專利名稱：有間隔葉片室的非透平渦輪轉子內(nèi)燃機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種轉子內(nèi)燃機，尤其是一種有間隔葉片室的非透平渦輪轉子內(nèi)燃機。
背景技術：
目前，公知的軸傳動發(fā)動機以往復活塞式發(fā)動機應用較為普及，其結構是氣缸中設置活塞，活塞通過曲軸、連桿把活塞的直線運動轉化為動力輸出軸的旋轉運動，為實現(xiàn)上述功能必須加上與其配套的進、排氣閥和活塞環(huán)機構，采用上述機構的發(fā)動機，由于將燃料燃燒能量轉化為動力輸出軸的旋轉運動過程中存在大量機械能的損耗，所以往復活塞式發(fā)動機效率較低，這種發(fā)動機還存在體積大、工作震動大、零件品種多、維修工作量大、機械故障多、使用壽命短，磨損嚴重后造成的環(huán)境污染嚴重。另一種是渦輪燃氣輪機，渦輪燃氣輪機結構復雜，價格昂貴，且只能用于高速工況，燃油消耗巨大，所以極少被采用。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有往復活塞式發(fā)動機工作中存在大量機械能的損耗和渦輪燃氣輪機結構復雜，價格昂貴，只能用于高速工況，燃油消耗巨大的問題，本發(fā)明提供一種無曲軸、連桿、也無活塞、活塞環(huán)和氣門機構的有間隔葉片室的非透平渦輪轉子內(nèi)燃機，其結構簡單零部件少、加工量少、維護方便，可保證發(fā)動機長期處在最佳工作狀態(tài)且減少燃料消耗。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是定子盤的定子盤工作面與轉子盤的轉子盤工作面同軸心對應配合設置，轉子盤中心軸為功率輸出軸。轉子盤工作面以轉子盤中心軸為中心的同心圓周均勻間隔分布三個葉片室口，葉片室口內(nèi)徑向安裝不少于四片的軸流式渦輪葉片，葉片弧形頭部指向輸出軸設定旋轉方向，每葉片室第一葉片為葉片室前端面，由葉片室口前口邊沿葉片室中心弧線均勻間隔且相同弧形頭部指向排列的相同葉片至葉片室口后口邊，最后一片葉片形成葉片室后端面，葉片室殼將葉片覆蓋于葉片室中使工作氣流僅能由葉片室口進出，形成一個完整葉片室，三個葉片室結構相同，相鄰兩葉片室口間距大于葉片室口弧長。定子盤工作面與轉子盤三個葉片室口相對應的部分沿轉子盤功率輸出軸的設定旋轉方向同心圓周順序設置進氣口、噴嘴燃燒室口和排氣口，進氣口外側連接設置有進氣道，噴嘴燃燒室采用封閉入口的軸流式渦輪定子噴嘴結構，噴嘴燃燒室內(nèi)安裝有不高于定子盤工作面的點火器和燃料噴射器，排氣口外側連接設置有排氣道，為減少工作氣流氣體泄漏損失，轉子盤中心軸與葉片室口間距之間的轉子盤工作面與對應定子盤工作面設有內(nèi)環(huán)動密封環(huán)，葉片室口與轉子盤外沿間距之間的轉子盤工作面與對應定子盤工作面設有外環(huán)動密封環(huán)，為減少進氣口、噴嘴燃燒室口和排氣口工作氣流氣體泄漏損失與互相干擾，定子盤工作面進氣口、噴嘴燃燒室口和排氣口三口之間設有徑向密封片槽， 槽內(nèi)裝有彈簧支撐的徑向密封片，徑向密封片用以封閉轉子盤工作面與定子盤工作面之間的間隙，徑向密封片槽的長度不大于內(nèi)環(huán)動密封環(huán)與外環(huán)動密封環(huán)在定子盤工作面的徑向間距，另外徑向密封片密封與內(nèi)、外環(huán)動密封環(huán)密封可以采用其它能起到同類密封作用的密封結構，裝于定子盤罩住轉子盤的密封殼起到密封氣體保護機件的作用，以上結構構成有間隔葉片室的非透平渦輪轉子內(nèi)燃機之主體。