本發(fā)明涉及發(fā)動機技術領域，尤其涉及一種波轉子增壓器和具有該波轉子增壓器的發(fā)動機。

背景技術：

對于發(fā)動機，本領域技術人員不斷的在為改進其性能而努力。

發(fā)動機可包括燃氣渦輪發(fā)動機和活塞發(fā)動機等。對于燃氣渦輪發(fā)動機，不改變其結構的前提下，提升發(fā)動機性能主要依靠三種方法：提高壓氣機壓比、提高壓氣機與渦輪部件效率、提高峰值燃燒溫度。而對于活塞發(fā)動機，不改變其結構的前提下，提升性能則主要依靠提高壓縮比、提高峰值燃燒溫度的方法。

若允許改變發(fā)動機結構，提升性能的方法是在原有發(fā)動機上增加渦輪增壓器或回熱器。渦輪增壓器廣泛應用于活塞發(fā)動機中，以熱排氣驅動渦輪從而帶動壓氣機對進口氣流進行增壓，提升發(fā)動機性能，利用了機械增壓原理。燃氣渦輪發(fā)動機則主要采用回熱器，利用熱排氣對進口氣流進行加熱以提升發(fā)動機性能，利用了熱交換原理。

傳統(tǒng)型式燃氣渦輪發(fā)動機中的壓氣機與渦輪都屬于葉輪機械，是一種機械功與氣體內能進行轉化的設備，其氣動與結構方面的研究已非常深入，壓比提升困難、部件效率挖掘的潛力有限。對渦輪與燃燒室部件來說，受限于材料與冷卻，發(fā)動機循環(huán)溫度提升幅度也十分有限，且十分依賴高溫材料的發(fā)展，無法短期內獲得大幅提高。對活塞發(fā)動機而言，受活塞結構的限制，其壓比與峰值燃燒溫度均很難進一步提高。

渦輪增壓器采用機械式增壓，存在嚴重的滯后效應；渦輪增壓器中的渦輪與壓氣機由于氣動設計的限制，工作效率提升幅度有限；渦輪長期處在高溫排氣中，壽命短?；責崞餍柙O置流路復雜的熱交換管路，結構復雜，體積較大，重量較重，一般用于地面燃機、艦船燃機等對體積重量要求不高的場合，應用范圍較窄。

因此，需要開發(fā)一種能夠解決上述技術問題的用于發(fā)動機的相關裝置，以提高發(fā)動機的性能。

在所述背景技術部分公開的上述信息僅用于加強對本發(fā)明的背景的理解，因此它可以包括不構成對本領域普通技術人員已知的現(xiàn)有技術的信息。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個主要目的在于克服上述現(xiàn)有技術的至少一種缺陷，提供一種波轉子增壓器，以提高發(fā)動機性能。

本發(fā)明的另一個主要目的在于克服上述現(xiàn)有技術的至少一種缺陷，提供一種具有本發(fā)明波轉子增壓器的發(fā)動機，以提高發(fā)動機性能。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種波轉子增壓器：

一種波轉子增壓器，用于發(fā)動機，所述波轉子增壓器包括靜子件、波轉子和轉靜子密封裝置；所述靜子件包括靜子機閘、進氣端蓋和排氣端蓋；所述靜子機閘具有進氣端和排氣端；所述進氣端蓋固定連接于所述進氣端，所述進氣端蓋上設置有第一進氣端口和第二進氣端口；所述排氣端蓋固定連接于所述排氣端，所述排氣端蓋上設置有第一排氣端口和第二排氣端口；所述波轉子由驅動裝置帶動在所述靜子件內旋轉，所述波轉子包括轉子轂筒和傳動軸，所述轉子轂筒外圓周上均勻的分布有多個轉子通道；所述傳動軸連接于所述轉子轂筒，帶動所述轉子轂筒旋轉；所述轉靜子密封裝置，設置于所述波轉子與所述靜子件之間。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種發(fā)動機，其具有上述的波轉子增壓器。

