Безлопаточный турбокомпрессор - RU2003119442A

Реферат

1. Комплекс двигателя внутреннего сгорания и безлопаточного турбокомпрессора, содержащий двигатель внутреннего сгорания; безлопаточный турбокомпрессор, связанный с двигателем внутреннего сгорания и содержащий узел подшипников; приводной вал, у которого имеется первый концевой участок и второй концевой участок, и который проходит через узел подшипников и закреплен в нем с возможностью вращения; безлопаточную турбину, содержащую: спиральную камеру (улитку) турбины; внутреннюю стенку турбины, примыкающую к улитке турбины; наружную стенку турбины, примыкающую к улитке турбины, и противоположную внутренней стенке турбины; ряд параллельных, плоских турбинных дисков, заключенных в улитку турбины и пространственно отнесенных друг от друга на критическое расстояние от около 0,15 мм до около 0,30 мм, у которых имеются центральные круговые вырезы с несколькими спицеобразными выступами, при помощи которых центральные части турбинных дисков неподвижно крепятся на первом концевом участке приводного вала, при этом критическое расстояние дает возможность осуществления внутри этих критических промежутков только эффекта сопротивления пограничного слоя выпускных газов, выходящих из двигателя внутреннего сгорания; по меньшей мере, одно впускное отверстие турбины в стенке улитки турбины, ось которого направлена по касательной к окружности турбинных дисков, так что через это отверстие выпускные газы входят в турбину по касательной к окружности турбинных дисков; при этом, выпускные газы за счет такта выпуска двигателя внутреннего сгорания проталкиваются через впускное отверстие турбины в критические промежутки между турбинными дисками, приводя во вращение турбинные диски и приводной вал посредством энергии, передаваемой от выпускных газов турбинным дискам за счет эффекта сопротивления пограничного слоя выпускных газов; выпускное отверстие в наружной стенке турбины, примыкающее к центральным круговым вырезам турбинных дисков, через которое выпускные газы выходят из безлопаточной турбины сквозь центральные круговые вырезы турбинных дисков; безлопаточный компрессор, приводимый в движение приводным валом, и содержащий спиральную камеру (улитку) компрессора; внутреннюю стенку компрессора, примыкающую к улитке компрессора; наружную стенку компрессора, примыкающую к улитке компрессора, и противоположную внутренней стенке компрессора; ряд параллельных, плоских компрессорных дисков, заключенных в улитку компрессора и пространственно отнесенных друг от друга на критическое расстояние, у которых имеются центральные круговые вырезы с несколькими спицеобразными выступами, при помощи которых центральные части компрессорных дисков неподвижно крепятся на втором концевом участке вращающегося приводного вала, при этом критическое расстояние дает возможность осуществления внутри этих критических промежутков только эффекта сопротивления пограничного слоя воздуха; впускное отверстие компрессора в наружной его стенке, примыкающее к центральным круговым вырезам компрессорных дисков, через которое воздух входит в компрессор сквозь центральные круговые вырезы компрессорных дисков, и далее попадает в критические промежутки между компрессорными дисками, при этом воздух всасывается во впускное отверстие компрессора благодаря разности давлений, создаваемой вращением компрессорных дисков в улитке компрессора, при котором энергия вращения компрессорных дисков передается окружающему их воздуху за счет действия эффекта сопротивления пограничного слоя, что увеличивает массу воздуха, приходящуюся на единицу объема; выпускное отверстие компрессора, сформированное в стенке улитки компрессора в соответствии с формулой Фибоначчи, ось которого направлена по касательной к окружности компрессорных дисков, через которое воздух увеличенной плотности выходит из безлопаточного компрессора по касательной к окружности компрессорных дисков и проходит во впускную систему двигателя внутреннего сгорания.

2. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что содержит первое лабиринтное уплотнение из концентрических, взаимосвязанных гребней между турбинными дисками и внутренней стенкой турбины; и второе лабиринтное уплотнение из концентрических, взаимосвязанных гребней между турбинными дисками и наружной стенкой турбины, при этом первое и второе лабиринтные уплотнения не позволяют выпускным газам выходить из турбины через выпускное отверстие турбины, не передав энергии турбинным дискам.

