CN107939450A - 多用途叶片式能动机 - Google Patents

Abstract

本发明属于发动机领域，为了解决现有涡扇发动机的扇片固不住气，工作时的气温不能太高，其要增大推力主要得增大烧油，能耗较大的问题，本发明提供了一种多用途叶片式能动机，包括热转动腔体和转子，所述热转动腔体为月牙形腔体，腔体的两端设有进气口和排气口，转子安装于热转动腔体内侧，转子与热转动腔体的内弧面同轴，转子与热转动腔体之间设有同轴的密封轮；所述转子包括轴和若干叶片，叶片通过支架周向均布安装于轴上，各叶片穿过密封轮后伸入热转动腔体内，且叶片能随热转动腔体的内壁面半径变化沿径向方向自由伸缩。进气口进气，然后推动叶片旋转，因为热转动腔体的变径结构，叶片会随热转动腔体的曲率半径变化而自由伸缩。

Description

多用途叶片式能动机

技术领域

本发明属于发动机领域，具体涉及一种多用途叶片式能动机。

背景技术

在热气能转动能领域主要有活塞式发动机，涡扇发动机，斯特林发动机等，但都有能量利用率低，散热不好，制造复杂等问题。

目前的叶片式发动机（如专利CN2013l05O0044.6），是利用仿活塞式的原理，有压缩气体，再点火做功，排气。它与本发明原理上不同，本发明只用高压热气，并等容积做功，不压气，并用途广泛，如即可用燃气，并同时有压气泵，也可用其它高压热气。也可用于空气动力方面，也可推水作航海的推力。

发明内容

本发明为了解决现有涡扇发动机的扇片固不住气，工作时的气温不能太高，其要增大推力主要得增大烧油，能耗较大的问题，进而提供了一种多用途叶片式能动机。

本发明采用如下技术方案：

一种多用途叶片式能动机，包括热转动腔体和转子，所述热转动腔体为月牙形腔体，腔体的两端设有进气口和排气口，转子安装于热转动腔体内侧，转子与热转动腔体的内弧面同轴，转子与热转动腔体之间设有同轴的密封轮；所述转子包括轴和若干叶片，叶片通过支架周向均布安装于轴上，各叶片穿过密封轮后伸入热转动腔体内，且叶片能随热转动腔体的内壁面半径变化沿径向方向自由伸缩。进气口进气，然后推动叶片旋转，因为热转动腔体的变径结构，叶片会随热转动腔体的曲率半径变化而自由伸缩。

所述支架包括叶片伸缩导轨、叶片杆、叶片旋转导轨、内圈旋转导轨和支承杆，内圈旋转导轨套于轴上并能相对轴转动，叶片内侧的上下端分别通过径向设置的叶片伸缩导轨、叶片杆与内圈旋转导轨连接，叶片杆的一端与内圈旋转导轨连接，叶片杆的另一端与叶片伸缩导轨共线对接，叶片伸缩导轨与叶片连接；叶片旋转导轨设有上下平行的两组，叶片旋转导轨通过若干支承杆与内圈旋转导轨连接，各叶片的上下端靠近转轴一侧分别设有沿叶片旋转导轨轨迹运动的叶片导轮一、叶片导轮二，叶片导轮一、叶片导轮二运动过程中始终处于热转动腔体外、卡在叶片旋转导轨的U型槽内。

所述密封轮的上下端分别设有上密封盘和下密封盘，上密封盘和下密封盘之间还设有半圆弧面的腔壁，上密封盘、下密封盘和腔壁构成产生压缩气体的密封空间，腔壁内侧设有压缩气的输出导管，导管通过导气轴外接设备燃烧室。腔壁根据使用需求选择使用，若作为水中泵推机，一般不需要腔壁。

所述上密封盘和下密封盘为圆环板状，上密封盘和下密封盘安装于轴上并能相对轴转动，上密封盘和下密封盘平行设于两叶片旋转导轨之间，上密封盘和下密封盘之间的高度小于密封轮高度，上密封盘和下密封盘的半径不大于密封轮半径，上密封盘和下密封盘上沿径向对应开有供各叶片自由移动的槽口二。

所述叶片的四条侧边上设有滚轴摩擦式密封装置一，滚轴摩擦式密封装置一包括滚轴一、上T型密封条、滚轴二和下T型密封条，滚轴二长度与叶片高度相等，上T型密封条和下T型密封条长度与叶片宽度相等、分别紧贴热转动腔体的上下腔壁面形成密封，滚轴一长度与密封轮高度相等，滚轴一的上下两端分别通过支板与叶片内侧端面连接，滚轴二的上下两端分别与上T型密封条和下T型密封条连接，且滚轴二能自由转动与热转动腔体的内侧壁形成滚动副。利用滚轴摩擦式密封装置一可使本装置的叶片在满足密封条件，容积不变的情况下能微阻碍转动。同时，叶片上设有若干沿径向方向的加强条，能适用于高压强工作。

