RU2771333C1 - Gas turbine internal combustion engine - Google Patents
Gas turbine internal combustion engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2771333C1 RU2771333C1 RU2021115012A RU2021115012A RU2771333C1 RU 2771333 C1 RU2771333 C1 RU 2771333C1 RU 2021115012 A RU2021115012 A RU 2021115012A RU 2021115012 A RU2021115012 A RU 2021115012A RU 2771333 C1 RU2771333 C1 RU 2771333C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- turbine
- chamber
- engine
- horizontal
- shaft
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
- F01B11/00—Reciprocating-piston machines or engines without rotary main shaft, e.g. of free-piston type
- F01B11/08—Reciprocating-piston machines or engines without rotary main shaft, e.g. of free-piston type with direct fluid transmission link
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Supercharger (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к тепловым двигателям, в которых химическая энергия топлива преобразуется в механическую, и может быть использовано в любых технических установках, где требуется создание вращательного движения отдельных элементов.The invention relates to heat engines, in which the chemical energy of the fuel is converted into mechanical energy, and can be used in any technical installations where it is required to create a rotational movement of individual elements.
Известен водяной реактивный двигатель, находящийся под микропроцессорным управлением и содержащий соосно горизонтально расположенные входное устройство, сопло, на одном валу установленные насос высокого давления, насос низкого давления и турбину, имеющем внутренний контур, состоящий из камеры высокого давления воды шарообразной формы, в верхней части которой выполнен гофрированный расширительный элемент, соединенной с одной стороны вертикально расположенной трубой с насосом высокого давления, а в нижней части через электромагнитные клапаны с несколькими камерами сгорания, каждая из которых представляет собой сосуд яйцевидной формы, имеющий в верхней части на оси рядом расположенные два электрода электроразрядника и с некоторым смещением от оси через электромагнитный клапан трубчатое соединение с атмосферой, а выход в нижней части выполнен в виде вертикальной трубы с инжектором, внутренняя полость которого через односторонний клапан соединена с внешним контуром, плавно переходящей в горизонтальную и после одностороннего клапана соединенную с выходящим во внешнюю воду общим соплом, внутри которого установлена турбина, и внешний контур, охватывающий горизонтальные части выходов камер сгорания и общее сопло. В этом водяном реактивном двигателе в верхней части каждой из камер сгорания радом с двумя электродами электроразрядника выполнены два входа, перекрытые игольчатыми электромагнитными клапанами. Один из них имеет соединение с баллоном природного газа, а другой с баллоном сжатого воздуха, контактирующего с атмосферой через компрессор (Климович А.В., Климович М.А., Климович С.А. Водяной реактивный двигатель. Патент РФ №2632676, заявка №2016125507, приоритет 24.06.2016, зарегистрирован 09.10.2017, опубликован 09.10.2017, бюл. №28). В рассматриваемом водяном реактивном двигателе вода, расположенная в вертикальной трубе с инжектором и нижней части камеры сгорания интенсивно выбрасывается через общее сопло во внешнюю воду благодаря воспламенению смеси воздуха и газа, создаваемой в упомянутой камере сгорания при контролируемом микропроцессорной системой управления открытии соответствующих игольчатых электромагнитных клапанов и возникновении трубчатого соединения с баллонами природного газа и воздуха, так как такое воспламенение имеет характер взрыва. Рассмотренный водяной реактивный двигатель предназначен для реализации тягового усилия на водном транспортном средстве и не способен создать вращательное движение с соответствующим крутящим моментом отдельных его элементов, крайне необходимое в ряде машин и механизмов.Known water jet engine, which is under microprocessor control and contains coaxially horizontally located inlet device, nozzle, mounted on the same shaft high pressure pump, low pressure pump and turbine, having an internal circuit consisting of a chamber of high pressure water spherical shape, in the upper part of which a corrugated expansion element is made, connected on one side by a