CN105019948A - 变压喷气式空气发动机 - Google Patents

Abstract

一种变压喷气式空气发动机，包括叶轮室(11)和叶轮(12)，叶轮室上设置有喷入压缩气体的喷入孔(111)和喷出压缩气体的排出孔(112)，叶轮通过转轴(121)装设于叶轮室，叶轮包括沿转动周面等分设置的叶齿(122)，叶轮的转动周面与叶轮室的内表面气隙配合，叶轮室的内表面还设置有变压喷气槽(113)，沿叶轮的转动方向变压喷气槽与相邻的喷入孔之间的距离大于一个齿间距，当某个叶齿的齿端转动到变压喷气槽的位置时，位于该叶齿前后的两个工作腔通过所述变压喷气槽相连通。通过设置变压喷气槽，使得从喷入孔喷入的气体在从排出孔喷出前还能再次做功，能够提高发动机的能效和动力。

Description

变压喷气式空气发动机

技术领域

本发明涉及机械技术领域，具体涉及一种变压喷气式空气发动机。 

背景技术

用燃料作为能源的发动机需要消耗大量的燃料，且又排放大量的废气，污染环境。

为了保护地球环境，本发明的申请人提出了一系列的关于风气发动机及机动车的发明创造，包括，公布日为2007年12月12日，公布号为CN101087946A，名称为“风气发动机即采用风力气压取代燃料能源的发动机”的中国专利；公布日为2009年10月7日，公布号为CN101550915A，名称为“风气发动机及机动车”的中国专利；公布日为2011年12月28日，公布号为CN102296990A，名称为“改进的压缩气体发动机”的中国专利申请等。这些风气发动机具有至少一个叶轮室、装设在叶轮室内的叶轮和用于将压缩气体喷入叶轮室的喷气系统。

在使用时，这些风气发动机可以安装在能够行驶的动力机械上，采用压缩气体作为主动力，无燃料消耗，无废气、热气排放，无污染。进一步提高空气发动机的能效和动力的研究是很有价值的。 

发明内容

依据本发明提供一种变压喷气式空气发动机，包括叶轮室和叶轮，叶轮室上设置有喷入压缩气体的喷入孔和喷出压缩气体的排出孔，叶轮通过转轴装设于叶轮室，叶轮包括沿转动周面等分设置的叶齿，叶轮的转动周面与叶轮室的内表面气隙配合，叶轮室的内表面还设置有变压喷气槽，沿叶轮的转动方向变压喷气槽与相邻的喷入孔之间的距离大于一个齿间距，齿间距为相邻两个叶齿之间的距离，当某个叶齿的齿端转动到变压喷气槽的位置时，位于该叶齿前后的两个工作腔通过所述变压喷气槽相连通。

依据本发明的变压喷气式空气发动机，通过设置变压喷气槽，当叶齿转动到喷气槽的位置时，该叶齿前后的两个工作腔相连通，使得压缩气流从压力高的工作腔（离喷入孔较近的工作腔）分流到压力低的工作腔（离喷入孔较远的工作腔），由此推动叶轮转动，使得从喷入孔喷入的气体在从排出孔喷出前还能再次做功，在实际使用中，能够提高叶轮的转速，从而提高发动机的能效和动力。

以下结合附图，对本发明的具体示例进行详细说明。

附图说明

图1是实施例1的发动机的径向截面示意图；

图2是实施例1的发动机的轴向截面示意图；

图3是实施例2的发动机的上部的径向截面示意图；

图4是实施例2的发动机的中部的径向截面示意图；

图5是实施例2的发动机的下部的径向截面示意图；

图6是实施例2的发动机的轴向截面示意图。

具体实施方式

实施例1

依据本发明的变压喷气式空气发动机的一种实施方式可参考图1和图2，包括叶轮室11和叶轮12。

叶轮室11上设置有喷入压缩气体的喷入孔111和喷出压缩气体的排出孔112。通常喷入孔和排出孔可以成对的设置，沿叶轮的转动方向，喷入孔布置于排出孔之前，压缩气流自喷入孔喷入后，推动叶轮旋转，然后至排出孔喷出。喷入孔和排出孔可以有两个以上，沿叶轮的转动方向分别等分设置于叶轮室的内表面，例如本实施例中，喷入孔和排出孔可以分别设置3个。为使得叶轮整体受力均匀，一个喷入孔可具体表现为沿轴向均匀布置的多处开口，例如图1所示一处位于叶轮上部，一处位于叶轮中部，一处位于叶轮下部，本文中，将这些同时连通到一个工作腔中的多个进气开口合称为“一个喷入孔”。

叶轮12通过转轴121装设于叶轮室，叶轮包括沿叶轮的转动周面等分设置的叶齿122，叶轮的转动周面与叶轮室的内表面气隙配合。

叶轮室的内表面还设置有变压喷气槽113，沿叶轮的转动方向变压喷气槽与相邻的喷入孔之间的距离大于一个齿间距，所称齿间距为相邻两个叶齿之间的距离，当某个叶齿的齿端转动到所述变压喷气槽的位置时，位于该叶齿前后的两个工作腔通过所述变压喷气槽相连通。变压喷气槽可以与喷入孔一一对应的设置，其形状可以是在叶轮室内表面沿轴向延伸的凹槽，只要能够令叶齿经过时将叶齿前后的工作腔连通即可，当然其凹陷形状能够更有利于气流从相对高压的工作腔进入相对低压的工作腔将是更为优选的。一对喷入孔和排出孔之间也可设置两个以上的变压喷气槽。变压喷气槽与相邻的喷入孔之间的距离大于一个齿间距即可正常工作，在实际应用中，可根据叶轮以及喷入孔、排出孔的具体结构选择适宜的数值，例如，本实施例中，叶轮具有15个叶齿，且设置有3个均布的喷入孔和排出孔，则喷气槽与喷入孔之间的距离在两个齿间距左右具有较好的效果。