所述密封轮上开有若干供叶片穿过运动的槽口一，各槽口一内安装有T型条密封装置，所述T型条密封装置包括两组相互平行设置的矩形密封圈，两组矩形密封圈分别嵌入安装于密封轮的内外两层腔壁上，矩形密封圈是由四段T型密封条连接组成；两组矩形密封圈之间设有下限位轮、上限位轮和两个侧限位轮，叶片的两侧分别由侧限位轮限位，叶片的上下端分别由上限位轮和两个侧限位轮限位。利用四个限位轮可有效防止叶片沿轴向摆动或上下窜动。

所述叶片旋转导轨是由四段圆弧光滑相切过渡构成的异形圆弧轨道。四段圆弧对应的圆心角度可以根据需要变化，但角度太小时做功率也会变小，太大会导致大小圆弧段不容易过渡相切，因此，一般四段圆弧对应角度均接近90°。

所述叶片的数量不少于4片，多于4片能减小振动。

所述上T型密封条和下T型密封条与热转动腔体的接触面还设有减震装置，如弹簧等能起到减震作用的构件。

本发明作为热机具有如下特点：

1、可用于汽油，航空媒油，柴油，任何高压热气等能质；2、对高温气，叶片可散热，可使热机工作在比普遍热机更高温度中，工作时间会更长；3、散热时同时对空气在器壁内形成压缩空气，一方面散热效果会更好，另一方面对工作区注入空气会增大工作热气压强增大热机效率，帮助汽油助燃；4、在不增大叶片面积时增大密封轮的半径可使热机提高输出扭矩。

2、本发明装置作为空气推力机时本机的全密封可产生高压强的气体进入容器经收缩管喷出产生出很大的推力，如我的计算，这比涡扇发功机有优势。

3、要增大气体推力时，本发明主要增大转速或叶片面积即压气量，相比传统涡扇发动机主要靠增大油耗的方式来增大推力的方式，带动本机的动力机消耗的能量更经理合理。

4、本发明作为水中泵推机时，一般不需要器壁，由于叶片工作时叶片间空间不变对水的推动成为可能，可大大改变对水推动的现方式，也可极大提高推力，作为水轮机效率也会比现行的高。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明主剖视图；

图3、4分别为本发明不同高度的俯剖视图；

图5为热转动腔体的结构示意图；

图6为密封轮的结构示意图；

图7为转子的拆装示意图；

图8为滚轴摩擦式密封装置一的结构示意图；

图9局部放大图A；

图10为叶片的俯视截面图；

图11为叶片的周向运动轨迹示意图；

图12为T型条密封装置的结构示意图；

图13为T型条密封装置在密封轮内的部分截面放大图之一；

图14为T型条密封装置在密封轮内的部分截面放大图之二；

图中：1-热转动腔体，2-进气口，3-排气口，4-密封轮，5-刷油轮，6-转子，7-叶片，8-轴，9-腔壁，10-导管，11-导气轴，12-压缩气出口，13-支架， 14-滚轴摩擦式密封装置一，15-T型条密封装置，16-上密封盘，17-下密封盘，18-输出轴座，19-支承杆件，20-槽口一，21-叶片导轮一，22-叶片导轮二，23-槽口二，24-减震装置；

1301-叶片伸缩导轨，1302-叶片杆，1303-叶片旋转导轨，1304-内圈旋转导轨，1305-支承杆，；

1401-滚轴一，1402-上T型密封条，1403-滚轴二，1404-支板，1405-下T型密封条，1406-密封条一，1407-密封条二；

1501-侧限位轮，1502- T型密封条，1503-下限位轮，1504-上限位轮。

具体实施方式

结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步说明：

如图1、2所示的多用途叶片式能动机，包括热转动腔体和转子，所述热转动腔体为月牙形腔体，腔体的两端设有进气口和排气口，转子安装于热转动腔体内侧，转子与热转动腔体的内弧面同轴，转子与热转动腔体之间设有同轴的密封轮，密封轮的上下端分别设有上密封盘和下密封盘形成密封腔体；所述转子包括轴和若干叶片，叶片通过支架周向均布安装于轴上，各叶片穿过密封轮、上密封盘和下密封盘伸入热转动腔体内，且叶片能随热转动腔体的内壁面半径变化沿径向方向自由伸缩。