vertically located pipe with a high-pressure pump, and in the lower part through solenoid valves with several combustion chambers, each of which is an egg-shaped vessel, having in the upper part on the axis side by side two electrodes of an electric discharger and with some offset from the axis through the solenoid valve, a tubular connection with the atmosphere, and the outlet in the lower part is made in the form of a vertical pipe with an injector, the internal cavity of which is connected through a one-way valve to the external circuit, smoothly turning into a isontal and, after a one-way valve, connected to a common nozzle extending into the external water, inside which a turbine is installed, and an external circuit covering the horizontal parts of the combustion chamber outlets and the common nozzle. In this water jet engine, in the upper part of each of the combustion chambers, next to the two electrodes of the electric discharger, there are two inlets, blocked by needle solenoid valves. One of them is connected to a natural gas cylinder, and the other is connected to a compressed air cylinder in contact with the atmosphere through a compressor (Klimovich A.V., Klimovich M.A., Klimovich S.A. Water jet engine. RF patent No. 2632676, application No. 2016125507, priority 06/24/2016, registered 10/09/2017, published 10/09/2017, bulletin No. 28). In the water jet engine under consideration, water located in a vertical pipe with an injector and the lower part of the combustion chamber is intensively ejected through a common nozzle into external water due to the ignition of the mixture of air and gas created in the mentioned combustion chamber during the opening of the corresponding needle solenoid valves controlled by a microprocessor control system and the occurrence tubular connection with cylinders of natural gas and air, since such ignition has the character of an explosion. The considered water jet engine is designed to implement traction on a water vehicle and is not capable of creating a rotational movement with the corresponding torque of its individual elements, which is essential in a number of machines and mechanisms.
Известен также турбинный двигатель внутреннего сгорания (выбран в качестве прототипа), находящийся под микропроцессорным управлением и содержащий несколько описанных выше водяных реактивных двигателей, каждый из которых имеет камеру высокого давления воды шарообразной формы, в верхней части которой выполнен гофрированный расширительный элемент, соединенной с одной стороны вертикально расположенной трубой с насосом высокого давления, а в нижней части через электромагнитный клапан с камерой сгорания, представляющей собой сосуд яйцевидной формы, имеющий в верхней части на оси рядом расположенные два электрода электроразрядника и с некоторым смещением от оси через электромагнитный клапан трубчатое соединение с атмосферой, а также два входа, перекрытые игольчатыми электромагнитными клапанами, причем один из них имеет соединение с баллоном природного газа, а другой с баллоном сжатого воздуха, контактирующего с атмосферой через компрессор. В нижней же части камеры сгорания выполнен выход в виде вертикальной трубы с инжектором, внутренняя полость которого через односторонний клапан имеет трубчатое соединение с нижней частью камеры низкого давления с гофрированным расширительным элементом, соединенной через вертикальную трубу с насосом низкого давления. Вертикальный вал турбинного двигателя внутреннего сгорания закреплен в шарикоподшипниковых опорах, в его нижней части установлены насосы высокого и низкого давления, которые погружены в воду, находящуюся на дне картера, над последними выполнена коническая зубчатая передача, осуществляющая механическую связь с электрическим стартером, еще выше жестко закреплена горизонтальная турбина, а верхний конец вала соединен с электрогенератором. Вертикальные трубы с инжектором всех водяных реактивных двигателей расположены относительно вала на одинаковом расстоянии и с равным угловым шагом в горизонтальной плоскости, а их горизонтальные сопло, оснащенные внутри запирающим электромагнитным клапаном, направлены на лопатки турбины (Климович А.