專利名稱：旋轉變容式膨脹壓氣發(fā)動機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及到一種新型發(fā)動機領域，特別涉及到一種旋轉變容式膨脹壓氣發(fā)動機
背景技術：
目前，主要發(fā)動機可以分為如下類型內燃機(柴油機、汽油機、煤氣機)動力裝 置；蒸汽動力裝置，通常指蒸汽輪機；燃氣輪機(航空、艦船、上業(yè)用)動力裝置(燃機)；內 燃機是燃料在汽缸內與吸入的空氣混合燃燒，推動活塞往復運動，借助曲柄、連桿，將往復 運動轉變?yōu)樾D運動而對外輸出功率。應用范圍很廣，但結構復雜，設備笨重，且對燃料要 求較高(一般采用柴油或汽油)。蒸汽輪機雖然可以采用各種燃料(如煤、渣油、甚至垃圾) 但結構復雜，且小型蒸汽動力裝置循環(huán)熱效率效低。燃氣輪機是經空氣為介質，靠高溫燃氣 推動渦輪(透平)機械連續(xù)做功的大功率、高性能動力機械，但設備制造復雜，則壓縮比不 大，且對燃料要求較高。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種以天然空氣或氦氣為工質的新型回轉式發(fā)動機，即一種 旋轉變容式膨脹壓氣發(fā)動機。本發(fā)明旋轉變容式膨脹壓氣發(fā)動機，包括殼體1、兩端大小圓柱型凸輪及隔套、 轉子軸7，滑片5及耐高溫軸承6，所述轉子軸的盤形轉子上裝有滑片5，轉子軸通過陶瓷軸 承或者氣體動壓螺旋槽型徑向軸承與軸兩端的大小圓柱型凸輪及隔套相連，再用殼體1把 轉子軸和滑片及兩端的大小圓柱型凸輪和隔套封裝于內，構成了旋轉變容式膨脹壓氣發(fā)動 機。所述殼體1是由圓柱形管1. 1和套在管兩端帶內槽的圓環(huán)排氣腔1. 2(圓環(huán)上面 設膨脹排氣孔B)和進氣腔1. 3組成(圓環(huán)上設壓氣進氣孔C)。所述兩端的大小圓柱型凸輪及隔套，區(qū)分為膨脹端與壓氣端。膨脹端大小圓柱型 凸輪及隔套，由其中小圓柱型凸輪2放在大圓柱型凸輪4中(其中小圓柱型凸輪2上設有 膨脹進氣孔A)，大小圓柱型凸輪最高點互成180度，大小圓柱型凸輪中間用隔套3隔開，形 成兩個大小不等的兩個空腔。其中膨脹端隔套上開有相通的圓孔，實現(xiàn)兩個空腔相通，構成 了一個兩極膨脹空間。壓氣端大小圓柱型凸輪及隔套，裝有與殼體膨脹端完全相同的兩個 大小圓柱型凸輪2’、4’，其中小圓柱型凸輪2’放在大圓柱型凸輪4’中，且互成180度。此 兩個大小圓柱型凸輪與左邊大小圓柱型凸輪安裝方向也互成180度，實現(xiàn)了左右兩邊圓柱 型凸輪的兩個曲面是等距離，以便等長滑片能在圓柱型凸輪的兩個曲面上滑動。壓氣端大 小圓柱型凸輪中間用隔套3’隔開，形成兩個大小不等的兩個空腔。其中隔套上無相通的圓 孔，構成了兩極壓縮空間。所述轉子軸7及滑片5，轉子軸7的盤型轉子上開內外兩圈通孔，每圈為4個菱形 孔，孔內裝有直線滾動導軌，導軌中采用陶瓷球做滾動體(以便耐高溫)，使得裝入孔中的 菱形滑片5減小摩擦力的滑動，裝入孔內的滑片5，其兩頭開有裝直線彈片的槽，槽內放入耐高溫的彈片，后把耐磨刮片裝入槽內，使刮片能在開槽內能自由伸縮，以實現(xiàn)刮片能起到很好的密封作用。