所述支架包括叶片伸缩导轨、叶片杆、叶片旋转导轨、内圈旋转导轨和支承杆，内圈旋转导轨套于轴上并能相对轴转动，叶片内侧的上下端分别通过径向设置的叶片伸缩导轨、叶片杆与内圈旋转导轨连接，叶片杆的一端与内圈旋转导轨连接，叶片杆的另一端与叶片伸缩导轨共线对接，叶片伸缩导轨与叶片连接；叶片旋转导轨设有上下平行的两组，叶片旋转导轨通过若干支承杆与内圈旋转导轨连接，各叶片的上下端靠近转轴一侧分别设有沿叶片旋转导轨轨迹运动的叶片导轮一、叶片导轮二，叶片导轮一、叶片导轮二运动过程中始终处于热转动腔体外。

本发明的工作原理是：高温高压气体从进气口进入热转动腔体，对在腔体内的叶片产生推力，叶片运动带动密封轮、叶片导轨、叶片杆和轴旋转，进而由轴输出动力。叶片运动到排气口处把工作热气排出。随后叶片随密封轮转出高温高压工作区，到冷空气区降温。随后叶片随密封轮又进入热转动腔体开始从进气口吸气，重复刚才的过程。由于叶片的旋转能自由伸缩，即叶片半径有变化，会造成机械有振动，减震平衡装置在内圈旋转导轨下的运动就是抵消振动的。本机中的叶片在移出热转动腔体时，和腔壁和密封盘对空气同时进行压缩，通过导管，导气轴，压缩气出口把空气压入燃烧室（外接设备）进行增压和助氧。

为了保证工作时的容积不变、推力恒定，必须充分保证叶片的密封效果，叶片四周采用如图8-10所示的滚轴摩擦式密封装置，所示滚轴摩擦式密封装置包括滚轴一、上T型密封条、滚轴二和下T型密封条，滚轴二长度与叶片高度相等，上T型密封条和下T型密封条长度与叶片宽度相等、分别紧贴热转动腔体的上下腔壁面形成密封，滚轴一长度与腔壁高度相等，滚轴一的上下两端分别通过支板与叶片内侧端面连接，滚轴二的上下两端分别与上T型密封条和下T型密封条连接，且滚轴二能自由转动与热转动腔体的内侧壁形成滚动副，由于有密封轮内的润滑油和刷油轮的润滑会大大减小摩擦。

在不改变叶片面积的情况下，增大叶片的工作半径即增大密封轮的半径，可使机子输出的力矩增大。当工作气体的压强很大时，叶片沿半径的长度不易太长，这时可沿半径把不同工作半径的叶片串起来，当然热转动腔体、进气口、排气口、密封轮、刷油轮、腔壁、导管、导气轴、压缩气出口、叶片导轨等部件得有对应的套数，这样可充分利用空间。

本机作为空气动力机时，如把空气以10个大气压从收缩管中喷口喷出，根据：

能产生180.7吨的推力这是需要吸入/s空气，空气动力机如半径是3米，长是4米，7叶片面积可达转1圈输出的空气，只要转速达19转/秒就可实现。如果再考虑腔壁的工作（附压器）输出的气体量增大近1／3，那推力会增大到240多吨，如果增长腔壁，进气量会接近/s，推力会达300多吨。本机改一下进气，排气口形状，并用叶片来推动水，可动能转水动能，同样的用作水轮机时效率也会高。

本发明所述能动机的能量转换主要为流体能转动能，比如高压热气能转动能，动能转气能，动能转水能，水能转动能，可用于大型或小型动力设备上做发动机。也可做空气动力机，抽水机，压气机，水轮机，水中的泵推等。

本发明所述能转机由于采用了独特的构造，使能量转换部件部分时间工作在高温，部分时间工作在低温，很好解决了散热问题，延长了工作时间。一般的发动机在低功率时很难制造出大扭矩的发动机，本机只要叶片面积不变，或稍小点，就能使输出功率不变，但增大扩大密封轮的半径可让输出力矩变大，满足一些特殊工作。一般的发动机只能进行单纯的热能转机械能，本机可用在多种能量间的转化中。本机结构简单制造容易。适用于多种高压气体热源，具有活塞式发动机，涡扇发动机，斯特林发动机的共同优点。比如活塞式发动机动力大，本机动力也可很大，涡扇发动机可作航空用，本机也可，推力更大。斯特林发动机噪音小，本机也很小。本机工作时容积不变，推力恒定所以就生出了许多优点。有许多的叶片式发动机或压缩机，由于工作时容积是变的，它们就没有本机的哪些优点。

本发明也可几个同轴串联，以提高能量利用效率。

其中 ，本发明中未作特殊说明的结构或装置均为现有技术。

Claims (10)

1.一种多用途叶片式能动机，包括热转动腔体（1）和转子（6），其特征在于：所述热转动腔体（1）为月牙形腔体，腔体的两端设有进气口（2）和排气口（3），转子（6）安装于热转动腔体（1）内侧，转子（6）与热转动腔体（1）的内弧面同轴，转子（6）与热转动腔体（1）之间设有同轴的密封轮（4）；所述转子（6）包括轴（8）和若干叶片（7），叶片（7）通过支架（13）周向均布安装于轴（8）上，各叶片（7）穿过密封轮（4）后伸入热转动腔体（1）内，且叶片（7）能随热转动腔体（1）的内壁面半径变化沿径向方向自由伸缩。