有間隔葉片室的非透平渦輪轉子內(nèi)燃機工作是利用燃氣輪機渦輪的燃氣先在定子噴嘴中通過膨脹提高氣流速度，并把此高速氣流沿給定方向噴向轉子，在轉子葉輪中氣流的動能將轉換成機械功，既推動轉子旋轉做功的原理。其工作狀態(tài)運行順序是增壓空氣進入進氣道后通過進氣口輸送給轉子盤工作面的葉片室口進入葉片室完成進氣過程，轉子盤沿功率輸出軸的設定轉向方向轉動將存留氣體的葉片室的室口與噴嘴燃燒室口位置對應，噴嘴燃燒室內(nèi)燃料噴射器噴射燃料使之形成空氣與燃料的混合氣體完成混合過程，點火器點燃噴嘴燃燒室內(nèi)混合氣體生成燃氣，燃氣膨脹高速流經(jīng)噴嘴，噴嘴出口導向氣流噴向轉子盤工作面葉片室口內(nèi)設有的軸流式渦輪葉片，氣流的動能將轉換成葉片弧形頭部指向的非透平渦輪轉子盤沿輸出軸的設定轉向方向轉動做的機械功，完成點燃做功過程，轉子盤做功后的葉片室的葉片室口轉到與排氣口對應的位置，葉片室內(nèi)燃燒后的廢氣通過排氣口排出完成排氣過程，完成以上四個過程為一個工作循環(huán)，其中混合過程、點燃做功過程兩過程都在噴嘴燃燒室完成。因運行狀態(tài)時增壓空氣輸送在進氣道中是不間斷保持無明顯中斷，所以轉子盤其它葉片室在不間斷增壓空氣輸送支持下依次連續(xù)完成進氣過程、混合過程、點燃做功過程和排氣過程，四個過程形成完整工作循環(huán)，多次工作循環(huán)產(chǎn)生連續(xù)的圓周轉動，達到轉子盤功率輸出軸功率的連續(xù)輸出。另外可采用將燃料噴射器設置于進氣道的進氣道燃料噴射結構，完整工作循環(huán)四個過程順序變?yōu)榛旌线^程、進氣過程、點燃做功過程和排氣過程，也符合做功的原理。根據(jù)內(nèi)燃機對轉速與輸出功率變化的需求，實時對燃料噴射器兩次噴燃料之間轉過的葉片室的數(shù)量進行調(diào)整用以達到減少燃料消耗的效果。為獲得更大的軸功率輸出，以轉子盤三個葉片室和與其相對應的定子盤進氣口、噴嘴燃燒室和排氣口為一組，在同一工作盤面內(nèi)成組增加，還可沿同一輸出軸成組增加。以上基本結構和原理也同樣適用于徑流式渦輪轉子內(nèi)燃機。本發(fā)明的有益效果是，直接將燃料燃燒膨脹產(chǎn)生的動能轉換成非透平渦輪轉子盤沿輸出軸的設定轉向方向轉動做的機械功，與往復活塞式發(fā)動機相比省去了曲軸、連桿、也無活塞、活塞環(huán)、氣門桿機構和燃料燃燒動能轉化為動力輸出軸的旋轉運動過程中存在的大量機械能的損耗和浪費，可降低生產(chǎn)制造成本和維護工作量，另外克服了現(xiàn)有渦輪燃氣輪機結構復雜，價格昂貴，且只能用于高速工況，燃油消耗巨大的不足。