3. Комплекс по п.2, отличающийся тем, что содержит третье лабиринтное уплотнение из концентрических, взаимосвязанных гребней между компрессорными дисками и внутренней стенкой компрессора; и четвертое лабиринтное уплотнение из концентрических, взаимосвязанных гребней между компрессорными дисками и наружной стенкой компрессора, при этом третье и четвертое лабиринтные уплотнения не позволяют воздуху выходить из компрессора через выпускное отверстие компрессора, не приобретя увеличенной плотности.

4. Комплекс по п.3, отличающийся тем, что содержит, по меньшей мере, одно сопло переменного сечения, находящееся во впускном отверстии турбины, при этом сопло переменного сечения выполнено с возможностью изменять площадь поперечного сечения впускного отверстия турбины так, что скорость выпускных газов, входящих в турбину, может увеличиваться или уменьшаться.

5. Комплекс по п.4, отличающийся тем, что содержит, по меньшей мере, одно сопло переменного сечения, находящееся во впускном отверстии компрессора, при этом сопло переменного сечения выполнено с возможностью изменять площадь поперечного сечения впускного отверстия компрессора так, что скорость воздуха, входящего в компрессор, можно увеличивать или уменьшать.

6. Комплекс по п.5, отличающийся тем, что безлопаточная турбина имеет два впускных отверстия; турбинные диски содержат три спицеобразных выступа, посредством которых центральные части турбинных дисков неподвижно крепятся к первому концевому участку приводного вала; и турбинные диски и приводной вал изготовлены из нержавеющей стали.

7. Комплекс по п.5, отличающийся тем, что компрессорные диски содержат три спицеобразных выступа, посредством которых центральные части компрессорных дисков неподвижно крепятся ко второму концевому участку приводного вала; и компрессорные диски изготовлены из алюминия.

8. Турбокомпрессор, предназначенный для использования совместно с двигателем внутреннего сгорания, и содержащий узел подшипников; приводной вал, у которого имеется первый концевой участок и второй концевой участок, и который проходит через узел подшипников и закреплен в нем с возможностью вращения; турбину, закрепленную на первом концевом участке приводного вала, и приводящую приводной вал в движение; безлопаточный компрессор, приводимый в движение турбиной, и содержащий спиральную камеру (улитку) компрессора; внутреннюю стенку компрессора, примыкающую к улитке компрессора; наружную стенку компрессора, примыкающую к улитке компрессора, и противоположную внутренней стенке компрессора; ряд параллельных, плоских компрессорных дисков, заключенных в улитку компрессора и пространственно отнесенных друг от друга на критическое расстояние, у которых имеются центральные круговые вырезы с несколькими спицеобразными выступами, при помощи которых центральные части компрессорных дисков неподвижно крепятся на втором концевом участке вращающегося приводного вала, при этом критическое расстояние дает возможность осуществления внутри этих критических промежутков только эффекта сопротивления пограничного слоя воздуха; впускное отверстие компрессора в наружной его стенке, примыкающее к центральным круговым вырезам компрессорных дисков, через которое воздух входит в компрессор сквозь центральные круговые вырезы компрессорных дисков, и далее попадает в критические промежутки между компрессорными дисками, при этом воздух всасывается во впускное отверстие компрессора благодаря разности давлений, создаваемой вращением компрессорных дисков в улитке компрессора, при котором энергия вращения компрессорных дисков передается окружающему их воздуху за счет действия эффекта сопротивления пограничного слоя, что увеличивает массу воздуха, приходящуюся на единицу объема; выпускное отверстие компрессора, сформированное в стенке улитки компрессора в соответствии с формулой Фибоначчи, ось которого направлена по касательной к окружности компрессорных дисков, через которое воздух увеличенной плотности выходит из безлопаточного компрессора по касательной к окружности компрессорных дисков и проходит во впускную систему двигателя внутреннего сгорания.

9. Турбокомпрессор по п.8, отличающийся тем, что содержит первое лабиринтное уплотнение из концентрических, взаимосвязанных гребней между компрессорными дисками и внутренней стенкой компрессора; и второе лабиринтное уплотнение из концентрических, взаимосвязанных гребней между компрессорными дисками и наружной стенкой компрессора, при этом первое и второе лабиринтные уплотнения не позволяют воздуху выходить из компрессора через выпускное отверстие компрессора, не приобретя увеличенной плотности.

