CN110107396A - 一种双螺杆旋转发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双螺杆旋转发动机，包括发动机压缩室、燃烧室、排气装置和控制器，所述发动机压缩室、燃烧室和排气装置依次串联，所述排气装置包括第一主螺杆轴、第一副螺杆轴、第一进气口、第一排气口和第一壳体，所述第一主螺杆轴包括主轴和第一主螺旋齿，所述第一副螺杆轴包括第一副轴和第一副螺旋齿，其中第一主螺旋齿和第一副螺旋齿相互啮合，同时第一主螺杆轴和第一副螺杆轴平行布置在第一壳体上。空气经过发动机压缩室压缩后形成高压气体，高压气体经燃烧室加燃料燃烧，使得气体膨胀，只能进入排气装置内相啮合的螺旋齿，气体在齿隙间再次膨胀，推动第一主螺杆轴和第一副螺杆轴转动做功。使得本发动机工作平稳，效率高，应用范围广泛。

Description

一种双螺杆旋转发动机

技术领域

本发明涉及发动机动力装置领域，尤其涉及一种双螺杆旋转发动机。

背景技术

现有普通曲轴活塞式发动机都是直线运动的活塞通过曲轴连杆运动后转换成圆周运动来完成吸气、压缩、燃烧膨胀和排气四个冲程，以此循环不断地进行工作，四个冲程为间歇工作，运动不平稳，工作效率低。

现有技术CN201420417773.5公开了一种空气能活塞发动机，采用压缩空气和油混合燃烧做功提供动力，结构形式仍然采用活塞式，因活塞往返运动，自身消耗大，同样存在间歇工作，运动不平稳，工作效率低的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种双螺杆旋转发动机，本发动机通过对空气进行压缩，压缩后的高压气体在燃烧室内和燃料混合燃烧产生膨胀，膨胀的高温高压气体进入排气装置，高温高压气体在排气装置内的螺旋齿齿隙间不断的膨胀推动主螺杆轴转动，使得本发动机工作连续，做功平稳，效率高。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种双螺杆旋转发动机，包括发动机压缩室、燃烧室、排气装置和控制器，所述发动机压缩室、燃烧室和排气装置依次串联，所述排气装置包括第一主螺杆轴、第一副螺杆轴、第一进气口、第一排气口和第一壳体，所述第一主螺杆轴包括主轴和第一主螺旋齿，所述第一副螺杆轴包括第一副轴和第一副螺旋齿，其中第一主螺旋齿和第一副螺旋齿相互啮合，同时第一主螺杆轴和第一副螺杆轴通过轴承平行布置在第一壳体上。

进一步地，所述发动机压缩室至少包括一个双螺杆压缩机组成，发动机压缩室的压缩级数根据发动机动力需求进行选择一级双螺杆压缩机或依次串联的多级双螺杆压缩机。

进一步地，所述双螺杆压缩机包括第二主螺杆轴、第二副螺杆轴、第二排气口和第二壳体，所述第二主螺杆轴包括第二主轴和第二主螺旋齿，所述第二副螺杆轴包括第二副轴和第二副螺旋齿，其中所述第二主螺旋齿和第二副螺旋齿相互啮合，同时所述第二主螺杆轴与第二副螺杆轴通过轴承平行布置在第二壳体上。

进一步地，所述第一主螺杆轴和第二主螺杆轴相互连接或同为一根轴。

进一步地，所述燃烧室包括第三进气口、第三排气口和第三壳体，所述第三进气口内设置有第三进气控制阀，用于控制气体进入燃烧室的量。所述燃烧室还包括油液混合喷嘴和点火装置。所述燃烧室设置在发动机压缩室和排气装置之间，所述主螺杆轴设置在燃烧室外部。

进一步地，所述排气装置内相互啮合螺旋齿的齿槽之间的气体沿着螺杆叶轴线不断地产生周期性的膨胀，从而推动第一主螺杆轴和第一副螺杆轴转动。本发动机的做功排气过程如下：空气经过发动机压缩室的压缩后，进入第三进气口，第三进气控制阀按需要进气比例控制打开，压缩后的高压气体在燃烧室内经由油液混合物和点火装置的燃烧和膨胀使高压气体膨胀，高压膨胀的气体只能通过第一进气口进入排气装置内相啮合的螺旋齿，气体在齿隙间再次膨胀，从而推动第一主螺杆轴和第一副螺杆轴转动做功。由于第一主螺杆轴和第二主螺杆轴相互连接或同为一根轴，转动的第一主螺杆轴在第一排气口排气的同时也带动第二主螺杆轴转动，从而进入下一循环的吸气和气体的压缩。

