CN2340962Y - 气电联动机 - Google Patents

Abstract

设计提供了一种气电联动机,至少包含一个双轴端电机(1)、一个叶轮压缩机(2)、一个涡轮机(3);其中双轴端电机(1)是其转动轴的两端各有一个传动轴端(1ZY,1ZW)的电机;其壳体(1K)的两端分别固定连接叶轮压缩机(2)的壳体(2K)和涡轮机(3)的壳体(3K);并且其两个传动轴端(1ZY,1ZW)分别直接固定连接叶轮压缩机(2)的叶轮(2L)和涡轮机(3)的叶轮(3L)。本设计可以实现多种传动模式以及不同传动模式间的转换;结构简单,降低了组合体的成本和重量,是一种用途广泛的新型机电设备。

Description

气电联动机

本实用新型设计-气电联动机涉及气体非变容式增压泵领域(FO4D)。

包含一个涡轮机和一个叶轮压缩机的动力结合体，例如用在内燃机上的涡轮增压器(《涡轮增压器原理》，朱梅林主编，1982年国防工业出版社出版)，又如用于气体降温系统中的涡轮膨胀机，都是将一个涡轮机和一个叶轮压缩机的转动轴直接连接而成，由其中的涡轮机向其中的叶轮压缩机提供动力。这样的固定组合产生了公知的良好效果；但是有些情况下，还存在不足之处，还存在充实的余地。以内燃机上使用的仅仅包含涡轮机和叶轮压缩机的涡轮增压器为例，发动机已经进入正常运转之后，温度较高的发动机排气推动涡轮机，涡轮机带动叶轮压缩机转动，使内燃机的进气压力和进气温度上升，进气密度也可增大，可以提高内燃机的功率和热效率；但在内燃机启动时，这样的涡轮机和叶轮压缩机的组合体却因为内燃机尚未产生推动涡轮机作功的、温度和压力高于环境大气的排气而不能对叶轮压缩机输出机械功，因此后者不能提高内燃机的进气压力和温度；所以仅仅就服务于内燃机而言，上述已有的涡轮增压器的功能仍有欠缺之处，需要加以充实。同样，仅仅包含涡轮机和叶轮压缩机的涡轮膨胀机内，压缩机仅由涡轮机的膨胀功单独提供动力，可以达到的增压比受到限制，因此限制了其功能。

本设计的目的是提供一种能够同时完成电机、涡轮机、叶轮压缩机之间能量传输的组合体，以实现组合体内多种传动模式以及其间的过渡。

本设计所提供的气电联动机，其特征是(图1)至少包含一个双轴端电机[1]、一个叶轮压缩机[2]、一个涡轮机[3]；所述的双轴端电机[1]的壳体[1K]的两端分别固定连接所述的叶轮压缩机[2]的壳体[2K]和所述的涡轮机[3]的壳体[3K]；所述的双轴端电机[1]的两个传动轴端[1ZY,1ZW]分别直接固定连接所述的叶轮压缩机[2]的叶轮[2L]和所述的涡轮机[3]的叶轮[3L]。

在所述的气电联动机(以下简称联动机)内，所述的双轴端电机[1]是公知的转动轴两端各有一个外伸传动轴端的电机(以下简称电机)；所述的叶轮压缩机是公知的径流式或轴流式压缩机(以下简称压缩机)；所述的涡轮机是径流式或轴流式涡轮机。

因为所述的联动机所包含的所述的电机[1]的转子、所述压缩机[3]的叶轮[2L]和所述的涡轮机[3]的叶轮[3L]通过电机[1]转动轴的两个传动轴端[1ZY,1ZW]固定连接成一个整体，所以能够通过电机的转动轴传递机械功，因此联动机可以实现多种传动模式，可以由其中的电机同时带动压缩机和涡轮机；可以由涡轮机和电机共同带动压缩机；可以由涡轮机同时带动压缩机和电机。不同传动模式以及不同传动模式之间的转换，可以产生多种有价值的技术效果。

用作内燃机的增压器，本设计提供的联动机与现有的仅包含压缩机和涡轮机的涡轮增压器比较，能够产生更好的技术效果。在需要起动内燃机时，可以首先由外部电源使联动机包含的电机[1]运转，带动压缩机[2]和涡轮机[3]加速，压缩机[2]使内燃机的进气压力和温度提高，一方面可以缩短内燃机的起动和加速过程；另一方面由于提高了内燃机的进气温度，排除了低气温条件下超动发动机的困难。内燃机的加速过程，通常是由加大燃油流量实现。这种调节方式可能导致加速过程中气缸内油气比高于最佳化学当量比，在发动机排气中产生不完全燃烧产物。采用本设计提供的包含电机[1]的联动机，就可以在加大燃油流量的同时，由外部电源驱动电机[1]提供机械功使压缩机[2]增速，提高发动机进气的压力和密度，使发动机进气的质量流量与燃油流量同步地增加，在内燃机气缸内保持恰当的油气比，防止发生不完全燃烧而向大气散发不完全燃烧产物。

由于在所述的联动机(图1)中，所述的压缩机[2]的叶轮[2L]和所述的涡轮机[3]的叶轮[3L]分别直接固定在所述的电机的一个轴端[1ZY,1ZW之一]上，不需要另外设置压缩机和涡轮机的叶轮转轴，不需要单独为压缩机和涡轮机的叶轮轴设置轴承，不存在三个以上轴承之间的同轴度问题，显然简化了联动机的结构和制造工艺，减少了器材消耗，有利于降低制造成本，同时减小了其尺寸和质量(重量)。

