CN1299000A - 环流喷气式转子热机 - Google Patents

Abstract

本发明属于动力机械领域。具体地说,是一种新型结构原理的旋转活塞式内燃机,其具体特征是,在某个侧缘留有圆环形开口缝隙的,构形类似于车轮外胎的圆环形汽缸内,运动的活塞斗可以通过该缝隙,与汽缸外面的内燃机转子直接固连,以输出功率;或者,也可以借助其活塞斗上,紧贴开口缝隙一侧的齿轮牙或齿轮环,与内燃机转子上齿轮连接,输出功率。

Description

环流喷气式转子热机

本发明属于动力机械领域。具体地说，是一种新型结构原理的旋转活塞式内燃机。

按照其活塞运动的形式分类，目前的内燃机可分为往复活塞式、旋转活塞式和自由活塞式等，三个类型。其中，往复活塞式的内燃机在目前已被广泛用作各种车辆机械的动力。但是，这种内燃机，功率输出不均匀；振动问题严重；运行不平稳；结构复杂。其大量零部件的磨损问题、热腐蚀问题难于解决；热-机转换效率也低。这种内燃机还尤其不能用作高速、高功率运动机械的动力，比如，用作航空发动机、大功率压缩机、泵，等等。

自由活塞式或对置活塞式内燃机的主要问题则是，附属设备太多；适用范围极窄；尤其不宜用作车辆和飞行器等交通机械的动力。其热-机效率也低。

至于目前的旋转活塞式内燃机即，汪克尔发动机或三角转子发动机，虽然相对于上述两个类型的内燃机而言，具有功率高，振动小，运转平稳，结构简单轻小等优点。但是，它的燃气泄漏问题，汽缸、活塞之间的磨损问题等等，相当严重。而且，由于其燃气也不能充分地膨胀做功，排气温度更高，泄压漏气更快，其热-机效率比往复活塞式内燃机还低。应用市场十分有限。

本发明针对上述各型内燃机存在的问题，采用了构形特征类似于车轮外胎的开口圆环形腔体，作为内燃机的汽缸或燃气通道；并通过阀门的控制，使得喷入其圆环形汽缸中的燃气，可以推动其中的若干活塞斗作圆周运动。又，由于所有这些活塞斗是通过其汽缸内缘的圆环形开口缝隙，与汽缸外的内燃机转子固连或连接的，故活塞斗的运动又可以带动转子转动，并从而输出功率。

本发明的具体解决办法是：如水平剖面图1、纵剖面图2及立体示意图3所示，在单影线所示的圆环形汽缸1内，燃气区间2或3或4或5中的活塞斗6和7，通过汽缸在其内缘中部留下的圆环形开口缝隙8，与汽缸外的内燃机转子9固连。当两个燃气喷嘴10和11(也可以有更多沿圆周对称分布的这种喷嘴)，各自将燃气喷入燃气区间2和4时，由于活塞斗6和7分别与闭气阀门12和13之间围成的这两个区间是密闭的，燃气膨胀的压力将推动6、7运动，并从而带动9旋转，如图中所示，以输出功率。与此同时，位于各活塞斗背部的气体即，燃气区间3和5中的低温低压气体，在活塞斗的推动下，将分别通过排气出口14和15，排到汽缸之外。

当各活塞继续向前运动，经过了14或15后，分别到达各自前方的闭气阀门13或12时，各闭气阀门均已自动向外旋转，让出燃气通道，以便各活塞畅行通过。越过阀门后，各活塞斗将在其前方燃气喷嘴的压力作用下，继续运动，并带动转子继续对外做功。如此循环。

本发明所用圆环形汽缸的横断面，可以根据实际需要，取成各种形状；其汽缸上开口缝隙的位置，也可以安排在汽缸的外缘或上、下两壁；甚至还可以同时多处开口。其开口缝隙处及其它部位的密封，可以采用软体材料，并作迷宫式密封。

本发明活塞斗的外形，可以根据应用对象的需要，优化设计成各种有利于流态的形状。在活塞斗上，也可以安排流体进出口，连通其转子轴部的导管，以方便外界流体喷入汽缸，帮助汽缸增压降温，或方便汽缸内的流体外排外射。

本发明中，在活塞斗上，靠近其汽缸开口缝隙的一侧，也可以设有齿轮牙(或齿轮环)。该齿轮牙可以通过该缝隙，与汽缸外一个或多个转子上的齿轮连接，以向外输出功率。

本发明所用的燃气喷嘴，一般是设置在汽缸的外缘；并且，其射流的方位是在圆周的切向。但是，也可以设置在汽缸的其它部位，并沿其它的方位射流；在某些情况下，其燃气喷嘴也可安排在活塞斗上，并通过转轴中部的导管导入燃气。其燃气喷嘴喷气的方式，既可以是连续的，也可以是间歇的或长短交替，轮流启闭的，以方便灵活调节功率的输出。

