ВИХРЕВАЯ ТУРБИНА ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
INTERNAL-COMBUSTION VORTEX TURBINE

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к турбинным двигателям, и может быть использовано в двигателях, насосах, компрессорах или энергетических установках.
Из патентных источников известен аналог заявляемого устройства.
Известна вихревая турбина, содержащая корпус с основным и дополнительным впускными соплами, выпускным патрубком и рабочим кольцевым каналом, расположенным между впускными соплами и выпускным патрубком, отсекатель и рабочее колесо с лопатками, установленное внутри корпуса (см. А.С. СССР №1495441, МПК F01D 1/08, опубл. 23 июля 1989 г.).
Недостатком данного аналога является низкий КПД, связанный, в частности, с тепловыми потерями при прохождении рабочего тела через впускные сопла к лопаткам.
Данный аналог выбран в качестве прототипа.
Задачей заявляемого решения является создание мощной и компактной турбины, имеющей широкую область применения.
Технический результат состоит в повышении КПД турбины и уменьшении ее размеров.
Заявленный технический результат достигается реализацией совокупности признаков, составляющих сущность изобретения.
Вихревая турбина внутреннего сгорания содержит корпус с окном для отвода газа. В корпусе размещены дисковый статор и дисковый ротор. Ротор снабжен радиальными канавками на боковой поверхности, обращенной к статору. Согласно решению статор снабжен, по крайней мере, одной камерой сгорания с отверстиями для подачи топлива и окислителя в камеру сгорания.
Камера сгорания может представлять собой углубление в статоре серпообразной формы с рельефным дном.
Ротор может быть выполнен с возможностью перемещения вдоль оси вращения.
Статор может быть снабжен, по крайней мере, одним отверстием для подачи жидкости для герметизации, а также каналами для охлаждающей жидкости.
Кроме того, заявлена вихревая турбина внутреннего сгорания, содержащая два или более соосно расположенных статора и такое же количество роторов, расположенных на общем валу.
Конструкция изобретения представлена на чертежах: на фиг.1 - устройство в сборе, на фиг.2 - статор, на фиг.3 - ротор. Позициями на чертежах обозначены:
1 - корпус;
2 - статор;
3 - ротор;
4 - вал;
5 - камера сгорания;
6 - перегородка;
7 - канал подвода топлива;
8 - канал подвода окислителя;
9 - канал подвода герметизирующей жидкости;
10 - канал для охлаждающей жидкости;
11 - отверстие для подачи топлива;
12 - отверстие для подачи окислителя;
13 - отверстие для подачи герметизирующей жидкости;
14 - выпускное окно;
15 - канавка.
Двигатель содержит цилиндрический корпус 1 с неподвижно закрепленным в нем дисковым статором 2 и дисковым ротором 3, закрепленным на валу 4. Вал 4 имеет возможность вращения и продольного перемещения в отверстиях корпуса 1 и статора 2. В статоре 2 выполнено углубление 5, исполняющее роль камеры сгорания. В частном случае камера сгорания 5 может быть выполнена серповидной формы с радиально расположенными перегородками 6. Вместо перегородок возможно выполнение дна камеры сгорания рельефным. В статоре выполнены каналы 7-9 для подвода топлива, окислителя (воздуха) и жидкости (воды) соответственно. Канал 7 соединен с отверстиями 11 для подачи топлива в камеру сгорания, канал 8 соединен с отверстиями 12 для подачи окислителя в камеру сгорания, а канал 9 соединен с отверстиями 13 для введения жидкости для герметизации зазора между статором 2 и ротором 3. В статоре 2 выполнены дополнительные каналы 10 для подвода и отвода охлаждающей жидкости. Корпус 1 снабжен выпускным окном 14 для удаления отработанных газов. На поверхности ротора 3 выполнены радиальные канавки 15. Ротор 3 расположен внутри корпуса 1 таким образом, чтобы камера сгорания 5 и канавки 15 были обращены друг к другу. Возможно выполнение в статоре двух и более камер сгорания меньших размеров, каждая из которых имеет подвод топлива, окислителя и соединена со своим выпускным окном. Возможно выполнение многосекционной турбины (аналогично многоцилиндровому выполнению поршневого двигателя внутреннего сгорания). В этом случае внутри одного цилиндрического корпуса закреплено два или более статора, а между ними расположены закрепленные на одном валу роторы в соответствующем количестве. Для простоты далее рассмотрена работа односекционной турбины с одной камерой сгорания в статоре.
Для обеспечения запуска турбины ротору 3 придают вращение с помощью сторонних устройств (электро- или пневмомотором). Возможен запуск турбины подачей по каналу 8 через отверстия 12 в камеру сгорания 5 большого количества окислителя. В начале работы турбины окислитель может поступать из баллона, где он хранился под высоким давлением, а при установлении устойчивого режима окислитель может подаваться нагнетателем (компрессором или турбонаддувом). По каналу 7 через отверстия 11 в камеру сгорания 5 поступает топливо под давлением, создаваемым топливным насосом. В камере сгорания 5 происходит смешивание топлива и окислителя и воспламенение горючей смеси (самовоспламенение, с помощью калильной свечи или искры от свечи зажигания). Воспламенившийся газ сильно увеличивается в объеме и устремляется вдоль камеры сгорания в сторону выпускного окна 14. Встречая по пути следования препятствия в виде перегородок 6, газ завихряется и догорает полностью. Попадая в канавки 15, газ тоже завихряется и увлекает ротор 3 за собой, придавая ему вращательное движение. Отработанный газ выходит из камеры сгорания 5 в выпускное окно 14. Остаточная энергия газа может быть использована для привода турбонаддува, нагнетающего окислитель в камеру сгорания 5. Перемещение вала 4 с закрепленным на нем ротором 3 вдоль оси необходимо для регулирования зазора между статором и ротором. Быстрое изменение зазора позволяет легко настраивать двигатель для работы на разных сортах топлива. Возможность резкого увеличения зазора позволяет снизить мощность в экстренных ситуациях. По каналу 9 через отверстия 13 в зазор поступает жидкость. От температуры рабочего газа жидкость испаряется и герметизирует вал двигателя. В процессе работы двигателя по каналам 10 протекает жидкость, охлаждая статор.