一种尾冷转子发动机的制作方法

1.本发明涉及一种尾冷转子发动机，属于燃气轮机技术领域。


背景技术：

2.现有技术的燃气轮机，由叶片带动的主轴产生扭矩带动负荷或输出功率。由于叶片的结构决定，主轴的转动惯量或角动量有赖于高转速，一旦转速低下来，主轴带动负荷的能力或输出功率急剧下降甚至不能带动负荷。现有技术的燃气轮机，工作转速通常都在20000-50000rpm，甚至更高。但高转速必然需要高速燃气驱动，高速燃气需要高温、高压，如此不仅高速气流可能带来热机效能转换不完全，热效率低，更要求叶片材质具有优越的高温性能，叶片温度甚至高达1700℃。燃气轮机对叶片材料的高温要求，是制约燃气轮机制造和发展的技术瓶颈。同时高转速，必然带来高磨损和短的大修周期，增加用户的维修和使用成本。
3.现有技术的活塞式内燃发动机，其曲柄连杆机构和活塞均存在往复运动，发动机克服活塞的往复运动，需要消耗大量的能量，机械损耗极大。因此，活塞式内燃发动机的综合热机效率极低。
4.为克服活塞式内燃发动机内部能耗极高的缺点，现有技术已经有多种旋转发动机设计案例。如典型的汪克尔三角形旋转发动机，其转子作不平衡旋转，维持转子的不平衡旋转不仅要损耗大量的能量，且燃料燃烧不完全，尾气对环境的污染大，其燃烧效率和热循环效率都存在极大的改善空间。
5.另一类典型的旋转发动机，是涡喷或涡扇发动机。但涡喷或涡扇发动机，主要以高速喷射气流的反作用力推动飞机等特殊交通工具的飞行。这类旋转发动机，用于轴输出用途时，高温高压气流通过涡轮叶片膨胀做功在开阔的叶轮叶片之间自我膨胀而排出，有相当比率的燃气未能发挥作用。而且现有涡喷或涡扇发动机只适用于流体负荷环境，对于陆路负荷存在严重的喘震现象，所以必须使用高怠速模式才能维持其稳定工作状态，热循环效率低，其油耗极高。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种对叶片材质高温性能要求低和低转速大角动量的尾冷转子发动机。
7.本发明的技术方案
8.一种尾冷转子发动机，包括压气机a、转子机b、燃烧器c、热循环换热器(5)和预热空气管(4)；所述压气机a包括进气罩(1)、轴承a(2)、启动离合器(3)、外壳(17)、压气叶轮(18)、冷流尾气结合体(16)的左侧结构和主轴(10)；所述转子机b，包括冷流尾气结合体(16)的右侧结构、轴承b(13)、转子(15)、轴承c(12)、喷射反冲座(6)左侧结构和主轴(10)；所述燃烧器c，包括喷射反冲座(6)的右侧结构、主筒体(7)、喷燃器(14)和端盖(9)；所述主筒体(7)的中间有主轴(10)，端盖(9)的中心通过轴承d(11)有主轴(10)穿过；所述热循环换
热器(5)为列管结构，包括冷空气进口(5b)、尾气出口(5a)；其所述压气机a的压气腔(17a)从左至右，通过冷流尾气结合体(16)的外周冷流通道a(16b)、喷射反冲座(6)的外周冷流冷流通道b(6a)和主筒体(7)的外周冷流通道c(7a)与端盖(9)的集气腔(9a)贯通；所述压气机a的压气腔(17a)从左至右，通过冷流结合体(16)的中间冷流通道a(16c)、转子(15)的中间冷流通道b(15e)、喷射反冲座(6)的中间冷流通道c(6c)和主筒体(7)的中间冷流通道d(7b)与端盖(9)的集气腔(9a)贯通。