进一步地，所述燃烧室还包括点火装置，所述点火装置分为脉冲点火装置和平衡点火装置。启动本发明的双螺杆旋转发动机时，所述点火装置需要处于打开状态，所述平衡点火装置由电池、开关、电阻丝和若干导线串联而成；所述脉冲点火装置由电池，开关和高压脉冲发生器，计算控制器和火花塞组成。

优选地，所述螺旋齿的齿形为能保证完全啮合的条件下现有技术中的齿形，不局限某种齿形,所述第二主螺旋齿和第二副螺旋齿的齿形和齿数为满足啮合及有利压缩的齿形和齿数,所述第一主螺旋齿和第一副螺旋齿的齿形和齿数为满足啮合和有利于做功排气的齿形和齿数。

优选地，所述控制器用于燃烧室空气进入量以及第三进气控制阀的控制。

优选地，所述燃烧室为内燃方式或外燃方式，燃烧室设置为外部加热时，燃烧室的内壁加隔离层，用于隔离加热气体或气化液体，使得气体体积膨胀，然后经排气装置做功排气。

优选地，所述第一主螺杆轴和第一副螺杆运转方式为平衡运转或脉动运转。

优选地，燃烧室设置为外燃方式时，双螺杆旋转发动机的工作介质选用水或者其他液体，经过发动机压缩室的压缩之后，经过燃烧室隔离加热后汽化，最后进入排气装置后，高温高压的气体排放带动排气装置的第一主螺杆轴和第一副螺杆做功，能量经由第一主螺杆轴传导至外接传动装置接入部分，做为高效蒸汽机。

优选地，单独的排气装置的第一进气口输入高压水，带动排气装置的第一主螺杆轴和第一副螺杆做功，做为高效水力发动机。

本发明原理简单，解决了现有技术不足的以下问题：

(1)采用压缩后的高压空气在燃烧室内膨胀产生的膨胀气体经过排气装置，气体在相互啮合的密闭螺旋齿间隙不断的膨胀扩大，从而推动第一主螺杆轴和第一副螺杆轴转动，使得本发动机工作效率高，运动平稳，损耗少，寿命延长；

(2)可采用多种介质作为压缩介质，根据不同的介质适用于不同的工况，用途广泛；

(3)灵活应用，单独排气装置的进气口注入高压水带动排气装置内的第一主螺杆轴和第一副螺杆轴做功，所产生的效率高于现有水力发动机，单独排气装置的进气口输入高压蒸汽带动排气装置内的第一主螺杆轴和第一副螺杆轴做功，所产生的效率高于现有蒸汽机。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提出的一种双螺杆旋转发动机整体结构剖面示意图；

图2为本发明的双螺杆压缩机的工作过程图；

图3为本发明的排气装置的吸气排气工程示意图；

图4为本发明的实施例一中主螺杆轴的结构示意图；

图5为本发明的脉冲点火装置的电路示意图；

图6为本发明的转速控制的电路示意图；

图7为本发明的平衡点火装置的电路示意图；

图8为本发明提出的一种双螺杆旋转发动机的分类图。

图中：1、发动机压缩室；11、第一级双螺杆压缩机；111、主螺杆轴；1111、第一主螺旋齿；1112、第二主螺旋齿；1113、第三主螺旋齿；1114、第四主螺旋齿；112、第二副螺杆轴；1121、第二副螺旋齿；113、第二进气口；114、第二排气口；115、第二壳体；116、第一进气控制阀；117、第一排气控制阀； 12、第二级双螺杆压缩机；121、第三副螺杆轴；1211、第三副螺旋齿；122、第四进气口；123、第四排气口；124、第四壳体；125、第二进气控制阀；126、第二排气控制阀；13、第三级双螺杆压缩机；131、第四副螺杆轴；1311、第四副螺旋齿；132、第五进气口；133、第五排气口；134、第五壳体；135、第四进气控制阀；136、第四排气控制阀；2、燃烧室；21、第三进气口；22、第三排气口；23、第三壳体；24、第三进气控制阀；25、第三排气控制阀；26油液混合喷嘴；27、点火装置；271、脉冲点火装置；2711、开关；2712、电池；2713、计算机控制器；2714、转速感应装置；27141、调节开关；27142、转速感应器； 27143、空气控制阀；27144、油料控制阀；2715、压力感应器；2716、气体混合感应器；2717、火花塞；272、平衡点火装置；3、排气装置；31、第一副螺杆轴；311、第一副螺旋齿；32、第一进气口；33、第一排气口；34、第一壳体； 4、控制器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例一：