下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。圖1是本發(fā)明的縱剖面構造圖。圖2是對應的轉子盤工作面和定子盤工作面俯視構造圖。圖3是轉子盤與定子盤對應位置圓周展開正視剖面構造圖。圖4是噴嘴燃燒室與對應葉片室正視剖面構造圖。圖5是噴嘴燃燒室與對應葉片室側視剖面構造圖。圖6是內(nèi)、外動密封環(huán)構造圖。圖7是徑向密封片構造圖。圖8是進氣過程、混合過程、點燃做功過程和排氣過程對應位置轉動變化示意圖。圖9是進氣道安裝燃料噴射器正視剖面構造圖。
圖10是同一工作盤面內(nèi)成組增加葉片室示意圖。圖11是同一輸出軸成組增加葉片室示意圖。圖中1.定子盤，2.轉子盤，3.轉子盤中心軸，4.定子盤工作面，5.轉子盤工作面， 6.葉片室口，7.葉片，8.葉片弧形頭部，9.葉片室前端面，10.葉片室口前口邊，11.葉片室中心弧線，12.葉片室口后口邊，13.葉片室后端面，14.葉片室殼，15.葉片室，16.進氣口，17.噴嘴燃燒室口，18.排氣口，19.進氣道，20.增壓空氣，21.噴嘴燃燒室，22.點火器， 23.燃料噴射器，24.排氣道，25.內(nèi)環(huán)動密封環(huán)，26.外環(huán)動密封環(huán)，27.廢氣，28.密封殼， 29.徑向密封片槽，30.彈簧，31.徑向密封片。
具體實施例方式圖1.圖2.圖3.圖4.圖5.圖6.圖7.共同給出了主體結構的特征，其中在圖1 所示，定子盤(1)的定子盤工作面(4)與轉子盤O)的轉子盤工作面(5)同軸心對應配合設置，轉子盤中心軸(3)為功率輸出軸。在圖2所示實施例中，轉子盤工作面(5)以轉子盤中心軸(3)為中心的同心圓周均勻間隔分布三個葉片室口(6)，葉片室口(6)內(nèi)徑向安裝不少于四片的軸流式渦輪葉片(7)，在圖2、圖4所示實施例中，葉片弧形頭部⑶指向輸出軸設定旋轉方向，每葉片室(15)第一葉片為葉片室前端面(9)，由葉片室口前口邊(10)沿葉片室中心弧線(11)均勻間隔且相同弧形頭部⑶指向排列的相同葉片(7)至葉片室口后口邊(12)，最后一片葉片(7)形成葉片室后端面(13)，在圖5所示實施例中，葉片室殼(14) 將葉片⑵覆蓋于葉片室(15)中使工作氣流僅能由葉片室口(6)進出，形成一個完整葉片室(15)，三個葉片室(15)結構相同，相鄰兩葉片室口(6)間距大于葉片室口(6)弧長。在圖2、圖3所示實施例中，定子盤工作面(4)與轉子盤(2)三個葉片室口(6)相對應的部分沿轉子盤功率輸出軸的設定旋轉方向同心圓周順序設置進氣口(16)、噴嘴燃燒室口(17) 和排氣口(18)，進氣口(16)外側連接設置有進氣道(19)，噴嘴燃燒室采用封閉入口的軸流式渦輪定子噴嘴結構，噴嘴燃燒室內(nèi)安裝有不高于定子盤工作面(4)的點火器 (22)和燃料噴射器(23)，排氣口 (18)外側連接設置有排氣道(M)，在圖2所示實施例中， 為減少工作氣流氣體泄漏損失，轉子盤中心軸(3)與葉片室口(6)間距之間的轉子盤工作面(5)與對應定子盤工作面(4)設有內(nèi)環(huán)動密封環(huán)(25)，葉片室口(6)與轉子盤外沿間距之間的轉子盤工作面( 