В. Турбинный двигатель внутреннего сгорания, Патент РФ №2694492, МПК F01B 11/08 (2006.01), СПК F01B 11/08 (2019.02). Заявка №2018123036. Приоритет 25.06.2018. Опубликовано 15.07.2019 Бюл. №20). В описанном турбинном двигателе внутреннего сгорания вращательное движение с соответствующим крутящим моментом создается на его вертикальном валу горизонтальной турбиной при интенсивном воздействии на лопатки последней струи воды высокого напора, выбрасываемой горизонтальным сопло каждого из водяных реактивных двигателей при их работе. Недостатком рассмотренного турбинного двигателя внутреннего сгорания является наличие промежуточного звена преобразования энергии взрыва при воспламенении смеси природного газа и воздуха в камерах сгорания в энергию вращения турбины, каковым являются вода и конструктивные элементы перекачивания последней. В результате двигатель становится громоздким, возрастают потери энергии, снижается его к.п.д.A turbine internal combustion engine (selected as a prototype) is also known, which is under microprocessor control and contains several water jet engines described above, each of which has a spherical-shaped high-pressure water chamber, in the upper part of which a corrugated expansion element is made, connected on one side a vertically located pipe with a high-pressure pump, and in the lower part through a solenoid valve with a combustion chamber, which is an egg-shaped vessel, having in the upper part on the axis two electric discharger electrodes located side by side and with some displacement from the axis through the solenoid valve a tubular connection with the atmosphere, as well as two inlets blocked by needle solenoid valves, one of them connected to a natural gas cylinder, and the other to a compressed air cylinder in contact with the atmosphere through a compressor. In the lower part of the combustion chamber, an outlet is made in the form of a vertical pipe with an injector, the inner cavity of which, through a one-way valve, has a tubular connection with the lower part of the low-pressure chamber with a corrugated expansion element, connected through a vertical pipe to a low-pressure pump. The vertical shaft of the internal combustion turbine engine is fixed in ball bearings, in its lower part high and low pressure pumps are installed, which are immersed in water located at the bottom of the crankcase, a bevel gear is made above the latter, which is mechanically connected to the electric starter, and is even higher rigidly fixed a horizontal turbine, and the upper end of the shaft is connected to an electric generator. Vertical pipes with an injector of all water jet engines are located relative to the shaft at the same distance and with equal angular pitch in the horizontal plane, and their horizontal nozzles, equipped inside with a locking solenoid valve, are directed to the turbine blades (Klimovich A.V. Turbine internal combustion engine, Patent RF No. 2694492, IPC F01B 11/08 (2006.01), SPK F01B 11/08 (2019.02), Application No. 2018123036, Priority 06/25/2018, Published on 07/15/2019 Bull. No. 20). In the described turbine internal combustion engine, a rotational movement with a corresponding torque is created on its vertical shaft by a horizontal turbine with an intense impact on the blades of the last high-pressure water jet ejected by the horizontal nozzle of each of the water jet engines during their operation. The disadvantage of the considered turbine internal combustion engine is the presence of an intermediate link for converting the energy of the explosion during the ignition of a mixture of natural gas and air in the combustion chambers into the rotational energy of the turbine, which is water and the structural elements of pumping the latter. As a result, the engine becomes bulky, energy losses increase, and its efficiency decreases.
Изобретение направлено на создание газового турбинного двигателя внутреннего сгорания, в котором вращательное движение с соответствующим крутящим моментом на валу при сжигании природного газа создается без промежуточного звена из воды и конструктивных элементов, обеспечивающих перекачивания последней.The invention is directed to the creation of a gas turbine internal combustion engine, in which a rotational movement with a corresponding torque on the shaft during the combustion of natural gas is created without an intermediate link from water and structural elements that ensure the pumping of the latter.
