RU2011153235A - Турбороторный двигатель - Google Patents

Abstract

1. Турбороторный двигатель с системами управления, контроля, защиты, запуска, и т.п., содержащий вентилируемый либо герметичный корпус, внутри которого на валу установлен ротор, в котором выполнены радиальные, аксиальные, радиально-аксиальные или аксиально-радиальные каналы круглого, трапециевидного или иного сечения, либо ротор представляет собой ряд установленных вокруг вала труб, образующих каналы, отличающийся тем, что каналы содержат со стороны одного или обоих концов впускные и выпускные отверстия, ротор выполнен таким образом, что с одной стороны к нему примыкает осевая, радиально-осевая или радиальная турбина, например канального типа, либо стенки каналов ротора сами образуют такую турбину, при этом каждое выпускное отверстие каналов ротора выходит в свой межлопастный канал турбины, направленный в сторону, противоположную вращению турбины, с другой стороны лопасти турбины примыкают с зазором в зависимости от конфигурации турбины к торцевому, к цилиндрическому либо к конусообразному газораспределительному аппарату, который содержит окна с возможностью при вращении ротора периодического совмещения этих окон с межлопастными каналами турбины, а расположенная между окнами часть газораспределительного аппарата выполнена с возможностью периодического перекрытия полностью либо частично как минимум одного межлопастного канала турбины, при этом окна в газораспределительном аппарате выполнены таким образом, что по крайней мере одно окно содержит патрубок подвода рабочего тела, подсоединенный к источнику сжатого рабочего тела, например газа, пара или продуктов сгорания, при этом окно и патрубок вып�

Claims (23)

1. Турбороторный двигатель с системами управления, контроля, защиты, запуска, и т.п., содержащий вентилируемый либо герметичный корпус, внутри которого на валу установлен ротор, в котором выполнены радиальные, аксиальные, радиально-аксиальные или аксиально-радиальные каналы круглого, трапециевидного или иного сечения, либо ротор представляет собой ряд установленных вокруг вала труб, образующих каналы, отличающийся тем, что каналы содержат со стороны одного или обоих концов впускные и выпускные отверстия, ротор выполнен таким образом, что с одной стороны к нему примыкает осевая, радиально-осевая или радиальная турбина, например канального типа, либо стенки каналов ротора сами образуют такую турбину, при этом каждое выпускное отверстие каналов ротора выходит в свой межлопастный канал турбины, направленный в сторону, противоположную вращению турбины, с другой стороны лопасти турбины примыкают с зазором в зависимости от конфигурации турбины к торцевому, к цилиндрическому либо к конусообразному газораспределительному аппарату, который содержит окна с возможностью при вращении ротора периодического совмещения этих окон с межлопастными каналами турбины, а расположенная между окнами часть газораспределительного аппарата выполнена с возможностью периодического перекрытия полностью либо частично как минимум одного межлопастного канала турбины, при этом окна в газораспределительном аппарате выполнены таким образом, что по крайней мере одно окно содержит патрубок подвода рабочего тела, подсоединенный к источнику сжатого рабочего тела, например газа, пара или продуктов сгорания, при этом окно и патрубок выполнены в виде сопла, например Лаваля, направленного к лопаткам турбины, а следующее по ходу вращения ротора, по крайней мере одно окно в газораспределительном аппарате, совмещено с каналами ротора в такте выпуска, и содержит патрубок отвода рабочего тела, соединенный, например, с соплом реактивного двигателя или с какой-либо дополнительной расширительной машиной, например турбиной, при этом эти окно и патрубок выполнены, например, в виде сопла, направленного от лопастей турбины.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что с одной стороны каналы ротора содержат впускные отверстия, к которым примыкает с зазором распределитель, например торцевой, с возможностью периодического перекрытия впускных отверстий каналов при вращении ротора и периодического их совмещения посредством окон в распределителе, например, с системами подачи воздуха, с топливными форсунками и с устройствами зажигания, или, например, с системами подачи воздуха, топливно-воздушной смеси и с устройствами зажигания, например свечами, окна в распределителе и в газораспределительном аппарате выполнены с возможностью периодического образования в каждом из каналов ротора, как минимум, такта впуска, такта сжатия, такта рабочего хода и такта выпуска, при этом окна в газораспределительном аппарате выполнены таким образом, что, например, первое по ходу вращения ротора окно с патрубком подвода к турбине продуктов сгорания совмещено с каналом ротора в момент такта сжатия находящегося в нем воздуха или топливно-воздушной смеси, следующее по ходу вращения ротора окно в газораспределительном аппарате, например второе, соединено с патрубком отвода продуктов сгорания в такте рабочего хода, при этом первое и второе окна соединены между собой направляющим аппаратом, а следующее по ходу вращения ротора например, третье окно соединено с патрубком отвода продуктов сгорания в такте выпуска и соединено, например, с соплом реактивного двигателя или с какой-либо дополнительной расширительной машиной, при этом система подачи воздуха и, например, топливно-воздушной смеси, выполнена в распределителе с возможностью совмещения с впускным отверстием в канале ротора в конце такта выпуска, а топливные форсунки и свечи зажигания совмещены посредством распределителя с впускным отверстием в канале ротора в момент перекрытия газораспределительным аппаратом, по крайней мере, одного межлопастного канала турбины, в который выходит этот канал ротора, например, в момент завершения в нем такта сжатия.

3. Двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что по ходу вращения ротора вслед за окном в газораспределительном аппарате, соединенном с патрубком отвода рабочего тела и совмещенным с каналом ротора в момент такта выпуска рабочего тела, например продуктов сгорания, расположено окно, соединенное с патрубком подачи охладителя, например сжатого воздуха или пара, при этом окно и патрубок выполнены в виде сопла, например Лаваля, направленного к лопастям турбины, а следующее за ним по ходу вращения ротора окно в газораспределительном аппарате соединено с патрубком отвода охладителя и выполнено, например, в виде сопла, направленного от лопастей турбины, и соединено, например, с дополнительной расширительной машиной, при этом система подачи воздуха и, например, топливно-воздушной смеси, выполнена в распределителе с возможностью совмещения с впускными отверстиями в каналах ротора, в конце такта выпуска охладителя из этих каналов, например вокруг наиболее теплонапряженных элементов двигателя, выполнен кожух системы охлаждения с возможностью подачи внутрь него охладителя, например предварительно сжатого воздуха, пара, или воды, при этом кожух системы охлаждения соединен трубопроводом, например, с патрубком подачи охладителя, выполненном в газораспределительном аппарате.

4. Двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что в распределителе выполнено устройство для подачи в определенный момент воды или пара в каналы ротора.

5. Двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что каждый межлопастный канал турбины содержит как минимум одну дополнительную лопасть, образующую в межлопастном канале турбины как минимум еще один межлопастный канал, направленный в сторону, противоположную вращению турбины, при этом каждый канал ротора выходит как минимум в два межлопастных канала примыкающей к нему турбины.

6. Двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что по крайней мере в одно окно газораспределительного аппарата, соединенное с патрубком отвода рабочего тела или, например, охладителя, вмонтирована как минимум одна пластина, образующая в окне как минимум еще один дополнительный канал, выполненный, например, в виде сопла, направленного от лопастей турбины.

7. Двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что в газораспределительном аппарате выполнена по крайней мере одна дополнительная ступень расширения рабочего тела, например, таким образом, что патрубок отвода рабочего тела, соединенный с окном в газораспределительном аппарате, совмещенным с каналами ротора в момент такта выпуска, соединен направляющим аппаратом одновременно как минимум с двумя патрубками подвода рабочего тела и окнами в газораспределительном аппарате, выполненными в виде сопел и расположенными таким образом, что вначале направляющий аппарат соединен с патрубком подвода рабочего тела одного окна, при этом следующее за ним по ходу вращения ротора окно содержит патрубок отвода рабочего тела из каналов ротора, а затем направляющий аппарат соединен с патрубком подвода рабочего тела второго окна, за которым также следует окно, содержащее патрубок отвода рабочего тела.

8. Двигатель по п.3, отличающийся тем, что в газораспределительном аппарате выполнена по крайней мере одна дополнительная ступень расширения охладителя, например, таким образом, что патрубок отвода охладителя соединен направляющим аппаратом одновременно как минимум с двумя патрубками подвода охладителя и окнами в газораспределительном аппарате, выполненными в виде сопел и расположенными таким образом, что вначале направляющий аппарат соединен с патрубком подвода охладителя одного окна, при этом следующее за ним по ходу вращения ротора окно содержит патрубок отвода охладителя из каналов ротора, а затем направляющий аппарат соединен с патрубком подвода охладителя второго окна, за которым также следует окно, содержащее патрубок отвода охладителя.

9. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что каналы ротора со стороны впускных отверстий содержат камеры сгорания, выполненные, например, в виде полости большего сечения чем каналы ротора, при этом камеры сгорания имеют, например, сферическую или конусообразную форму.

10. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что каналы ротора со стороны впускных отверстий содержат несколько полостей, образованных сужением и расширением каналов.

11. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что внутри каждого из каналов ротора со стороны впускных отверстий образована камера сгорания, в конце длины которой выполнено центральное тело, например, с возможностью регулирования его расположения в канале ротора.

12. Двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что содержит устройство волнового сжатия газа, например воздуха, выполненное в виде окон в распределителе, соединенных с воздуховодами таким образом, что окно, соединенное с патрубком подвода воздуха низкого давления, выходит в впускное отверстие канала ротора, совмещенного со стороны турбины с окном в газораспределительном аппарате, соединенном с патрубком отвода рабочего тела, в конце такта выпуска рабочего тела или, например, охладителя, а окно отвода сжатого воздуха совмещено посредством распределителя с каналом ротора, выходящего со стороны турбины в окно в газораспределительном аппарате, соединенное с патрубком подвода рабочего тела или, например, охладителя.

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

14. Двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что по периферии корпус содержит как минимум одну дополнительную оболочку, образующую как минимум один дополнительный воздушный контур, соединенный с одной стороны с воздухозаборником, в котором вмонтирован, например, вентилятор, выполненный на валу ротора или какой-либо дополнительной расширительной машины, а с другой стороны дополнительный воздушный контур соединен с выпускным трубопроводом или с соплом реактивного двигателя.

15 Двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что содержит воздушный компрессор, привод которого осуществлен, например, от дополнительной расширительной машины, например газовой или паровой турбины, либо одновременно и от газовой и от паровой турбин.

16. Двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что в тракте выпуска продуктов сгорания выполнен парогенератор, а пароконденсатор выполнен, например, в дополнительном воздушном тракте двигателя, при этом питательный насос парового контура двигателя содержит привод от вала ротора или паровой турбины.

17. Двигатель по п.16, отличающийся тем, что тракт выпуска продуктов сгорания и парогенератор выполнены с возможностью охлаждения всех или части продуктов сгорания ниже точки росы, с возможностью сбора конденсата, например, для пополнения парового контура двигателя.

18. Двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что сопла, выполненные в окнах и патрубках газораспределительного аппарата, или по крайней мере часть этих сопел, а также, например, сопла, образованные в межлопастных каналах примыкающей к ротору турбины, выполнены с возможностью регулирования их сечения.

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

20. Двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что в зазоре между ротором и распределителем и, например, в зазоре между примыкающей к ротору турбиной и газораспределительным аппаратом выполнены уплотнения, например лабиринтные, а например ротор, распределитель и газораспределительный аппарат выполнены с возможностью компенсации своего теплового расширения

21. Двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что в корпусе двигателя на одном валу либо соосно выполнены, например, два ротора и более.

22. Двигатель по п.21, отличающийся тем, что роторы выполнены с возможностью разнонаправленного вращения, а окна в газораспределительном аппарате каждого ротора, соединенные между собой направляющим аппаратом, соединены между собой таким образом, что, например, патрубок отвода рабочего тела и соответствующее окно в газораспределительном аппарате одного ротора соединены с патрубком подвода рабочего тела и соответствующим окном в газораспределительном аппарате другого ротора.

23. Двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что во впускные отверстия каналов ротора вмонтированы свечи зажигания и, например, топливные форсунки, соединенные каким-либо известным способом с системой зажигания и механизмом подачи топлива, а газораспределительный аппарат содержит системы подачи воздуха или топливно-воздушной смеси, выполненные в газораспределительном аппарате таким образом, что, например, первое по ходу вращения ротора окно соединено с патрубком подвода к турбине сжатого воздуха и, например, топливно-воздушной смеси, второе по ходу вращения ротора окно соединено с патрубком подвода рабочего тела и совмещено с межлопастными каналами турбины в такте сжатия топливно-воздушной смеси в каналах ротора, следующее по ходу вращения ротора окно в газораспределительном аппарате, например третье окно, соединено с патрубком отвода рабочего тела, например продуктов сгорания в такте рабочего хода, второе и третье окна соединены между собой направляющим аппаратом, следующее, например четвертое, окно по ходу вращения ротора соединено с патрубком отвода рабочего тела в такте выпуска и соединено, например, с соплом реактивного двигателя либо с дополнительной расширительной машиной.