对转旋喷发动机制造技术

一种能显著提高热效率，降低污染排放、制造成本和维护费用的对转旋喷发动机。它是利用发动机的旋转喷气涡轮从切向喷口高速喷出燃气而使旋转喷气涡轮自身反向旋转从而实现将燃气内能转换成机械能的原理而进行工作的，同时它还利用切向冲击涡轮回收旋转喷气涡轮喷出后的燃气动能，利用回热器实现回热循环，采用对转轴流和对转离心压气技术获得高的总增压比，采用旋转火焰筒技术获得高的涡轮前燃气温度，采用新颖的结构设计大幅减少零部件数目和贵重材料的消耗，采用圆锥齿轮－超越离合器动力合流机构实现旋转喷气涡轮和切向冲击涡轮机械能的动力合流输出，因此具有很高的能量转换效率、较低的制造成本和污染排放。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及轴功率发动机，特别指车用、船用、航空用、发电机组和工程机械用轴功率 发动机。
技术介绍
目前，公知的轴功率发动机追求的性能目标是尽可能高的热机效率、尽可能低的排气 污染和制造成本。对于涡轴发动机来说，实现高热效率的途径是，提高总增压比，提高涡轮 前燃气温度；实现低排气污染的途径是，提高燃烧效率；实现低制造成本的途径是，简化结 构，降低材料成本和工艺成本。但是，传统的涡轴发动机的压气机采用单旋向转子叶片和静 子叶片组成一个压气单级，单级增压比较低，制造成本却很高；继续提高涡轮前燃气温度， 将使燃烧室火焰筒和涡轮工作环境更加恶劣，并且，采用高的总增压比使燃烧室进口气流温 度升高，降低了冷却气流的吸热能力，这使得传统的火焰筒、涡轮冷却技术不再有效。提高热效率的另一途径是增加回热循环。从提高热效率角度来说，回热器只能装在涡轮 出口后，从压气机出口引导气流进入回热器，换热后再将气流送回燃烧室入口。现有的涡轴 发动机燃烧室入口到涡轮出口有相当一段距离，需要设计复杂的气流通道来回输送气流。气 流通道和回热器不但要增加发动机的重量和体积，还要增大总压损失，从而抵消了回热器带 来的效益，这也是传统的涡轴发动机至今没有采用回热循环的原因所在。
技术实现思路
为了克服现有的涡轴发动机单旋向压气机压气效率低，火焰筒和涡轮工作环境恶劣，不 能实现回热循环等不足，本专利技术提供一种对转旋喷发动机，该发动机不仅能大幅度提高发动 机的热效率和降低制造成本，还能降低有害气体排放和降低寿命期使用维护费。本专利技术解决其技术问题所采取的技术方案是1、利用NGW负号机构驱动对转轴流压气 机进行对转轴流压气；2、设置一个一端能轴向进气、另一端有离心压气叶片、周向有切向喷 口的零件——旋转喷气涡轮，涡轮内表面和喷口内表面喷有热障涂层，其外圈另设置一个一 端有切向涡轮叶片、中间有离心压气叶片的零件——切向冲击涡轮，并使二者嵌合，旋转喷 气涡轮的切向喷口与切向冲击涡轮的切向涡轮叶片相对应，旋转喷气涡轮的离心压气叶片与 切向冲击涡轮的离心压气叶片相对应，利用旋转喷气涡轮和切向冲击涡轮驱动对转离心压气 机进行对转离心压气；3、设置两个火焰筒并固联在旋转喷气涡轮上，火焰筒的内、外壁上开 有许多轴线平行于切向但不过切点的小孔，外壁小孔前移，内壁小孔后移(顺着切向看)，利 用发动机工作时火焰筒的旋转将冷却气流撞进火焰筒形成旋转气壁，从而改善火焰筒和涡轮 的工作环境，同时提高燃烧效率；4、利用旋转喷气涡轮将燃气内能转换成机械能，利用切向 冲击涡轮回收旋转喷气涡轮后燃气动能；5、在切向冲击涡轮外圈空间设置回热器，增加回热 循环，回热器采用翅片式换热管，其端部空腔可作为离心压气机的径向扩压器，换热管管内 空腔则可作为轴向扩压器；6、设置圆锥齿轮-超越离合器机构，利用其实现起动力矩的输入 和切向冲击涡轮机械能与旋转喷气涡轮机械能的动力合流输出。发动机起动时，起动/发电机通过中介圆锥齿轮将扭矩输入到圆锥齿轮-超越离合器机构 和NGW负号机构，分别驱动对转轴流压气机和对转离心压气机开始对转压气，气流经轴流、 离心对转压气后进入回热器扩压，扩压后进入燃烧室。 一部分气流经火焰筒内、外壁上的小 孔进入环形燃烧室， 一部分与燃油喷嘴喷出的燃油掺混，被电火花点燃开始燃烧，产生高温 高压燃气，从旋转喷气涡轮的切向喷口高速喷出，在动量矩作用下旋转喷气涡轮开始反向旋 转(相对于燃气速度方向)。喷出的燃气冲击在切向冲击涡轮的叶片上使切向冲击涡轮开始同向旋转(相对于燃气速度方向)。发动机达到自持转速后切断起动电流，反过来由切向冲击涡 轮驱动起动/发电机继续旋转，起动/发电机开始发电，发动机进入正常工作状态。