由上述技術方案可知，本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果在于：本發(fā)明的波轉子增壓器，其增壓原理是不同能量密度的氣體瞬間接觸產生的激波、膨脹波與氣體分界面的波系作用，這種能量交換方式速度極快、效率高，與渦輪增壓器機械式增壓相比能量轉化速度更快、能量轉化率更高，從而能夠大幅度提高發(fā)動機性能。

附圖說明

通過結合附圖考慮以下對本發(fā)明的優(yōu)選實施例的詳細說明，本發(fā)明的各種目標、特征和優(yōu)點將變得更加顯而易見。附圖僅為本發(fā)明的示范性圖解，并非一定是按比例繪制。在附圖中，同樣的附圖標記始終表示相同或類似的部件。

圖1為本發(fā)明實施例的波轉子增壓器中的波轉子原理示意圖。

圖2為本發(fā)明第一實施例的波轉子燃氣輪機的原理示意圖。

圖3為本發(fā)明第二實施例的波轉子活塞發(fā)動機的原理示意圖。

圖4為本發(fā)明實施例的波轉子中徑截面二維展開圖。

圖5為本發(fā)明實施例的波轉子增壓器的軸向截面示意圖。

圖6為本發(fā)明實施例的波轉子增壓器的篦齒封嚴結構示意圖。

圖7為本發(fā)明實施例的波轉子增壓器的轉子轂筒示意圖。

圖8為本發(fā)明實施例的波轉子增壓器的轉子轂筒示意圖。

圖9為本發(fā)明實施例的波轉子增壓器的端蓋及端口示意圖。

圖10為本發(fā)明實施例的波轉子增壓器的主視示意圖。

圖11為本發(fā)明實施例的波轉子增壓器的主視剖視示意圖。

其中，附圖標記說明如下：

1 波轉子

10 傳動軸

11 短軸

12 轉子轂筒

120 轉子通道

121 花鍵

13 保護蓋

14 軸承內定位環(huán)

15 軸承外定位環(huán)

16 軸承蓋

17 軸承內環(huán)固定套

18 皮帶輪

181 皮帶輪限位環(huán)

2 靜子件

20 靜子機閘

21 進氣端蓋

22 排氣端蓋

23 固定螺栓

24 固定螺釘

3 轉靜子密封裝置

31 第一篦齒封嚴結構

32 第二篦齒封嚴結構

33 第三篦齒封嚴結構

34 L型篦齒盤

35 I型篦齒盤

36 篦齒

37 軸向篦齒

38 徑向篦齒

4 發(fā)動機

41 渦輪

42 燃燒室

43 壓氣機

44 氣缸

5 端口

51 第一進氣端口

52 第二進氣端口

54 第一排氣端口

55 第二排氣端口

具體實施方式

現(xiàn)在將參考附圖更全面地描述示例實施方式。然而，示例實施方式能夠以多種形式實施，且不應被理解為限于在此闡述的實施方式；相反，提供這些實施方式使得本發(fā)明將全面和完整，并將示例實施方式的構思全面地傳達給本領域的技術人員。圖中相同的附圖標記表示相同或類似的結構，因而將省略它們的詳細描述。

在說明本發(fā)明或本發(fā)明優(yōu)選實施例的元件時，詞“一”、“一個”、“該”以及“所述”意欲指的是存在著一個或更多個元件。術語“包括”、“包含”和“具有”等意欲是開放性的且指的是除了所列出的元件之外還可存在其它元件。

本發(fā)明實施例的波轉子增壓器，可用于但并不局限于用于本發(fā)明實施例的發(fā)動機4，也可以用于除發(fā)動機領域之外的其他領域；本發(fā)明實施例的發(fā)動機4，具有本發(fā)明實施例的波轉子增壓器。本發(fā)明實施例的發(fā)動機4，例如為航空發(fā)動機，既可為波轉子燃氣輪機，也可為波轉子活塞發(fā)動機。

如圖1-圖9所示，本發(fā)明實施例的波轉子增壓器，主要包括波轉子1、靜子件2、轉靜子密封裝置3和端口5。其中，靜子件2固定設置，波轉子1又可稱為轉子件，波轉子1可由電機帶動，在靜子件2內旋轉。轉靜子密封裝置3設置于靜子件2與波轉子1之間，可包括多個篦齒封嚴結構。

