Турбіна внутрішнього згоряння

Турбіна внутрішнього згоряння, яка має робоче колесо і розміщена з можливістю обертання навколо центральної осі, яка відрізняється тим, що містить розподільну камеру, закріплену на центральній осі, а робоче колесо розміщено співвісно із розподільною камерою із мінімально допустимим зазором і прикріплено до корпусу турбіни, утворюючи колектор між колесом і корпусом, причому розподільна камера має проточні канали і вікна, а робоче колесо - проточні канали визначеного радіуса кривизни, розташовані між внутрішнім і зовнішнім діаметрами робочого колеса. Корисна модель стосується галузі машинобудування, зокрема, двигунів внутрішнього згоряння і може бути застосована в енергетичних машинах, силових установках тощо. Відомий поршневий двигун внутрішнього згоряння, який містить циліндр з поршнем, з'єднаним за допомогою кривошипно-шатунного механізму із зовнішнім споживачем роботи. Циліндр має два отвори з клапанами, через один з яких здійснюється усмоктування робочого тіла (повітря або горючої суміші), а через друге - викид робочого тіла після завершення циклу [В.А. Кириллин, В.В. Сычев, А.Е. Шейндлин. Техническая термодинаміка. "Энергия", М., 1974, с.276-277]. Недоліком указаного поршневого двигуна внутрішнього згоряння є низький ККД, що обумовлено неможливістю збільшити тиск і температуру згоряння палива у робочому циклі, через детонаційні властивості пального. Відомий двигун внутрішнього згоряння іншого типу - газова турбіна. Газова турбіна має робоче колесо і розміщена з можливістю обертання навколо центральної осі. До газової турбіни підключена камера згоряння, з'єднана з компресором і паливним насосом. [В. А. Кириллин, В. В. Сычев, А. Е. Шейндлин. Техническая термодинаміка. "Энергия", М., 1974, с.286-287]. Недоліком указаної турбіни є значно нижчий, ніж у двигунів внутрішнього згоряння поршневого типу, діапазон робочих температур, при яких турбіна може надійно працювати, через недостатню жаростійкість конструкційних матеріалів. Це приводить до зниження ККД установки. Задачею корисної моделі є створення турбіни внутрішнього згоряння, яка дозволяє збільшити ККД шляхом підвищення діапазону робочих температур і тиску. Поставлена задача вирішується тим, що турбіна внутрішнього згоряння, яка має робоче колесо і розміщена з можливістю обертання навколо центральної осі, згідно з корисною моделлю, містить розподільну камеру, закріплену на центральній осі, а робоче колесо розміщено співвісно із розподільною камерою із мінімально допустимим зазором і прикріплено до корпусу турбіни, утворюючи колектор між колесом і корпусом, причому розподільна камера має проточні канали і вікна, а робоче колесо - проточні канали визначеного радіусу кривизни, розташовані між внутрішнім і зовнішнім діаметрами робочого колеса. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, де: - на Фіг.1 показана турбіна внутрішнього згоряння у подовжньому перерізі, - на Фіг.2 показана турбіна у поперечному перерізі; - на Фіг.З показано розподіл робочого середовища у процесі роботи турбіни (напрям руху газового і рідинного середовища стосовно розподільної камери у процесі роботи турбіни та положення дзеркала рідини); - на Фіг.4, 5 показано робоче колесо турбіни внутрішнього згоряння у перерізі. Турбіна внутрішнього згоряння має робоче колесо 1, розміщене з можливістю обертання навколо центральної осі 2. На центральній осі 2 закріп С\І 00 лена розподільна камера 3. Робоче колесо 1 розміщено співвісно із розподільною камерою 3 із мінімально допустимим зазором і прикріплено до циліндричного корпусу 4 турбіни, утворюючи колектор між колесом і корпусом. Розподільна камера має проточні канали 5 і вікна 6 для вводу і виводу робочого середовища. Робоче колесо 1 має вхідний канал (на кресленні не показаний) і проточні канали 7 визначеного радіусу кривизни для потоку робочого середовища (газу, пару і рідини), розташовані між внутрішнім і зовнішнім діаметрами робочого колеса для проходження потоку робочого середовища (газу, пару і рідини). Радіус кривизни проточного каналу робочого колеса визначають з врахуванням умови забезпечити оптимальне прискорення потоку робочого середовища у каналі. Турбіна працює таким чином. Експериментально визначають рівень заповнення робочого колеса 1 рідиною, тиск і температуру робочого циклу. До робочого колеса 1 подають через вхідний канал потрібну кількість рідини. На входи проточних каналів 5 розподільної камери 3 подають стиснутий газ і паливо. За допомогою привода турбіна починає обертатися, при цьому рідина розподіляється по колу робочого колеса 1. Пальну суміш підпалюють у робочому колесі 1. Продукти згоряння розширюються, здійснюючи тиск на рідину у 10782 проточних каналах 7. Оскільки густина рідини набагато перевищує густину газу, виникає сила тиску на проточні канали 7, достатня для перетворення енергії розширення продуктів згоряння у роботу турбіни (при швидкостях рідини і газу, які можна порівняти зі швидкостями у машинах статичної дії). Робота турбіни відводиться до споживача енергії. Після закінчення робочого циклу продукти згоряння через проточні вихідні канали 5 і вікна 6 розподільної камери 3 виводять з турбіни. Рециркуляція рідини у робочому колесі та її випаровування під впливом високих температур забезпечує охолодження конструктивних частин турбіни. Максимальна величина тиску у робочому колесі обмежується конструкцією і стійкістю матеріалів турбіни, а максимальна температура робочого циклу може досягати стехіометричного значення температури згоряння палива завдяки охолодженню рідиною (середня температура конструктивних частин турбіни є близькою до температури рідини, оскільки коефіцієнт тепловіддачі рідини на два-три порядки вище коефіцієнта тепловіддачі газу). Завдяки цьому заявлена корисна модель дозволяє забезпечити більш високий ККД у порівнянні з ККД газової турбіни. Згідно з розрахунками, ККД турбіни внутрішнього згоряння досягає величини f=0,53 при силі тиску р=50-105Па, температурі Т=1300К. іг.2 10782 З Фіг. 4 Фіг. 5 Комп'ютерна верстка А. Крижанівський Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 4 2 , 01601