2 по участку рабочего хода второй секции под воздействием продуктов сгорания истекающих из камеры 10 через вырез 12, который открыт в направлении кольцевого канала второй секции; четвертая фаза - перепуск лопасти 2 через перепускной клапан 9. The full duty cycle of this radar is composed of duty cycles of all blades. The working cycle of each blade is carried out in one revolution of the rotor and is divided into four phases (considered by the example of the blade 2 and chamber 10): the first phase (Fig. 10) is the movement of the working fluid along the working section of the first section under the influence of the blade 2 and its entry chamber 10 (in the process of rotation of the bypass valve, cutout 12 exits from the working surface 14, allowing access to the working fluid); the second phase (Fig. 11) - ignition and partial combustion of the working fluid in the closed volume of the chamber 10 during the bypass of the blade (cutout is closed 12 by the working surface 15); the third phase (Fig. 12) - the movement of the blade 2 along the portion of the working stroke of the second section under the influence of combustion products flowing out of the chamber 10 through the cutout 12, which is open in the direction of the annular channel of the second section; the fourth phase is the bypass of the blade 2 through the bypass valve 9.

При осуществлении следующего рабочего цикла лопасть 2 взаимодействует с камерой 11. In the implementation of the next duty cycle, the blade 2 interacts with the camera 11.

Газотурбинный РЛДВС (фиг. 13) включает кольцевой канал 18, подразделенный на две рабочие секции, ротор с тремя лопастями 19 - 21 и камеру сгорания 22. Gas turbine radar engine (Fig. 13) includes an annular channel 18, divided into two working sections, a rotor with three blades 19 - 21 and a combustion chamber 22.

Первая рабочая секция предназначена для подачи рабочего тела в камеру сгорания, включает впускное 23 и выпускное 24 окна, перепускной клапан 25. The first working section is designed to supply a working fluid to the combustion chamber, includes an inlet 23 and an outlet 24 windows, an overflow valve 25.

Вторая рабочая секция предназначена для передачи момента вращения на вал ротора под воздействием продуктов сгорания на лопасти, включает впускное 26 и выпускное 27 окна, перепускной клапан 28. The second working section is designed to transmit the torque to the rotor shaft under the influence of combustion products on the blades, includes inlet 26 and outlet 27 windows, a bypass valve 28.

Работа газотурбинного РЛДВС осуществляется следующим образом:
воздух, поступающий в первую секцию через впускное окно 23, сжимается и через выпускное 24 окно и патрубку 29 подается в камеру сгорания 22, где производится сжигание топлива.The operation of the gas turbine radar engine is as follows:
the air entering the first section through the inlet 23 is compressed and through the outlet 24 and the pipe 29 is fed into the combustion chamber 22, where the fuel is burned.

продукты сгорания по патрубку 30 через впускное окно 26 устремляются во вторую секцию, где, воздействуя на лопасти 19 - 21, приводят во вращение ротор и через выпускное окно 27 выходят наружу. combustion products through the pipe 30 through the inlet window 26 rush into the second section, where, acting on the blades 19 - 21, the rotor is rotated and through the outlet window 27 go out.

Предложенные газотурбинные РЛДВС могут быть выполнены с любым количеством рабочих секций и ступеней, в качестве примера которых приведены:
трехсекционный РЛДВС (фиг. 14), имеющий пять лопастей 31 - 35, отношение взаимного вращения перепускных клапанов и ротора 5:1, где первая (перепускной клапан 36, впускное 37 и выпускное 38 окна ) и вторая (перепускной клапан 39, выпускное 40 и выпускное 41 окна) секции используются для перемещения рабочего тела (сжатия воздуха) и подачи его в камеру сгорания 45. Третья (перепускной клапан 42, впускное 43 и выпускное 44 окна) - для передачи момента вращения на вал ротора под воздействием продуктов сгорания на лопасти.The proposed gas turbine radar engines can be performed with any number of working sections and stages, as an example of which are given:
three-section radar engine (Fig. 14) having five blades 31 - 35, the ratio of mutual rotation of the bypass valves and rotor 5: 1, where the first (bypass valve 36, inlet 37 and outlet 38 windows) and the second (bypass valve 39, outlet 40 and the outlet 41 windows) sections are used to move the working fluid (air compression) and supply it to the combustion chamber 45. The third (bypass valve 42, inlet 43 and outlet 44 windows) - to transmit the torque to the rotor shaft under the influence of combustion products on the blades.