與對應定子盤工作面(4)設有外環(huán)動密封環(huán)( )，在圖6所示實施例，為內(nèi)、外動密封環(huán)構造，在圖2所示實施例中，為減少進氣口(16)、噴嘴燃燒室口(17) 和排氣口(18)工作氣流氣體泄漏損失與互相干擾，定子盤工作面(4)進氣口(16)、噴嘴燃燒室口(17)和排氣口(18)三口之間設有徑向密封片槽( )，在圖7所示實施例中，徑向密封片槽09)內(nèi)裝有彈簧(30)支撐的徑向密封片(31)，徑向密封片(31)用以封閉轉子盤工作面(5)與定子盤工作面(4)之間的間隙，徑向密封片槽09)的長度不大于內(nèi)環(huán)動密封環(huán) (25)與外環(huán)動密封環(huán)06)在定子盤工作面的徑向間距，另外徑向密封片密封與內(nèi)、外環(huán)動密封環(huán)密封可以采用其它能起到同類密封作用的密封結構，在圖1所示實施例中，裝于定子盤(1)罩住轉子盤O)的密封殼08)起到密封氣體保護機件的作用，以上結構構成有間隔葉片室的非透平渦輪轉子內(nèi)燃機之主體。有間隔葉片室的非透平渦輪轉子內(nèi)燃機工作是利用燃氣輪機渦輪的燃氣先在定子噴嘴中通過膨脹提高氣流速度，并把此高速氣流沿給定方向噴向轉子，在轉子葉輪中氣流的動能將轉換成機械功，既推動轉子旋轉做功的原理。在圖3.圖8所示實施例中，其工作狀態(tài)運行順序是增壓空氣00)進入進氣道(19)后，圖8-1所示實施例中，通過進氣口(16) 輸送給轉子盤工作面(5)的葉片室口(6)進入葉片室(1 完成進氣過程，圖8-2所示實施例中，轉子盤⑵沿功率輸出軸的設定轉向方向轉動將存留氣體的葉片室(15)的葉片室口 (6)與噴嘴燃燒室口(17)位置對應，噴嘴燃燒室內(nèi)燃料噴射器噴射燃料使之形成空氣與燃料的混合氣體完成混合過程，點火器0 點燃噴嘴燃燒室內(nèi)混合氣體生成燃氣，燃氣膨脹高速流經(jīng)噴嘴，噴嘴出口導向氣流噴向轉子盤工作面(5)葉片室口(6)內(nèi)設有的軸流式渦輪葉片(7)，氣流的動能將轉換成葉片弧形頭部(8)指向的非透平渦輪轉子盤( 沿輸出軸的設定轉向方向轉動做的機械功，完成點燃做功過程，圖8-3所示實施例中，轉子盤(2)做功后的葉片室(15)的葉片室口(6)轉到與排氣口(18)對應的位置，葉片室(1 內(nèi)燃燒后的廢氣(XT)通過排氣口 04)排出完成排氣過程，完成以上四個過程為一個工作循環(huán)，其中混合過程、點燃做功過程兩過程都在噴嘴燃燒室完成。因運行狀態(tài)時增壓空氣00)輸送在進氣道中(19)是不間斷保持無明顯中斷，所以轉子盤(2)其它葉片室(1 在不間斷增壓空氣OO)輸送支持下依次連續(xù)完成進氣過程、混合過程、點燃做功過程和排氣過程，四個過程形成完整工作循環(huán)，多次工作循環(huán)產(chǎn)生連續(xù)的圓周轉動，達到轉子盤(2)功率輸出軸功率的連續(xù)輸出。在圖9所示的另一個實施例中，另外可采用將燃料噴射器設置于進氣道(19) 的進氣道燃料噴射結構，完整工作循環(huán)四個過程順序變?yōu)榛旌线^程、進氣過程、點燃做功過程和排氣過程，也符合做功的原理。