CN102220889A - 一种基于朗肯循环的涡盘发动机系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于朗肯循环的涡盘发动机系统，其具有由蒸汽发生器、调压阀、涡盘发动机、冷凝器、回液泵连接而成的封闭式循环回路，循环回路中充有工质，涡盘发动机包括一具有气流入口的壳体和安装在壳体内并由气流驱动旋转的涡盘片组，气流入口与调压阀连通；涡盘片组的最外层盘片为厚盘片，其中部分别向外侧连接形成涡盘片组的转轴，并分别通过密封轴承安装在壳体上，该转轴的一端作为动力输出端，另一端作为乏汽出口与所述冷凝器连通。本发明以朗肯循环为基本原理，通过蒸汽发生器使内部的液体工质汽化形成高压蒸汽，调压后进入涡盘发动机做功将蒸汽势能转换成发动机动能输出，乏汽经冷凝器冷凝成液态，由回液泵抽送返回蒸汽发生器，如此循环作业。

Description

一种基于朗肯循环的涡盘发动机系统

技术领域：

本发明涉及发动机设备技术领域，特指一种基于朗肯循环的涡盘发动机系统。

背景技术：

朗肯循环是指以水蒸气作为制冷剂的一种实际的循环过程，主要包括等熵压缩、等压冷凝、等熵膨胀、以及一个等压吸热过程。可以用来制热，也可以用来制冷。其工作过程通常包括：

1、在水泵中水被压缩升压，过程中流经水泵的流量较大，水泵向周围的散热量折合到单位质量工质，可以忽略，因而这一过程简化为可逆绝热压缩过程，即等熵压缩过程。

2、水在锅炉中被加热的过程本来是在外部火焰与工质之间有较大温差的条件下进行的，而且不可避免地工质会有压力损失，是一个不可逆加热过程。我们把它理想化为不计工质压力变化，并将过程想象为无数个与工质温度相同的热源与工质可逆传热，也就是把传热不可逆因素放在系统之外，只着眼于工质一侧。这样，将加热过程理想化为定压可逆吸热过程。

3、蒸汽在汽轮机中膨胀过程也因其流量大、散热量相对较小，当不考虑摩擦等不可逆因素时，简化为可逆绝热膨胀过程，即等熵膨胀过程。

4、蒸汽在冷凝器中被冷却成饱和水，同样将不可逆温差传热因素放于系统之外来考虑，简化为可逆定压冷却过程。因过程在饱和区内进行，此过程也是定温过程。

朗肯循环原理在许多方面都有应用，但是在发动机中却没有涉足。而现有的发动机例如汽车发动机等多为内燃发动机，即燃料在发动机内部的缸体中燃烧形成高温高压燃气，推动活塞直线运动，再由连杆带动曲轴旋转，实现动力输出。此类发动机结构复杂、设计生产成本高，而且，燃烧是在相对狭小的空间内进行，燃烧的充分性受到很大限制，燃烧不充分产生的尾气对环境影响巨大，而燃烧形成的燃气做功后仍然具有很高的温度，未加回收利用即直接排放，也给环境造成极大的污染，这也是目前汽车尾气成为最大的环境污染源的原因之一。当然，还有采用电动的发动机，需要消耗一定的电能，其能耗较高，而如果利用朗肯循环系统产生的热源，转化为发动机的动能，则能耗将大大降低，故本发明人经过多年实验，提出如下技术方案。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题就在于提供一种低能耗的、基于朗肯循环的涡盘发动机系统。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：一种基于朗肯循环的涡盘发动机系统，该发动机系统具有由蒸汽发生器、调压阀、涡盘发动机、冷凝器、回液泵连接而成的封闭式循环回路，循环回路中充有工质，其中：所述涡盘发动机包括一具有气流入口的壳体和安装在壳体内并由气流驱动旋转的涡盘片组，所述气流入口与调压阀连通；该涡盘发动机具有与所述冷凝器连通的乏气出口。

进一步而言，上述技术方案中，所述涡盘片组具有由数个销轴连接为一体的两个平行盘片，于该两平行盘片之间通过所述销轴间隔串接若干中空涡盘片，且所述平行盘片组的最外侧盘片为厚盘片，中部连接同轴转轴，并分别通过密封轴承安装在所述壳体上，该转轴的一端是作为动力输出端的密封端，另一端是作为乏汽出口的开口端，且该开口端连接有密封旋转接头并与所述冷凝器连通。

进一步而言，上述技术方案中，所述涡盘片组中相邻的中空涡盘片呈等间距设置。

进一步而言，上述技术方案中，所述壳体的气流入口沿所述涡盘片组的切向设置。

本发明以朗肯循环为基本原理，通过蒸汽发生器吸收外部热能使内部的液体工质汽化形成高压蒸汽，调压后进入涡盘发动机做功将蒸汽势能转换成发动机动能输出，乏汽经冷凝器冷凝成液态，由回液泵抽送返回蒸汽发生器，如此循环作业。本发明发动机系统结构简单，尤其是涡盘发动机结构设计合理，蒸汽发生器热能的获取方式多样，可以是燃料燃烧产生热能，也可以是太阳能，或者是高温废气的热能等等，因此其适用性广，有很高的推广利用价值。