参照图1，一种双螺杆旋转发动机，包括发动机压缩室1、燃烧室2、排气装置3和控制器4，所述发动机压缩室1、燃烧室2和排气装置3依次串联，所述排气装置3包括主螺杆轴111、第一副螺杆轴31、第一进气口32、第一排气口33和第一壳体34，所述主螺杆轴111包括主轴和第一主螺旋齿1111，所述第一副螺杆轴31包括第一副轴和第一副螺旋齿311，其中第一主螺旋齿1111和第一副螺旋齿311相互啮合并构成第一螺旋副。

参照图1、2、3和图4，所述发动机压缩室包括第一级双螺杆压缩机11、第二级双螺杆压缩机12、第三级双螺杆压缩机13，所述第一级双螺杆压缩机11、第二级双螺杆压缩机12和第三级双螺杆压缩机13依次串联，所述第一级双螺杆压缩机11包括主螺杆轴111、第二副螺杆轴112、第二进气口113、第二排气口114、第二壳体115，所述主螺杆轴111还包括第二主螺旋齿1112、第三主螺旋齿1113和第四主螺旋齿1114，所述第二副螺杆轴112包括第二副轴和第二副螺旋齿1121，所述第二主螺旋齿1112和第二副螺旋齿1121相互啮合并构成第二螺旋副。所述第二级双螺杆压缩12机包括主螺杆轴111、第三副螺杆轴121、第四进气口122、第四排气口123和第四壳体124，所述第三副螺杆轴121包括第三副轴和第三副螺旋齿1211，所述第三主螺旋齿1113和第三副螺旋齿1211 相互啮合并构成第三螺旋副。所述第三级双螺杆压缩机13包括主螺杆轴111、第四副螺杆轴131、第五进气口132、第五排气口133和第五壳体134，所述第四副螺杆轴131包括第四副轴和第四副螺旋齿1311，所述第四主螺旋齿1114和第四副螺旋齿1311相互啮合并构成第四螺旋副。

所述燃烧室2包括第三进气口21、第三排气口22和第三壳体23，所述第三进气口21内设置有第三进气控制阀24，所述第三进气控制阀24为气体流量和恒定气体压力的控制阀，用于控制气体根据需要进入燃烧室2。所述燃烧室2 还包括油液混合喷嘴26和点火装置27。所述燃烧室2设置在发动机压缩室1和排气装置3之间，所述主螺杆轴111设置在燃烧室2外部。

优选地，所述第一螺旋副、第二螺旋副、第三螺旋副和第四螺旋副通过轴承分别平行布置在第一壳体34上、第二壳体115、第四壳体124和第五壳体134 上。

进一步地，所述第二进气口113、第三进气口21、第四进气口122和第五进气口132内分别设置有第一进气控制阀116、第三进气控制阀24、第二进气控制阀125和第四进气控制阀135，所述第二排气口114、第三排气口22、第四排气口123和第五排气口133内分别设置有第一排气控制阀117、第三排气控制阀25、第二排气控制阀126和第四排气控制阀136。

参照图1，所述第一螺旋副、第二螺旋副、第三螺旋副和第四螺旋副的螺旋齿的齿槽之间的气体沿着螺杆叶轴线不断地产生周期性的容积变化。空气从第五进气口132进入，经过第四螺旋副的压缩后从第五排气口133排出，进入第四进气口122，经过第三螺旋副的压缩后从第四排气口123排出，进入第二进气口113，经过第二螺旋副压缩后从第二排气口114排出，经由第三进气控制阀 24进入燃烧室2，经过三级压缩的气体在燃烧室2内经由油液混合物26和点火装置27的燃烧和膨胀使高压气体膨胀，增加气体体积，经排气装置3的第一螺旋副做功排出气体，完成气体的吸入、多级压缩、排气三个工作过程，推动主螺杆轴111的转动。