正常工作时，气流经轴流、离心对转压气后进入回热器， 一边扩压一边吸收换热管管壁的热量，同时 冷却换热管外的涡轮后燃气，内能得到很大提高，然后进入燃烧室并分为三路，第一路经燃 油喷嘴与燃油混合后喷入火焰筒成为油气掺混气流并燃烧，第二路由火焰筒头罩与火焰筒壁 之间缝隙进入火焰筒成为助燃气流，第三路则进入燃烧室内、外壳与火焰筒内、外壁之间成 为冷却气流。油气掺混气流在火焰筒内燃烧后成为高温高压燃气，沿轴向进入旋转喷气涡轮 内，然后转为径向流动，流入旋转喷气涡轮外側的切向喷口。热燃气在喷口内转弯、膨胀， 以很高的速度沿切向喷出，在动量矩作用下使旋转喷气涡轮高速反向(与燃气速度方向相反) 旋转，完成燃气内能第一次向机械能的转换，机械能则通过旋转喷气涡轮外表面的压气叶片 传递给旋喷涡轮盘，再经主轴向外输出。从切向喷口喷出的燃气则以很高的速度冲向嵌合在 旋转喷气涡轮外圈的切向冲击涡轮叶片，把动能传递给切向冲击涡轮，使切向冲击涡轮高速 同向(与燃气速度方向相同)旋转，实现燃气内能第二次向机械能的转换。切向冲击涡轮把 机械能经圆锥齿轮传递给起动/发电机发电，剩余机械能传给超越离合器的外环使其一起旋 转。若此时超越离合器外环转速小于内环转速(内环与主轴固接)，离合器超越，负载由旋转 喷气涡轮单独驱动。若负载增大，主轴转速下降，超越离合器外环转速大于内环转速时，离 合器接合，负载由旋转喷气涡轮和切向冲击涡轮共同驱动。做功后的燃气进入回热器内腔， 在回热器里通过换热管管壁与从压气机出来的新鲜空气进行热交换，加热新鲜空气而自身被 冷却，最后排入大气完成热力循环。发动机停车时，切断燃油供给，对转涡轮失去动力来源， 转速下降。这时，由控制系统给出信号，起动/发电机进入起动状态，继续驱动压气机旋转， 冷却回热器和燃烧室直至其温度下降到设定温度，最后切断电源，起动/发电机停止工作，发 动机完全停车。本专利技术的有益效果是1、通过采用对转压气技术，压气效率提高，气流流程縮短，总压 损失减小，从而获得高的总增压比；对转压气无静子叶片，转子支撑轴向距离短，结构紧凑， 旋转稳定;2、通过采用旋转火焰筒技术，总压恢复系数高，提高了燃烧温度；由于存在旋转 气壁，减小了对燃油喷嘴雾化效果的依赖，保证了即使在慢车状态雾化性能仍然相当良好， 燃烧稳定范围宽，燃油燃烧连续干净彻底，并能使用多种燃料；火焰筒和旋转喷气涡轮温度 分布均匀，热应力小，不容易产生蠕变屈曲和裂纹，使用寿命长，火焰筒可以采用相对廉价 材料制造；由于是短直流环形燃烧室，燃气在高温区停留时间短，氮氧化合物排放低；3、通 过采用对转涡轮技术，能量转换效率提高，并且能有效地抑制涡轮噪声，抵消陀螺力矩；4、 采用对转涡轮和对转离心压气后，使得涡轮出口与压气机出口仅一壁之隔，利用燃气加热空 气和利用空气冷却燃气变得简单易行，轻松实现回热循环；由进气道、对转压气机、径向扩 压器组成的气流通道，巧妙地将发动机高温部件与其他部件隔开，使得其他部件的工作环境 变得非常适宜，润滑、冷却变得非常简单；5、通过采用新颖的结构设计，减少了零部件数目， 零件效率高。回热器中的换热管管与管之间的间隙和波瓣式集气壳构成了涡轮后燃气的排气 通道，有着良好的消音效果；换热管管内通道则构成了进气气流的轴向扩压器；换热管的翅 片即能扩大热交换面积，又能对涡轮后燃气扰流，降低排气速度和改善气流混合因此，回 热器既是热交换器，也是扩压器，还是消声器；旋转喷气涡轮上的散热翅片，其实就是离心 压气机的压气叶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对转旋喷发动机，在回热器的一端装有进气机匣，进气机匣内装有ＮＧＷ机构，另一端装有圆锥齿轮－超越离合器动力合流机构，在回热器的内腔，装有对转轴流压气机、对转离心压气机、环形燃烧室、旋转火焰筒、对转涡轮，其特征是：环形燃烧室内壳的内腔装有对转轴流压气机，其出口与对转离心压气机进口相对应，对转离心压气机出口与回热器一端腔相通，回热器另一端腔与环形燃烧室进气口相通，环形燃烧室内装有旋转火焰筒，旋转火焰筒与对转涡轮中的旋转喷气涡轮固联，对转涡轮通过各自的轴系分别与圆锥齿轮－超越离合器动力合流机构中对应的圆锥齿轮和超越离合器内环连接，圆锥齿轮－超越离合器动力合流机构中的中介圆锥齿轮籍花键与起动／发电机相连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡盛龙，
申请(专利权)人：蔡盛龙，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]