9.本发明所述的尾冷转子发动机，其所述进气罩(1)，包括外壳(1d)和导流锥(1d)，进气通道分为外周预热气通道(1a)和中间冷气通道(1b)；热循环换热器(5)的预热空气出口经预热空气管(4)与进气罩(1)的外周预热通道(1a)连接。
10.本发明所述的尾冷转子发动机，其所述冷流尾气结合体(16)有外筒a(16d)、外筒(16d)左段的内壁连接有锥形导流台(16g)和导流台延伸筒(16h)，锥形导流台(16g)和导流台延伸筒(16h)内有锥形体(16f)；外筒a(16d)左段的内壁、导流锥形台(16g)的左侧面和锥形体的外侧面有导流筋板(16e)，所述导流筋板(16e)并向左延伸至锥形体(16f)外侧面和导流台延伸筒(16h)的内侧面；所述冷流尾气结合体(16)有由内筒a(16i1)、中筒a(16i2)和底(16i3)组成的环状u形槽，所述导流锥形台(16g)开口与环状u形槽的底(16i3)开口之间连接有换热扁管(16j)，导流锥形台(16g)开口、换热扁管(16j)内孔道和环状u形槽和的开口构成冷流尾气结合体(16)的外周冷流通道a(16b)；所述环状u形槽内设置有换热换热片(16i4)；所述锥形体(16f)的外侧表面、导流锥形台(16g)的左侧表面和导流延伸筒(16h)的内壁并被导流筋板(16e)隔断的通道构成冷流尾气结合体(16)的中间冷流通道a(16c)；所述环状u形槽的内筒a(16i1)内壁与导流延伸筒(16h)的外壁之间形成的环状通道为转子(15)的尾气口(16a)，所述尾气口(16a)贯通外筒a(16d)内侧面、换热扁管(16j)的外表面、导流锥形台(16g)的右侧面和导流延伸筒(16h)的外侧面直至尾气出口。
11.本发明所述的尾冷转子发动机，所述转子(15)包括异形曲管(15a)、一级轮毂(15b)、二级轮毂(15c)、辐条(15f)和反冲叶片(15d)，其所述转子(15)的异形曲管(15a)的膨胀喷出口(15a1)的截面积大于燃气射入口(15a2)的截面积、燃气射入口(15a2)的截面积大于缩颈管(15a3)的截面积；所述异形曲管(15a)的燃气射入口(15a2)分布在一级轮毂(15b)圆周、膨胀喷出口(15a1)分布在二级轮毂(15c)右段的圆周；所述一级轮毂(15b)的直径小于二级轮毂(15c)的直径，一级轮毂(15b)与二级轮毂(15c)为一体结构；所述反冲叶片(15d)分布在二级轮毂(15c)左段的外圆周上；所述二级轮毂(15c)的内壁圆周分布有蜗轮叶片状的辐条(15f)，相邻两辐条(15f)间的间隙和相邻两异形曲管外壁间的间隙贯通为转子(15)的中间冷流通道b(15e)；所述转子(15)的外侧从右向左接触的流体为燃料燃烧后的高温燃气，内侧从左向右接触的流体为经预热的有压空气。
12.本发明所述的尾冷转子发动机，其所述喷射反冲座(6)的环状底盘(6i)上有钟座(6j)、中筒b(6f)和外筒b(6g)，钟座(6j)的顶部中心有轴孔(6e)，钟座(6j)的左侧根部的底盘(6i)上有导流反冲凹坑(6d)，钟座(6j)左侧的根部有切向镂空燃气喷射孔(6b)，在钟座(6j)的左侧外壁和中筒b(6f)的内壁之间有导流筋(6h)，在外筒b(6g)的内壁和中筒b(6g)之间的底盘(7f)上开有外周冷流通道b(6a)，在钟座(6j)的顶部的轴孔(6e)周围开有中间冷流通道c(6c)。
13.本发明所述的尾冷转子发动机，其所述燃烧器c的主筒体(7)，在右端盘(7f)上有