本发明所用闭气阀门的启闭，可以是上述图中所示的旋转式；也可以是滑块式。其旋转式闭气阀门的转轴和滑块式闭气阀门的入口，一般是设在汽缸的外缘；并平行于转轴或入口的方位。但也可以设在其它部位和方位。在固连于转轴的圆盘相位凸轮的控制下，闭气阀门的启闭，既可以通过齿轮、拉杆或杠杆传动；也可以通过液压的或电磁的方式传动。闭气阀门的外形、方位的确定，应以有利于流体平稳进出为原则。

在本发明的排气出口处，也可以设置阀门，以便随时调整汽缸燃气区间的分布，进一步增加功率调配的灵活性；并提高其热-机转换效率。当多个等直径的或直径不等的圆环形汽缸梯次叠置，并通过阀门逐级串连时，流体工质可以得到多级压缩或多级膨胀。本发明的功率输出和热-机转换效率，都可以提到更高。

本发明不但可以采用燃气做功，也可以采用蒸汽、燃混气、压缩气体或其它具有动能、压能的液体、流体做功。这就相当于一种新型的水轮机、汽轮机或喷气式发动机。当用作水轮机时，其活塞斗上需要安排共振弹簧，以提高功率和效率。

当改变本发明闭气阀门的启闭方式及活塞斗的转动方向时，通过外界输入的功率，本发明还可以用作航空发动机的喷气扇、空气压缩机，以及各种风机和泵。此时，在上述燃气喷嘴处，流体是外射的。

本发明的主要优点是：在动力学、运动学方面，其高功率、低振动的突出性能，超过了现有各类转子发动机。因为在相同的功率条件下，本发明转子的转速相对较小，运行将更加均匀、平稳。对于功率波动大，机械振动强烈的往复活塞式内燃机而言，本发明在这方面的优点将更加突出。在整体结构方面，本发明也象其它所有转子类发动机一样，简单轻小；不象往复式内燃机，需要用到专门的平衡构件或机构如飞轮、平衡块或兰彻斯特机构，和传动机构如曲柄、曲轴、连杆，以及其它配套系统如冷却系统，等等。在材料应用方面，由于工作温度相对较低，排气温度更低，本发明不需用到往复式内燃机的高温耐磨材料和高温润滑剂，以及各种涡轮喷气机，燃气、蒸汽轮机的超高温叶片材料；其密封问题也相对简单。在热-机转换的效率方面，由于冲程很长，燃气可以充分地膨胀做功；又没有冷却系统散热耗能，本发明的热能利用率将不但远高于现用各类涡轮喷气式发动机和活塞式三角转子发动机；而且，将远高于现有各类往复活塞式内燃机。在环保方面，由于在同样的功率条件下，消耗的燃料较少，本发明排出的废气总量也少；而且，由于燃烧的温度、压力以及尾气排放的温度都较低，燃料燃烧平稳、充分，在本发明的排气中，有害的成分可以较少；热污染及噪声污染也小。在实际应用的适应性方面，由于结构简单，热-机效率高，本发明既可以做成圆环直径达十几米、几十米的大型燃气、蒸汽轮机；也可以做成直径几个厘米，甚至几个毫米的微型内燃机。因而可以广泛用作一切领域内的各种热机。

Claims (7)

1，环流喷气式转子热机，在结构特征上，其汽缸是一个在内缘留有圆环形开口缝隙的，类似于车轮外胎的圆环形腔体；

2，根据权利要求1所述的环流喷气式转子热机，其汽缸体上的圆环形开口缝隙也可以留在汽缸的其它部位和方位；

3，根据权利要求1所述的环流喷气式转子热机，其闭气阀门必需可以伸入其圆环形汽缸中活塞斗运动的轨道上；

4，根据权利要求1所述的环流喷气式转子热机，其功率输出的途径是，其旋转运动的活塞斗，通过其圆环形汽缸上的圆环形开口缝隙，向外传递功率；

5，根据权利要求1所述的环流喷气式转子热机，其活塞斗向外传递功率的方式包括了两种即，其活塞斗与其汽缸外的转子直接固连的方式，和活塞斗上的齿轮牙与转子上的齿轮相连接的方式；

6，根据权利要求1所述的环流喷气式转子热机，其工作流体或工质，既可以是燃气、蒸汽、燃混气，也可以是其它各种具有动能或压力的流体，包括液体；

7，根据权利要求1所述的环流喷气式转子热机，当改变其闭气阀门的启闭顺序时，可以将其用作各种类型的喷气机、压缩机、以及风机和泵。

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