CN2387274Y - 旋转喷气轴发动机 - Google Patents

Abstract

一种旋转喷气轴发动机,其特征在于它由机架、飞轮、压气机三大部件组成,其装配结构为压气机通过空心轴(31)套装在飞轮轴(3)上,飞轮(15)通过飞轮轴(31)装在机架上;飞轮(15)外周设有进气道(16)、高压气室(17)和切向喷口(18),套装在飞轮外的燃气涡轮盘(12)对应飞轮(15)喷口处设有涡轮叶片(35),燃气涡轮盘(12)与压气机空心轴(31)固接,空心轴(31)上还设有内旋叶片(32)和叶轮(33),机架内装有换热器(9),它与外罩(7)固接。本实用新型无污染、效率高、结构简单、运行可靠。

Description

旋转喷气轴发动机

本实用新型涉及发动机，特别指车用、航空用旋转喷气轴发动机。

目前，通用航空用发动机还没有一种较理想的机型，这是迄今为止通用航空器——特别是小型航空器和微型航空器不能迅速发展的一个主要原因。而现有的车用发动机几乎全部采用了活塞式发动机。由于活塞机燃烧的不连续性和缸体冷却时对燃油燃烧的淬熄作用，使得其产生的尾气成为当今大气污染的一个最主要的污染源。改善这种工作原理上的缺陷所花的代价是巨大的，根除则几乎是不可能的。另一个困扰人们的问题是发动机的效率问题。为保证发动机正常工作冷却是必须的，而冷却系统所散失的热量又是令人痛心的。一条提高效率的捷径是提高发动机的转速，而众所周知的是：往复运动构件在高速运转时所产生的惯性力将成为往复式活塞发动机的一个不可逾越的障碍。旋转式活塞发动机虽成功地回避了惯性力的干扰，却产生了排气污染更严重、工作腔密封线长、低速漏气严重、易产生震纹、径向密封片易磨损等等不足而使得其商品化程度至今仍远远低于往复式活塞机。斯特林发动机采用连续燃烧方式，几乎不产生污染，向人们展示了绿色环保发动机的美好前景。然而它却是以牺牲效率为代价而得到的。它那巨大的冷却器散失了较一般发动机大得多的热量，因而也就带走了人们研究、开发它的热情。同时，它还存在工质的密封和使用中的安全问题，这些问题的发生往往将产生灾难性的后果。因此，斯特林发动机也同样受到了某些制约。

涡轮发动机(如燃气轮机、涡轮或涡扇喷气式发动机)的动力涡轮或高压涡轮是工作在高温、高压和高速条件下的。这对涡轮叶片的材料性能、加工工艺和制造精度提出了很高的要求。为了获得更高的效率，涡轮叶片的工作条件将更加恶劣，这就对涡轮叶片的材料性能提出了更高的要求。除了将提高叶片的制造成本外，提高材料性能的路似乎也已经走到了尽头，一种解决问题的方法是对叶片进行冷却，但这又导致了发动机结构的更加复杂化。另一个人们不愿意看到的事实是，涡轮的排能、排热很大，并且存在喘震。

本实用新型的目的是针对以上背景技术中的缺点进行改进，提供一种无污染、效率高、结构简单、运行可靠、使用寿命长的新型车用或通用航空用旋转喷气轴发动机。

本实用新型由机架、飞轮、压气机三大部件组成，其装配结构为：压气机通过空心轴套装在飞轮轴上，飞轮通过飞轮轴经轴承和轴承座装在机架上；飞轮外周设有进气道、高压气室和切向喷口，套装在飞轮外的燃气涡轮盘对应飞轮喷口处设有涡轮叶片，燃气涡轮盘与压气机空心轴固接，空心轴上还设有内旋叶片和叶轮，机架内装有换热器，它与外罩固接。

高温高速燃气从飞轮上的喷嘴沿切线方向高速喷出(飞轮上有一个或多个这样的喷嘴)，在动量矩作用下，飞轮按与喷气速度相反的方向转动，通过飞轮轴对外输出机械能。为了减少排能损失，同时利用喷气速度与飞轮旋转时的切线速度之差，驱动另一设有燃气涡轮叶片的轮盘和空心轴旋转。轮盘的一端设有离心式风扇叶片进行吸气，另一端带动与飞轮同轴线旋转的空心轴。空心轴的一端设有轴流式压气机的叶片和离心式高压压气机的叶轮进行压气，另一端则对外输出机械能。为了减少排热损失，作功后的燃气经集气罩收集后进入换热器，对新鲜空气进行加热(燃气本身被冷却)从而完成排热回收。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作详细说明：

