RU2147341C1 - Gas turbine plant with combustion of fuel in constant volume - Google Patents
Gas turbine plant with combustion of fuel in constant volume Download PDFInfo
- Publication number
- RU2147341C1 RU2147341C1 RU98118000A RU98118000A RU2147341C1 RU 2147341 C1 RU2147341 C1 RU 2147341C1 RU 98118000 A RU98118000 A RU 98118000A RU 98118000 A RU98118000 A RU 98118000A RU 2147341 C1 RU2147341 C1 RU 2147341C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- combustion
- compressors
- shaft
- fuel
- turbines
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Supercharger (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению. Возможно использование для привода автомобилей. The invention relates to mechanical engineering, namely to engine building. It can be used to drive cars.
В качестве аналога принята газотурбинная установка со сгоранием при постоянном объеме /DE, патент 1273263, F 02 C 5/12, 1968 г, 6л/, которая также является двухвальной и одна из которых свободная, являющаяся тяговой. Валы приводятся от насаженных на них турбин. Турбина компрессорная приводит центробежный компрессор, которая во время работы установки вращается с постоянной частотой, что является особенностью. С компрессорного вала через бесступенчатый фрикционный редуктор приводятся два распределительных диска с пазами. Диски расположены с передней и задней сторон камер сгорания и служат для открытия и закрытия последних для обеспечения сгорания при постоянном объеме. Из камеры сгорания газы попадают в смеситель и из него через сопло на турбины и вращают их. В смесителе газы смешиваются с воздухом, идущим от компрессора. Во время работы установки с помощью редуктора меняется частота происходящих в камере сгорания циклов сгорания, что осуществляется через изменение частоты вращения распределительных дисков. Недостатком установки является невозможность перекрытия передачи вращения на тяговый вал во время работы, температурные условия работы турбин, сложность и нетехнологичность, ненадежность. As an analogue, a gas turbine installation with combustion at a constant volume was adopted / DE, patent 1273263, F 02
Технической задачей является отказ от сцепной муфты на тяговом валу, повышение эффективности сгорания в камере сгорания, уменьшение вредности выхлопа на всех режимах работы двигателя, изменение управления работой двигателя, повышение надежности и ресурса деталей, работающих под трением и высокой температурой. The technical task is to abandon the coupling on the traction shaft, increase the efficiency of combustion in the combustion chamber, reduce exhaust harmfulness at all engine operation modes, change engine control, increase the reliability and service life of parts operating under friction and high temperature.
Задачи решаются следующим образом. The tasks are solved as follows.
Газы из камеры сгорания на турбины подаются через расширяющиеся сопла. В сопле газы приобретают определенную скорость, а также расширяются. Температура газов к концу расширения падает, что создает необходимые условия для работы турбин. Повышение эффективности сгорания в камере осуществляется применением впускного и выпускного клапанов для сгорания без утечек газов и в постоянном объеме. Причем в камерах сгорания горючая смесь стехиометрического состава, т.е. смесь с определенным и постоянным коэффициентом избытка воздуха, что и обеспечивает необходимую чистоту выхлопных газов. Для увеличения ресурса уплотнителя /в компрессорах/ он выполнен самосмазывающимся. Управление изменения выходной мощности осуществляется через изменение частоты вращения вала компрессора. Для этого истечение газов из камеры сгорания, предназначенной для привода турбины, установленной на вал компрессора, регулируется через дроссель-клапан посредством изменения величины хода последнего. Для прекращения крутящего момента на выходном валу предусматривается прекращение подачи топлива в основные камеры сгорания с одновременной декомпрессией в камерах через выпускные клапаны. Последнее также способствует облегчению запуска, повышению экономичности и экологичности в определенных режимах работы двигателя. Для облегчения запуска также возможна подача дополнительного горючего в камеру сгорания ведущей секции, что особенно необходимо при работе двигателя на бензине. Gases from the combustion chamber to the turbines are fed through expanding nozzles. In the nozzle, the gases acquire a certain speed, and also expand. The gas temperature drops towards the end of expansion, which creates the necessary conditions for the operation of turbines. Improving the efficiency of combustion in the chamber is carried out by using the intake and exhaust valves for combustion without gas leaks and in a constant volume. Moreover, in the combustion chambers a combustible mixture of stoichiometric composition, i.e. a mixture with a certain and constant coefficient of excess air, which ensures the necessary purity of exhaust gases. To increase the life of the seal / in compressors / it is made self-lubricating. Control of changes in output power is carried out through a change in the frequency of rotation of the compressor shaft. For this, the outflow of gases from the combustion chamber, designed to drive a turbine mounted on the compressor shaft, is regulated through the throttle valve by changing the stroke value of the latter. To stop the torque on the output shaft, it is planned to cut off the fuel supply to the main combustion chambers with simultaneous decompression in the chambers through the exhaust valves. The latter also helps to facilitate startup, increase efficiency and environmental friendliness in certain engine operating modes. To facilitate starting, it is also possible to supply additional fuel to the combustion chamber of the leading section, which is especially necessary when the engine is running on gasoline.