четырехсекционный РЛДВС (фиг 15), имеющий шесть лопастей отношение взаимного вращения перепускных клапанов и ротора 6:1, где первая (перепускной клапан 54, впускное 55 и выпускное 56 окна) и третья (перепускной клапан 57, впускное 58 и выпускное 59 окна) секции используются для перемещения рабочего тела (сжатия воздуха) и подачи его в камеры сгорания 60 и 61, вторая (перепускной клапан 62, впускное 63 и выпускное 64 окна) и четвертая (перепускной клапан 65, впускное 66 и выпускное 67 окна) для передачи момента вращения на вал ротора под воздействием продуктов сгорания на лопасти. four-section radar engine (FIG. 15), having six blades, the ratio of mutual rotation of the bypass valves and the rotor 6: 1, where the first (bypass valve 54, inlet 55 and outlet 56 windows) and the third (bypass valve 57, inlet 58 and outlet 59 windows) sections are used to move the working fluid (air compression) and supply it to the combustion chambers 60 and 61, the second (bypass valve 62, inlet 63 and outlet 64 windows) and the fourth (bypass valve 65, inlet 66 and outlet 67 windows) for transmitting torque on the rotor shaft under the influence of products Rania on the blade.

РЛДВС могут использоваться с теплоутилизационным контуром (ТУК), который предназначен для использования тепловой энергии, излучаемой стенками кольцевого канала, и выхлопными газами. РЛДВС представляет из себя замкнутый паровой контур, в качестве паровой машины которого используется ступень РЛДВС или одна из его рабочих секций. Radar engines can be used with a heat recovery circuit (TUK), which is designed to use the thermal energy emitted by the walls of the annular channel, and exhaust gases. RLDVS is a closed steam circuit, the steam engine of which is used stage RLDVS or one of its working sections.

Простейший РЛДВС с ТУК (фиг. 16), в качестве паровой машины которого используется рабочая секция, включает кольцевой канал 68 с тремя секциями, камеру сгорания 69, конденсатор 70, парогенератор 71, подводящий 72, отводящий 73 и выхлопной 74, патрубки, подводящий 75 и отводящий 76 паропроводы и водопровод 77. The simplest radar control system with TUK (Fig. 16), which uses a working section as a steam engine, includes an annular channel 68 with three sections, a combustion chamber 69, a condenser 70, a steam generator 71, inlet 72, outlet 73 and exhaust 74, nozzles, inlet 75 and branch pipe 76 and water pipe 77.

Первая (перепускной клапан 78, впускное 79 и выпускное 80 окна) рабочая секция используется для подачи рабочего тела через подводящий патрубок 72 в камеру сгорания 69. The first (bypass valve 78, inlet 79 and outlet 80 windows) working section is used to supply the working fluid through the inlet pipe 72 to the combustion chamber 69.

Вторая (перепускной клапан 81, впускное 82 и выпускное 83 окна) - для передачи момента вращения на вал ротора под воздействием продуктов сгорания, истекающих из камеры 69 по отводящему патрубку 73. The second (bypass valve 81, inlet 82 and outlet 83 windows) - to transmit the torque to the rotor shaft under the influence of combustion products flowing out of the chamber 69 through the outlet pipe 73.

