CN108252822B - 利用涡轴发动机尾气发电的喷管 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种利用涡轴发动机尾气发电的喷管，包括：喷管外涵机匣(1)和喷管内涵机匣(2)，在二者之间形成引导尾气排出涡轴发动机的外涵道；直线发电机(9)；活塞(6)、弹簧(8)和弹簧支架(7)，其中活塞设置在喷管内涵机匣与弹簧支架之间，能够进行往复直线运动，弹簧安装在活塞与直线发电机之间，弹簧处于压缩状态；永磁铁(3)，永磁铁被固定在喷管内涵机匣上，对活塞产生吸力；连杆(13)，用于连接活塞和直线发电机，从而将活塞进行直线往复运动所产生的机械能传递给直线发电机，以使直线发电机进行发电；以及压力调节阀(11)，用于对涡轴发动机的尾气进行压力调节和将尾气可控地排放到外涵道中。

Description

利用涡轴发动机尾气发电的喷管
技术领域
本申请涉及一种利用涡轴发动机尾气发电的喷管，属于发动机尾气回收利用领域。
背景技术
一般涡轴发动机排放的尾气压力比外界大气压高出几千帕斯卡，尾气速度约为每秒钟几十至一百多米，尾气温度也较高。而通常涡轴发动机的尾喷管均按等熵膨胀原理设计，仅简单地将经涡轴发动机排放的物质排放到大气中，造成涡轴发动机尾气中的压力能、速度动能以及热能的浪费。
随着工程界对热机循环效率不断提高的追求，以及对发展清洁能源，保护环境，提倡工业健康、绿色、可持续发展的强烈需求，提高能量品位意识，促进能量高效利用越来越受到重视。对于涡轴发动机而言，采取有效措施，充分利用涡轴发动机排放的尾气中蕴含的能量显得很有必要。
然而，由于涡轴发动机排放的尾气中的能量品位较低，很难采取有效技术措施进行利用，仅依赖对喷管几何参数的优化设计已不能满足对尾气能量有效利用的需求，因此，目前亟待提出一种新型的能够对尾气能量进行有效利用的喷管形式。
发明内容
针对上述需求，本申请提供了一种利用涡轴发动机尾气发电的喷管。该喷管利用非线性自激振动设计原理，利用永磁铁、弹簧、气流、直线发电机等构成非线性自激励发电系统，将涡轴发动机排放的尾气中的低品位能量转化为有用的电能，从而提高涡轴发动机的循环效率，以及进一步提高能源的利用效率。
本申请提供了一种利用涡轴发动机尾气发电的喷管，其包括：
喷管外涵机匣和喷管内涵机匣，在二者之间形成引导尾气排出涡轴发动机的外涵道；
直线发电机；
活塞、弹簧和弹簧支架，其中所述活塞设置在所述喷管内涵机匣与所述弹簧支架之间，能够进行往复直线运动；所述弹簧安装在所述活塞与所述直线发电机之间，所述弹簧处于压缩状态；
永磁铁，所述永磁铁被固定在所述喷管内涵机匣上，对所述活塞产生吸力；
连杆，用于连接所述活塞和所述直线发电机，从而将活塞进行往复直线运动所产生的机械能传递给所述直线发电机，以使直线发电机进行发电；
压力调节阀，用于对涡轴发动机的尾气进行压力调节和将尾气可控地排放到外涵道中。
优选地，所述喷管还包括设置在所述喷管内涵机匣上的内涵机匣排气口，用于将所述活塞的靠近所述永磁铁一侧的气流排放到所述外涵道中。
更优选地，所述内涵机匣排气口能够将所述活塞的靠近所述永磁铁一侧的气流迅速排放到所述外涵道中。
优选地，所述喷管还包括设置在所述弹簧支架上的支架排气口，用于将所述活塞的靠近所述永磁铁一侧的气流排放到所述外涵道中。
更优选地，所述支架排气口能够将所述活塞的靠近所述永磁铁一侧的气流迅速排放到所述外涵道中。
优选地，所述喷管还包括用于限定所述活塞向所述永磁铁一侧的位移的第一止动限位台。
优选地，所述喷管还包括用于限定所述活塞向所述直线发电机一侧的位移的第二止动限位台。
优选地，所述喷管还包括电机托架，用于固定所述直线发电机和所述弹簧支架。
优选地，所述压力调节阀能够确保在所述喷管进行发电时，所述活塞的靠近所述永磁铁一侧的气体的压力维持在适合的范围内。
本申请提供的利用涡轴发动机尾气发电的喷管能够有效地回收利用涡轴发动机排放的废气中的余热、余压能量，从而能够提高涡轴发动机的循环效率和输出功率，实现有效的节能减排。
附图说明
附图示出了本申请的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本申请的原理，其中包括了如下附图以提供对本申请的进一步理解，并且这些附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分：
图1为本申请的利用涡轴发动机尾气发电的喷管的一实施例的总体结构示意图；
图2为本申请的喷管的一实施例的处于未发电状态下的示意图；
图3为本申请的喷管的一实施例的处于发电状态下的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关内容，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面首先参考附图详细说明本申请的喷管的结构：
图1示出了本申请的利用涡轴发动机尾气发电的喷管的一实施例的总体结构示意图，在该实施例中，本申请的喷管包括喷管外涵机匣1和喷管内涵机匣2，在二者之间形成引导尾气排出涡轴发动机的外涵道。此外，本申请的喷管还包括永磁铁3、活塞6、弹簧8、弹簧支架7和直线发电机9。永磁铁3固定在喷管内涵机匣2上，对活塞6产生吸力。活塞6设置在喷管内涵机匣2与弹簧支架7之间，活塞6可以做往复直线运动，在图1所示的实施例中，活塞6可以做左右往复直线运动。弹簧8安装在活塞6与直线发电机9之间，弹簧8处于压缩状态。
喷管还包括连杆13，连杆13用于连接活塞6和直线发电机9，从而将活塞6进行往复直线运动所产生的机械能传递给直线发电机9，以使直线发电机9进行发电。
喷管还包括压力调节阀11，该阀用于对涡轴发动机的尾气进行压力调节和将尾气可控地排放到外涵道中。压力调节阀11可以确保在喷管进行发电时，活塞6的如图所示的左侧的气体的压力维持在适合的范围内。
在本实施例中，喷管还包括左止动限位台4，左止动限位台4用于限定活塞6向左侧的位移。
在本实施例中，喷管还包括右止动限位台5，右止动限位台5用于限定活塞6向右侧的位移。
在本实施例中，喷管还包括电机托架10，电机托架10用于固定直线发电机9和弹簧支架7。
在本实施例中，喷管还包括设置在喷管内涵机匣2上的内涵机匣排气口12，内涵机匣排气口12用于将活塞的靠近所述永磁铁一侧(图中所示活塞左侧)的气流排放到外涵道中，特别是迅速排放到外涵道中。
在本实施例中，喷管还包括设置在弹簧支架7上的支架排气口14，支架排气口14用于将活塞的靠近所述永磁铁一侧(图中所示活塞左侧)的气流排放到外涵道中，特别是迅速排放到外涵道中。
下面结合附图详细说明本申请的喷管的工作原理：
如图2所示，当涡轴发动机初始起动或小功率运行时，由于发动机排放的尾气的流量、速度、压力等较小，此时条件还达不到喷管能够发电的要求，此时，压力调节阀11打开，涡轴发动机的尾气通过压力调节阀11被直接引导到涡轴发动机的外涵道中，继而通过喷口流出发动机。
如图3所示，当涡轴发动机达到额定工作状态时，在涡轴发动机排放的尾气的流量、速度和压力刚好达到该喷管进行发电所需的工作条件时，即活塞6受到的气流的压力(如图所示向右)刚好大于活塞所受的永磁铁3对其的吸力(如图所示向左)、弹簧8对其的斥力(如图所示向左)以及连杆13对其的推力(如图所示向左)的合力，此时，压力调节阀11关闭，发动机排放的尾气开始推动活塞6向右移动，使得活塞6离开左止动限位台4。永磁铁3对活塞6的吸力会随着两者之间距离的增大而迅速减小，这是一个典型的非线性力。活塞6的受力离开了平衡态后，活塞6在左侧气流压力的推动下，带动连杆13运动，连杆13又带动直线发电机9工作，从而使直线发电机9进行发电。
当活塞6向右移动到一定位置时，位于喷管内涵机匣2上的排气口12与位于弹簧支架7上的排气口14会自动打开，发动机排放的尾气通过这两个排气口迅速排出，使得活塞6左侧的气体压力瞬间减小，此时活塞6所受到的永磁铁3的吸力、弹簧8的斥力等远大于气流的压力，因此活塞6在达到右止动限位台5后开始向左运动，随着活塞6与永磁铁3之间距离的减小，永磁铁3对活塞6的吸力会迅速增大，活塞6继续向左运动，直至到达左止动限位台4。同样，在这个过程中，活塞6会带动连杆13运动，而连杆13又带动直线发电机9工作，从而使直线发电机9进行发电。
活塞6将重复上面所述的往复直线运动的过程。在这个过程中，气流推动活塞6所做的机械功最终转变为直线发电机9发出的电能。
此外，上述喷管发电的效能由涡轴发动机排放的尾气的流量、压力、速度等参数决定，同时受到永磁铁3的磁场强度、弹簧8的刚度系数以及直线发电机9的特性影响。
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本申请，而并非是对本申请的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述说明的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本申请的范围内。

