CN104727974A - 空气过量发动机 - Google Patents

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

本发明公开了一种空气过量发动机，包括容积型压缩单元和膨胀做功机构，所述容积型压缩单元与连续燃烧室非回热连通，所述连续燃烧室与所述膨胀做功机构连通，所述连续燃烧室的承压能力大于1.5MPa，流入所述连续燃烧室内的压缩空气的质量流量是流入所述连续燃烧室内的燃料燃烧所需要的空气的质量流量的1.5倍以上。本发明所公开的空气过量发动机结构简单、效率高、污染排放少。

Description

空气过量发动机
技术领域
本发明涉及热能与动力领域，尤其是一种空气过量发动机。
背景技术
现有的发动机效率低、污染排放严重，而对于设有回热器的发动机，由于回热器具有流动阻力大、体积大、加工制造复杂、成本高等缺点。因此需要发明一种新型的发动机。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出的技术方案如下：
方案1，一种空气过量发动机，包括容积型压缩单元和膨胀做功机构，所述容积型压缩单元与连续燃烧室非回热连通，所述连续燃烧室与所述膨胀做功机构连通，流入所述连续燃烧室内的压缩空气的质量流量是流入所述连续燃烧室内的燃料燃烧所需要的空气的质量流量的1.5倍以上。
方案2，在方案1的基础上，所述连续燃烧室的承压能力大于1.5MPa。
方案3，在方案1的基础上，所述空气过量发动机还包括叶轮压气机和透平，所述叶轮压气机的工质出口与所述容积型压缩单元的工质入口连通，所述膨胀做功机构的工质出口与所述透平的工质入口连通。
方案4，在方案1至3中任一方案的基础上，所述膨胀做功机构设为自膨胀容积型流体机构。
方案5，在方案4的基础上，所述自膨胀容积型流体机构设为涡旋流体机构或设为螺杆流体机构。
方案6，在方案1至3中任一方案的基础上，所述膨胀做功机构设为入口设有控制阀的非自膨胀容积型流体机构。
方案7，在方案6的基础上，所述非自膨胀容积型流体机构设为滚动流体机构、滑片流体机构、往复气缸活塞机构、旋转活塞机构、摆动气缸活塞机构或设为液体活塞机构。
方案8，在方案6的基础上，所述非自膨胀容积型流体机构设为包括汪克尔机构的非自膨胀容积型流体机构。
方案9，在方案6的基础上，所述控制阀设为旋转阀。
方案10，在方案1至3中任一方案的基础上，所述膨胀做功机构设为速度型流体机构。
方案11，在方案10的基础上，所述速度型流体机构设为透平或设为喷管。
方案12，在方案1至3中任一方案的基础上，所述连续燃烧室与两个以上所述膨胀做功机构连通。
方案13，在方案1至3中任一方案的基础上，所述容积型压缩单元设为滚动流体机构、滑片流体机构、往复气缸活塞机构、旋转活塞机构、摆动气缸活塞机构、液体活塞机构、涡旋流体机构或设为螺杆流体机构。
方案14，在方案1至3中任一方案的基础上，所述容积型压缩单元设为包括汪克尔机构的压缩单元。
方案15，在方案1至3中任一方案的基础上，所述膨胀做功机构对所述容积型压缩单元输出动力。
方案16，在方案1至3中任一方案的基础上，所述膨胀做功机构经变速机构对所述容积型压缩单元输出动力。
本发明中，所谓的“非回热连通”是指不经回热器的连通方式。
本发明中，所谓的“连续燃烧室”是指一切不按照膨胀做功机构的正时关系燃烧的燃烧室，包括全时燃烧的燃烧室，也包括连续燃烧一段时间后熄火再燃烧的燃烧室。
本发明中，限定空燃比(即限定流入所述连续燃烧室内的压缩空气的质量流量是流入所述连续燃烧室内的燃料燃烧所需要的空气的质量流量的1.5倍以上)的目的是通过增加空燃比，减少工质的绝热指数的降低，进而实现在相同压比的条件下加大温降，提高效率。
本发明中，流入所述连续燃烧室内的压缩空气的质量流量是流入所述连续燃烧室内的燃料燃烧所需要的空气的质量流量的1.5倍以上、1.6倍以上、1.7倍以上、1.8倍以上、1.9倍以上、2.0倍以上、2.1倍以上、2.2倍以上、2.3倍以上、2.4倍以上、2.5倍以上、2.6倍以上、2.7倍以上、2.8倍以上、2.9倍以上、3.0倍以上、3.1倍以上、3.2倍以上、3.3倍以上、3.4倍以上、3.5倍以上、3.6倍以上、3.7倍以上、3.8倍以上、3.9倍以上或4.0倍以上(以1.5倍为例举例说明：假设流入所述连续燃烧室内1g燃料，而1g燃料完全燃烧需要的空气的质量流量为15g，那么本发明中流入所述连续燃烧室内的压缩空气的质量流量则为15g的1.5倍，即15g*1.5。)。