仅由以上列举的在内燃机上的应用已经充分表明本设计所提供的气电联动机可以实现不同的传动模式，并可以在不同的传动模式间过渡，产生不同的积极效果，可见设计实现了预定的目的。

除此之外，可以预料所述的联动机在其它工程领域内也将产生积极效果。其中一个实例涉及气体降温领域。在气体降温工程中广泛采用使气体通过涡轮机实现降温的系统。因为气体通过涡轮机使本身的热焓转变为涡轮机输出的机械功，所以需要由涡轮机带动一个耗功器，以实现系统的热功平衡。一个公知的设计是使涡轮机直接带动一个压缩机(将压缩机用作所述的涡轮的耗功器)并在压缩机的气流出口和涡轮机进口之间串接一个换热冷却器，这样构成的系统可以使气流首先在压缩机中增压，然后在换热冷却器中由冷流体(如冷却水)充分降温，最后流经涡轮机完成后程降温。这个系统，由于将涡轮机的膨胀功转变为压缩机的压缩功，使气体压力在进入涡轮前得以提高，对于给定的涡轮后压力，提高了涡轮膨胀比，最终扩大了涡轮机的降温幅度。上述已有的系统设计对于提高系统的运行经济性有所贡献，通常在系统中将涡轮机和压缩机共轴地连接成一个称为涡轮膨胀机的固定组合体，这个组合体在结构特征上与内燃机上使用的涡轮增压器没有本质区别。应用实践表明，虽然系统构思无懈可击，但是系统的适应性和调节性能受涡轮机和压缩机的共同工作性能限制，工况适应范围有限。特别是压缩机进气压力对涡轮机排气压力之比低于系统设计值时，由于涡轮机的膨胀比和压缩机的增压比同时受到限制，系统能够实现的涡轮机降温幅度将受到限制。以本设计提供的联动机取代现有的仅仅包含涡轮机和压缩机的涡轮膨胀机，就可以在压缩机进气压力不够高的情况下，通过电机和涡轮机的协同工作，适当提高压缩机的增压比，保证足够的涡轮膨胀比，实现预定的涡轮机降温幅度。

图1是所述的气电联动机的结构示意图。

图中1是双轴端电机；2是叶轮压缩机； 3是涡轮机；1ZY,1ZW分别是双轴端电机[1]的两个传动轴端之一；1K是双轴端电机[1]的壳体；2K是叶轮压缩机[2]的壳体；2L是叶轮压缩机[2]的叶轮；3K是涡轮机[3]的壳体；3L是涡轮机[3]的叶轮；M2、M3是紧固螺母；4是紧固螺栓；JY、JW是键；2J,2C分别是叶轮压缩机壳体[2K]的进口和出口；3J,3C分别是涡轮机壳体[3K]的进口和出口。

以下结合图1阐述气电联动机的实施设计。

图1所示的设计实例包含一个双轴端电机[1]、一个叶轮压缩机[2]和一个涡轮机[3]。其电机的转轴的两端各有一个传动轴端[1ZY,1ZW]；其电机壳体[1K]的两端分别固定连接压缩机的壳体[2K]和涡轮机的壳体[3K]；其电机的转轴的两个传动轴端[1ZY,1ZW]分别直接固定连接压缩机的叶轮[2L]和涡轮机的叶轮[3L]。压缩机是单级离心式压缩机；涡轮机是单级径流式涡轮机。电机壳体[1K]对压缩机壳体[2K]和涡轮壳体[3K]的固定连接是通过紧固螺栓[4]实现的。键[1ZY,1ZW]分别实现电机转轴与压缩机叶轮[2L]和涡轮机叶轮[3L]的周向固定；紧固螺母[2M,3M]分别实现电机转轴与上述两个叶轮的轴向固定。

在本设计提供的气电联动机中采用既能用作电动机又能用作发电机的双轴端电机，如双轴端永磁直流电机，可以进一步扩大联动机的功能。以用作内燃机进气增压器为例，在内燃机稳定工作状态下，涡轮同时带动压缩机和电机，这时电机将转变为发电机，可以对外部设备供电。

包含上述双功能双轴端电机的气电联动机外加一个燃烧器可以构成一个热力发电系统，将所述的气电联动机中的压缩机[2]气流出口[2C]连接一个燃烧器的空气进口，并使所述的燃烧器的燃气出口连接所述的联动机的涡轮机[3]的气流进口[3J]，就可以利用燃烧产生的热能发电。首先由外部电源供电使电机[1]转动，带动压缩机[2]和涡轮机[3]转动并加速，当压缩机[2]能够提供足够的空气流量之后，向燃烧器提供燃料并将其点燃，燃烧器产生的高温燃气使涡轮机[3]产生动力，上述动力使压缩机[2]的转速和增压比提高，当压缩机[2]的增压比达到适当数值活，涡轮机[3]提供的机械功率将大于压缩机所消耗的功率，过剩的涡轮机功率能够带动所述的电机[1]发电，这样就构成一个热力发电系统。

综上所述，本设计提供的气电联动机能够在多领域内产生独特的积极效果，具有宽广的应用前景。

Claims (2)

1．一种气电联动机，其特征是至少包含一个双轴端电机[1]、一个叶轮压缩机[2]、一个涡轮机[3]；所述的双轴端电机[1]的壳体[1K]的两端分别固定连接所述的叶轮压缩机[2]的壳体[2K]和所述的涡轮机[3]的壳体[3K]；所述的双轴端电机[1]的两个传动轴端[1ZY,1ZW]分别直接固定连接所述的叶轮压缩机[2]的叶轮[2L]和所述的涡轮机[3]的叶轮[3L]。

2．按照权利要求1所述的气电联动机，其特征是所述的双轴端电机[1]是双轴端永磁直流电机。