10. Турбокомпрессор по п.9, отличающийся тем, что содержит, по меньшей мере, одно сопло переменного сечения, находящееся во впускном отверстии компрессора, при этом сопло переменного сечения выполнено с возможностью изменять площадь поперечного сечения впускного отверстия компрессора так, что объем воздуха, входящего в компрессор, увеличивается или уменьшается.

11. Система по п.10, отличающаяся тем, что компрессорные диски содержат три аналогичных спицеобразных выступа, посредством которых центральные части компрессорных дисков неподвижно крепятся ко второму концевому участку приводного вала; и компрессорные диски изготовлены из алюминия.

12. Турбокомпрессор, предназначенный для использования совместно с двигателем внутреннего сгорания, и содержащий узел подшипников; приводной вал, у которого имеется первый концевой участок и второй концевой участок, и который проходит через узел подшипников и закреплен в нем с возможностью вращения; безлопаточную турбину, содержащую спиральную камеру (улитку) турбины; внутреннюю стенку турбины, примыкающую к улитке турбины; наружную стенку турбины, примыкающую к улитке турбины, и противоположную внутренней стенке турбины; ряд параллельных, плоских турбинных дисков, заключенных в улитку турбины и пространственно отнесенных друг от друга на критическое расстояние, от около 0,15 мм до около 0,30 мм, у которых имеются центральные круговые вырезы с несколькими спицеобразными выступами, при помощи которых центральные части турбинных дисков неподвижно крепятся на первом концевом участке приводного вала, при этом критическое расстояние дает возможность осуществления внутри этих критических промежутков только эффекта сопротивления пограничного слоя выпускных газов, выходящих из двигателя внутреннего сгорания; по меньшей мере, одно впускное отверстие турбины в стенке улитки турбины, ось которого направлена по касательной к окружности турбинных дисков, так что через это отверстие выпускные газы входят в турбину по касательной к окружности турбинных дисков; при этом, выпускные газы за счет такта выпуска двигателя внутреннего сгорания проталкиваются через впускное отверстие турбины в критические промежутки между турбинными дисками, приводя во вращение турбинные диски и приводной вал посредством энергии, передаваемой от выпускных газов турбинным дискам за счет эффекта сопротивления пограничного слоя выпускных газов; выпускное отверстие в наружной стенке турбины, примыкающее к центральным круговым вырезам турбинных дисков, через которое выпускные газы выходят из безлопаточной турбины сквозь центральные круговые вырезы турбинных дисков; и компрессор, приводимый в движение безлопаточной турбиной, закрепленный на втором концевом участке приводного вала и увеличивающий массу воздуха, приходящуюся на единицу объема, который доставляется в двигатель внутреннего сгорания.

13. Турбокомпрессор по п.12, отличающийся тем, что содержит первое лабиринтное уплотнение из концентрических, взаимосвязанных гребней между турбинными дисками и внутренней стенкой турбины; и второе лабиринтное уплотнение из концентрических, взаимосвязанных гребней между турбинными дисками и наружной стенкой турбины, при этом первое и второе лабиринтные уплотнения не позволяют выпускным газам выходить из турбины через выпускное отверстие турбины, не передав энергии турбинным дискам.

14. Турбокомпрессор по п.13, отличающийся тем, что содержит, по меньшей мере, одно сопло переменного сечения, находящееся во впускном отверстии турбины, при этом сопло переменного сечения выполнено с возможностью изменять площадь поперечного сечения впускного отверстия турбины так, что скорость выпускных газов, входящих в турбину, может увеличиваться или уменьшаться.

15. Система по п.14, отличающаяся тем, что безлопаточная турбина имеет два впускных отверстия; турбинные диски содержат три спицеобразных выступа, посредством которых центральные части турбинных дисков неподвижно крепятся к первому концевому участку приводного вала; и турбинные диски и приводной вал изготовлены из нержавеющей стали.