外筒c(7i)、中筒c(7j)和内筒c(7k)；所述右端盘(7f)环形分布有装配喷燃器(14)的安装阱(7e)和环形燃油槽(7g)；所述右端盘(7f)的环形燃油槽(7g)嵌入封环(8)，并通过装配孔(8b)固定构成环形燃油通道(8a)，环形燃油通道(8a)与燃油进料口(7h)连通；所述主体筒(7)的内筒c(7k)的内壁管道为中间冷流通道d(7b)，内筒c(7k)的外壁、右端盘(7f)的左侧面、中筒c(7j)的内壁和喷射反冲座(6)的右侧面围城的管状腔体为燃烧室(7c)；所述主体筒(7)外筒c(7i)的内壁和中筒(7j)内壁之间的管状腔体与右端盘(7f)外圆周分布的开口连通构成外周冷流通道c(7a)；所述主筒体(7)的右端盘(7f)的中间圆周分布有空气通道(7d)。
14.本发明所述的尾冷转子发动机，其所述喷燃器(14)为圆柱体结构，所述圆柱体的中间段的外周开有环形油槽(14f)，环形油槽(14f)与主筒体(7)的安装阱(7e)的内壁围城的环状腔体构成燃油环道，所述燃油环道与主筒体(7)的燃油通道(8a)连通；所述喷燃器(14)的中心左段为锥形孔道、右段为圆管孔道，左段中心孔道内通过支架固定有椎体(14b)，所述椎体(14b)的外周锥面与锥形孔道的内锥面之间的锥形通道为压气通道(14i)，在压气通道(14i)与环形油槽(14f)之间有燃油狭缝(14g)连通；所述椎体(14b)的中心穿有点火器(14a)，所述点火器(14a)通过异形螺母(14e)压紧；所述喷燃器(14)在圆柱体左端外周开有环状缺口(14h)，环状缺口(14h)与主体筒(8)的安装阱(7e)的内壁组成防止燃气反冲的阻气节。
15.本发明所述的尾冷转子发动机，其所述压气机a除了采用离心式压气结构外，还可以采用另一种多级轴流和径流混合结构形式的压气机。
16.本发明的进风罩、压气机外壳、冷流尾气结合体、喷射反冲座、主筒体和有端盖，通过法兰盘装配或焊接装配成整机。
17.本发明的工作过程
18.点火器通电点亮、启动马达(未示出)启动并带动压气叶轮、转子旋转，压气叶轮和转子辐条将空气压入集气腔，经喷燃器锥形喷气通道喷射进燃烧室，并同时吸入燃料混合成燃料空气可燃性混合气体，经点火器点燃。燃料燃烧后的高温高压燃气经燃气喷射孔喷出，驱动转子旋转。当转子转速大于启动马达转速、燃烧器温度达到600℃左右，关闭点火器、启动马达停止工作并与发动机主轴分离，发动机进入正常运行程序。
19.本发明优点在于
20.1、转子常态化处于冷空气冷却中，工作温度相对较低，对转子叶片材质的高温性能要求低，制造成本低廉。
21.2、工作转速低，磨损小，大修周期长，使用成本低。
22.3、不流畅反冲转子，可以获得低流量、高角动量输出效果；同时燃料燃烧完全，热效率高。
23.4、反冲转子做平衡旋转，克服了活塞式发动机作往复运动和汪克尔三角转子发动机作不平衡旋转的高能耗的缺点，且发动机运行平稳，振动小、噪音低。
24.5、大惯量反冲转子的飞轮作用，使得发动机可以低怠速无喘震运行，尤其适用于船舶、低速浆扇飞机、坦克、纯电动车的增程器等。
附图说明
25.图1是本发明立面剖视示意图。
26.图2是本发明进气罩的立体斜视示意图。
27.图3是本发明冷流尾气结合体左侧斜视立体示意图。
28.图4是本发明冷流尾气结合体里面剖视左侧面斜视示意图。
29.图5是本发明冷流尾气结合体右侧斜视立体示意图。