轉子軸的軸兩端與小圓柱型凸輪之間安裝有耐高溫陶瓷軸承或氣體動壓 螺旋型徑向軸承6，同時圓柱型凸輪與軸之間，隔套與轉子之間以及轉子兩端采用迷宮型密 封。以減少氣體泄露損失。本發(fā)明旋轉變容式膨脹壓氣發(fā)動機是這樣實現(xiàn)的旋轉式膨脹壓縮機主要是由機殼1，大圓柱型凸輪4、4’，小圓柱型凸輪2、2’，轉子 軸7，滑片5及隔套3、3’組成。旋轉式膨脹壓縮機的膨脹端小圓柱型凸輪2上開有進氣孔 A，機殼1上膨脹端有膨脹排氣孔B，機殼1壓縮端上有壓縮機進氣孔C，小圓柱型凸輪2’上 有壓縮排氣孔D。壓縮端大圓柱型凸輪4’上還有中間排氣孔E，壓縮端小圓柱型凸輪2’上 還有冷卻氣進氣孔F，轉子軸7轉子膨脹端面與機殼1內表面，大、小圓柱型凸輪2、4曲面以 及圓柱型凸輪之間的隔套3內外表面組成了大小不等的兩個膨脹空腔。而在這兩個膨脹空 腔中裝有滑片把每個空腔分成了四個小的膨脹基元容積。轉子軸7轉子壓縮端面與機殼1內表面，大、小圓柱型凸輪2’、4’曲面以及圓柱型 凸輪之間的隔套3’內外表面組成了大小不等的兩個壓縮空腔。而在這兩個壓縮空腔中裝 有滑片把每個空腔分成了四個小的壓縮基元容積。高溫壓縮的氣體工質由膨脹端小圓柱型凸輪2進氣孔A進入，經過小膨脹基元容 積變化膨脹做功后，以一定的壓力排入大膨脹基元容積變化進一步做功，做完功的氣體經 排出口 B排出冷卻，機殼另一端為壓縮端，低溫低壓的氣體工質由進氣口 C吸入，經過大的 壓縮腔進入壓縮基元容積，經過漸縮基元容積實現(xiàn)壓縮，被壓縮氣體由排出口 E排出冷卻， 冷卻后的壓縮工質氣體由進氣口 F進入小壓縮腔的壓縮基元容積，通過壓縮基元容積縮小 再進一步壓縮，壓縮后的氣體工質以一定的壓力經排氣口 D排出，以實現(xiàn)多變壓縮，節(jié)省壓 縮功。經壓縮后的氣體再進入加熱裝置，加熱后再進入膨脹端，進行下一次的絕熱膨脹循環(huán) 做功。此旋轉變容式膨脹壓氣發(fā)動機可以采用空氣為工質的開式循環(huán)，也可以采用氦氣做 工質的閉式循環(huán)。下面結合實例對本發(fā)明旋轉式變容膨脹壓氣發(fā)動機進行詳細描述

圖1為旋轉式膨脹壓縮機的剖面2為旋轉式膨脹壓縮機的剖面圖機殼3為旋轉式膨脹壓縮機圖1中圓柱型凸輪圖4為旋轉式膨脹壓縮機圖1中轉子軸5為旋轉式膨脹壓縮機圖1中滑片6為旋轉式膨脹壓縮機中隔套7為旋轉式膨脹壓縮機內圈滑片運動第一象限到第四象限的示意8為旋轉式膨脹壓縮機內圈滑片運動第一象限到第四象限的示意圖如圖1所示，左右邊各具有兩對圓柱型凸輪2、4和2’和4’，其中膨脹端小圓柱型 凸輪2裝入大圓柱型凸輪4內，且互成180度，中間裝入隔套3，當與中心轉子7膨脹端面，機 殼1內表面封閉時，膨脹端分別形成兩個大小不等的容積，兩個大小不等的容積通過隔套 的小孔相連，分別形成了兩級膨脹容積，而右端小圓柱型凸輪2’裝入大圓柱型凸輪4’內， 