本发明中，所述连续燃烧室的承压能力压力大于1.5MPa、2.0MPa、2.5MPa、3MPa、3.5MPa、4MPa、4.5MPa、5MPa、5.5MPa、6MPa、6.5MPa、7MPa、7.5MPa、8MPa、8.5MPa、9MPa、9.5MPa或大于10MPa。
本发明中，所述连续燃烧室的工质压力与其承压能力相匹配，即所述连续燃烧室内的最高工质压力达到其承压能力。
本发明中，所述喷管包括直线喷管和旋转喷管。
本发明中，所谓的“自膨胀容积型流体机构”是指涡旋流体机构和螺杆流体机构等不需要设置控制阀，其自身就能完成膨胀过程的容积型流体机构。
本发明中，所谓的“非自膨胀容积型流体机构”是指气缸活塞机构等需要在入口处设置控制阀才能完成膨胀过程的容积型流体机构，例如滚动流体机构、滑片流体机构、往复气缸活塞机构、旋转活塞机构、摆动气缸活塞机构或液体活塞机构。
本发明中，所述旋转活塞机构包括罗茨机构。
本发明中，所谓的容积型压缩单元可以包括一级或多级容积型压缩机，也可以包括至少一级容积型压缩机同时还包括一级或多级速度型压气机。
本发明中，应根据热能与动力领域的公知技术，在必要的地方设置必要的部件、单元或系统等。
本发明的有益效果如下:
本发明所公开的空气过量发动机结构简单、效率高、污染排放少。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图；
图2是本发明实施例2的结构示意图；
图3是本发明实施例3的结构示意图；
图4是本发明实施例4的结构示意图；
图5是本发明实施例5的结构示意图；
图6是本发明实施例6的结构示意图；
图7是本发明实施例7的结构示意图；
图中：
1容积型压缩单元、11往复气缸活塞机构、2膨胀做功机构、211螺杆流体机构、221往复气缸活塞机构、231喷管、3连续燃烧室、4控制阀、41旋转阀、5透平、6叶轮压气机。
具体实施方式
实施例1
如图1所示的空气过量发动机，包括容积型压缩单元1和膨胀做功机构2，所述容积型压缩单元1与连续燃烧室3非回热连通，所述连续燃烧室3与所述膨胀做功机构2连通，所述连续燃烧室3的承压能力大于1.5MPa，流入所述连续燃烧室3内的压缩空气的质量流量是流入所述连续燃烧室3内的燃料燃烧所需要的空气的质量流量的1.5倍以上。
作为可以变换的实施方式，所述连续燃烧室3的承压能力还可选择地设为大于2.0MPa、2.5MPa、3MPa、3.5MPa、4MPa、4.5MPa、5MPa、5.5MPa、6MPa、6.5MPa、7MPa、7.5MPa、8MPa、8.5MPa、9MPa、9.5MPa或大于10MPa。
作为可以变换的实施方式，流入所述连续燃烧室3内的压缩空气的质量流量还可选择地设为是流入所述连续燃烧室3内的燃料燃烧所需要的空气的质量流量的1.6倍以上、1.7倍以上、1.8倍以上、1.9倍以上、2.0倍以上、2.1倍以上、2.2倍以上、2.3倍以上、2.4倍以上、2.5倍以上、2.6倍以上、2.7倍以上、2.8倍以上、2.9倍以上、3.0倍以上、3.1倍以上、3.2倍以上、3.3倍以上、3.4倍以上、3.5倍以上、3.6倍以上、3.7倍以上、3.8倍以上、3.9倍以上或4.0倍以上。
实施例2
如图2所示的空气过量发动机，其与实施例1的区别在于：将所述膨胀做功机构2设为自膨胀容积型流体机构，具体地，将所述自膨胀容积型流体机构设为螺杆流体机构211。
作为可变换的实施方式，所述自膨胀容积型流体机构还可改设为涡旋流体机构。
实施例3
如图3所示的空气过量发动机，其与实施例2的区别在于：将所述膨胀做功机构2改设为入口设有控制阀4的非自膨胀容积型流体机构，具体地将所述非自膨胀容积型流体机构设为往复气缸活塞机构221。
作为可变换的实施方式，所述非自膨胀容积型流体机构还可选择地改设为滚动流体机构、滑片流体机构、旋转活塞机构、摆动气缸活塞机构或改设为液体活塞机构。
作为可变换的实施方式，所述非自膨胀容积型流体机构还可选择地改设为包括汪克尔机构的非自膨胀容积型流体机构。
实施例4