Claims (3)

1.利用涡轴发动机尾气发电的喷管，包括：
喷管外涵机匣(1)和喷管内涵机匣(2)，在二者之间形成引导尾气排出涡轴发动机的外涵道；
直线发电机(9)；
活塞(6)、弹簧(8)和弹簧支架(7)，其中所述活塞设置在所述喷管内涵机匣与所述弹簧支架之间，能够进行往复直线运动，所述弹簧安装在所述活塞与所述直线发电机之间，所述弹簧处于压缩状态；
永磁铁(3)，所述永磁铁被固定在所述喷管内涵机匣上，对所述活塞产生吸力；
连杆(13)，用于连接所述活塞和所述直线发电机，从而将活塞进行直线往复运动所产生的机械能传递给所述直线发电机，以使直线发电机进行发电；
压力调节阀(11)，用于对涡轴发动机的尾气进行压力调节和将尾气可控地排放到外涵道中；
内涵机匣排气口(12)，所述内涵机匣排气口(12)设置在所述喷管内涵机匣上，能够将所述活塞的靠近所述永磁铁一侧的气流迅速排放到所述外涵道中；
支架排气口(14)，所述支架排气口(14)设置在所述弹簧支架上，能够将所述活塞的靠近所述永磁铁一侧的气流迅速排放到所述外涵道中；
所述喷管还包括用于限定所述活塞向所述永磁铁一侧的位移的第一止动限位台(4)；以及
所述喷管还包括用于限定所述活塞向所述直线发电机一侧的位移的第二止动限位台(5)。
2.根据权利要求1所述的利用涡轴发动机尾气发电的喷管，其特征在于，所述喷管还包括电机托架(10)，用于固定所述直线发电机和所述弹簧支架。
3.根据权利要求1所述的利用涡轴发动机尾气发电的喷管，其特征在于，所述压力调节阀能够确保在所述喷管进行发电时，所述活塞的靠近所述永磁铁一侧的气体的压力维持在适合的范围内。
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