且互成180度，中間裝入隔套3’，當與中心轉子軸7轉子壓縮端面，機殼1內表面封閉時， 壓縮端分別形成兩個大小不等兩級壓縮容積，其中大圓柱凸輪上設有冷卻排氣口 E，小圓柱型凸輪上設有冷卻氣吸入口 F，再分別與膨脹端圓柱型凸輪兩兩互成180角裝入中心轉子 軸的兩端，通過耐高溫陶瓷軸承6或氣體動壓螺旋槽型徑向軸承與中心轉子軸7相連，使得 左右大、小兩個圓柱型凸輪兩兩相對的曲面組成等距，中心轉子軸中盤型轉子上開有8個 菱形孔，孔內預先裝有滾動直線導軌副(導軌副的滾動是靠安裝在導軌副里面的陶瓷球實 現(xiàn))，其中內外圈8塊滑片5插入安裝在中心轉子孔內，再通過外端機殼1用螺栓與兩端大 圓柱型凸輪4、4’相連，膨脹壓縮機的中心轉子軸7和兩端的圓柱型凸輪2、4和2’、4’中間 隔套3、3’便封裝在機殼內，通過長度相等的滑片組成了組成了整個的旋轉式膨脹壓縮機。圖2所示殼體1是由圓柱形管1. 1和套在管兩端帶內槽的圓環(huán)排氣腔1. 2(圓環(huán) 上面設膨脹排氣孔B)和進氣腔1. 3組成(圓環(huán)上設壓氣進氣孔C)。圖3所示為圓柱型凸輪，其中此零件曲面采用氮化硅陶瓷(SI3N4)做襯里，氮化硅 陶瓷具有良好的耐耐磨性及自潤滑性，高硬度，耐腐蝕，耐高溫，抗熱震性和耐熱疲勞性能 均優(yōu)良，絕熱性也很好。圖4所示為旋轉式壓膨脹壓縮機轉子軸7，轉子軸7轉子上開有滑片塊孔，分內圈 和外圈，滑片塊孔裝有滾動直線導軌(滾動導軌是由陶瓷球做滾珠具有耐高溫性能)，使氮 化硅陶瓷滑片能在孔內很小磨擦滑動。盤型轉子兩端面采用耐高溫氮化硅陶瓷與合金盤型 轉子連接。
圖5所示為旋轉式膨脹壓縮機滑片5，材料為氮化硅陶瓷，滑片兩端開有小槽，槽 內裝入耐高溫直線彈簧片5. 1，裝有耐高溫的氮化硅耐磨陶瓷做防磨塊5. 2。圖6所示為旋轉式膨脹壓縮機的膨脹端隔套3，隔套3采用氮化硅陶瓷材料，隔套 裝入大小圓柱型凸輪之間把兩個凸輪分隔從兩個大小不等的空間，中間用小孔相通，使氣 體能成小空間流入大空間，能更好的膨脹。右隔套中間無小孔
具體實施例方式如圖7所示，壓縮的氣體工質由A孔進入分兩路，一路經過小圓柱型凸輪內曲面到 葉片5. 2底部推動葉片向容積擴大的方向轉動，葉片靠此氣體壓力推動和轉子軸在轉動過 程中滑片受另一端曲面的推力及直線彈片作用而保證滑片能較緊密的抵在小圓柱型凸輪 的曲面內壁上，起到良好的密封作用，而壓縮氣體另一路經過小圓柱型凸輪內曲面到另一 葉片5. 1底部推動葉片向容積縮小方向轉動，壓縮氣體作用在滑片5. 1和5. 2上各產生相 反的轉矩，但是滑片5. 2伸出比較長(與滑片5. 1相比)作用面積大，產生的轉矩大于滑片 5. 1產生的轉矩，因此轉子在相應滑片上產生的轉矩差作用下按順時針方向轉動，當轉動到 最大基元容積作功后的氣體由隔套孔排出進入二級膨脹空腔進一步膨脹，如圖8所示，進 入二級膨脹空間的氣體對滑片做功原理如上所述，一定氣體作用在滑片5. 3和5. 4上各產 生相反的轉矩，但是滑片5.4伸出比較長(與滑片5.3相比)作用面積大，產生的轉矩大于 滑片5. 