优选地，所述第三进气控制阀24为单向控制阀，用于控制气体单向进入燃烧室2。

参考图2，第三级双螺杆压缩机13的气体压缩过程如下：(a)吸气过程；开始时，第四螺旋副的螺旋齿前端完全啮合，且即将与第五进气孔口132连通。随着主螺杆轴111开始运动，由于齿的一端逐渐脱离啮合而形成了齿间容积，这个齿间容积的扩大，在其内部形成了一定的真空，而此齿间容积又仅与第五进气口132连通，因此气体便在压差作用下流入其中。在随后的主螺杆轴111 旋转的过程中，主螺杆轴111上的第四主螺旋齿1114不断从第四副螺杆轴131 的第四副螺旋齿1311的齿槽中脱离出来，齿间容积不断扩大，并与第五进气口 132保持连通。从某种意义上讲，也可以把这个过程看成是活塞在气缸中滑动。吸气结束时候，最显著的特征是齿间容积达到最大值，并且齿间容积在此位置与第五进气孔口132断开。(b)压缩过程：气体被主螺杆轴111与第四副螺杆轴 131啮合的螺旋齿和机壳包围在一个封闭的空间中，齿间容积由于螺旋齿的啮合就要开始减少。随着主螺杆轴111的旋转，齿间容积由于主螺杆轴111的啮合而不断减少，被密封在齿间容积中的气体所占据的体积也随之减少，导致压力升高，从而实现气体的压缩过程。(c)排气过程：齿间容积与第五排气孔口133 连通后，即开始排气过程。随着齿间容积的不断缩小，具有排气压力的气体逐渐通过第五排气孔口133被排出。这个过程一直持续到齿末端的型线完全啮合。此时，齿间容积内的气体通过第五排气孔口133被完全排出，封闭的齿间容积的体积将变成零。第二级双螺杆压缩机12的气体压缩过程和第一级双螺杆压缩机11的气体压缩过程和上述原理一致，不再赘述。

参照图1和图4，经过上述三级压缩后的气体进入燃烧室2，气体和燃料混合燃烧膨胀，第三进气控制阀24按需要进气比例控制打开，由于进气压力大于膨胀压力，只能通过第一进气口32进入排气装置3，排气装置3内气体的做功和排放过程如下：(a)做功过程：在燃烧室2内高温高压的气体只能通过第一进气口32进入主螺杆轴111与第一副螺杆轴31的啮合螺旋齿的齿隙，膨胀的气体沿着螺杆叶前进继续在齿隙间膨胀扩大，从而推动主螺杆轴111和第一副螺杆轴31的转动，随着主螺杆轴111开始运动，由于齿的一端逐渐脱离啮合而形成了齿间容积，这个齿间容积的扩大，而此齿间容积又仅与第一进气口32连通，因此气体便在压差作用下流入其中。(b)排气过程：在随后的主螺杆轴111旋转的过程中，主螺杆轴111上的第一主螺旋齿1111不断从第一副螺杆轴31的齿槽中脱离出来，齿间容积不断扩大，并与第一进气口32保持连通。齿间容积与第一排气孔口33连通后，即开始排气过程。随着齿间容积的不断膨胀，具有排气压力的气体逐渐通过第一排气孔口33被排出。这个过程一直持续到齿末端的型线完全脱离。此时，齿间容积内的气体通过第一排气孔口33被完全排出，此过程与气体压缩的过程相反。

参考图5，所述点火装置27分为脉冲点火装置271和平衡点火装置272。在使用本发明时，所述点火装置需要处于打开状态，所述脉冲点火装置271由电池2712，开关2711和高压脉冲发生器2718，计算控制器2713和火花塞2717 组成，所述计算控制器用于控制转速感应装置2714、压力感应器2715、气体混合感应器2716，根据感应装置和感应器的反馈数据，计算点火时间，控制点火。

参照图6，所述转速感应装置包括调节开关27141、转速感应器27142、电池、开关、电阻、空气控制阀27143和油料控制阀27144。发动机转速的调节，首先人工通过调节开关27141设定一个档位的转速，所述调节开关27141通过调节电阻量来改变信号电压，所述信号电压传输到电脑转速控制面板，所述电脑转速控制面板根据电压信号和转速信号进行对比，计算出油料和空气的进入量，油料控制阀27144和空气控制阀27143分别根据反馈的信息控制油料和空气的输入，从而达到控制转速的目的。

优选地，所述燃烧室还包括第一混合器和第二混合器，第一混合器用于燃烧前气体和燃料充分混合，确保全部燃烧；第二混合器用于燃烧后的气体和新鲜高压空气混合，降低进入排气装置的气体温度，减轻排气装置的耐温性。