2.根据权利要求1所述的多用途叶片式能动机，其特征在于：所述支架（13）包括叶片伸缩导轨（1301）、叶片杆（1302）、叶片旋转导轨（1303）、内圈旋转导轨（1304）和支承杆（1305），内圈旋转导轨（1304）套于轴（8）上并能相对轴（8）转动，叶片（7）内侧的上下端分别通过径向设置的叶片伸缩导轨（1301）、叶片杆（1302）与内圈旋转导轨（1304）连接，叶片杆（1302）的一端与内圈旋转导轨（1304）连接，叶片杆（1302）的另一端与叶片伸缩导轨（1301）共线对接，叶片伸缩导轨（1301）与叶片（7）连接；叶片旋转导轨（1303）设有上下平行的两组，叶片旋转导轨（1303）通过若干支承杆（1305）与内圈旋转导轨（1304）连接，各叶片（7）的上下端靠近转轴一侧分别设有沿叶片旋转导轨（1303）轨迹运动的叶片导轮一（21）、叶片导轮二（22），叶片导轮一（21）、叶片导轮二（22）运动过程中始终处于热转动腔体（1）外、卡在叶片旋转导轨（1303）的U型槽内。

3.根据权利要求2所述的多用途叶片式能动机，其特征在于：所述密封轮（4）的上下端分别设有上密封盘（16）和下密封盘（17），上密封盘（16）和下密封盘（17）之间还设有半圆弧面的腔壁（9），上密封盘（16）、下密封盘（17）和腔壁（9）构成产生压缩气体的密封空间，腔壁（9）内侧设有压缩气的输出导管（10），导管（10）通过导气轴（11）外接设备燃烧室。

4.根据权利要求3所述的多用途叶片式能动机，其特征在于：所述上密封盘（16）和下密封盘（17）为圆环板状，上密封盘（16）和下密封盘（17）安装于轴（8）上并能相对轴（8）转动，上密封盘（16）和下密封盘（17）平行设于两叶片旋转导轨（1303）之间，上密封盘（16）和下密封盘（17）之间的高度小于密封轮（4）高度，上密封盘（16）和下密封盘（17）的半径不大于密封轮（4）半径，上密封盘（16）和下密封盘（17）上沿径向对应开有供各叶片（7）自由移动的槽口二（23）。

5.根据权利要求4所述的多用途叶片式能动机，其特征在于：所述叶片（7）的四条侧边上设有滚轴摩擦式密封装置一（14），滚轴摩擦式密封装置一（14）包括滚轴一（1401）、上T型密封条（1402）、滚轴二（1403）和下T型密封条（1405），滚轴二（1403）长度与叶片（7）高度相等，上T型密封条（1402）和下T型密封条（1405）长度与叶片（7）宽度相等、分别紧贴热转动腔体（1）的上下腔壁面形成密封，滚轴一（1401）长度与腔壁（9）高度相等，滚轴一（1401）的上下两端分别通过支板（1404）与叶片（7）内侧端面连接，滚轴二（1403）的上下两端分别与上T型密封条（1402）和下T型密封条（1405）连接，且滚轴二（1403）能自由转动与热转动腔体（1）的内侧壁形成滚动副。

6.根据权利要求5所述的多用途叶片式能动机，其特征在于：所述密封轮（4）上开有若干供叶片（7）穿过运动的槽口一（20），各槽口一（20）内安装有T型条密封装置（15），所述T型条密封装置（15）包括两组相互平行设置的矩形密封圈，两组矩形密封圈分别嵌入安装于密封轮（4）的内外两层腔壁上，矩形密封圈是由四段T型密封条连接组成；两组矩形密封圈之间设有下限位轮（1503）、上限位轮（1504）和两个侧限位轮（1501），叶片（7）的两侧分别由侧限位轮（1501）限位，叶片（7）的上下端分别由上限位轮（1504）和两个侧限位轮（1501）限位。

7.根据权利要求6所述的多用途叶片式能动机，其特征在于：所述叶片旋转导轨（1303）是由四段圆弧光滑相切过渡构成的异形圆弧轨道。

8.根据权利要求7所述的多用途叶片式能动机，其特征在于：所述四段圆弧对应的圆心角度分别为90°。

9.根据权利要求8所述的多用途叶片式能动机，其特征在于：所述叶片（7）的数量不少于4片。

10.根据权利要求9所述的多用途叶片式能动机，其特征在于：所述上T型密封条（1402）和下T型密封条（1405）与热转动腔体（1）的接触面还设有减震装置（24）。