Указанная цель достигается тем, что в газовом турбинном двигателе внутреннего сгорания, находящегося под микропроцессорным управлением и содержащим несколько, например четыре, камер сгорания, представляющих собой сосуд яйцевидной формы, имеющий в верхней части на оси рядом расположенные два электрода электроразрядника и с некоторым смещением от оси два входа, перекрытые игольчатыми электромагнитными клапанами, причем один из них имеет соединение с баллоном природного газа, а другой с баллоном сжатого воздуха, контактирующего с атмосферой через компрессор, в нижней же части камеры сгорания выполнен выход в виде вертикальной трубы с горизонтальным соплом, вал двигателя вертикально закреплен в шарикоподшипниковых опорах, в нижней его части выполнена коническая зубчатая передача, осуществляющая механическую связь с электрическим стартером, еще выше жестко закреплена горизонтальная турбина, а верхний конец вала соединен с электрогенератором, причем выходы в виде вертикальной трубы всех камер сгорания расположены относительно вала на одинаковом расстоянии и с равным угловым шагом в горизонтальной плоскости, а их горизонтальные сопла, оснащенные внутри запирающим электромагнитным клапаном, направлены на лопатки турбины. Корпус двигателя образует камеру, стенки которой в поперечном направлении с минимально допустимыми зазорами повторяют форму турбины, в нижней стенке камеры в районе лопаток турбины с равным угловым шагом относительно вала двигателя выполнено несколько, например четыре, отверстий, соединяющих камеру с глушителем, представляющим собой сосуд кольцевой формы, внутри разделенный гофрированными перегородками и сетками и имеющий в боковой стенке трубчатое соединение с атмосферой для выхлопа продуктов сгорания.This goal is achieved by the fact that in a gas turbine internal combustion engine, which is under microprocessor control and contains several, for example, four, combustion chambers, which are an egg-shaped vessel, having in the upper part on the axis side by side two electrodes of the electric discharger and with some offset from the axis two inlets blocked by needle solenoid valves, one of them is connected to a cylinder of natural gas, and the other to a cylinder of compressed air in contact with the atmosphere through the compressor, in the lower part of the combustion chamber there is an outlet in the form of a vertical pipe with a horizontal nozzle, the engine shaft vertically fixed in ball-bearing bearings, in its lower part a bevel gear is made, which is mechanically connected to an electric starter, a horizontal turbine is rigidly fixed even higher, and the upper end of the shaft is connected to an electric generator, and the outputs are in the form of a vertical pipe of all chambers The combustion chambers are located relative to the shaft at the same distance and with the same angular pitch in the horizontal plane, and their horizontal nozzles, equipped inside with a closing solenoid valve, are directed to the turbine blades. The engine housing forms a chamber, the walls of which in the transverse direction with the minimum allowable gaps repeat the shape of the turbine, in the lower wall of the chamber in the region of the turbine blades with an equal angular pitch relative to the engine shaft, several, for example, four, holes are made connecting the chamber with a silencer, which is an annular vessel forms, internally separated by corrugated partitions and grids and having a tubular connection with the atmosphere in the side wall for the exhaust of combustion products.
На чертеже изображена принципиальная схема газового турбинного двигателя внутреннего сгорания. Он находится под микропроцессорным управлением (МСУ) и содержит несколько, например четыре, камер сгорания 1, представляющих собой сосуд яйцевидной формы, имеющий в верхней части на оси рядом расположенные два электрода электроразрядника 2 и с некоторым смещением от оси два входа, перекрытые игольчатыми электромагнитными клапанами 3, причем один из них имеет соединение с баллоном природного газа 4, а другой с баллоном сжатого воздуха 5, контактирующего с атмосферой через компрессор 6. В нижней части камеры сгорания выполнен выход в виде вертикальной трубы 7 с горизонтальным сопло 8. Вал двигателя 9 вертикально закреплен в шарикоподшипниковых опорах, в нижней его части выполнена коническая зубчатая передача 