CH638016A5 - Turbo-jet engine with rotary combustion chambers - Google Patents

Description

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REVENDICATIONS

1. Turbomoteur à réaction à chambres de combustion rotatives, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un stator (1) à ailettes fixes (9), et d'un rotor (2) dans lequel sont incluses deux chambres de combustion (3), un supresseur centrifuge central (17) alimenté par un carburateur et comprenant des ailettes extérieures (7, 8) de réaction en couronne, et deux logements de bougies électriques d'allumage (6), l'ensemble étant complété d'un échangeur à flux inversé (13) et d'un tube d'échappement (14), l'échappement des gaz brûlés se faisant latéralement par deux lumières (18) situées à 60° de la sortie des chambres. 1. Jet turbine with rotary combustion chambers, characterized in that it consists of a stator (1) with fixed fins (9), and a rotor (2) in which two combustion chambers are included ( 3), a central centrifugal supressor (17) powered by a carburetor and comprising external fins (7, 8) in ring reaction, and two housings of electric spark plugs (6), the assembly being completed with a reverse flow exchanger (13) and an exhaust tube (14), the exhaust of the burnt gases being effected laterally by two lights (18) located 60 ° from the exit of the chambers.

2. Turbomoteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les chambres de combustion de formes rectangulaires incurvées (3) ont leurs entrées orientées vers le centre du rotor et leurs sorties vers la périphérie, et qu'elles sont décalées de 180° l'une par rapport à l'autre. 2. Turboshaft according to claim 1, characterized in that the combustion chambers of curved rectangular shapes (3) have their inputs oriented towards the center of the rotor and their outputs towards the periphery, and that they are offset by 180 ° l 'one over the other.

3. Turbomoteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les chambres de combustion (3) sont alimentées par le surpresseur centrifuge (17) composé de deux rangées d'ailettes (7, 8) solidaires du rotor et de deux rangées d'ailettes redresseuses (10), solidaires du stator. 3. Turboshaft according to claim 2, characterized in that the combustion chambers (3) are supplied by the centrifugal booster (17) composed of two rows of fins (7, 8) integral with the rotor and two rows of fins rectifiers (10), integral with the stator.

4. Turbomoteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le rotor (2) est doté d'un arbre creux (4) pour le passage des fils d'allumage électrique. 4. Turboshaft according to claim 2, characterized in that the rotor (2) is provided with a hollow shaft (4) for the passage of the electric ignition wires.

5. Turbomoteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'échangeur à contre-courant (13) est composé de trois plaques métalliques séparant le circuit d'admission du circuit d'échappement des gaz brûlés. 5. Turboshaft according to claim 1, characterized in that the counter-current exchanger (13) is composed of three metal plates separating the intake circuit from the exhaust circuit of the burnt gases.

6. Turbomoteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le circuit d'admission comporte un tube d'entrée (15) et le carburateur. 6. Turboshaft according to claim 5, characterized in that the intake circuit comprises an inlet tube (15) and the carburetor.

7. Turbomoteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rotor (2) et le stator (1) sont dotés d'alvéoles à l'intérieur (16) et à la périphérie (9) formant des ailettes dont les flasques latérales comportent plusieurs rainures formant joints gazeux. 7. Turboshaft according to claim 1, characterized in that the rotor (2) and the stator (1) are provided with cells inside (16) and at the periphery (9) forming fins, the lateral flanges of which include several grooves forming gas joints.

8. Turbomoteur selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que l'arbre creux (4) du rotor est supporté par deux roulements à billes (5) ou à galets. 8. Turboshaft according to Claims 3 and 4, characterized in that the hollow shaft (4) of the rotor is supported by two ball bearings (5) or with rollers.