На фиг. 1 дан вид при рассмотрении сбоку. Позволяет определить взаимное расположение компрессоров, камер сгорания, турбины привода компрессоров с соответствующим соплом, тяговых турбин с выходным валом, а также блока формирования топливоподачи с распределителем зажигания /при осуществлении сгорания в камере от электрической искры/. In FIG. 1 is a side view. It allows you to determine the relative position of compressors, combustion chambers, compressor drive turbines with a corresponding nozzle, traction turbines with an output shaft, as well as a fuel supply forming unit with an ignition distributor / during combustion in the chamber from an electric spark /.
На фиг. 2 - взаимное расположение тяговой турбины, сопла подачи газов на нее, камеры сгорания, компрессора подачи воздуха в камеры сгорания. In FIG. 2 - the relative position of the traction turbine, a gas supply nozzle to it, a combustion chamber, an air supply compressor to the combustion chamber.
На фиг. 3 дано изображение взаимного расположения турбины привода компрессоров, сопла для подачи газов на нее из камеры сгорания, камеры сгорания с выпускным управляющим дроссель-клапаном, привод дроссель-клапана. In FIG. Figure 3 shows the relative position of the compressor drive turbine, a nozzle for supplying gases to it from the combustion chamber, a combustion chamber with an exhaust control throttle valve, and a throttle valve actuator.
На фиг. 4 дан вариант исполнения выпускного клапана основных камер сгорания и его привода. In FIG. 4, an embodiment of the exhaust valve of the main combustion chambers and its actuator is given.
На фиг. 5 дан вариант выполнения кулачка привода дроссель-клапана. In FIG. 5 shows an embodiment of a cam of a throttle valve actuator.
На фиг. 6 представлен вариант исполнения впускного клапана компрессоров и привод клапана. In FIG. 6 shows an embodiment of a compressor inlet valve and a valve actuator.
На представленных фигурах F1, F2, F3, F4, F5 показывают действие соответствующих возвратных пружин, а K1, K5 -воздействие усилий от электромагнитов.In the figures shown, F 1 , F 2 , F 3 , F 4 , F 5 show the action of the corresponding return springs, and K 1 , K 5 the impact of forces from electromagnets.
На фиг. 7 дан вариант исполнения управления двигателем с использованием элементов электрических устройств при подаче топлива в камеры сгорания механическим насосом. K2, K3, K4 -действие эл.магнитов управления топливоподачи, ИЭ-источник энергии, R1, R2 - резисторы, ВД и ВТ - включатели. Действие акселератора и катушек управления показаны стрелками.In FIG. 7 shows an embodiment of engine control using elements of electrical devices when supplying fuel to the combustion chambers with a mechanical pump. K 2 , K 3 , K 4 - action of the fuel supply control electromagnets, IE energy source, R 1 , R 2 - resistors, VD and VT - switches. The action of the accelerator and control coils are shown by arrows.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения. Information confirming the possibility of carrying out the invention.