30.图6是本发明转子右侧斜视立体示意图。
31.图7是本发明转子中的异形曲管拆件立体示意图。
32.图8是本发明转子左侧斜视立体示意图。
33.图9是本发明喷射反冲座左侧斜视立体示意图。
34.图10是本发明喷射反冲座右侧斜视立体示意图。
35.图11是本发明燃烧器主筒体剖面斜视立体示意图。
36.图12是本发明燃油封环剖视斜视立体示意图。
37.图13是本发明喷燃器剖视结构示意图。
38.实施方式
39.实施例1
40.如附图1-13所示，一种尾冷转子发动机，包括压气机a、转子机b、燃烧器c、热循环换热器5和预热空气管4；所述压气机a包括进气罩1、轴承a2、启动离合器3、外壳17、压气叶轮18、冷流尾气结合体16的左侧结构和主轴10；所述转子机b，包括冷流尾气结合体16的右侧结构、轴承b13、转子15、轴承c12、喷射反冲座6左侧结构和主轴10；所述燃烧器c，包括喷射反冲座6的右侧结构、主筒体7、喷燃器14和端盖9；所述主筒体7的中间有主轴10，端盖9的中心通过轴承d11有主轴10穿过；所述热循环换热器5为列管结构，包括冷空气进口5b、尾气出口5a；其所述压气机a的压气腔17a从左至右，通过冷流尾气结合体16的外周冷流通道a16b、喷射反冲座6的外周冷流冷流通道b6a和主筒体7的外周冷流通道c7a与端盖9的集气腔9a贯通；所述压气机a的压气腔17a从左至右，通过冷流结合体16的中间冷流通道a16c、转子15的中间冷流通道b15e、喷射反冲座6的中间冷流通道c6c和主筒体7的中间冷流通道d7b与端盖9的集气腔9a贯通。
41.实施例2
42.如附图1、2所示，本发明所述的尾冷转子发动机，其所述进气罩1，包括外壳1d和导流锥1d，进气通道分为外周预热气通道1a和中间冷气通道1b；热循环换热器5的预热空气出口经预热空气管4与进气罩1的外周预热通道1a连接。
43.实施例3
44.如附图1、3-5所示，本发明所述的尾冷转子发动机，其所述冷流尾气结合体16有外筒a16d、外筒16d左段的内壁连接有锥形导流台16g和导流台延伸筒16h，锥形导流台16g和导流台延伸筒16h内有锥形体16f；外筒a16d左段的内壁、导流锥形台16g的左侧面和锥形体的外侧面有导流筋板16e，所述导流筋板16e并向左延伸至锥形体16f外侧面和导流台延伸筒16h的内侧面；所述冷流尾气结合体16有由内筒a16i1、中筒a16i2和底16i3组成的环状u形槽，所述导流锥形台16g开口与环状u形槽的底16i3开口之间连接有换热扁管16j，导流锥形台16g开口、换热扁管16j内孔道和环状u形槽和的开口构成冷流尾气结合体16的外周冷
流通道a16b；所述环状u形槽内设置有换热换热片16i4；所述锥形体16f的外侧表面、导流锥形台16g的左侧表面和导流延伸筒16h的内壁并被导流筋板16e隔断的通道构成冷流尾气结合体16的中间冷流通道a16c；所述环状u形槽的内筒a16i1内壁与导流延伸筒16h的外壁之间形成的环状通道为转子15的尾气口16a，所述尾气口16a贯通外筒a16d内侧面、换热扁管16j的外表面、导流锥形台16g的右侧面和导流延伸筒16h的外侧面直至尾气出口。
45.实施例4