16. Турбокомпрессор, предназначенный для использования совместно с двигателем внутреннего сгорания, и содержащий приводной вал, у которого имеется первый концевой участок и второй концевой участок; турбину, связанную с первым концевым участком приводного вала, и содержащую ряд турбинных дисков, пространственно отнесенных друг от друга на критическое расстояние, имеющих центральные круговые вырезы, по меньшей мере, с одним, спицеобразным выступом, посредством которого центральные части турбинных дисков неподвижно крепятся к первому концевому участку приводного вала; при этом указанный ряд плоских турбинных дисков преобразует скорость выпускных газов, выходящих из двигателя внутреннего сгорания, в энергию вращательного движения, приводящую приводной вал в движение за счет эффекта сопротивления пограничного слоя выпускных газов, вступающих в контакт с поверхностью плоских турбинных дисков; по меньшей мере, одно впускное отверстие турбины, ось которого направлена по касательной к окружности турбинных дисков; по меньшей мере, одно выпускное отверстие турбины, примыкающее к центральным круговым вырезам турбинных дисков, и соосное с ними; компрессор, приводимый в движение вторым концевым участком приводного вала, и содержащий спиральную камеру (улитку) компрессора; ряд компрессорных дисков, пространственно отнесенных друг от друга на второе критическое расстояние, заключенных в корпус, и имеющих центральные круговые вырезы, по меньшей мере, с одним, спицеобразным выступом, посредством которого центральные части компрессорных дисков неподвижно крепятся ко второму концевому участку приводного вала; по меньшей мере, одно впускное отверстие компрессора, примыкающее к центральным круговым вырезам компрессорных дисков и соосное с ними, при этом воздух засасывается через впускное отверстие компрессора благодаря разности давлений, создаваемой компрессорными дисками, вращающимися внутри улитки компрессора, где энергия вращательного движения компрессорных дисков передается воздуху за счет эффекта сопротивления пограничного слоя воздуха, вступающего в контакт с поверхностью плоских компрессорных дисков, что приводит к увеличению массы воздуха, приходящейся на единицу объема; и по меньшей мере, одно выпускное отверстие компрессора, имеющее размер и форму, определяемые по формуле Фибоначчи.

17. Турбокомпрессор по п.16, отличающийся тем, что содержит внутреннюю стенку турбины и наружную стенку турбины, примыкающие к турбинным дискам; и первое лабиринтное уплотнение из концентрических, взаимосвязанных гребней между турбинными дисками и внутренней стенкой турбины.

18. Турбокомпрессор по п.17, отличающийся тем, что содержит второе лабиринтное уплотнение из концентрических, взаимосвязанных гребней между турбинными дисками и наружной стенкой турбины.

19. Турбокомпрессор по п.16, отличающийся тем, что содержит внутреннюю стенку компрессора и наружную стенку компрессора, примыкающие к компрессорным дискам; и третье лабиринтное уплотнение из концентрических, взаимосвязанных гребней между компрессорными дисками и внутренней стенкой компрессора.

20. Турбокомпрессор по п.19, отличающийся тем, что содержит четвертое лабиринтное уплотнение из концентрических, взаимосвязанных гребней между компрессорными дисками и наружной стенкой компрессора.

21. Турбокомпрессор по п.16, отличающийся тем, что содержит, по меньшей мере, одно сопло переменного сечения, находящееся во впускном отверстии турбины, при этом сопло переменного сечения выполнено с возможностью изменять площадь поперечного сечения впускного отверстия турбины так, что скорость выпускных газов, входящих в турбину, может увеличиваться или уменьшаться.

22. Турбокомпрессор по п.16, отличающийся тем, что содержит, по меньшей мере, одно сопло переменного сечения, находящееся во впускном отверстии компрессора, при этом сопло переменного сечения выполнено с возможностью изменять площадь поперечного сечения впускного отверстия компрессора так, что скорость воздуха, входящего в компрессор, может увеличиваться или уменьшаться.

23. Турбокомпрессор по п.16, отличающийся тем, что эффект сопротивления пограничного слоя вращает кромку окружности плоских турбинных дисков со скоростью от около 0,3 до около 0,9 числа Маха; критическое расстояние между дисками в ряду турбинных дисков составляет от около 0,15 мм до около 1,27 мм; и второе критическое расстояние между дисками в ряду компрессорных дисков составляет от около 0,15 мм до около 1,27 мм.