А. Описание в статическом состоянии:
Установка включает следующие функционирующие части: основные компрессоры 18, компрессор 1, вал 2 компрессоров, турбина 3 привода компрессоров, сопло 4, дроссель-клапан 5, камера сгорания 6, форсунка 7, свеча зажигания 8, блок формирования топливоподачи 11, секция 9 подачи топлива в камеру сгорания 6, блок секций 10 подачи топлива в основные камеры сгорания 25, впускной клапан 12, блок 13 тяговой турбины, распределитель 14 зажигания, выходной вал 15, свеча зажигания 16, форсунка 17.A. Description in a static state:
The installation includes the following functioning parts: main compressors 18, compressor 1,
Компрессоры 1 и 18 представляют роторы 28, эксцентрично расположенные на валу 2 и которые расположены в корпусе 27. Они имеют впускной патрубок 29 и уплотняющую лопатку 26. Компрессор 1 ведущей секции связывается через клапан 12 с камерой сгорания 6, а компрессоры 18 связываются через клапаны 24 с основными камерами сгорания 25. В камерах сгорания 6 и 25 в случае работы двигателя на дизельном топливе устанавливаются только форсунки 7 и 17. А при работе двигателя на бензине устанавливаются и свечи зажигания 8 и 16. В основных камерах сгорания 25 устанавливается выпускной клапан 23. Камеры сгорания 25 связываются с расширяющимися соплами 22 тяговых турбин 21. Турбины 21 установлены на выходном валу 15 и расположены в корпусе 19, который имеет выпускной патрубок 20, и составляют блок 13 турбин. Камера сгорания 6 ведущей секции связана с расширяющимся соплом 4 турбины 3 привода компрессоров 1 и 18. Турбина 3 установлена на вал 2 привода компрессоров 1 и 18, расположена в корпусе 31, имеющем выпускной патрубок 30. В камере сгорания 6 устанавливается дроссель-клапан 5. Он приводится кулачком 32 через рычаг 33 и имеет направляющую 34. Выпускные клапаны 23 приводятся через рычаг 37 и имеют направляющие 35. Compressors 1 and 18 represent
Впускные клапаны 12 и 24 камер сгорания 6 и 25 конструкционно идентичны и имеют тягу 39, направляющий цилиндр 41 с уплотнительным кольцом 40. Цилиндр 41 через перемычку 42 связан непосредственно с клапаном 24 или 12. The
Выпускные клапаны 23 и выпускной дроссель-клапан 5 приводятся от кулачкового вала посредством кулачков 36 и 32 соответственно. При этом кулачок 32 выполнен сложного и переменного по длине профиля. Имеет возможность перемещаться по оси кулачкового вала под усилием пружины F4 и управляющего усилия K1.The
Впускные клапаны приводятся от кулачкового вала посредством кулачков 38. Кулачковые валы привода клапанов вращаются от вала 2. Блок формирования топливоподачи 11, который в практике может представить механический топливный насос циклической подачи топлива, приводится от вала 2. The inlet valves are driven from the camshaft by means of
При работе двигателя на бензине предусматривается распределитель зажигания 14, приводящийся от вала 2. В блок 11 топливо поступает от бака 43. Подача топлива насосом в двигатель осуществляется отдельно топливной секцией 9, предназначенной для камеры сгорания 6. Эта секция во время работы имеет собственную систему управления. When the engine is running on gasoline, an ignition distributor 14 is provided, driven from the
Секции 10 служат для подачи топлива в основном камеры сгорания 25. Уплотняющие лопатки 26 представляют пластину определенных геометрических размеров. В них в направлениях, перпендикулярных плоскости трения и в местах возникновения трения с соприкасающимися частями, просверливаются отверстия, в которые закладываются смазка.
Эксцентрично расположенные роторы 28 и уплотняющие лопатки 26 делят полость компрессоров 1 и 18 на две части. В первой из них воздух впускается, а во второй сжимается для подачи в камеры сгорания. Сопла 4 и 22 представляют собой расширяющиеся сопла /например, Лаваля/. Eccentrically located
Впускные и выпускные клапаны камер сгорания 6 и 25 могут приводиться как от одного кулачкового вала, так и двух отдельных. Кулачок 32 во время работы двигателя имеет возможность перемещаться в направлении оси кулачкового вала, на которой он установлен. Это осуществляется под действием внешних усилий от F4 и K1, что необходимо для регулирования частоты вращения вала 2 компрессоров. Блок 11 формирования топливоподачи может представлять механический топливный насос циклического действия. Каждая ее секция подает топливо в отдельные камеры сгорания. Управление секцией 9 отдельное, а секциями 10 сблокированное в отдельное.The inlet and outlet valves of the
Секция топливного насоса представляет собой насос плунжерного типа. Для регулирования и прекращения топливоподачи в секциях можно предусмотреть дополнительное устройство в виде дозатора, либо первое осуществляется поворотом плунжера относительно втулки. /Гельман Б.М., Москвин М.В. Сельскохозяйственные тракторы и автомобили. Кн. 1 Двигатели. М. Агропромиздат. 1987 г - 287 с. , стр. 173 - 187//. При работе на бензине блок 11 топливоподачи можно выполнить с использованием элементов электрических устройств. The fuel pump section is a plunger type pump. To regulate and stop the fuel supply in sections, you can provide an additional device in the form of a dispenser, or the first is carried out by turning the plunger relative to the sleeve. / Gelman B.M., Moskvin M.V. Agricultural tractors and cars. Prince 1 Engines. M. Agropromizdat. 1987 - 287 s. , pp. 173 - 187 //. When working on gasoline, the fuel supply unit 11 can be performed using elements of electrical devices.