Третья (перепускной клапан 84, впускное 85 и выпускное окна) - для передачи момента вращения на вал ротора под воздействием пара, истекающего из парогенератора 71 по отводящему паропроводу 75. The third (bypass valve 84, inlet 85 and exhaust window) - to transmit the torque to the rotor shaft under the influence of steam flowing out of the steam generator 71 through the outlet steam line 75.

Работа РЛДВС с ТУК, в качестве паровой машины которого используется рабочая секция, заключается в следующем: в первой и второй секции осуществляется работа в режиме РЛДВС (описание дано выше), после чего продукты сгорания из второй секции по выхлопному патрубку 74 попадают в парогенератор 71; в парогенераторе, вода преобразуется в пар и по паропроводу 75 поступает в третью секцию и воздействует на лопасти ротора; после прохождения рабочего участка третьей секции пар поступает в конденсатор 70, где преобразуется в воду и по водопроводу 77 поступает в парогенератор. The operation of the radar engine with a TUK, the working section of which is used as a steam engine, is as follows: in the first and second section, the radar engine is operated (described above), after which the combustion products from the second section through the exhaust pipe 74 enter the steam generator 71; in the steam generator, water is converted to steam and through the steam line 75 enters the third section and acts on the rotor blades; after passing the working section of the third section, the steam enters the condenser 70, where it is converted into water and through the water supply 77 enters the steam generator.

В одном корпусе могут быть объединены несколько газотурбинных РЛДВС (многоступенчатый РЛДВС) с общим для всех ротором и механизмом кинематической связи (см. фиг. 17 и 18), где показан двухступенчатый (ступени I и II) газотурбинный РЛДВС. In one housing, several gas turbine radar engines (multi-stage radar) can be combined with a common rotor and kinematic coupling mechanism (see Figs. 17 and 18), where a two-stage (stage I and II) gas turbine radar engine is shown.

Двухсекционный газотурбинный РЛДВС имеет соотношение взаимного вращения перепускных клапанов и ротора равным 3:1. The two-section gas turbine RLDVS has a ratio of mutual rotation of the bypass valves and the rotor equal to 3: 1.

Газотурбинный РЛДВС снабжен общим ротором 92 и механизмом кинематической связи 93 и имеет на каждую ступень по два впускных 94, 95 и два выпускных 96, 97 окна, два гнезда 98 и 99 с перепускными клапанами 100 и 101 и три лопасти 102, 103 и 104. The gas turbine radar engine is equipped with a common rotor 92 and a kinematic coupling mechanism 93 and has two inlet 94, 95 and two outlet 96, 97 windows, two sockets 98 and 99 with bypass valves 100 and 101 and three blades 102, 103 and 104 for each stage.

Claims

1. A rotary vane internal combustion engine containing bypass valves installed in the sockets, and an integrated combustion chamber, consisting of two compartments in which the combustion of the working fluid, characterized in that the combustion chamber is formed by the wall of the socket and the end cavities of one of the bypass valves while the cutout for the inlet and outlet of the working fluid is made on the side surface of each compartment.

2. Gas turbine rotary vane internal combustion engine containing a bypass valve installed in the sockets and a combustion chamber of the working fluid, characterized in that it consists of two sections, the first, compressing and feeding the working fluid into the combustion chamber, and the second, acting products combustion on the blades of a rotary rotor, each of which includes a part of the annular channel, inlet and outlet windows and a bypass valve, while the combustion chamber is made remote and connected by pipes to the exhaust window of the first section and ypusknym second window section.

3. A rotary vane internal combustion engine with a heat recovery circuit, comprising bypass valves installed in the sockets, a combustion chamber, characterized in that it consists of three sections and is equipped with a condenser and a steam generator, while the combustion chamber is connected to the first section and the outlet a pipe with a second section, the steam generator is connected by an exhaust pipe with a second section and a supply pipe to the third section, a condenser is connected by a discharge pipe to the third section and water gadfly to the steam generator.