优选地，所述螺旋齿的齿形为能保证完全啮合的条件下现有技术中的齿形，不局限某种齿形。

优选地，所述控制器4用于燃烧室2空气的进入量的控制，第一进气控制阀116、第二进气控制阀125、第三进气控制阀24和第四进气控制阀135的控制，第一排气控制阀117、第二排气控制阀126、第三排气控制阀25和第四排气控制阀136的控制。

优选地，所述主螺杆轴111与壳体采用轴瓦连接或轴承连接

优选地，所述轴承安装部分设置有润滑装置和密封。

实施例二：

双螺杆旋转发动机的工作介质选用水或者其他液体，经过第一级螺杆压缩机11、第二级螺杆压缩机12和第三级双螺杆压缩机13的三级压缩，再经过燃烧室2外部隔离加热后汽化，最后进入排气装置3后，高温高压的气体排放带动排气装置3的第一螺旋副做功，能量经由主螺杆轴111传导至外接传动装置接入部分，做为高效蒸汽机应用，工作过程如实施例一，不再赘述。

实施例三：

单独的排气装置3，可从第一进气口32输入高压水，带动排气装置3的第一螺旋副做功，做为高效水力发动机。

实施例四：

所述燃烧室2可采用加入燃料燃烧反应，燃烧室2可用气体燃料、液体燃料、固体燃料以及核反应燃料，固体燃料和核反应燃料采用外燃的形式对燃烧室2加热使得燃烧室内的气体在高温高压下进入排气装置3的第一螺旋副做功，能量经由主螺杆轴111传导至外接传动装置进行工作。

实施例五：

所述燃烧室2用外燃型，使用核反堆隔离加空气，使高压气体温度升高膨胀做功，可用于核航天飞机的动力。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双螺杆旋转发动机，包括发动机压缩室、燃烧室和排气装置，所述发动机压缩室、燃烧室和排气装置依次串联，所述排气装置包括第一主螺杆轴、第一副螺杆轴、第一进气口、第一排气口和第一壳体，所述第一主螺杆轴包括第一主轴和第一主螺旋齿，所述第一副螺杆轴包括第一副轴和第一副螺旋齿，其中第一主螺旋齿和第一副螺旋齿相互啮合，同时第一主螺杆轴和第一副螺杆轴通过轴承平行布置在第一壳体上。

2.根据权利要求1所述的一种双螺杆旋转发动机，其特征在于：所述发动机压缩室包括至少一个双螺杆压缩机，所述双螺杆压缩机包括第二主螺杆轴、第二副螺杆轴、第二排气口和第二壳体，所述第二主螺杆轴包括第二主轴和第二主螺旋齿，所述第二副螺杆轴包括第二副轴和第二副螺旋齿，其中所述第二主螺旋齿和第二副螺旋齿相互啮合，同时所述第二主螺杆轴与第二副螺杆轴通过轴承平行布置在第二壳体上。

3.根据权利要求2所述的一种双螺杆旋转发动机，其特征在于：所述发动机压缩室包括依次串联的三个双螺杆压缩机。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种双螺杆旋转发动机，其特征在于：所述第一主螺杆轴和第二主螺杆轴相互连接或同为一根轴。

5.根据权利要求1-3任意一项所述的一种双螺杆旋转发动机，其特征在于：所述燃烧室包括第三进气口，所述第三进气口内设置有第三进气控制阀，所述燃烧室设置在发动机压缩室和排气装置之间，所述主螺杆轴设置在燃烧室外部。

6.根据权利要求1-3任意一项所述的一种双螺杆旋转发动机，其特征在于：所述螺旋齿的齿形为能保证完全啮合的条件下现有技术中的齿形，不局限某种齿形。

7.根据权利要求1所述的一种双螺杆旋转发动机，其特征在于：本发动机的压缩介质选用气体或液体。

8.根据权利要求1所述的一种双螺杆旋转发动机，其特征在于：所述燃烧室为内燃型或外燃型。

9.根据权利要求1所述的一种双螺杆旋转发动机，其特征在于：所述发动机燃烧室采用气体燃料或液体燃料或固体燃料或核反应燃料进行燃烧反应。

10.根据权利要求9所述的一种双螺杆旋转发动机，其特征在于：所述燃烧室内的燃料采用固体燃料或核反应燃料时，采用外燃加热的形式。