3產生的轉矩，因此轉子在相應滑片上產生的轉矩差作用下按順時針方向轉動，最 后經過二級膨脹后的氣體達到很低壓力，較少的對轉子做功為止。然后由機殼上的排氣孔 排出膨脹腔。機殼另一端為壓縮端，裝有與膨脹端兩個大、小完全相等圓柱型凸輪2’、4’，其中 小圓柱型凸輪2’放在大圓柱型凸輪4’中，大小圓柱型凸輪最高點互成180度，大小圓柱型 凸輪中間用隔套3’隔開，此時兩個大小圓柱型凸輪與膨脹端大小圓柱型凸輪的也互成180度，實現(xiàn)了左右兩邊圓柱型凸輪的兩個曲面是等距離(以便滑片能靈活的在膨脹腔與壓縮腔內移動)，轉子軸端面與機殼內表面，大、小圓柱型凸輪內曲面以及圓柱型凸輪之間的隔 套組成了大小不等的兩個壓縮空腔，而小圓柱型凸輪曲面與轉子軸端面、滑片以及隔套內 表面組成了若干個小的二級密封壓縮基元容積，而大圓柱型凸輪曲面與轉子軸端面、滑片 以及隔套外表面、機殼內表面組成了若干個大的一級密封壓縮基元容積。如圖8所示，當膨脹壓力的作用下帶動了轉子軸旋轉，轉子旋轉時，由于在壓縮或 膨脹端大圓柱型凸輪的曲面的推力以及滑片內彈片的作用下，使得滑片與壓縮端的大圓柱 型凸輪的曲面內壁緊貼，因此外圈滑片與大圓柱型凸輪的曲面內壁，轉子軸轉子端面，外殼 內壁面及隔套3’外表面組成了四個可變的基元容積，由于轉子的轉動，導致基元容積在轉 動一周之內容積由最小值逐漸變大，再由最大逐漸變小，直到最小，隨著轉子的旋轉，基元 容積逐漸增大，與吸氣孔C相通時開始吸氣，基元容積達到最大時吸氣結束，轉子繼續(xù)旋 轉，基元容積開始縮小，氣體被壓縮，當與大圓柱凸輪上排氣孔E相連通時開始排氣，排出 的氣體與二級壓縮室的進氣孔F吸入基元容積相通，如圖7所示，由大圓柱凸輪上排氣孔E 排出的氣體經冷卻后，再由小圓柱型凸輪F孔吸入，此時二級壓縮室基元容積最大開始吸 氣，轉子繼續(xù)順時針方向轉動，二級壓縮基元容積開始逐漸縮小，當二極壓縮滑片轉動180 度時，二級基元達到最小，此時與排氣孔D相通，當基元容積達到最小時排氣結束，轉子繼 續(xù)旋轉時，進入下一次吸氣壓縮過程。排出的氣體進入外部加熱裝置，對壓縮氣體加熱，力口 熱后的氣體再進入膨脹端，進行下一次的絕熱膨脹循環(huán)做功。此旋轉式膨脹壓縮發(fā)動機可 以采用空氣為工質的開式循環(huán)，也可以采用氦氣做工質的閉式循環(huán)。本發(fā)明旋轉變容式膨脹壓氣發(fā)動機的優(yōu)點是該裝置能采用高溫壓縮氣體驅動， 采用了陶瓷做隔熱材料，使很好的實現(xiàn)絕熱膨脹，此發(fā)動機中膨脹壓縮空間在整個裝置中 比重大，使得整體體積小，零部件少，且加工簡單，采用了陶瓷做材料，潤滑性能好，使得熱 能得到高效的利用，同時用在中溫高壓氣體驅動，出口溫度低，可以實現(xiàn)制冷，壓縮機端壓 縮氣體放出熱量還能提供熱水。且可以采用價廉易得的燃料，可利用太陽能及生物能作為 燃料。它的排氣污染少，噪聲低，這對于緩解世界對優(yōu)質能源的需求，減少污染無疑是有利 的。
權利要求