10, осуществляющая механическую связь с электрическим стартером 11, еще выше жестко закреплена горизонтальная турбина 12, а верхний конец вала соединен с электрогенератором 13. Выходы в виде вертикальной трубы всех камер сгорания расположены относительно вала на одинаковом расстоянии и с равным угловым шагом в горизонтальной плоскости. Их горизонтальные сопло, оснащенные внутри запирающими электромагнитными клапанами 14, направлены на лопатки турбины. Корпус двигателя образует камеру 15, стенки которой в поперечном направлении с минимально допустимыми зазорами повторяют форму турбины, в нижней стенке 16 камеры в районе лопаток турбины с равным угловым шагом относительно вала двигателя выполнено несколько, например четыре, отверстий 17, соединяющих камеру с глушителем 18, представляющим собой сосуд кольцевой формы, внутри разделенный гофрированными перегородками и сетками 19 и имеющий в боковой стенке трубчатое соединение 20 с атмосферой для выхлопа продуктов сгорания.The drawing shows a schematic diagram of a gas turbine internal combustion engine. It is under microprocessor control (MSU) and contains several, for example, four, combustion chambers 1, which are an egg-shaped vessel, having in the upper part on the axis two electrodes of the electric discharger 2 located side by side and, with some offset from the axis, two inputs blocked by
Работает конструкция следующим образом. Непосредственно перед запуском газового турбинного двигателя внутреннего сгорания должно быть установлено требуемое давление в баллоне сжатого воздуха 5 компрессором 6. Далее после включения стартера 11 благодаря конической зубчатой передачи 10 вращение вала двигателя 9, турбины 12 и электрогенератора 13 разгоняется до номинальной скорости. Электропитание от электрогенератора обеспечивает включение МСУ, которая, во-первых, обеспечивает поддержание требуемого давления в баллоне сжатого воздуха все время работы двигателя. Во-вторых, в установленной очередности в каждую камеру сгорания 1 при закрытом соответствующем запирающем электромагнитном клапане 14 внутри горизонтального сопло 8 и открытых игольчатых электромагнитных клапанах 3 из соответствующих баллонов 4 и 5 поступают природный газ и воздух. Время открытия игольчатых электромагнитных клапанов МСУ выбирает так, чтобы в камере сгорания образовалась смесь природного газа с воздухом, содержащая примерно от 5-6% (минимальный тяговый режим) до 14-15% (максимальный режим) газа. Воспламенение такой смеси воздуха и газа имеет характер взрыва. Поэтому после электрического разряда между двумя электродами электроразрядника 2 давление газовой смеси в камере сгорания начнет резко возрастать. Это давление контролируется МСУ и при достижении последнего критического значения открывается электромагнитный клапан 14 внутри горизонтального сопло 8. При этом газовая смесь продуктов сгорания по вертикальной трубе 7 и горизонтальному сопло 8 выбрасывается в камеру 15 корпуса двигателя прямо на лопатки турбины 12, заставляя последнюю и вал двигателя вращаться. Передав основную часть своей кинетической энергии турбине, газовая смесь продуктов сгорания через отверстия 17 в нижней стенке 16 камеры поступает в глушитель 18, внутри разделенный гофрированными перегородками и сетками 19, а затем через имеющееся в боковой стенке трубчатое соединение 20 выбрасывается в атмосферу. Длительность работы стартера 11 МСУ выбирает такой, при которой последовательно включаемые камеры сгорания способны поддерживать требуемую стабильную скорость вращения вала двигателя.The construction works as follows. Immediately before starting the gas turbine internal combustion engine, the required pressure in the compressed air cylinder 5 must be set by the
Так как работа установленных камер сгорания в рассматриваемом двигателе абсолютно независима, МСУ контролирует не только очередность их срабатывания, но и время одновременной их работы. Скорость вращения вала двигателя регулируется содержанием природного газа в воздушно-газовой смеси, а также регулированием времени включения игольчатых электромагнитных клапанов, определяющим давление газовой среды в камерах сгорания непосредственно перед ее поджиганием электроразрядником. Электрогенератор 13 вырабатывает электроэнергию, необходимую для работы МСУ и электромеханических устройств двигателя. Выработанная электроэнергия может использоваться посторонними