附图说明：

图1是本发明的结构原理图；

图2是本发明中涡盘发动机的主视结构示意图；

图3是本发明中涡盘发动机的侧视结构示意图；

图4是本发明中涡盘片的结构示意图。

具体实施方式：

下面结合具体实施例和附图对本发明进一步说明。

如图1～4所示，本发明所述的涡盘发动机系统是以朗肯循环为基本原理，该发动机系统具有由蒸汽发生器1、调压阀2、涡盘发动机3、冷凝器4、回液泵5连接而成的封闭式循环回路，循环回路中充有工质，工质的沸点以中低温区域为佳，工质是在整个封闭式循环回路真空状态下充入的，这样可以大大降低工质的沸点，加速液态工质的汽化，有利于形成高压蒸汽，同时也有利于气态工质冷凝。

具体而言，本发明发动机系统中，所述涡盘发动机3包括一具有气流入口310的壳体31和安装在壳体31内并由气流驱动旋转的涡盘片组32，壳体31整体为一个圆柱形腔体，气流入口310开设在侧壁上，与调压阀2连通；该气流入口310与壳体31的轴线平行并沿圆柱形腔体即涡盘片组32的切线方向设置，气流沿切向作用于涡盘片组32，能使涡盘片组32获得最大转矩，有利于提高能量转换效率；

所述涡盘片组32具有由数个销轴321(图示实施例为6个)连接为一体的两个平行盘片322，于该两平行盘片322之间通过所述销轴321间隔串接若干中空的涡盘片323，如图4所示，涡盘片323呈圆环片状，具有六个与所述销轴321对应的安装孔3230；且所述平行盘片组322的最外侧盘片为厚片，中部向外侧连接涡盘片组32的转轴324并分别通过密封轴承325安装在所述壳体31上，该转轴324的一端是作为动力输出端的密封端3241，该端用来与外部需要动能的设备连接；另一端是作为乏汽出口的开口端3242，且该开口端3242连接有密封旋转接头6并与所述冷凝器4连通。

本实施例中，相邻的涡盘片323之间是通过垫片3231达到等间距间隔串接在销轴321上的目的，间距设置为0.3-1.5mm，但根据工况具体没计并不局限于此间隔。当然也可以是焊接或者其他方式实现间隔串接。销轴321与两侧板322之间的连接可以通过螺纹连接，也可以是其他方式的固定连接。

本发明发动机系统的工作过程是：首先，对蒸汽发生器1供热，蒸汽发生器1内的液体工质吸收外部热能后汽化成高压蒸汽，经调压阀2调压后，形成气压较为稳定的气流进入涡盘发动机3，由于涡盘发动机3壳体31上的气流入口310沿涡盘片组32的切向设置，即气流从涡盘片组32的切向进入各涡盘片323的间隙中，由于合适的涡盘片间距，通过气流与涡盘片323之间的表面粘滞效应形成摩擦力，进而带动涡盘片323及整个涡盘片组32绕其两平行盘片322外凸形成的转轴324旋转，将气体势能转换成动能，通过转轴324的密封端3241输出；而气体势能降低后形成乏汽，依次经过涡盘片323的中空部位以及转轴324的开放端3242通过密封旋转接头6排至冷凝器4，进一步放热冷却成液态工质，再由回液泵5抽回蒸汽发生器1，如此形成循环作业，实现热能动能的转换，实现动力输出。

综上所述，本发明发动机系统结构简单，设计合理，蒸汽发生器热能的获取方式多样，适用性广，有很高的推广利用价值。

Claims (4)

1.一种基于朗肯循环的涡盘发动机系统，其特征在于：该发动机系统具有由蒸汽发生器(1)、调压阀(2)、涡盘发动机(3)、冷凝器(4)、回液泵(5)连接而成的封闭式循环回路，循环回路中充有工质，其中：

所述涡盘发动机(3)包括一具有气流入口(310)的壳体(31)和安装在壳体(31)内并由气流驱动旋转的涡盘片组(32)，所述气流入口(310)与调压阀(2)连通；该涡盘发动机(3)具有与所述冷凝器(4)连通的乏气出口。

2.根据权利要求1所述的一种基于朗肯循环的涡盘发动机系统，其特征在于：其所述涡盘片组(32)具有由数个销轴(321)连接为一体的两个平行盘片(322)，于该两平行盘片(322)之间通过所述销轴(321)间隔串接若干中空涡盘片(323)，且所述两平行盘片(322)的组合最外侧盘片为厚盘片，其中部分别连接同轴转轴转轴(324)，并分别通过密封轴承(325)安装在所述壳体(31)上，该转轴(324)的一端是作为动力输出端的密封端(3241)，另一端是作为乏汽出口的开口端(3242)，且该开口端(3242)连接有密封旋转接头(6)并与所述冷凝器(4)连通。

3.根据权利要求2所述的一种基于朗肯循环的涡盘发动机系统，其特征在于：所述涡盘片组(32)中相邻的中空涡盘片(323)呈等间距设置，间距设置为0.3-1.5mm。

4.根据权利要求2所述的一种基于朗肯循环的涡盘发动机系统，其特征在于：所述壳体(31)的气流入口(310)沿所述涡盘片组(32)的切线方向设置。

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