CN1072239A - 同步双转子式复合发动机 - Google Patents
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Abstract
本发明的同步双转子式复合发动机，是一种容积
式流体机械与涡轮式流体机械的巧妙结合。本复合
发动机中采用的压气机，是一种活塞工作面积可实现
无级变化的旋转活塞式气体压缩机。它利用一种容
积型膨胀机排出的废气的速度动能，直接对输出主轴
作功，省去了复合式内燃机中的曲柄连杆、配气机构
和废气涡轮增压机构。该机结构简单、故障率低、外
燃、内燃两用，能源综合利用率比非复合型发动机高
出一倍左右。
Description
同步双转子式复合发动机，是由同步双转子式复合膨涨机（以下简称复合膨涨机）、同步双转子式压气机（以下简称同步压气机）、与公知的热交换器、燃烧器等组合而成。本发明中的复合膨涨机，是一种容积式流体机械与涡轮式流体机械的巧妙结合;同步压气机是一种活塞工作面积可实现无极变化的旋转活塞式气体压缩机。本发明属复合型发动机领域。
目前国内外广泛研究和应用的复合式内燃机，是容积式流体机械与涡轮式流体机械相结合的复合型式之一，即由活塞式内燃机与叶轮机械结合、利用废气涡轮脉冲增压技术，提高其功率和热效率。但是，复合式内燃机仅局限于燃用液体、气体燃料，而不能燃用煤炭等固体燃料，且废气增压涡轮的输出轴与内燃机的输出轴等，是不同部分的两个另件，而不能利用废气的流速动能直接对内燃机的输出轴进行作功。
本发明的目的，是利用一种容积型膨涨机排出的废气（或乏气）的流速动能，直接对容积型膨涨机的输出轴进行作功，简化其复合发动机的结构，同时用同步压气机更新取代目前公知的压气机，降低能耗，为制造成本低、效率高、可燃用各种燃料并具有多种用途的复合型发动机，提出一个新的技术方案。
本发明的复合发动机，主要由复合膨涨机、同步压气机、热交换器、燃烧器（或称加热器）及其附件构成。下面对其各部结构分别说明如下：
复合膨涨机：它是由主动转子、被动转子、动涡轮、静涡轮、固定活塞、偏心轴、输出主轴、壳体、端盖及其轴封等附件组成。主动转子通过固定活塞、带动被动转子向同一个方向实现同步旋转。在主动转子的外园上，设计有排废气（或乏气）的排气孔，而这个排气孔，恰好又是以切线方向对着静涡轮、与动涡轮的透平型喷嘴，这个排气孔与静涡轮、动涡轮之间的距离，仅仅为加工公差值，所以，废气（或乏气）是以最佳距离、最佳方位条件冲击涡轮作功的。从容积型膨涨机的气腔里排出的废气（或乏气）按流体动力学中的反冲动作用原理和冲动作用原理冲击涡轮作功，由于喷嘴（即主机的排气孔）、固定活塞、动涡轮、输出主轴都与主动转子设计成了刚性的一体，因此热膨涨气体（工质）的第一级压力能、第二级反冲动动能、第三级冲动动能，都直接对同一个输出主轴作有用功。这里，已省去了复合式内燃机中的曲柄连杆、配气阀机构和涡轮增压机构。
同步压气机：如果对复合膨涨机不是输入有压力的流体工质，而是用一个动力机带动其旋转工作，此时它的作用即为压气机（或称气泵）。在同步压气机中，可省去动涡轮、静涡轮部件，在其主动转子上需另外设计一套控制压缩气体不可逆流动的公知的单向顺序阀。当同步压气机的主动转子通过固定活塞、带动被动转子向同一个方向实现同步旋转，前容积腔压气，后容积腔吸气，固定活塞由死点旋转180°后，随着压缩气体压力的增高，固定活塞的有效工作面积随之减小，当被压缩腔的容积趋于零时，固定活塞的有效工作面积也趋于零。因此，它是一种活塞工作面积可实现无极变化的旋转活塞式气体压缩机。设固定活塞由死点开始旋转，在旋转180°之前，固定活塞的有效工作面积开始有一段由小变大的过程，此时因被压缩腔内的气体初始压力很低，主动转子的负荷小，而园周线速度增大，惯性矩增大，主动转子兼有惯性轮的作用，此时可蓄备一部分动能，以利在后一压气过程中使用。
热交换器：本复合发动机中的热交换器，仅在接头焊接处与公知的技术有所区别：它是将园形管的接头处压成扁园形，在扁园形接头的两平面处钻若干个孔，每一套接头处的孔对正相通，然后沿周边焊成一体，两端接头的方向可按要求任意设计。这种结构有利于提高焊接质量和方便施工，特别是在较复杂的几何空间里，可任意设计安装密集的加热管束。
加热器：本复合发动机中的加热器，可以是普通锅炉或专门设计的小型及微型炉灶，也可以是气化油炉、石油液化气、沼气灶等等。当利用低压余热等低温位能源工作时，热交换器与热源直接相连即可。
本发明的复合发动机，结构简单、故障率低而效率高。试验证明：它比非复合型发动机，在低、中压领域可节能低耗30%以上。该机中的复合膨涨机、同步压气机、单独当做空气马达、蒸气马达、气泵使用时，节能效果也十分明显。本技术不仅可以制造外燃式复合发动机，也可以用来改造现行的燃气轮机：即用复合膨涨机取代燃气轮机中的透平，用同步压机取代传统的压气机，可使燃气轮机成为一种新型的复合式内燃机。
本发明的实施例，可通过附图进一步说明：