Les moteurs thermiques actuels de propulsion en mécanique dérivent tous, dans leurs principes, du système que Lebon avait élaboré en 1800 et que Beau de Rochas avait lui-même perfectionné par la découverte de son cycle à quatre temps, lequel est toujours utilisé: Otto en 1867, puis Fernand Forest en 1882 l'avaient réalisé pratiquement. Le moteur à combustion interne fut, quant à lui, réalisé par Diesel 11 ans plus tard, tous les autres moteurs descendant de ces premières réalisations, plus ou moins; ils marquaient un net progrès sur le plan rendement au regard de la machine à vapeur. Mais ils posaient aussi de redoutables problèmes sur le plan mécanique et combustion. D'autre part, le rendement moyen de 30 à 35%, rarement plus, est confronté actuellement au prix des combustibles pétroliers. Il y a lieu de remarquer que, dans ce cycle explosion du moteur à combustion, seule l'action est utilisée, la réaction se perdant sur le fond de la culasse; à cela s'ajoutent les pertes mécaniques, entre autres par transformation du mouvement alternatif des pistons en mouvement circulaire. The current thermal propulsion engines in mechanics all derive, in their principles, from the system that Lebon had developed in 1800 and that Beau de Rochas had himself perfected by the discovery of his four-stroke cycle, which is still used: Otto in 1867, then Fernand Forest in 1882 had practically achieved it. The internal combustion engine was, in turn, produced by Diesel 11 years later, all the other engines descended from these first achievements, more or less; they marked a clear improvement in terms of performance with regard to the steam engine. But they also posed formidable mechanical and combustion problems. On the other hand, the average yield of 30 to 35%, rarely more, is currently confronted with the price of petroleum fuels. It should be noted that, in this explosion cycle of the combustion engine, only the action is used, the reaction being lost on the bottom of the cylinder head; mechanical losses are added to this, inter alia by transforming the reciprocating movement of the pistons into circular movement.

Pour pallier ces inconvénients, le turbomoteur selon l'invention, à chambres de combustion rotatives, est caractérisé en ce qu'il est constitué par un stator à ailettes fixes et d'un rotor dans lequel sont incluses deux chambres de combustion, un surpresseur centrifuge central alimenté par un carburateur, des ailettes extérieures de réaction en couronne, deux logements de bougies électriques d'allumage, ensemble complété d'un échangeur à flux inversés et d'un tube d'échappement, l'échappement des gaz brûlés se faisant par deux lumières situées à 60° de la sortie des chambres de combustion du rotor. To overcome these drawbacks, the turbine engine according to the invention, with rotary combustion chambers, is characterized in that it consists of a stator with fixed fins and a rotor in which two combustion chambers are included, a centrifugal booster central powered by a carburetor, external reaction fins in a ring, two spark plug housings, complete with a reverse flow exchanger and an exhaust tube, the exhaust of the burnt gases being done by two lights located 60 ° from the exit of the rotor combustion chambers.

Ainsi,; l'action et la réaction sont utilisées du fait de l'adoption de deux chambres de combustion mobiles et tournantes, supprimant de ce fait les pistons, les bielles et vilebrequins, et leurs inerties, ainsi que les frottements mécaniques engendrés par ces organes. En fait, le principe de base est totalement différent des moteurs mécaniques, et ce tant dans la conception que dans la réalisation, le nombre de pièces composant le turbomoteur à réaction étant ramené de plusieurs centaines, pour le moteur à piston, à une dizaine. Aucune analogie ne peut donc être retenue entre les deux systèmes; selon une forme d'exécution, les seules parties mécaniques sont les deux roulements à billes ou à galets, à grandes vitesses (vingt mille à quarante mille tours) montés sur l'arbre du: rotor, leur travail étant d'ailleurs allégé du fait du coussin d'air se formant entre le rotor et le stator, centrant automatiquement ledit rotor et l'équilibrant mieux que ne le ferait tout dispositif mécanique. Des joints pneumatiques constitués par des rainures circulaires se faisant face de chaque côté du rotor et du stator sont destinés à parfaire l'étanchéité entre l'échappement et l'admission, celle-ci se faisant par le centre du bloc, et après réchauffage par les ailettes du surpresseur central, ainsi que par un échangeur à plaque à contre-courant parallèle à cette admission, et à l'échappement, celui-ci se faisant par deux lumières pratiquées dans le rotor et décalées de la sortie des chambres de combustion, de 60 degrés, la mise en rotation du rotor au départ se faisant par un lanceur ou démarreur classique. So,; action and reaction are used due to the adoption of two mobile and rotating combustion chambers, thereby eliminating the pistons, connecting rods and crankshafts, and their inertias, as well as the mechanical friction generated by these organs. In fact, the basic principle is totally different from mechanical engines, both in design and in implementation, the number of parts making up the jet engine being reduced from several hundred, for the piston engine, to ten. No analogy can therefore be retained between the two systems; according to one embodiment, the only mechanical parts are the two ball or roller bearings, at high speeds (twenty thousand to forty thousand revolutions) mounted on the shaft of the rotor, their work being moreover lightened by the fact of the air cushion forming between the rotor and the stator, automatically centering said rotor and balancing it better than any mechanical device would. Pneumatic seals constituted by circular grooves facing each side of the rotor and the stator are intended to perfect the seal between the exhaust and the intake, the latter being made by the center of the block, and after heating by the fins of the central booster, as well as by a counter-current plate exchanger parallel to this intake, and to the exhaust, this being effected by two lights made in the rotor and offset from the outlet of the combustion chambers, 60 degrees, the rotation of the rotor at the start being done by a conventional launcher or starter.