種旋轉變容式膨脹壓氣發(fā)動機，包括殼體1、兩端大小圓柱型凸輪及隔套、轉子軸7，滑片5及耐高溫軸承6，所述轉子軸的盤形轉子上裝有滑片5，轉子軸通過耐高溫陶瓷軸承或氣體動壓螺旋槽型徑向軸承與軸兩端的大小圓柱型凸輪及隔套相連，再用殼體1把轉子軸和滑片及兩端的大小圓柱型凸輪和隔套封裝于內，構成了旋轉變容式膨脹壓氣發(fā)動機。
2.根據權利要求1所述旋轉變容式膨脹壓氣發(fā)動機，其特征在于所述殼體1，包括 圓柱形管1. 1和套在管兩端帶內槽的膨脹端圓環(huán)排氣腔1. 2，和壓縮端進氣腔1. 3，膨脹端 圓環(huán)上面設排氣孔B，壓氣端圓環(huán)上設進氣孔C。
3.根據權利要求1所述旋轉變容式膨脹壓氣發(fā)動機，其特征在于所述兩端的大小圓 柱型凸輪及隔套，區(qū)分為膨脹端與壓氣端。膨脹端大小圓柱型凸輪及隔套，由其中小圓柱型 凸輪2放在大圓柱型凸輪4中，大小圓柱型凸輪最高點互成180度，大小圓柱型凸輪中間用 隔套3隔開，壓氣端大小圓柱型凸輪及隔套，裝有與殼體膨脹端完全相同的兩個大小圓柱 型凸輪2’、4’，其中小圓柱型凸輪2’放在大圓柱型凸輪4’中，且互成180度。此兩個大小 圓柱型凸輪與左邊大小圓柱型凸輪安裝方向也互成180度，實現(xiàn)了左右兩邊圓柱型凸輪的 兩個曲面是等距離，壓縮端大小圓柱型凸輪中間用隔套3’隔開。
4.根據權利要求1所述旋轉變容式膨脹壓氣發(fā)動機，其特征在于所述轉子軸7，轉子 軸7的盤型轉子上開內外兩圈通孔，每圈為4個菱形孔，孔內裝有直線滾動導軌，導軌中采 用陶瓷球做滾動體(以便耐高溫)，使得裝入孔中的菱形滑片5減小摩擦力的滑動。盤型轉 子兩端面采用耐高溫氮化硅陶瓷與合金盤型轉子連接
5.根據權利要求1所述旋轉變容式膨脹壓氣發(fā)動機，其特征在于滑片5，滑片其兩頭 開有裝直線彈片的槽，槽內放入耐高溫的彈片5. 1，后把耐磨刮片5. 2裝入槽內，滑片5與耐 磨刮片材料為氮化硅陶瓷。
6.根據權利要求1所述旋轉變容式膨脹壓氣發(fā)動機，其特征在于耐高溫軸承6，耐高 溫軸承6采用耐高溫氮化硅陶瓷軸承氣體動壓螺旋槽型徑向軸承。
7.根據權利要求3所述旋轉變容式膨脹壓氣發(fā)動機，其特征在于兩端的大小圓柱型 凸輪及隔套，大小圓柱型凸輪的內部曲面采用耐磨性及自潤滑性，高硬度，耐腐蝕，耐高溫， 抗熱震性和耐熱疲勞性能均優(yōu)良氮化硅陶瓷做襯里，而隔套材料全采用氮化硅陶瓷。
全文摘要
一種旋轉變容式膨脹壓氣發(fā)動機，包括殼體1、兩端大小圓柱型凸輪及隔套、轉子軸7，滑片5及耐高溫軸承6，所述轉子軸的盤形轉子上裝有滑片5，轉子軸通過耐高溫陶瓷軸承或氣體動壓螺旋槽型徑向軸承與軸兩端的大小圓柱型凸輪及隔套相連，再用殼體1把轉子軸和滑片及兩端的大小圓柱型凸輪和隔套封裝于內，構成了旋轉變容式膨脹壓氣發(fā)動機。
文檔編號F01C21/02GK101818665SQ20101013645
公開日2010年9月1日 申請日期2010年3月26日 優(yōu)先權日2010年3月26日
發(fā)明者劉方亮 申請人:劉方亮