同步雙轉子式複合發動機的製作方法

2023-05-17 12:04:26

專利名稱：同步雙轉子式複合發動機的製作方法
同步雙轉子式複合發動機，是由同步雙轉子式複合膨漲機(以下簡稱複合膨漲機)、同步雙轉子式壓氣機(以下簡稱同步壓氣機)、與公知的熱交換器、燃燒器等組合而成。本發明中的複合膨漲機，是一種容積式流體機械與渦輪式流體機械的巧妙結合;同步壓氣機是一種活塞工作面積可實現無極變化的旋轉活塞式氣體壓縮機。本發明屬複合型發動機領域。
目前國內外廣泛研究和應用的複合式內燃機，是容積式流體機械與渦輪式流體機械相結合的複合型式之一，即由活塞式內燃機與葉輪機械結合、利用廢氣渦輪脈衝增壓技術，提高其功率和熱效率。但是，複合式內燃機僅局限於燃用液體、氣體燃料，而不能燃用煤炭等固體燃料，且廢氣增壓渦輪的輸出軸與內燃機的輸出軸等，是不同部分的兩個另件，而不能利用廢氣的流速動能直接對內燃機的輸出軸進行作功。
本發明的目的，是利用一種容積型膨漲機排出的廢氣(或乏氣)的流速動能，直接對容積型膨漲機的輸出軸進行作功，簡化其複合發動機的結構，同時用同步壓氣機更新取代目前公知的壓氣機，降低能耗，為製造成本低、效率高、可燃用各種燃料並具有多種用途的複合型發動機，提出一個新的技術方案。
本發明的複合發動機，主要由複合膨漲機、同步壓氣機、熱交換器、燃燒器(或稱加熱器)及其附件構成。下面對其各部結構分別說明如下複合膨漲機它是由主動轉子、被動轉子、動渦輪、靜渦輪、固定活塞、偏心軸、輸出主軸、殼體、端蓋及其軸封等附件組成。主動轉子通過固定活塞、帶動被動轉子向同一個方向實現同步旋轉。在主動轉子的外園上，設計有排廢氣(或乏氣)的排氣孔，而這個排氣孔，恰好又是以切線方向對著靜渦輪、與動渦輪的透平型噴嘴，這個排氣孔與靜渦輪、動渦輪之間的距離，僅僅為加工公差值，所以，廢氣(或乏氣)是以最佳距離、最佳方位條件衝擊渦輪作功的。從容積型膨漲機的氣腔裡排出的廢氣(或乏氣)按流體動力學中的反衝動作用原理和衝動作用原理衝擊渦輪作功，由於噴嘴(即主機的排氣孔)、固定活塞、動渦輪、輸出主軸都與主動轉子設計成了剛性的一體，因此熱膨漲氣體(工質)的第一級壓力能、第二級反衝動動能、第三級衝動動能，都直接對同一個輸出主軸作有用功。這裡，已省去了複合式內燃機中的曲柄連杆、配氣閥機構和渦輪增壓機構。
同步壓氣機如果對複合膨漲機不是輸入有壓力的流體工質，而是用一個動力機帶動其旋轉工作，此時它的作用即為壓氣機(或稱氣泵)。在同步壓氣機中，可省去動渦輪、靜渦輪部件，在其主動轉子上需另外設計一套控制壓縮氣體不可逆流動的公知的單向順序閥。當同步壓氣機的主動轉子通過固定活塞、帶動被動轉子向同一個方向實現同步旋轉，前容積腔壓氣，後容積腔吸氣，固定活塞由死點旋轉180°後，隨著壓縮氣體壓力的增高，固定活塞的有效工作面積隨之減小，當被壓縮腔的容積趨於零時，固定活塞的有效工作面積也趨於零。因此，它是一種活塞工作面積可實現無極變化的旋轉活塞式氣體壓縮機。設固定活塞由死點開始旋轉，在旋轉180°之前，固定活塞的有效工作面積開始有一段由小變大的過程，此時因被壓縮腔內的氣體初始壓力很低，主動轉子的負荷小，而園周線速度增大，慣性矩增大，主動轉子兼有慣性輪的作用，此時可蓄備一部分動能，以利在後一壓氣過程中使用。
熱交換器本複合發動機中的熱交換器，僅在接頭焊接處與公知的技術有所區別它是將園形管的接頭處壓成扁園形，在扁園形接頭的兩平面處鑽若干個孔，每一套接頭處的孔對正相通，然後沿周邊焊成一體，兩端接頭的方向可按要求任意設計。這種結構有利於提高焊接質量和方便施工，特別是在較複雜的幾何空間裡，可任意設計安裝密集的加熱管束。
加熱器本複合發動機中的加熱器，可以是普通鍋爐或專門設計的小型及微型爐灶，也可以是氣化油爐、石油液化氣、沼氣灶等等。當利用低壓餘熱等低溫位能源工作時，熱交換器與熱源直接相連即可。
本發明的複合發動機，結構簡單、故障率低而效率高。試驗證明它比非複合型發動機，在低、中壓領域可節能低耗30%以上。該機中的複合膨漲機、同步壓氣機、單獨當做空氣馬達、蒸氣馬達、氣泵使用時，節能效果也十分明顯。本技術不僅可以製造外燃式複合發動機，也可以用來改造現行的燃氣輪機即用複合膨漲機取代燃氣輪機中的透平，用同步壓機取代傳統的壓氣機，可使燃氣輪機成為一種新型的複合式內燃機。
本發明的實施例，可通過附圖