Le surpresseur centrifuge central peut avoir plusieurs étages dont l'aspiration peut être dotée d'un carburateur chargé d'alimenter en gaz carburant les chambres de combustion; dans une version plus élaborée, l'injection électronique du carburant a été prévue. The central centrifugal booster may have several stages, the suction of which may be provided with a carburetor responsible for supplying fuel gas to the combustion chambers; in a more elaborate version, electronic fuel injection has been planned.

La description qui suit, d'un mode de réalisation se référant aux dessins annexés à titre d'exemple non limitatif, fera mieux comprendre l'invention ainsi que les:particularités se dégageant du texte et des dessins. The description which follows, of an embodiment referring to the appended drawings by way of nonlimiting example, will make the invention better understood as well as the: features emerging from the text and the drawings.

Dans les dessins annexés: In the accompanying drawings:

la flg. 1 représente en coupe transversale le turbomoteur, the flg. 1 represents in cross section the turbine engine,

la fig. 2 en est une coupe verticale, et la flg. 3 est une vue éclatée de la coupe selon la figure 2. Le turbomoteur est composé de deux pièces principales, le stator 1 et le rotor 2, ce dernier présentant deux chambres de combustion 3 décalées de 180 degrés l'une par rapport à l'autre. Le rotor 2 est monté sur un arbre 4 tournant sur les paliers à billes 5 qui sont portés par un carter métallique 11 formé de deux coquilles assemblées par des vis 12. fig. 2 is a vertical section, and Fig. 3 is an exploded view of the section according to FIG. 2. The turbine engine is composed of two main parts, the stator 1 and the rotor 2, the latter having two combustion chambers 3 offset by 180 degrees, one relative to the other. The rotor 2 is mounted on a shaft 4 rotating on the ball bearings 5 which are carried by a metal casing 11 formed of two shells assembled by screws 12.

Le rotor 2 comprend plusieurs parties centrales présentant deux couronnes d'ailettes 7 et 8 constituant, avec des couronnés d'ailettes fixes 10 du stator 1, un compresseur ou surpresseur 17. Ce compresseur reçoit un mélange carburant-comburant provenant d'un carburateur non représenté, débitant dans un conduit 15 prévu à cet effet. The rotor 2 comprises several central parts having two rings of fins 7 and 8 constituting, with crowns of fixed fins 10 of the stator 1, a compressor or booster 17. This compressor receives a fuel-oxidizer mixture coming from a non-carburetor shown, delivering into a conduit 15 provided for this purpose.

La partie périphérique <lu rotor 2 comprend les deux chambres de combustion 3 précitées, ces dernières étant associées à des logements 6 destinés à recevoir des bougies d'allumage non représentées. The peripheral part <lu rotor 2 comprises the two combustion chambers 3 above, the latter being associated with housings 6 intended to receive spark plugs not shown.

Le stator 1 présente en regard du pourtour du rotor 2 une série d'alvéoles allongés 9, disposés obliquement de façon que leurs directions soient comprises entre les sens radiaux et tangentiels. Ces ai- ; véoles coopèrent avec des alvéoles 16 prévus dans la périphérie du rotor 2 et disposés obliquement de façon correspondante. Deux évi-dements 18 situés à la périphérie du rotor 2 constituent des passages pour les gaz d'échappement. The stator 1 has a series of elongated cells 9 opposite the periphery of the rotor 2, arranged obliquely so that their directions are between the radial and tangential directions. These ai-; vesoles cooperate with cells 16 provided in the periphery of the rotor 2 and arranged obliquely in a corresponding manner. Two recesses 18 located at the periphery of the rotor 2 constitute passages for the exhaust gases.