附图（一）为复合发动机的主要部件复合膨涨机的立体剖视图;附图（二）为复合发动机的工作原理示意图。如附图（一）所示：流体工质从轴封（16）的进气管进入输出主轴（1），输出主轴（1）的内心是空心的气路通道，所以工质经输出主轴（1）的空心通道进入主动转子（5）与被动转子（3）之间的容积腔A，推动固定活塞（4），固定活塞（4）带动主动转子（5）和被动转子（3）旋转。容积腔B中的废气通过排气孔C直接冲击静涡轮（7），而后再经一对导向槽（13）冲击两个动涡轮（14）、（6），两个动涡轮分别安装在一对转子盖（15）上。最后的废气经静涡轮支架（8）的两侧，从壳体（9）的排气管中流出。本机在旋转工作中，被动转子（3）围绕偏心轴（2）旋转时不带有工作负荷，仅由输出主轴（1）带工作负荷对外作功。主动转子（5）、排气孔C、动涡轮（6）（14）、转子盖（15）、固定活塞（4）都与输出主轴（1）组装成刚性的一体。在主动转子与被动转子之间，加有密封套（11），密封套（11）的下面压着一组弹簧（12），弹簧的受压总压力，理论上等于气腔内气体工质对密封套（11）受压工作面积的总压力，以实现平衡式的弹性密封。偏心轴（2）与壳体（9）、端盖（10）（17），固定成静止的刚性的一体。主动转子（5）与输出主轴（1）的中心在同一轴线上，而与偏心轴（2）的中心不在同一轴线上，因此，双转子同步旋转一周，经过一个死点，但因主动转子等兼有惯性轮的作用，可利用惯性过点使发动机连续运转工作。双转子同步旋转到死点位置时，废气排放前的压力为最高，，只要刚一过死点，排气孔C就开启，废气就瞬间突然膨涨冲击静涡轮（7），静涡轮对主动转子的反冲动作用力，就象火箭发动机气流的反作用力一样，对主动转子实现加速度旋转作功。从复合膨涨机排出的废气，一般是沌净的热空气，可用来对燃料进行鼓风助燃，以实现简单的回热式循环。废气量大时，可抽出一部分用于生产和生活。用本发明的技术改造小型和微型闭式燃气轮机时，则需要另加一套冷凝器Ⅲ，如附图（二）所示，此时冷凝器的一端与复合膨涨机Ⅱ排气口连接，另一端与同步压气机Ⅰ吸气口连接，使工质实现闭式循环。
本发明的最佳实施例较多，仅举一例说明如下：用复合式发动机带动发电机发电，或带动其它机器工作，其复合发动机用的工质，可用空气、二氧化碳气等，而不必用大量的水做工质，这样可以减少大量的化学潜热损失即冷凝热损失。因同步压气机、复合膨涨机的效率都已空前提高，所以系统热效率也明显提高，当排出的热空气用于鼓风回热和用于生产、生活时，其能源的综合利用率可高出普通蒸气动力装置一倍左右，这将对节能工作起到相当大的促进作用。
Claims (6)
1、一种由复合式膨涨机和同步双转子式压气机及公知的热交换器、加热器等组合而成的同步双转子式复合发动机，其特征在于：它的复合式膨涨机是由主动转子(5)与被动转子(3)、通过固定活塞(4)围绕输出主轴(1)与偏心轴(2)实现向同一方向的同步旋转。
2、根据权力要求1所述的发动机，其特征在于：它的复合式膨涨机的主动转子（5）与固定活塞（4）、一对动涡轮（6）（14）、一对转子盖（15）、输出主轴（1）、排气孔C、设计组装成刚性的一体。
3、根据权力要求1所述的发动机，其特征在于：它的复合式膨涨机所排出的废气（或称乏气），直接冲击静涡轮（7）时，排废气的孔C随主动转子（5）一同旋转。
4、根据权力要求1所述的发动机，其特征在于：它的同步双转子式压气机的结构，除掉动涡轮（6）（14）、静涡轮（7）、静涡轮支架（8）以外，其它另件与复合式膨涨机的型式相同。
5、根据权力要求3所述的发动机，其特征在于：它的被动转子（3）的外园表面，装有密封套（11），密封套下部，装设有一组弹簧（12）。
6、根据权力要求3所述的发动机，其特征在于：它的偏心轴（2）与静止的壳体（9）、端盖（10）（17）、静涡轮（7）联结成刚性的一体。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN 91108096 CN1072239A (zh) | 1991-11-04 | 1991-11-04 | 同步双转子式复合发动机 |
Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103477030A (zh) * | 2011-03-29 | 2013-12-25 | 液体活塞公司 | 摆线转子发动机 |
| CN105697073A (zh) * | 2016-03-15 | 2016-06-22 | 唐秀桃 | 一种利用废气、热气推进的气压气轮机 |
| WO2022016666A1 (zh) * | 2020-07-23 | 2022-01-27 | 施炳根 | 一种二次做功的旋转式涡喷燃料发动机 |
-
1991
- 1991-11-04 CN CN 91108096 patent/CN1072239A/zh active Pending
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