根據(jù)內(nèi)燃機對轉速與輸出功率變化的需求，實時對燃料噴射器03)兩次噴燃料之間轉過的葉片室(1 的數(shù)量進行調(diào)整用以達到減少燃料消耗的效果。為獲得更大的軸功率輸出，在圖10所示的另一個實施例中，以轉子盤( 三個葉片室(1 和與其相對應的定子盤(1)進氣口(16)、噴嘴燃燒室和排氣口(18)為一組，在同一工作盤面內(nèi)成組增加，在圖11所示的另一個實施例中，還可沿同一輸出軸成組增加。以上基本結構和原理也同樣適用于徑流式渦輪轉子內(nèi)燃機。
權利要求
1.一種轉子內(nèi)燃機，尤其是一種有間隔葉片室的非透平渦輪轉子內(nèi)燃機，其特征是， 定子盤的定子盤工作面與轉子盤的轉子盤工作面同軸心對應配合設置，轉子盤中心軸為功率輸出軸。轉子盤工作面以轉子盤中心軸為中心的同心圓周均勻間隔分布三個葉片室口， 葉片室口內(nèi)徑向安裝不少于四片的軸流式渦輪葉片，葉片弧形頭部指向輸出軸設定旋轉方向，每葉片室第一葉片為葉片室前端面，由葉片室口前口邊沿葉片室中心弧線均勻間隔且相同弧形頭部指向排列的相同葉片至葉片室口后口邊，最后一片葉片形成葉片室后端面， 葉片室殼將葉片覆蓋于葉片室中使工作氣流僅能由葉片室口進出，形成一個完整葉片室， 三個葉片室結構相同，相鄰兩葉片室口間距大于葉片室口弧長。定子盤工作面與轉子盤三個葉片室口相對應的部分沿轉子盤功率輸出軸的設定旋轉方向同心圓周順序設置進氣口、 噴嘴燃燒室口和排氣口，進氣口外側連接設置有進氣道，噴嘴燃燒室采用封閉入口的軸流式渦輪定子噴嘴結構，噴嘴燃燒室內(nèi)安裝有不高于定子盤工作面的點火器和燃料噴射器， 排氣口外側連接設置有排氣道，為減少工作氣流氣體泄漏損失，轉子盤中心軸與葉片室口間距之間的轉子盤工作面與對應定子盤工作面設有內(nèi)環(huán)動密封環(huán)，葉片室口與轉子盤外沿間距之間的轉子盤工作面與對應定子盤工作面設有外環(huán)動密封環(huán)，為減少進氣口、噴嘴燃燒室口和排氣口工作氣流氣體泄漏損失與互相干擾，定子盤工作面進氣口、噴嘴燃燒室口和排氣口三口之間設有徑向密封片槽，槽內(nèi)裝有彈簧支撐的徑向密封片，徑向密封片用以封閉轉子盤工作面與定子盤工作面之間的間隙，徑向密封片槽的長度不大于內(nèi)環(huán)動密封環(huán)與外環(huán)動密封環(huán)在定子盤工作面的徑向間距，另外徑向密封片密封與內(nèi)、外環(huán)動密封環(huán)密封可以采用其它能起到同類密封作用的密封結構，裝于定子盤罩住轉子盤的密封殼起到密封氣體保護機件的作用，以上結構構成有間隔葉片室的非透平渦輪轉子內(nèi)燃機之主體。有間隔葉片室的非透平渦輪轉子內(nèi)燃機工作是利用燃氣輪機渦輪的燃氣先在定子噴嘴中通過膨脹提高氣流速度，并把此高速氣流沿給定方向噴向轉子，在轉子葉輪中氣流的動能將轉換成機械功，既推動轉子旋轉做功的原理。