Детонаційно-газовий турбороторний двигун

1. Детонационно-газовый турбороторный двигатель содержащий корпус, по меньшей мере с одной рабочей полостью с впускными и выпускными окнами, ограниченный торцевыми крышками, размещенный в полости на валу цилиндрический ротор с лопатками, камеру сгорания, отличающийся тем, что камера сгорания, выполненная с тангенциально направленной полостью в виде улитки, расположенная на внешней боковой стенке ко 28545 объемом, благодаря тому, что камера сгорания оборудована газосмесительными органами и продувочно-клапанными головками для создания идеальной продувки, клапаны которых работают в автоматическом режиме, создаются нормальные термодинамические условия рабочим органам в режиме детонационного (взрывного) горения при любой его фазе, (даже асинхронно действующего) процесс которого выполняет только полезную работу, не создавая противодавлении ротору, а рабочее колесо с лопатками при этом в любой момент взрыва газовой смеси, принимая на себя детонационную (взрывную) силу давления расширяющихся газов, будет вращать вал без какихлибо сбоев и повреждений в то же время, одновременно, выполняя при этом роль компрессора, совершающего выброс сгоревших продуктов и попутно производящего всасывание атмосферного воздуха в рабочий орган, тем самым одновременно охлаждая лопатки его и увеличивая весовой заряд в камере сгорания. Сгоревшие же продукты при этом расширяясь и, выполнив полезную работу, автоматически в результате инерционного действия газов, вылетают в любой момент через выпускные окна цилиндра, в выхлопной коллектор и глушитель. Поэтому, в связи с отсутствием противодавления в рабочих органах, а также благодаря тому, что термодинамическая нагрузка при взрыве газовой смеси в камере сгорания, выполненной на внешней поверхности корпуса, осуществляется только на часть лопаток ротора попеременно, с последующим их охлаждением в продувочноохлаждающих окнах цилиндра, работоспособность предложенного двигателя и его мотороресурс на приемлемый срок будут обеспечены. Целью изобретения является повышение мощности и возможности использования дешевых горючих веществ, а также достижения при этом высокой технической экологии и увеличение топливной экономичности. Поставленная цель достигается тем, что работа двигателя по предложенному режиму детонационного горения основана на способности газовых смесей, экологически чистого топлива, например, метан-кислород, или водород-кислород и други х в определенном соотношении при детонации развивать большой силы давления на фронте ударной волны, которые при расширении сгоревшего газа передаются на лопатки рабочего колеса, вынуждая его и вал отбора мощности вращаться со значительным крутящим моментом, являющимся важным параметром определения величины мощности, а также на способе получения устойчивой детонации научно- и практически разработанным институтом Химической физики АН СССР и основанном на "предварительном получении детонационной волны в трубке малого сечения с последующим выпуском ее в объем любой формы". Для практического получения синхронноустойчивой предварительной детонации камера сгорания оборудована газосмесительными органами, состоящими из впускных клапанов, газопроводных ниппелей, свечей зажигания и форкамер, выполненных в виде трубок малого сечения с шероховатой внутренней поверхностью (шерохова тость которых выполняется путем нарезки крупной резьбы с большим нестандартным шагом либо вставкой пружины в полость трубки) сообщающи хся с камерой сгорания, через которые происходит выпуск ударной волны в объем камеры. При этом камера сгорания топливной смеси, выполненная на внешней поверхности корпуса в виде улитки, имеет коническое продолжение входящее в полость цилиндра. Такая форма и расположение камеры позволяют при (детонации) взрыве газовой смеси создавать тангенциально-направленное (но не кумулятивное) давление газов на плоскости лопаток рабочего колеса при их расширении и тем самым получать высокую эффективность работы двигателя с высоким процентом к.п.д. использования тепловой энергии сгоревшего топлива. Кроме того, при полном сгорании экологически чистого топлива, происходящего за счет сверхвысокой температуры газа и высокой степени его окисления непосредственно кислородом, а также дополнительно свежим воздухом при продувке камеры сгорания, поступающего через систему клапанных головок, имеется также возможность эффективнее использовать кинетическую и тепловую энергию газовой смеси с повышением при этом к.п.