進一步說明附圖(一)為複合發動機的主要部件複合膨漲機的立體剖視圖;附圖(二)為複合發動機的工作原理示意圖。如附圖(一)所示流體工質從軸封(16)的進氣管進入輸出主軸(1)，輸出主軸(1)的內心是空心的氣路通道，所以工質經輸出主軸(1)的空心通道進入主動轉子(5)與被動轉子(3)之間的容積腔A，推動固定活塞(4)，固定活塞(4)帶動主動轉子(5)和被動轉子(3)旋轉。容積腔B中的廢氣通過排氣孔C直接衝擊靜渦輪(7)，而後再經一對導向槽(13)衝擊兩個動渦輪(14)、(6)，兩個動渦輪分別安裝在一對轉子蓋(15)上。最後的廢氣經靜渦輪支架(8)的兩側，從殼體(9)的排氣管中流出。本機在旋轉工作中，被動轉子(3)圍繞偏心軸(2)旋轉時不帶有工作負荷，僅由輸出主軸(1)帶工作負荷對外作功。主動轉子(5)、排氣孔C、動渦輪(6)(14)、轉子蓋(15)、固定活塞(4)都與輸出主軸(1)組裝成剛性的一體。在主動轉子與被動轉子之間，加有密封套(11)，密封套(11)的下面壓著一組彈簧(12)，彈簧的受壓總壓力，理論上等於氣腔內氣體工質對密封套(11)受壓工作面積的總壓力，以實現平衡式的彈性密封。偏心軸(2)與殼體(9)、端蓋(10)(17)，固定成靜止的剛性的一體。主動轉子(5)與輸出主軸(1)的中心在同一軸線上，而與偏心軸(2)的中心不在同一軸線上，因此，雙轉子同步旋轉一周，經過一個死點，但因主動轉子等兼有慣性輪的作用，可利用慣性過點使發動機連續運轉工作。雙轉子同步旋轉到死點位置時，廢氣排放前的壓力為最高，，只要剛一過死點，排氣孔C就開啟，廢氣就瞬間突然膨漲衝擊靜渦輪(7)，靜渦輪對主動轉子的反衝動作用力，就象火箭發動機氣流的反作用力一樣，對主動轉子實現加速度旋轉作功。從複合膨漲機排出的廢氣，一般是沌淨的熱空氣，可用來對燃料進行鼓風助燃，以實現簡單的回熱式循環。廢氣量大時，可抽出一部分用於生產和生活。用本發明的技術改造小型和微型閉式燃氣輪機時，則需要另加一套冷凝器Ⅲ，如附圖(二)所示，此時冷凝器的一端與複合膨漲機Ⅱ排氣口連接，另一端與同步壓氣機Ⅰ吸氣口連接，使工質實現閉式循環。
本發明的最佳實施例較多，僅舉一例說明如下用複合式發動機帶動發電機發電，或帶動其它機器工作，其複合發動機用的工質，可用空氣、二氧化碳氣等，而不必用大量的水做工質，這樣可以減少大量的化學潛熱損失即冷凝熱損失。因同步壓氣機、複合膨漲機的效率都已空前提高，所以系統熱效率也明顯提高，當排出的熱空氣用於鼓風回熱和用於生產、生活時，其能源的綜合利用率可高出普通蒸氣動力裝置一倍左右，這將對節能工作起到相當大的促進作用。
權利要求
1.一種由複合式膨漲機和同步雙轉子式壓氣機及公知的熱交換器、加熱器等組合而成的同步雙轉子式複合發動機，其特徵在於它的複合式膨漲機是由主動轉子(5)與被動轉子(3)、通過固定活塞(4)圍繞輸出主軸(1)與偏心軸(2)實現向同一方向的同步旋轉。
2.根據權力要求1所述的發動機，其特徵在於它的複合式膨漲機的主動轉子(5)與固定活塞(4)、一對動渦輪(6)(14)、一對轉子蓋(15)、輸出主軸(1)、排氣孔C、設計組裝成剛性的一體。
3.根據權力要求1所述的發動機，其特徵在於它的複合式膨漲機所排出的廢氣(或稱乏氣)，直接衝擊靜渦輪(7)時，排廢氣的孔C隨主動轉子(5)一同旋轉。
4.根據權力要求1所述的發動機，其特徵在於它的同步雙轉子式壓氣機的結構，除掉動渦輪(6)(14)、靜渦輪(7)、靜渦輪支架(8)以外，其它另件與複合式膨漲機的型式相同。
5.根據權力要求3所述的發動機，其特徵在於它的被動轉子(3)的外園表面，裝有密封套(11)，密封套下部，裝設有一組彈簧(12)。
6.根據權力要求3所述的發動機，其特徵在於它的偏心軸(2)與靜止的殼體(9)、端蓋(10)(17)、靜渦輪(7)聯結成剛性的一體。
全文摘要
本發明的同步雙轉子式複合發動機，是一種容積式流體機械與渦輪式流體機械的巧妙結合。本複合發動機中採用的壓氣機，是一種活塞工作面積可實現無級變化的旋轉活塞式氣體壓縮機。它利用一種容積型膨脹機排出的廢氣的速度動能，直接對輸出主軸作功，省去了複合式內燃機中的曲柄連杆、配氣機構和廢氣渦輪增壓機構。該機結構簡單、故障率低、外燃、內燃兩用，能源綜合利用率比非複合型發動機高出一倍左右。
文檔編號F01K23/12GK1072239SQ9110809
公開日1993年5月19日 申請日期1991年11月4日 優先權日1991年11月4日
發明者賀玉枝, 王鵬業 申請人:王長順, 於保成