Б. Описание работы устройства:
Работа, когда с выходного вала 15 снимается максимальная мощность, происходит следующим образом. В компрессоры 1 и 18 через патрубки 29 всасывается воздух. Одновременно воздух сжимается /роторами 28/ в полости сжатия. Сжимаемый воздух подается через открытые впускные клапаны 12 и 24 в камеры сгорания 6 и 25. При этом допустимо, чтобы в определенный момент поступления воздуха в камеры сгорания 6 и 25 оказались открытыми также и выпускной дроссель-клапан 5, и выпускные клапаны 23 камер сгорания. Это необходимо для продувки камер. Далее выпускной дроссель-клапан 5 и выпускной клапаны 23 закрываются. Компрессоры продолжают сжатие воздуха, давление и температура которого повышаются. При достижении максимального от центра удаленной точки роторов верхнего положения сжатие и нагнетание воздуха в камеры сгорания 6 и 25 заканчиваются. Заканчивается впуск воздуха в компрессор, а также происходит закрытие впускных клапанов 12 и 24. В камеры сгорания 6 и 25 форсунками 7 и 17 впрыскивается топливо, которое сгорает, сопровождаясь повышением давления и температуры. Роторы 28 вращаются дальше и при определенном их положении, когда в камерах 6 и 25 сгорает основная масса поданного топлива, открываются дроссель-клапан 5 и выпускные клапаны 23. Газы из камеры 6 по соплу 4 подаются на турбину 3 привода компрессоров 1 и 18. А газы из камер 25 подаются по соплам 22 на тяговую турбину 21 выходного вала 15. После завершения истечения газов из камер сгорания 6 и 25, в которых давление падает до минимального, открываются впускные клапаны 12 и 24. Камеры сгорания 6 и 25 продуваются, клапан 5 и 23 закрываются, и дальше вышеописанный процесс повторяется. Особенностью является то, что для получения максимальной мощности двигателя дроссель-клапан 5 перемещается на полную величину хода. Этим достигается максимально короткое время истечения газов из камеры сгорания 6 и, соответственно, максимальная частота вращения вала 2 компрессоров 1 и 18. Для регулирования частоты вращения вала 2, которое необходимо для регулирования /изменения/ мощности на выходном валу 15, предусматривается изменение величины хода дроссель-клапана 5. Изменение хода дроссель-клапана 5 осуществляется кулачком 32 сложного профиля путем перемещения его в осевом направлении. Дроссель-клапан 5 регулирует величину критического сечения расширяющегося сопла 4, что и позволяет регулировать мощность двигателя /изменением времени истечения газов из камеры/.B. Description of the operation of the device:
Work when the maximum power is removed from the
Особенностью работы двигателя на бензине и при зажигании его от электрической искры является то, что бензин впрыскивается сразу после закрытия выпускных клапанов 23 и дроссель-клапана 5. В этом случае двигатель обязательно оснащается распределителем 14 зажигания, связанным со свечой 8. Управление работой двигателя /представлена на фиг. 7/ производится так /запуск и остановка не рассматриваются/. A feature of the operation of the engine on gasoline and when igniting it from an electric spark is that gasoline is injected immediately after closing the
Транспортное средство стоит на месте. Через привод тормоза включается ВТ. Электрический ток от источника ИЭ поступает на катушки K4 и K5, а также / в дизельном варианте / через включатель ВД на катушку K3. Происходит отсечка подачи топлива в камеры сгорания 25 и включается декомпрессия через открытие клапанов 23. При этом вал 2 компрессоров вращается, т.к. работает приводящая секция двигателя. Для начала движения отпускается педаль тормоза, зарабатывают основные тяговые секции двигателя и начинается движение. В случае крайней необходимости возможно, кроме увеличения мощности путем увеличения частоты вращения вала компрессоров, также увеличение мощности путем подачи дополнительного количества топлива в ведущую камеру сгорания 6. Положением дроссель-клапана 5 управляет катушка K1, получающая электроток через резистор R1. Дополнительное количество топлива секцией 9 насоса подается через действие катушки K2 посредством изменения сопротивления резистора R2. При работе на бензине K3 ВД и R2 исключаются. Вместо R2 предусматривается включатель для подачи дополнительного количества бензина в целях облегчения запуска. Она после запуска двигателя выключается, и управление мощностью двигателя осуществляется только через изменение величины хода дроссель-клапана 5. K3 необходим для установки подачи минимума топлива во время стоянки транспорта /в дизельном варианте двигателя/. Исполнение включения ВТ через педаль тормоза возможно и сложности не представляет, в том числе и из-за того, что педаль имеет свободный ход до начала срабатывания тормоза транспорта. Особенностью двигателя является то, что циклы в камерах сгорания происходят за один оборот вала компрессоров. Для увеличения, т.е. удвоения мощности установки, возможно применение компрессорного блока с соответствующими камерами сгорания и соплами с противоположной относительно тяговой турбины стороны и действующими на нее.The vehicle stands still. Through the brake drive, BT is switched on. The electric current from the source of IE is supplied to the coils K 4 and K 5 , as well as / in the diesel version / through the VD switch to the coil K 3 . There is a cut-off of the fuel supply to the
Выбор критического сечения расширяющихся соплов производится с учетом перехода их в насадок и с учетом времени истечения газов из камер сгорания. The critical section of the expanding nozzles is selected taking into account their transition into nozzles and taking into account the time of gas outflow from the combustion chambers.