д., мощности и топливной экономичности предложенного двигателя. При покрытии же полостей рабочего цилиндра, камеры сгорания и поверхностей профильных лопаток цельнометаллического колеса огнеупорной технической керамикой армированной металлической сеткой для повышения прочности самой керамики, дает возможность из комбинированных конструкционных материалов, способных выдерживать нагрев до пяти тысяч градусов, в малом объеме, за счет повышения температуры газов и давления в камере сгорания увеличить эффективность работы и моторесурс двигателя. При этом в связи с тем, что предложенный двигатель работает на взрывоопасном топливе, для его безопасной работы и предохранения от взрыва газоисточника, на газопроводной магистрали установлена многоступенчатая защита, состоящая из предохранительных устройств – огнепреградительных (гидро или сухи х) затворов, существующи х и применяемых на заводах производящих ацетилен с целью гашения взрывной волны при возникновении обратного удара. Приведенная совокупность существенных признаков, определяющих суть предложенного изобретения в полном объеме неизвестна из патентной и научно-технической литературы, что позволяет мне, автору, считать, что предложенное решение отвечает условиям патентоспособности изобретения и его критериям, а именно: по патентному поиску "новизна" его неизвестна из уровня техники. Изобретение имеет "изобретательский уровень", так как явным образом не следует из уровня техники и естественно соответствует критерию "промышленной применимости", так как может быть использовано практически в транспорте, промышленности, сельском хозяйстве и других отраслях народного хозяйства страны. Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображены: 2 28545 На фиг. 1 - показан предложенный двигатель в первом (одноцилиндровом) исполнении. Вид А по фиг. 2, общий вид с частичным вырезом для лучшего показа конструкции. На фиг. 2 - двигатель, вид Б по фиг. 1, общий продольный вид с частичным вырезом крышек камеры сгорания и торцевой. На фиг. 3 - предложенный двигатель вид В по фиг. 1, общий продольный вид с частичным вырезом корпуса и крышек для лучшего показа деталей лабиринтного уплотнения. На фиг. 4 - предложенный двигатель во втором (двухцилиндровом) исполнении, общий вид с частичным вырезом крышек и камеры сгорания для лучшего показа конструкции. На фиг. 5 - показан газосмесительный орган в разрезе. На фиг. 6 - показана продувочно-клапанная головка в разрезе. Детонационно-газовый турбороторный двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндрический корпус 1 с ребрами 2 охлаждения к торцам которого, винтами 3 крепятся торцевые крышки 4 и 5. В полости цилиндра 6, покрытой керамикой 7, размещается цельнометаллическое колесо 8 с валом 9 отбора мощности. При работе двигателя рабочее колесо 8, выполненное в виде цилиндрического ротора, содержащее профильные лопатки 10, исполняет роль тяговой турбины, маховика, обеспечивающего накопившейся энергией движущейся массы ротора равномерность вращения вала 9, а также центробежного компрессора, способствующего увеличивать весовой заряд в камере 11 сгорания, выполненной на внешней поверхности корпуса 1 в виде улитки представляющей собой мощный насос, который толчками всасывает из воздушного фильтра прогретый через теплообменник (не показаны) атмосферный воздух и выбрасывает продукты сгорания. Открытая часть камеры 11 при сборке двигателя герметически закрывается крышкой 12 и закрепляется винтами 13 к корпусу 1. Внешняя поверхность камеры 11 сгорания оборудована продувочно-клапанными головками 14, состоящими из клапанов 15, которые осуществляют периодическую разгерметизацию камеры 11 с целью продувки, цилиндрических пружин 16 сжатия и ниппелей 17 для присоединения шлангов (не показаны). Для фиксации от проворота головки 14 стопорятся винтами 18. По торцам камеры 11 сгорания закрепляются газосмесительные органы 19, содержащие в своих узлах вп ускные клапаны 20, свечи 21 зажигания, газопроводные ниппеля 22 и форкамеры, выполненные в виде трубок 23 малого сечения с шероховатой внутренней поверхностью, шероховатость которых выполняется посредством нарезки крупной резьбы с большим нестандартным шагом. В торцевые крышки 4 и 5 после установки упорных пружинных колец 24 при сборке двигателя запрессовываются радиальные подшипники 25, а в местах выхода вала 9 уплотнительные сальники 26. Далее к крышкам 4 и 5 для предохранения от попадания грязи, пыли и влаги винтами 27 крепятся прижимные крышки 28. К внешней нижней поверхности корпуса 1 винтами 29 крепится выхлопной коллектор 30 с глушителем 31 шума отрабо тавши х