46.如附图1、6-8所示，本发明所述的尾冷转子发动机，所述转子15包括异形曲管15a、一级轮毂15b、二级轮毂15c、辐条15f和反冲叶片15d，其所述转子15的异形曲管15a的膨胀喷出口15a1的截面积大于燃气射入口15a2的截面积、燃气射入口15a2的截面积大于缩颈管15a3的截面积；所述异形曲管15a的燃气射入口15a2分布在一级轮毂15b圆周、膨胀喷出口15a1分布在二级轮毂15c右段的圆周；所述一级轮毂15b的直径小于二级轮毂15c的直径，一级轮毂15b与二级轮毂15c为一体结构；所述反冲叶片15d分布在二级轮毂15c左段的外圆周上；所述二级轮毂15c的内壁圆周分布有蜗轮叶片状的辐条15f，相邻两辐条15f间的间隙和相邻两异形曲管外壁间的间隙贯通为转子15的中间冷流通道b15e；所述转子15的外侧从右向左接触的流体为燃料燃烧后的高温燃气，内侧从左向右接触的流体为经预热的有压空气。
47.实施例5
48.如附图1、9-10所示，本发明所述的尾冷转子发动机，其所述喷射反冲座6的环状底盘6i上有钟座6j、中筒b6f和外筒b6g，钟座6j的顶部中心有轴孔6e，钟座6j的左侧根部的底盘6i上有导流反冲凹坑6d，钟座6j左侧的根部有切向镂空燃气喷射孔6b，在钟座6j的左侧外壁和中筒b6f的内壁之间有导流筋6h，在外筒b6g的内壁和中筒b6g之间的底盘7f上开有外周冷流通道b6a，在钟座6j的顶部的轴孔6e周围开有中间冷流通道c6c。
49.实施例6
50.如附图1、11-13所示，本发明所述的尾冷转子发动机，其所述燃烧器c的主筒体7，在右端盘7f上有外筒c7i、中筒c7j和内筒c7k；所述右端盘7f环形分布有装配喷燃器14的安装阱7e和环形燃油槽7g；所述右端盘7f的环形燃油槽7g嵌入封环(8)，并通过装配孔8b固定构成环形燃油通道8a，环形燃油通道8a与燃油进料口7h连通；所述主体筒7的内筒c7k的内壁管道为中间冷流通道d7b，内筒c7k的外壁、右端盘7f的左侧面、中筒c7j的内壁和喷射反冲座6的右侧面围城的管状腔体为燃烧室7c；所述主体筒7外筒c7i的内壁和中筒7j内壁之间的管状腔体与右端盘7f外圆周分布的开口连通构成外周冷流通道c7a；所述主筒体7的右端盘7f的中间圆周分布有空气通道7d。
51.实施例7
52.如附图1、13所示，本发明所述的尾冷转子发动机，其所述喷燃器14为圆柱体结构，所述圆柱体的中间段的外周开有环形油槽14f，环形油槽14f与主筒体7的安装阱7e的内壁围城的环状腔体构成燃油环道，所述燃油环道与主筒体7的燃油通道8a连通；所述喷燃器14的中心左段为锥形孔道、右段为圆管孔道，左段中心孔道内通过支架固定有椎体14b，所述椎体14b的外周锥面与锥形孔道的内锥面之间的锥形通道为压气通道14i，在压气通道14i与环形油槽14f之间有燃油狭缝14g连通；所述椎体14b的中心穿有点火器14a，所述点火器14a通过异形螺母14e压紧；所述喷燃器14在圆柱体左端外周开有环状缺口14h，环状缺口
14h与主体筒8的安装阱7e的内壁组成防止燃气反冲的阻气节。
53.实施例8
54.本发明所述的尾冷转子发动机，其所述压气机a除采用离心式压气结构外，还采用了另一种多级轴流和径流混合结构形式的压气机。
55.本发明的进风罩、压气机外壳、冷流尾气结合体、喷射反冲座、主筒体和有端盖，通过法兰盘装配或焊接装配成整机。
56.以上对本发明提供的一种尾冷转子发动机进行了详细介绍。具体实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也属于本发明权利要求的保护范围内。