потребителями. Возможна также передача вращательной механической энергии к сторонним механическим устройствам.Since the operation of the installed combustion chambers in the engine under consideration is absolutely independent, the MSU controls not only the sequence of their operation, but also the time of their simultaneous operation. The speed of rotation of the engine shaft is controlled by the content of natural gas in the air-gas mixture, as well as by the regulation of the switching time of the needle solenoid valves, which determines the pressure of the gaseous medium in the combustion chambers immediately before it is ignited by an electric discharger. The
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021115012A RU2771333C1 (en) | 2021-05-25 | 2021-05-25 | Gas turbine internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021115012A RU2771333C1 (en) | 2021-05-25 | 2021-05-25 | Gas turbine internal combustion engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2771333C1 true RU2771333C1 (en) | 2022-04-29 |
Family
ID=81458788
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021115012A RU2771333C1 (en) | 2021-05-25 | 2021-05-25 | Gas turbine internal combustion engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2771333C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2434134A (en) * | 1939-12-19 | 1948-01-06 | Power Jets Res & Dev Ltd | Cooling means for internal-combustion turbine wheels of jet propulsion engines |
DE3546373A1 (en) * | 1985-12-31 | 1987-07-02 | Albert Wagner | Hydrodynamic drive by means of a two-stroke diesel engine with opposed free pistons and a hydraulic pump |
RU2116480C1 (en) * | 1996-04-11 | 1998-07-27 | Вадим Аврамович Яковлев | Internal-combustion gas engine |
RU2632676C1 (en) * | 2016-06-24 | 2017-10-09 | Андрей Владимирович Климович | Water jet engine |
RU2694492C1 (en) * | 2018-06-25 | 2019-07-15 | Андрей Владимирович Климович | Turbine internal combustion engine |
-
2021
- 2021-05-25 RU RU2021115012A patent/RU2771333C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2434134A (en) * | 1939-12-19 | 1948-01-06 | Power Jets Res & Dev Ltd | Cooling means for internal-combustion turbine wheels of jet propulsion engines |
DE3546373A1 (en) * | 1985-12-31 | 1987-07-02 | Albert Wagner | Hydrodynamic drive by means of a two-stroke diesel engine with opposed free pistons and a hydraulic pump |
RU2116480C1 (en) * | 1996-04-11 | 1998-07-27 | Вадим Аврамович Яковлев | Internal-combustion gas engine |
RU2632676C1 (en) * | 2016-06-24 | 2017-10-09 | Андрей Владимирович Климович | Water jet engine |
RU2694492C1 (en) * | 2018-06-25 | 2019-07-15 | Андрей Владимирович Климович | Turbine internal combustion engine |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU164690U1 (en) | PENDULUM-SLIDER DEVICE FOR REACTIVE DETONATION BURNING | |
CN114526150A (en) | Jet ignition hydrogen-oxygen internal combustion engine based on precombustion chamber and control method | |
US20090183491A1 (en) | Internal continuous combustion engine system | |
RU2771333C1 (en) | Gas turbine internal combustion engine | |
RU2694492C1 (en) | Turbine internal combustion engine | |
US3088276A (en) | Combustion products pressure generator | |
KR20000048672A (en) | Engine working according to the method of pulsating combustion | |
RU2299345C1 (en) | Liquid-propellant rocket engine and the method of its starting | |
RU2632676C1 (en) | Water jet engine | |
RU2716792C1 (en) | Engine pneumatic starting system | |
US20200271047A1 (en) | Rotating internal combustion engine | |
KR880001683B1 (en) | Internal combustion engine of hydrogen gas | |
US7181913B1 (en) | Steam-generating drive system | |
EP2531708B1 (en) | Two-stage engine exhaust system | |
US20150007548A1 (en) | Rotary Pulse Detonation Engine | |
RU2764613C1 (en) | Method for operation of free-piston gas generator and apparatus for implementation thereof | |
RU2011869C1 (en) | Gas-steam-fluid engine | |
RU2767866C1 (en) | Method of detonation engine operation | |
RU2573066C1 (en) | Water jet engine | |
RU1813896C (en) | Water-gas power plant | |
RU176215U1 (en) | SECONDARY VEHICLE CIRCUIT OF ICE VEHICLE | |
RU2116480C1 (en) | Internal-combustion gas engine | |
RU2052156C1 (en) | Pumped storage hydroelectric station | |
JP2002213304A (en) | Engine using steam explosion | |
RU2014476C1 (en) | Turbo-piston engine |