喷气式旋转发动机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种发动机，特别是一种喷气式旋转发动机，是将目前已经普遍应用在军事和航天火箭上的超音速喷射推进技术，应用到旋转机械领域的一种新的模式，将压缩气体的喷射、膨胀、加速过程在短短的拉瓦尔喷管内发挥到极限，并将这种超音速气体射流产生的动推力全部作用在转子的最外缘，因此具有马力大、构造简单、维修方便、能量转换完全彻底(100%)的特性，可以有效节约能源、降低污染，是气动马达、蒸汽机、汽轮机、汽油机、柴油机、航空涡轮发动机的更新换代产品。
【背景技术】
[0002 ]现有的以高压流体做动力的机械，如:气动马达、蒸汽机、汽轮机、水轮机、汽油机、柴油机、燃气轮机、航空涡轮发动机等，都是以高压流体冲击叶片、涡轮或者是活塞的形式来推动马达旋转的。根据力学常识，这个力俗称为“冲动力”。目前市面上的机械基本上都是利用冲动力来作功的(火箭除外)。
[0003]以冲动力来作功的机械，理论上讲，其功率转换是达不到25%的，以汽轮机为例说明如下:汽轮机等透平机械主要利用高速气流冲击叶片，较多地依赖叶栅进出气流动量变化获得推力，一定气流速度条件下，叶片推力与转速相关。气流和叶片的相对速度差越大，所获得的推力越大，速度差越小，所获得的推力也越小(成正比)。当叶片的线速度达到气流喷射速度时，速度差为零，则叶片所获得的推力是零，这时的功率输出也是零。具体计算方法如下:设:一定温度一定压力下的蒸汽，通过拉瓦尔喷管后产生超音速射流，我们用仏来表示。当叶片不动时，气流和叶片的速度差最大，等于Ue3，也就是转子转速为零时，叶片所承受的冲动力最大。但是因为转速为零，根据机械功率计算公式:N=P.F.r/9550来计算[N:功率、P:推力、F:力矩= D/2、r:转速= Ue/(nD)X60、D:转子(包括叶片)的直径]，功率输出也是零。当叶片在推力下开始转动后，随着叶片线速度的增加，转速在增加，随着气流和叶片的速度差在减小，推力也在减小。当叶片的线速度达到K/2时，推力P也只剩下P/2了，而这时的功率输出却最大，SPN=0.5P*F*0.5r/9550 = 0.25P.F.r/9550.如果转子线速度大于或小于K/2时，功率输出都会减少。又因冲动式气流和叶片不能达到方向一致的相切，冲动力输入的角度会产生力的分解，所以，汽轮机的功率转换是不会达到25%的。为了改变这种状况，后来的设计者让蒸汽在拉瓦尔喷管内只进行半膨胀，然后再通过多级的叶栅和带有反动度的叶片，把剩余的半膨胀蒸汽进行多级反动式膨胀做功，所以才把超超临界汽轮机的功率转换提高到了 40%左右。
[0004]同理可证，所有以冲动式作功的机械，其功率转换都不会达到25%，更不要说超过了。目前市面上俗称汽油机的效率在35%左右，柴油机在40%左右，有待科学进一步计算和验证。
[0005 ]自古以来，也不断的有人在研究以喷射反作用力来做功的机械，如:大约在公元一世纪时期，亚历山大里亚的希罗就发明了一种利用蒸汽的反作用力来作功的《汽转球》，这也是有记载的最早的蒸汽机，但是只是被人们当作是一种玩具而没有继续研究和开发。汽轮机业发展到今天，一直把这种技术当作古老的已经过时的技术来屏闭，致使这种以喷射式反作用力来作功的机械，在科班出身的专家、学者、博士眼里是已经过时的不受欢迎的技术。近年来，也有人在试验利用反作用力来作功的旋转机械，如1989年11月15日申请的名为《旋转动力机械及系统发动机》，公告号为CN1037192A的专利;2004年I月8号申请的公告号为US2004/005214A1的专利；2007年10月16号申请的名为《喷气式发动机》，专利号为200710045207.0的专利；以及2008年8月11号申请的名为《一种喷气式发动机》，专利号为200810150584.5的专利等等。令人遗憾的是，这些专利的发明，只是对用反作用力来作功提出了设想，至于利用这种方式来作功的效率大小以及是不是会节能?为什么会节能?怎样才能更节能?节能多少?如何计算都未做陈述。例如:在上述几例发明中，虽然都说明了压缩气体进行喷射会产生反作用力，却没有一例提及压缩气体喷射后继续膨胀加速以及能产生超音速效果的唯一的部件一一拉瓦尔喷管，也称收缩膨胀管。
[0006]根据发射气体动力学的原理知道，要充分发挥《喷射式旋转马达》的效率，关键在于尽量提高其转速，因为超音速喷射推进技术的特点，是依赖拉瓦尔喷管将具有一定压力的气体，通过喷管内型截面的“收缩-扩张”膨胀加速成超音速气体射流，由反作用原理产生动推力，推动喷管向前运动。这种超音速气体射流产生的推力，仅依赖于拉瓦尔喷管进出口气体参数，而与喷管自身运动速度无关，且该气体射流利用效率随喷管运动速度的增加而增加，直至运动速度与气体射流速度一致时达到最大(理论上是100%)。要达到这样的目的，该设备的《高速旋转密封接头》就显得犹为重要。而目前市面上的《旋转密封接头》，因受技术材料材质方面的制约，橡胶制品的密封，最大线速度为15m/S，机械密封的最大线速度为25m/s。因《喷射式旋转马达》进气端的轴是中空的，轴和转子联接处还要打孔相通，考虑机械运行时的安全问题，轴的设计比一般机械轴的直径尺寸要大一些，这样，转速高加上直径尺寸大，导致目前市面上所有的旋转密封接头都不能用。而从以上几个专利的图中来看，说到密封时就是简单的说要高压密封或者说通过连接器进行连接，根本就没有显示高速旋转密封的关键性问题，这也是导致这个项目的机械到现在也不能问世的主要原因之一。
[0007]喷射式旋转马达的另一个关键问题，是在同一平面上不能多喷嘴同时使用，如公告号为US 2004005214A1的专利，从图中看到，8个喷嘴封闭在一个空腔里，前一个喷嘴喷出来的气体，除了对喷嘴产生一个反作用力外，还对后一个喷嘴产生正向的推力，而且作用力和反作用力相等持平，所以这样结构的产品是不会产生转动的，我们在实际实验中已经经受过这样的失败。
【发明内容】
[0008]本发明的目的，是提供一种喷射式旋转马达，特别是一种利用高压流体喷射时产生的超音速射流的反作用力为动力的喷气式旋转发动机，能有效解决以上的不足。它包括对主轴(6)进行密封，而又不影响主轴(6)高速旋转的高速旋转密封接头(I)，为降低密封摩擦副线速度而在机械密封静环(2)和机械密封动环(4)之间加装的缓冲摩擦副(3)，高压气体通过高