газов, которые при расширении выбрасываются через выпускные окна 32. При этом, с целью предохранения утечки газов при расширении для образования лабиринтного уплотнения к торцам рабочего колеса 8 винтами 33 крепятся дисковые щеки 34 (см. фиг. 3). После выпуска отработавших газов, лопатки 10, проходя через продувочно-охлаждающие окна 35 цилиндра 8, захватив свежий атмосферный воздух, о хлаждаются и одновременно заносят дополнительную порцию заряда в камеру 11 сгорания. Предложенный двигатель работает следующим образом. При запуске двигателя кикстартером или стартером (не показаны) раскручивают вал 9 после чего, по газопробной магистрали от газотопливных источников через регулирующий щиток подачи топлива, огнепреградительные затворы и газораспределитель (не показаны) в газосмесительные органы 19, закрепленные по торцам камеры 11 сгорания с двух сторон одновременно в определенном соотношении под давлением подают сжатый или сжиженный горючий газ (водород, метан, бутан, пропан) и окислитель кислород. Далее через впускные клапаны 20 и трубки 23 малого сечения газовая смесь поступает в камеру 11 сгорания, выполненную в виде улитки и часть полости рабочего цилиндра 6. При этом, благодаря тому, что газовая смесь при впуске в камеру 11 сгорания поступает под определенным давлением, она за счет встречных потоков, выходя щих из противоположно закрепленных газосмесительных органов 19, (см.фиг. 2) интенсивно перемешивается. Перемешанный горючий газ в трубке 23 (форкамере) с окислителем в определенный момент через прерыватель-распределитель (не показан) зажигается искрой от свечи 21, полученной от источника тока (не показан), и результате воспламенения топливной смеси в трубке 23 малого сечения, исполняющий роль форкамеры, происходит первоначальный взрыв заряда, порождающий ударную волну, которая в свою очередь сжимает и нагревает перемешанную газовую смесь в камере 11 сгорания и части рабочего цилиндра 6, который является ее продолжением. Нагретый газ в камере 11 сгорания мгновенно воспламеняется в результате его сжатия ударной волной, горение распространяется дальше с постоянной гиперзвуковой (сверхзвуковой) скоростью по всем направлениям, развивая высокие температуру и давление, многократно превышающие при обычном (дефлакционном) горении. После взрыва горючей смеси, давление в камере 11 сгорания мгновенно повышается и клапаны впускные 20 и продувочные 15 закрываются, а образовавшиеся газы мощной струей с гиперзвуковой скоростью, истекая между лопаток 10 давят на них, расширяясь прокручивают рабочее колесо 8 с валом 9 отбора мощности и вылетают через открытые выпускные окна 32 корпуса 1 (см. фиг. 1) выхлопной коллектор 30 и глушитель 31 шума отработавших газов. В конце выхлопа, в результате инерционного действия газов, в камере 11 сгорания создается разрежение, в момент которого, под действием 3 28545 пружин 16 (см. фиг. 5, фиг. 6) открываются продувочные 15 и впускные 20 клапаны, пропуская порцию свежего воздуха и газовой смеси. Далее после выпуска отработавших газов лопатки 10, проходя через продувочно-охлаждающие окна 35, выполненные в цилиндрическом корпусе 1 охлаждаются, и захватив свежий воздух, заносят дополнительную порцию заряда в камеру сгорания 11 и полость цилиндра 6, являющийся ее продолжением. После заполнения камеры 11 сгорания новой порцией газовоздушной топливной смеси с окислителем цикл повторяется. Технико-экономическая эффективность предложенного изобретения заключается в том, что двигатель использует дешевое экологически чистое природное топливо, не требующее специальных затрат на производство химических антидетонационных присадок (таких как тетраэтилсвинец или ЦТМ - веществ ядовиты х и чрезвычайно опасных с целью повышения октанового числа) и другого оборудования для нейтрализации ядовитых выхлопных газов как окислы азота, окись углерода и несожженные углеводороды. Причем, при полном сгорании газовой смеси, происходящей за счет сверхвысоких температуры и степени окисления смеси непосредственно кислородом, повысится при этом топливная экономичность предложенного двигателя. Кроме того, при изготовлении рабочего колеса цельнокерамическим и покрытия полостей цилиндра и камеры сгорания огнеупорной технической керамикой, армированной металлической сеткой для увеличения их прочности и термостойкости, значительно также повысится его эффективность и долговечность. Фиг. 1 4 28545 Фиг. 2 5 28545 Фиг. 3 Фиг. 4 6 28545 Фиг. 5 Фиг. 6 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 34 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 7