图1是发动机的主视图

图2是图1的B-B剖视图，图2的A-A剖视图即为图1

图3是压气机组件主视图

图4是图3的A向视图

图5是图3的C-C剖视图

图6是换热器主视图

图7是图6D-D剖视图

从图1可知，发动机由三大部件组成：

1、机架：其上设有轴承(1)和轴承座(2)，用以支承飞轮轴(3)及辅助动力输出轴(4)，支承飞轮轴的一端设有空气滤网(5)、进气口(6)。机架两端及外周设有外罩(7)，外罩里面衬有绝热层(8)用以阻止热量散失。外罩(7)内装有换热器(9)与外罩固接。换热器(9)与绝热层之间设有空气通道(10)以便新鲜空气流过。换热器(9)的一端设有燃气集气罩(11)与燃气涡轮盘(12)相套合，其间设有密封金属丝环(13)以避免燃气外泄。换热器(9)的另一端设有排气管(14)穿过外罩(7)与消声器(图中未画)相连接。

2、飞轮：这是发动机的主要部件。飞轮(15)用铸刚制成。其外周设有进气道(16)、高压气室(17)和切向喷口(18)，进气道、高压气室、切向喷口三者串联相通。高压气室内设有燃烧器(19)。燃烧器为一形如枣核的筒状薄壁体，薄壁上开有许多进气小孔(图中未画出)与高压气室相通。燃烧器(19)一端设有燃油喷嘴(20)和火花塞(21)，另一端为尾喷口(22)。飞轮(15)的一端设有燃油泵(23)和电子点火组件(24)。燃油泵(23)通过输油管(图中未画出)与燃油喷嘴(20)相连，电子点火组件通过高压电线(图中未画出)与火花塞(21)相连。飞轮(15)的另一端设有一筒状胴体(27)，胴体内设有轴流式压气机外旋叶片(28)。飞轮(15)中心有一空腔，即为高压压气机的压气腔。压气腔与进气道(16)相通。飞轮(15)与飞轮轴(3)固接一体，飞轮轴(3)的一端通过轴承(1)和轴承座(2)支承在机架上，另一端通过轴承(1)与空心轴(31)相联接。飞轮轴(3)与机架轴承相连的一端为空心，燃油通过这里进入燃油泵(图中未画出)。

3、压气机：它的基本零件为一空心轴(31)，通过轴承套装在飞轮轴(3)上，尾端部固接一辅助动力输出轴(4)，通过轴承与轴承座支承在机架上。空心轴(31)上设有轴流式压气机的内旋叶片(32)，端部设有离心式高压压气机的叶轮(33)。空心轴(31)通过连接体(34)与燃气涡轮盘(12)固接。燃气涡轮盘(12)中间设有涡轮叶片(35)，另一端设有离心式风扇叶片(36)。燃气涡轮盘(12)与飞轮(15)外周边套装，其间亦有密封金属丝环(13)以免燃气外泄。

工作原理如下：

在起动力矩作用下，飞轮和压气机作相对转动。压气机上的离心式风扇叶片(36)将新鲜空气(图中用细实线箭头表示)通过空气滤网(5)从进气口(6)吸入，经过风扇叶片(36)后甩入空气通道(10)，流经换热器(9)和连接体(34)后被轴流式压气机吸入。轴流式压气机的内旋叶片(32)与外旋叶片(28)作相对转动，空气在这里被剧烈压缩后流向离心式高压压气机的叶轮(33)，在这里空气被进一步压缩并改变流动方向，沿离心式高压压气机旋转的切线方向甩出，进入飞轮进气道(16)。因飞轮旋向与压气机旋向相反，空气在这里迅速滞止并被进一步压缩。空气通过进气道(16)后进入高压气室(17)。由于高压气室(17)截面比进气道(16)截面突然加大，空气流速骤减，压力进一步增高。部分空气从燃烧器(19)的壁孔进入燃烧器内，与燃油喷嘴(20)喷出的燃油混合形成混合燃油气，被火花塞(21)放电点燃后燃烧，放出所含热能，产生高温、高压燃气(图中用虚线箭头表示)。从燃烧器(19)尾喷口(22)喷出进入切向喷口(18)，切向喷口(18)将其热能和压力势能迅速转变成动能，再与高压气室(17)空气混合后从切向喷口高速喷出，在动量矩作用下使飞轮(15)高速反向旋转，通过飞轮轴(3)将燃气动能转变为机械能对外输出。作功后的燃气仍具有很大的动能和热能。从切向喷口(18)喷出的燃气喷到飞轮(15)外周的燃气涡轮叶片(35)上，燃气将剩余动能传给涡轮叶片使其反向旋转，带动离心式风扇(36)进行吸气并通过连接体(34)驱动压气机旋转进行压气，同时通过辅助动力输出轴(4)向外输出机械能，从而完成动能回收。从涡轮作功出来的燃气，经集气罩(11)导入换热器(9)，在此释放余热对新鲜空气进行加热，从而完成余热回收。同时燃气自身被冷却，最后经排气管(14)进入消声器进一步冷却，降压后形成尾气排入大气。