其中，如圖5所示，靜子件2主要包括靜子機閘20、進氣端蓋21和排氣端蓋22。靜子機閘20具有進氣端和排氣端，進氣端蓋21固定連接于靜子機閘20的進氣端，而排氣端蓋22固定連接于靜子機閘20的排氣端。靜子機閘20與進氣端蓋21之間、靜子機閘20與排氣端蓋22之間可通過止口進行定位，并通過固定螺栓23進行固定連接。端口5則設置在進氣端蓋21和排氣端蓋22上。

如圖5、圖8所示，波轉子1主要由轉子轂筒12、傳動軸10和短軸11等組成，波轉子1可為雙軸承簡支結構。與靜子件2的進氣、排氣方向一致，轉子轂筒12的兩側可區(qū)分為進氣側和排氣側，轉子轂筒12的進氣側由短軸11支撐，轉子轂筒12的排氣側與傳動軸10連接，轉子轂筒12與傳動軸10、短軸11可使用花鍵121與螺栓連接，傳動軸10、短軸11可分別配裝一個球軸承，球軸承可采用脂潤滑。

轉子通道120是一系列圍繞軸(傳動軸10)旋轉的面積固定的流體通道，而轉子轂筒120像一個圓柱形的轂筒。轉子轂筒12旋轉，轉子通道120周期性的向兩側端蓋上的端口5開放，從而控制流體進出。

一定數(shù)量的轉子通道120構成的轉子轂筒12可由電機(圖中未示出)帶動繞軸旋轉，轉子通道120為軸向直流通道，一個端口5對應多個相鄰的轉子通道120，或者說一個端口5在端蓋周向上的跨度，等于或大于幾個相鄰的轉子通道120在轉子轂筒12周向上的跨度，或者說是多個相鄰的轉子通道120會同時向同一個端口5開放。各所述端口5曲線延伸，即各所述端口5的軸線為曲線。端口5的軸線的切線與轉子通道120的軸線成一定角度，該角度按照端口5內氣體狀態(tài)參數(shù)與波轉子1旋轉線速度確定。

各個端口5內氣體速度可分為軸向速度(如圖4中的X方向分量)與徑向速度(Y方向分量)，調節(jié)各個端口角度，使4個端口內氣體徑向速度(Y方向分量)與轉子通道旋轉的線速度均保持一致，從而可保證端口1、端口2內氣體進入通道時，氣體在通道內沿軸向運動，不對通道壁面造成沖擊損失，也可保證氣體從通道內進入端口4、端口5時，不對端口壁面造成沖擊損失。

如圖1-圖3所示，本發(fā)明實施例的波轉子增壓器為四端口通流型式，端口5包括進氣端口、排氣端口各兩個，包括第一進氣端口51和第二進氣端口52、第一排氣端口54和第二排氣端口55，第一進氣端口51和第二進氣端口52均可通過固定螺釘24連接在固定的進氣端蓋21上，第一排氣端口54和第二排氣端口55均可通過固定螺釘24連接在固定的排氣端蓋22上。

第一進氣端口51、第二進氣端口52、第一排氣端口54、第二排氣端口55等四個端口的上下端之間的距離、角度等空間幾何位置，決定于轉子通道120內激波、膨脹波、氣體分界面等形成的波系幾何圖像。激波、膨脹波、氣體分界面等形成的波系幾何圖像決定于第一進氣端口51、第二進氣端口52、第一排氣端口54、第二排氣端口55給定的設計狀態(tài)，設計狀態(tài)按照波轉子增壓器實際應用時的需要確定。

如圖2所示，本發(fā)明第一實施例的發(fā)動機，為波轉子燃氣輪機，其包括渦輪41、燃燒室42和壓氣機43等，第一進氣端口51連接燃氣輪機的壓氣機43出口，第二進氣端口52則連接燃燒室42出口，第一排氣端口54連接燃燒室42進口，而第二排氣端口55連接渦輪41進口。