如图4所示的空气过量发动机，其与实施例3的区别在于：将所述容积型压缩单元1设为往复气缸活塞机构11，将所述控制阀4设为旋转阀41。
作为可变换的实施方式，所述容积型压缩单元1还可选择地改设为滚动流体机构、滑片流体机构、旋转活塞机构、摆动气缸活塞机构、液体活塞机构、涡旋流体机构或改设为螺杆流体机构；或者可选择地将所述容积型压缩单元1改设为包括汪克尔机构的压缩单元。
作为可变换的实施方式，本发明的所有实施方式均可参照本实施例及在本实施例的基础上变换得到的实施方式设置所述容积型压缩单元1。
作为可变换的实施方式，本发明中所有将所述膨胀做功机构2设为入口设有控制阀4的所述非自膨胀容积型流体机构的实施方式中，均可参照本实施例将所述控制阀4设为旋转阀41。
实施例5
如图5所示的空气过量发动机，其与实施例4的区别在于：将所述膨胀做功机构2设为速度型流体机构，具体地将所述速度型流体机构设为喷管231。
作为可变换的实施方式，可将所述速度型流体机构改设为透平。
实施例6
如图6所示的空气过量发动机，其在实施例4的基础上：所述连续燃烧室3与两个所述膨胀做功机构2连通，具体地，将所述膨胀做功机构2设为往复气缸活塞机构221。
本发明中所有实施方式均可参照本实施例将所述连续燃烧室3与两个所述膨胀做功机构2连通；或者可选择地，将所述连续燃烧室3与三个或三个以上所述膨胀做功机构2连通。
实施例7
如图7所示的空气过量发动机，其在实施例1的基础上：所述空气过量发动机还包括叶轮压气机6和透平5，所述叶轮压气机6的工质出口与所述容积型压缩单元1的工质入口连通，所述膨胀做功机构2的工质出口与所述透平5的工质入口连通。所述透平5对所述叶轮压气机6输出动力。
本发明所有实施方式均可参照本实施例增设所述叶轮压气机6和所述透平5。
本发明所有实施方式中所述膨胀做功机构2可选择地经变速机构对所述容积型压缩单元1输出动力；或所述膨胀做功机构2直接对所述容积型压缩单元1输出动力。
作为可变换的实施方式，本发明所有实施方式均可参照实施例1及在实施例1的基础上变换得到的实施方式设置所述连续燃烧室3的承压能力及所述空燃比的值；或者不对所述连续燃烧室3的承压能力进行限定。
显然，本发明不限于以上实施例，根据本领域的公知技术和本发明所公开的技术方案，可以推导出或联想出许多变型方案，所有这些变型方案，也应认为是本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种空气过量发动机，包括容积型压缩单元(1)和膨胀做功机构(2)，其特征在于：所述容积型压缩单元(1)与连续燃烧室(3)非回热连通，所述连续燃烧室(3)与所述膨胀做功机构(2)连通，流入所述连续燃烧室(3)内的压缩空气的质量流量是流入所述连续燃烧室(3)内的燃料燃烧所需要的空气的质量流量的1.5倍以上。
2.如权利要求1所述空气过量发动机，其特征在于：所述连续燃烧室(3)的承压能力大于1.5MPa。
3.如权利要求1所述空气过量发动机，其特征在于：所述空气过量发动机还包括叶轮压气机(6)和透平(5)，所述叶轮压气机(6)的工质出口与所述容积型压缩单元(1)的工质入口连通，所述膨胀做功机构(2)的工质出口与所述透平(5)的工质入口连通。
4.如权利要求1至3中任一项所述空气过量发动机，其特征在于：所述膨胀做功机构(2)设为自膨胀容积型流体机构。
5.如权利要求4所述空气过量发动机，其特征在于：所述自膨胀容积型流体机构设为涡旋流体机构或设为螺杆流体机构(211)。
6.如权利要求1至3中任一项所述空气过量发动机，其特征在于：所述膨胀做功机构(2)设为入口设有控制阀(4)的非自膨胀容积型流体机构。
7.如权利要求6所述空气过量发动机，其特征在于：所述非自膨胀容积型流体机构设为滚动流体机构、滑片流体机构、往复气缸活塞机构(221)、旋转活塞机构、摆动气缸活塞机构或设为液体活塞机构。
8.如权利要求6所述空气过量发动机，其特征在于：所述非自膨胀容积型流体机构设为包括汪克尔机构的非自膨胀容积型流体机构。
9.如权利要求6所述空气过量发动机，其特征在于：所述控制阀(4)设为旋转阀(41)。
10.如权利要求1至3中任一项所述空气过量发动机，其特征在于：所述膨胀做功机构(2)设为速度型流体机构。
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