24. Турбокомпрессор, предназначенный для использования совместно с двигателем внутреннего сгорания, и содержащий приводной вал, у которого имеется первый концевой участок и второй концевой участок; турбину, связанную с первым концевым участком приводного вала; компрессор, приводимый в движение вторым концевым участком приводного вала, и содержащий спиральную камеру (улитку) компрессора; ряд компрессорных дисков, пространственно отнесенных друг от друга на критическое расстояние, и имеющих центральные круговые вырезы, по меньшей мере, с одним, спицеобразным выступом, посредством которого центральные части компрессорных дисков неподвижно крепятся ко второму концевому участку приводного вала; по меньшей мере, одно впускное отверстие компрессора, примыкающее к центральным круговым вырезам компрессорных дисков и соосное с ними, при этом воздух засасывается через впускное отверстие компрессора благодаря разности давлений, создаваемой компрессорными дисками, вращающимися внутри улитки компрессора, где энергия вращательного движения компрессорных дисков передается воздуху за счет эффекта сопротивления пограничного слоя воздуха, вступающего в контакт с поверхностью плоских компрессорных дисков, что приводит к увеличению массы воздуха, приходящейся на единицу объема; и по меньшей мере, одно выпускное отверстие компрессора, имеющее размер и форму, определяемые по формуле Фибоначчи.

25. Турбокомпрессор по п.24, отличающийся тем, что содержит внутреннюю стенку компрессора и наружную стенку компрессора, примыкающие к компрессорным дискам; и первое лабиринтное уплотнение из концентрических, взаимосвязанных гребней между компрессорными дисками и внутренней стенкой компрессора.

26. Турбокомпрессор по п.25, отличающийся тем, что содержит второе лабиринтное уплотнение из концентрических, взаимосвязанных гребней между компрессорными дисками и наружной стенкой компрессора.

27. Турбокомпрессор по п.24, отличающийся тем, что содержит, по меньшей мере, одно сопло переменного сечения, находящееся во впускном отверстии компрессора, при этом сопло переменного сечения выполнено с возможностью изменять площадь поперечного сечения впускного отверстия компрессора так, что скорость воздуха, входящего в компрессор, может увеличиваться или уменьшаться.

28. Турбокомпрессор по п.24, отличающийся тем, что приводной вал вращает край окружности плоских компрессорных дисков со скоростью от около 0,3 до около 0,9 числа Маха, а критическое расстояние между дисками составляет от около 0,15 мм до около 1,27 мм.

29. Турбокомпрессор, предназначенный для использования совместно с двигателем внутреннего сгорания, и содержащий приводной вал, у которого имеется первый концевой участок и второй концевой участок; турбину, связанную с первым концевым участком приводного вала, и содержащую ряд плоских турбинных дисков, пространственно отнесенных друг от друга на критическое расстояние, имеющих центральные круговые вырезы, по меньшей мере, с одним, спицеобразным выступом, посредством которого центральные части турбинных дисков неподвижно крепятся к первому концевому участку приводного вала; при этом указанный ряд плоских турбинных дисков преобразует скорость выпускных газов, выходящих из двигателя внутреннего сгорания, в энергию вращательного движения, приводящую приводной вал в движение за счет эффекта сопротивления пограничного слоя выпускных газов, вступающих в контакт с поверхностью плоских турбинных дисков; по меньшей мере, одно впускное отверстие турбины, ось которого направлена по касательной к окружности турбинных дисков; по меньшей мере, одно выпускное отверстие турбины, примыкающее к центральным круговым вырезам турбинных дисков, и соосное с ними; и компрессор, связанный со вторым концевым участком приводного вала.

30. Турбокомпрессор по п.29, отличающийся тем, что содержит внутреннюю стенку турбины и наружную стенку турбины, примыкающие к турбинным дискам; и первое лабиринтное уплотнение из концентрических, взаимосвязанных гребней между турбинными дисками и внутренней стенкой турбины.

31. Турбокомпрессор по п.30, отличающийся тем, что содержит второе лабиринтное уплотнение из концентрических, взаимосвязанных гребней между турбинными дисками и наружной стенкой турбины.

32. Турбокомпрессор по п.29, отличающийся тем, что содержит, по меньшей мере, одно сопло переменного сечения, находящееся во впускном отверстии турбины, при этом сопло переменного сечения выполнено с возможностью изменять площадь поперечного сечения впускного отверстия турбины так, что скорость выпускных газов, входящих в турбину, может увеличиваться или уменьшаться.

33. Турбокомпрессор по п.29, отличающийся тем, что эффект сопротивления пограничного слоя вращает кромку окружности плоских турбинных дисков со скоростью от около 0,3 до около 0,9 числа Маха, а критическое расстояние между дисками в ряду турбинных дисков составляет от около 0,15 мм до около 1,27 мм.