Работа двигателя, установленного на транспортном средстве, управляется педалями акселератора и тормоза. Акселератор действует на резистор R1 /и R2 - в дизельном варианте/. Педаль тормоза воздействует, включая ВТ и ВД, на K3, K4 и K5/ K5 - декомпрессия, K4 - отсечка подачи топлива в секции 10, K3 - установка минимальной подачи топлива в секции 9 в варианте дизельного двигателя/.The operation of the engine mounted on the vehicle is controlled by the accelerator and brake pedals. The accelerator acts on the resistor R 1 / and R 2 - in the diesel version /. The brake pedal acts, including VT and VD, on K 3 , K 4 and K 5 / K 5 - decompression, K 4 - fuel cut-off in
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98118000A RU2147341C1 (en) | 1998-09-28 | 1998-09-28 | Gas turbine plant with combustion of fuel in constant volume |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98118000A RU2147341C1 (en) | 1998-09-28 | 1998-09-28 | Gas turbine plant with combustion of fuel in constant volume |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2147341C1 true RU2147341C1 (en) | 2000-04-10 |
Family
ID=20210905
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU98118000A RU2147341C1 (en) | 1998-09-28 | 1998-09-28 | Gas turbine plant with combustion of fuel in constant volume |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2147341C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2464434C2 (en) * | 2010-09-10 | 2012-10-20 | Александр Юрьевич Соколов | Rotary engine by a y sokolov |
RU2754026C1 (en) * | 2018-09-03 | 2021-08-25 | Никола Тодоров КОЛЕВ | System for converting thermal energy into mechanical energy |
-
1998
- 1998-09-28 RU RU98118000A patent/RU2147341C1/en active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2464434C2 (en) * | 2010-09-10 | 2012-10-20 | Александр Юрьевич Соколов | Rotary engine by a y sokolov |
RU2754026C1 (en) * | 2018-09-03 | 2021-08-25 | Никола Тодоров КОЛЕВ | System for converting thermal energy into mechanical energy |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9540992B2 (en) | Rotary internal combustion engine with variable volumetric compression ratio | |
US7556014B2 (en) | Reciprocating machines | |
CZ328898A3 (en) | Internal combustion engine with independent combustion chamber og constant volume | |
US8613269B2 (en) | Internal combustion engine with direct air injection | |
US8256227B2 (en) | Ultra efficient engine | |
JP2006513346A (en) | Variable compression engine | |
US4653274A (en) | Method of controlling a free piston external combustion engine | |
AU2015268998B2 (en) | Rotary motor | |
JP2005525503A (en) | Rotary type combustion engine | |
RU2147341C1 (en) | Gas turbine plant with combustion of fuel in constant volume | |
KR20000048672A (en) | Engine working according to the method of pulsating combustion | |
JPH09505122A (en) | engine | |
RU2042844C1 (en) | Internal combustion engine | |
US10865728B2 (en) | Method of using backflow from common-rail fuel injector | |
US4337741A (en) | Rotary internal combustion engine | |
RU2168042C2 (en) | Combination internal combustion engine | |
EP0548416A1 (en) | Rotary machine | |
RU2006622C1 (en) | Internal combustion engine | |
JPH0555692B2 (en) | ||
US3059430A (en) | Engine having variable combustion chamber | |
JPS62243930A (en) | Internal combustion turbine engine for driving car | |
GB2042082A (en) | A rotary internal-combustion engine | |
RU2414619C2 (en) | Operating method of internal combustion engine - irek | |
WO2023039215A2 (en) | Supercharged internal combustion engine | |
RU2485334C1 (en) | Method of operating internal combustion engine |