Le fonctionnement du turbomoteur est le suivant: The operation of the turbine engine is as follows:

Le mélange carburant-comburant est aspiré par le compresseur 17 et parvient dans les chambres de combustion 3 où il est allumé parle dispositif d'allumage. La direction d'entrée des gaz dans les chambres et de sortie de cette chambre étant différente, il en résulte une poussée dynamique sur le rotor 2 qui tourne en sens inverse des aiguilles d'une montre. The fuel-oxidant mixture is sucked by the compressor 17 and arrives in the combustion chambers 3 where it is ignited by the ignition device. The direction of entry of gases into the chambers and exit from this chamber being different, this results in a dynamic thrust on the rotor 2 which rotates in an anticlockwise direction.

Il est bien entendu que pour la mise en marche du moteur, on doit avoir recours à un dispositif de lancement du rotor 2, ce lancement pouvant être effectué par un moteur électrique ou par un cordeau enroulé sur l'arbre 4. It is understood that for starting the engine, use must be made of a device for launching the rotor 2, this launching being able to be carried out by an electric motor or by a cord wound on the shaft 4.

s s

10 10

15 15

20 20

25 25

30 30

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3

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Il y a lieu également de constater que les alvéoles compris entre les ailettes 9 sont remplis successivement de gaz sous pression et qu'ils sont situés en regard des alvéoles compris entre les ailettes 16, de sorte que le gaz comprimé entre les ailettes 9 se détend vers les ailettes 16 en suivant une direction oblique par rapport à des direc- s tions radiales. Il en résulte une poussée dynamique présentant une composante tangentielle qui contribue à l'entraînement en rotation du rotor 2. It should also be noted that the cells between the fins 9 are successively filled with gas under pressure and that they are located opposite the cells between the fins 16, so that the compressed gas between the fins 9 expands towards the fins 16 in an oblique direction with respect to radial directions. This results in a dynamic thrust having a tangential component which contributes to the rotational drive of the rotor 2.

Les gaz d'échappement aboutissent finalement dans les évide-ments 18 d'où ils peuvent s'échapper latéralement à l'intérieur du io carter 1 pour quitter le moteur par le conduit 14. Avant d'atteindre ce dernier, les gaz chauds d'échappement traversent un échangeur de chaleur à contre-courant 13 permettant de réchauffer le flux de gaz entrant. The exhaust gases finally end up in the recesses-from where they can escape laterally inside the casing 1 to leave the engine via the duct 14. Before reaching the latter, the hot gases d exhaust passes through a counter-current heat exchanger 13 allowing the incoming gas flow to be heated.

Il y a encore lieu de remarquer que la combustion est entretenue 15 dans les chambres 3, de sorte que le fonctionnement des bougies d'allumage n'est nécessaire qu'au moment de la mise en marche du moteur, lai combustion s'entretenant ensuite d'elle-même. L'alimentation à haute tension des bougies d'allumage peut se faire au moyen d'un ou plusieurs conducteurs traversant l'arbre 4 qui est creux. It should also be noted that the combustion is maintained in the chambers 3, so that the operation of the spark plugs is only necessary when the engine is started, the combustion then being maintained of itself. The high voltage supply of the spark plugs can be done by means of one or more conductors passing through the shaft 4 which is hollow.

Etant donné la vitesse relativement élevée de pénétration des gaz frais dans les chambres de combustion, il ne se pose aucun problème de retour de flammes au carburateur. Un tel phénomène serait d'ailleurs rendu quasi impossible car la flamme en retour devrait traverser les ailettes du compresseur, ce qui produirait un refroidissement suffisant des gaz pour empêcher la transmission de la flamme. Given the relatively high speed of penetration of fresh gases into the combustion chambers, there is no problem of flashback to the carburetor. Such a phenomenon would moreover be made almost impossible since the return flame would have to pass through the fins of the compressor, which would produce sufficient cooling of the gases to prevent the transmission of the flame.

Les applications industrielles possibles du turbomoteur à réaction et chambres de combustion rotatives sont identiques à celles des moteurs thermiques connus à ce jour, soit: tractions automobiles, ferroviaires, fluviales ou maritimes. Les groupes électrogènes, compresseurs, machines, ventilateurs et compresseurs d'air, machines tournantes, etc., du fait de son grand rendement et de l'absence de bruits et vibrations. The possible industrial applications of the jet engine and rotary combustion chambers are identical to those of the thermal engines known to date, namely: automobile, rail, river or maritime traction. Generators, compressors, machines, fans and air compressors, rotating machines, etc., due to its high efficiency and the absence of noise and vibration.

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1 feuille dessins 1 sheet of drawings