其工作狀態(tài)運行順序是增壓空氣進入進氣道后通過進氣口輸送給轉子盤工作面的葉片室口進入葉片室完成進氣過程，轉子盤沿功率輸出軸的設定轉向方向轉動將存留氣體的葉片室的室口與噴嘴燃燒室口位置對應，噴嘴燃燒室內(nèi)燃料噴射器噴射燃料使之形成空氣與燃料的混合氣體完成混合過程，點火器點燃噴嘴燃燒室內(nèi)混合氣體生成燃氣，燃氣膨脹高速流經(jīng)噴嘴，噴嘴出口導向氣流噴向轉子盤工作面葉片室口內(nèi)設有的軸流式渦輪葉片，氣流的動能將轉換成葉片弧形頭部指向的非透平渦輪轉子盤沿輸出軸的設定轉向方向轉動做的機械功，完成點燃做功過程，轉子盤做功后的葉片室的葉片室口轉到與排氣口對應的位置，葉片室內(nèi)燃燒后的廢氣通過排氣口排出完成排氣過程，完成以上四個過程為一個工作循環(huán)，其中混合過程、點燃做功過程兩過程都在噴嘴燃燒室完成。因運行狀態(tài)時增壓空氣輸送在進氣道中是不間斷保持無明顯中斷，所以轉子盤其它葉片室在不間斷增壓空氣輸送支持下依次連續(xù)完成進氣過程、混合過程、點燃做功過程和排氣過程，四個過程形成完整工作循環(huán)，多次工作循環(huán)產(chǎn)生連續(xù)的圓周轉動，達到轉子盤功率輸出軸功率的連續(xù)輸出。
2.根據(jù)權利要求1所述的有間隔葉片室的非透平渦輪轉子內(nèi)燃機，其特征是另外可采用將燃料噴射器設置于進氣道的進氣道燃料噴射結構，完整工作循環(huán)四個過程順序變?yōu)榛旌线^程、進氣過程、點燃做功過程和排氣過程，也符合做功的原理。
3.根據(jù)權利要求1、2所述的有間隔葉片室的非透平渦輪轉子內(nèi)燃機，其特征是根據(jù)內(nèi)燃機對轉速與輸出功率變化的需求，實時對燃料噴射器兩次噴燃料之間轉過的葉片室的數(shù)量進行調(diào)整用以達到減少燃料消耗的效果。
4.根據(jù)權利要求1、2、3所述的有間隔葉片室的非透平渦輪轉子內(nèi)燃機，其特征是為獲得更大的軸功率輸出，以轉子盤三個葉片室和與其相對應的定子盤進氣口、噴嘴燃燒室和排氣口為一組，在同一工作盤面內(nèi)成組增加，還可沿同一輸出軸成組增加。
5.根據(jù)權利要求1、2、3、4所述的有間隔葉片室的非透平渦輪轉子內(nèi)燃機，其特征是 以上基本結構和原理也同樣適用于徑流式渦輪轉子內(nèi)燃機。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種有間隔葉片室的非透平渦輪轉子內(nèi)燃機。定子盤的定子盤工作面與轉子盤的轉子盤工作面同軸心對應配合設置，轉子盤中心軸為功率輸出軸，定子盤設有安裝燃料噴頭和點火器的噴嘴燃燒室，燃料噴頭噴出的燃料與空氣混合后由點火器點燃生成燃氣，燃氣膨脹高速流經(jīng)噴嘴，噴嘴導向氣流噴向轉子盤工作面葉片室口內(nèi)設有的軸流式渦輪葉片，氣流的動能將轉換成葉片弧形頭部指向的非透平渦輪轉子盤沿輸出軸的設定轉向方向轉動做的機械功，在不間斷增壓空氣支持下依次連續(xù)完成進氣過程、混合過程、點燃做功過程和排氣過程，四個過程形成完整工作循環(huán)，多次工作循環(huán)產(chǎn)生連續(xù)的圓周轉動，達到轉子盤中心軸功率的連續(xù)輸出。
文檔編號F02B53/02GK102168610SQ201010134070
公開日2011年8月31日 申請日期2010年2月26日 優(yōu)先權日2010年2月26日
發(fā)明者吳思 申請人:吳思