本实施例中，每个喷入孔均可连通外部气源，喷入高压压缩气体，每个排出孔均可向外部排气，一对喷入孔和排出孔之间设置有一个变压喷气槽，使得一次喷气后，还能通过变压喷气槽再次做功，提高叶轮的转速。

实施例2

依据本发明的变压喷气式空气发动机的一种实施方式可参考图3、图4、图5和图6，包括叶轮室21和叶轮22。本实施例与实施例1的主要区别在于还包括两个隔板23，用于将叶轮22沿轴向分为三级。在其他实施例中，也可设置更多或更少的隔板，将叶轮分为不同的级数。

隔板23沿叶轮22的转轴221的轴向设置，使得隔板23位于每级叶轮的叶齿两侧，其与叶齿一起围成工作腔。

喷入孔211和排出孔212相对于每级叶轮至少分别设置一个，沿叶轮的转动方向，全部喷入孔和排出孔分别等分设置。本实施例中，喷入孔和排出孔相对于每级叶轮分别设置一个，因此三级叶轮的喷入孔和排出孔分别在转动周面的不同位置，参见图3、图4和图5。变压喷气槽213分别相对于每级叶轮的位置设置在叶轮室的内表面，因此不同级叶轮的变压喷气槽处于转动周面的不同位置。

由于每一级叶轮只设置了一个喷入孔，因此可以设置两个以上的喷气槽来获得更好的动力，例如，在本实施例中，每级叶轮设置了3个喷气槽，并且为更有效地利用喷气槽再次做功，沿叶轮的转动方向，每级的首个变压喷气槽与喷入孔之间的距离以及后续变压喷气槽之间的距离可以是逐渐减小的。对于本实施例采用的叶轮（15齿）而言，首个喷气槽与喷入孔之间的距离在4到5个齿间距是较为优选的，后续喷气槽之间的距离在2到3个齿间距是较为优选的。

本实施例中，每级叶轮的喷入孔连通外部气源，每级叶轮的排出孔向外部排气，这种情况下相当于各级叶轮之间是一种并联关系，分别由外部喷入的气流进行驱动并向外部排出气体，每级叶轮所设置的多个喷气槽有效提高了喷入气体能效。

实施例3

依据本发明的变压喷气式空气发动机的另一种实施方式同样包括叶轮室、叶轮和隔板，与实施例2相比区别在于上一级叶轮的排出孔与下一级叶轮的喷入孔连通，第一级叶轮的喷入孔连通外部气源，最后一级叶轮的排出孔向外部排气。这种情况下相当于各级叶轮之间是一种串联关系，外部喷入的气流在上一级叶轮做功后又进入下一级叶轮继续做功，能够更充分地利用外部喷入的气流的能量。

以上应用具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，应该理解，以上实施方式只是用于帮助理解本发明，而不应理解为对本发明的限制。对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，可以对上述具体实施方式进行变化。 

Claims (6)

1. 一种变压喷气式空气发动机，包括：

叶轮室(11,21)，其上设置有喷入压缩气体的喷入孔(111,211)和喷出压缩气体的排出孔(112,212)；

叶轮(12,22)，通过转轴(121,221)装设于所述叶轮室，所述叶轮包括叶齿(122)，沿叶轮的转动周面等分设置，所述叶轮的转动周面与所述叶轮室的内表面气隙配合；

其特征在于，

所述叶轮室的内表面还设置有变压喷气槽(113,213)，沿叶轮的转动方向所述变压喷气槽与相邻的喷入孔之间的距离大于一个齿间距，所述齿间距为相邻两个叶齿之间的距离，当某个叶齿的齿端转动到所述变压喷气槽的位置时，位于该叶齿前后的两个工作腔通过所述变压喷气槽相连通。

2. 如权利要求1所述的发动机，其特征在于，

所述喷入孔(111)和排出孔(112)有两个以上，沿叶轮的转动方向分别等分设置于所述叶轮室的内表面。

3. 如权利要求1所述的发动机，其特征在于，还包括：

隔板(23)，沿所述转轴(221)的轴向设置，将所述叶轮沿轴向分为若干级，隔板位于每级叶轮的叶齿两侧，其与叶齿一起围成所述工作腔；

所述喷入孔(211)和排出孔(212)相对于每级叶轮至少分别设置一个，沿叶轮的转动方向，全部喷入孔和排出孔分别等分设置；

所述变压喷气槽分别相对于每级叶轮的位置设置在叶轮室的内表面。

4. 如权利要求3所述的发动机，其特征在于，

所述喷入孔和排出孔相对于每级叶轮分别设置一个，沿转轴的轴向，上一级叶轮的排出孔与下一级叶轮的喷入孔连通，第一级叶轮的喷入孔连通外部气源，最后一级叶轮的排出孔向外部排气。

5. 如权利要求3所述的发动机，其特征在于，

所述喷入孔和排出孔相对于每级叶轮分别设置一个，每级叶轮的喷入孔连通外部气源，每级叶轮的排出孔向外部排气。

6. 如权利要求3-5任意一项所述的发动机，其特征在于，

所述变压喷气槽有两个以上，沿叶轮的转动方向，每级的首个变压喷气槽与喷入孔之间的距离以及后续变压喷气槽之间的距离逐渐减小。