发动机起动后，点火系统停止工作，燃油喷入燃烧器进行连续、干净的燃烧，释放热能推动发动机连续运转。(燃油径由飞轮轴芯进入油泵，再经油管进入喷嘴，图中未画出。)

由上述过程可知，本实用新型具有以下优点：

1、无污染：燃油在燃烧器内进行连续、干净的燃烧，尔后与外函道空气汇合可继续氧化，无氮氧，碳氧化合物等有害气体产生。

2、效率高：独特的压气形成，较大的涵道比和简洁的运动形式，将使发动机能长时间可靠地运行在高压、高速状态。

3、结构简单：配气、冷却、润滑系统与其工作原理浑然天成。因此制造方便，工作可靠，使用寿命长。

4、运动形式简单：三个部件中，一个静止，两个仅作相对、定轴、匀速转动。除轴承外，无其它运动副存在，因此摩擦耗能小，磨损小。

5、支承形式灵活，可立式，亦可卧式。

6、运转平稳，无脉动，亦无反转矩产生。

Claims (4)

1、一种旋转喷气轴发动机，其特征在于它由机架、飞轮、压气机三大部件组成，其装配结构为压气机通过空心轴(31)套装在飞轮轴(3)上，飞轮(15)通过飞轮轴(31)装在机架上；飞轮(15)外周设有进气道(16)、高压气室(17)和切向喷口(18)，套装在飞轮外的燃气涡轮盘(12)对应飞轮(15)喷口处设有涡轮叶片(35)，燃气涡轮盘(12)与压气机空心轴(31)固接，空心轴(31)上还设有内旋叶片(32)和叶轮(33)，机架内装有换热器(9)，它与外罩(7)固接。

2、根据权利要求1所述的旋转喷气轴发动机，其特征在于机架上设有轴承(1)和轴承座(2)，用以支承飞轮轴(3)用辅助动力输出轴(4)，支承飞轮轴的一端设有空气滤网(5)、进气口(6)，机架两端及外周设有外罩(7)，外罩里面衬有绝热层(8)用以阻止热量散失，外罩(7)内装有换热器(9)与外罩固接，换热器(9)与绝热层之间设有空气通道(10)以便新鲜空气流过，换热器(9)的一端设有燃气集气罩(11)与燃气涡轮盘(12)相套合，其间设有密封金属丝环(13)以避免燃气外泄，换热器(9)的另一端设有排气管(14)穿过外罩(7)与消声器相连接。

3、根据权利要求1所述的旋转喷气轴发动机，其特征在于进气道(16)、高压气室(17)、切向喷口(18)三者串联相通，高压气室内设有燃烧器(19)，它一端设有燃油喷嘴(20)和火花塞(21)，另一端为尾喷口(22)，飞轮(15)的另一端设有一筒状胴体(27)，胴体内设有轴流式压气机外旋叶片(28)，飞轮(15)中心有一空腔，即为高压压气机的压气腔，压气腔与进气道(16)相通，飞轮(15)与飞轮轴(3)固接一体。

4、根据权利要求1所述的旋转喷气轴发动机，其特征在于压气机通过轴承套装在飞轮轴(3)上，尾端部固接一辅助动力输出轴(4)，通过轴承与轴承座支承在机架上，空心轴(31)上设有轴流式压气机的内旋叶片(32)，端部设有离心式高压压气机的叶轮(33)，空心轴(31)通过连接体(34)与燃气涡轮盘(12)固接，燃气涡轮盘(12)中间设有涡轮叶片(35)，另一端设有离心式风扇叶片(36)，燃气涡轮盘(12)与飞轮(15)外周边套装，其间亦有密封金属丝环(13)以免燃气外泄。

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