本實施例的波轉子燃氣輪機中，來自燃氣輪機的壓氣機43的壓縮空氣通過第一進氣端口51進入波轉子1，在電機帶動旋轉的轉子通道120內進一步受到壓縮，經(jīng)過壓縮后通過第二排氣端口55進入燃燒室42。這樣，燃燒的壓力和溫度將升高。熱燃氣離開燃燒室42后通過第二進氣端口52進入波轉子1并對來自壓氣機43的空氣進行壓縮。熱燃氣將能量轉移到來自壓氣機43的空氣中后，膨脹并通過第一排氣端口54進入后面的渦輪41。由于燃燒后的氣體在波轉子1內提前得到膨脹，因此進入渦輪41后的溫度比燃燒室42出口的低。但是因為氣體在波轉子1中進行了增壓過程，所以燃氣的壓力比壓氣機43出口的壓力高。通常，渦輪41進口總壓比壓氣機43出口的壓力高15％～20％。利用波轉子1增壓后，從渦輪41中提取的功更多，因此增加了發(fā)動機的總熱效率和單位流量功率。

本發(fā)明的發(fā)動機還可以有以下的第二實施例。

如圖3所示，本發(fā)明第二實施例的發(fā)動機4，為波轉子活塞發(fā)動機，其包括活塞和氣缸44等。

本實施例的波轉子活塞發(fā)動機工作過程與第一實施例的波轉子燃氣輪機類似，所不同的是，進入第一進氣端口51的空氣為活塞吸入的常壓空氣，而波轉子增壓器由第一排氣端口54排氣到外界中。常壓空氣通過第一進氣端口51進入波轉子增壓器，在電機帶動旋轉的轉子通道120內進一步受到壓縮，經(jīng)過壓縮后通過第二排氣端口55進入發(fā)動機的氣缸44中燃燒。這樣，燃燒的壓力和溫度將升高。熱燃氣離開發(fā)動機的氣缸44后通過第二進氣端口52進入波轉子1并對第一進氣端口51吸入的空氣進行壓縮。熱燃氣將能量轉移到吸入的空氣中后，膨脹并通過第一排氣端口54排出。波轉子1提升的是進入發(fā)動機中燃燒的氣體的溫度與壓力，與傳統(tǒng)的渦輪增壓器作用一樣，但原理不同，效率更高。

如圖5所示，本發(fā)明實施例的波轉子增壓器還可包括保護蓋13、軸承內定位環(huán)14、軸承外定位環(huán)15、軸承蓋16、軸承內環(huán)固定套17和皮帶輪18等。其中，保護蓋13、軸承內定位環(huán)14、軸承外定位環(huán)15、軸承蓋16、軸承內環(huán)固定套17可設置于傳動軸10、短軸11的軸端；而電機則通過皮帶輪18驅動傳動軸10旋轉，皮帶輪18的軸端可設置有皮帶輪限位環(huán)181。

再介紹一下本發(fā)明實施例的波轉子增壓器中的轉靜子密封裝置3，其可包括第一篦齒封嚴結構31、第二篦齒封嚴結構32和第三篦齒封嚴結構33，但本發(fā)明并不局限于此。

如圖6、圖7和圖8所示，轉子轂筒12的外周面兩端設置有篦齒36，篦齒36與進氣端蓋21、排氣端蓋22對應位置的石墨涂層組成第一篦齒封嚴結構31，防止轉子轂筒12與靜子機匣20、進氣端蓋21、排氣端蓋22之間的徑向間隙氣流的泄露。

如圖6、圖8所示，電機軸10與短軸11上可使用螺釘固定有L型篦齒盤34，L型篦齒盤34設計有軸向篦齒37與徑向篦齒38一共兩排篦齒，其中，端蓋(包括進氣端蓋21和排氣端蓋22)上與徑向篦齒38對應位置則設置有I型篦齒盤35，徑向篦齒38與I型篦齒盤35交錯排布，形成第二篦齒封嚴結構32，這里，第二篦齒封嚴結構32是一種徑向篦齒封嚴結構；而軸向篦齒37則與端蓋組成第三篦齒封嚴結構33。第二篦齒封嚴結構33和第三篦齒封嚴結構33這兩道篦齒，防止端口5與轉子轂筒12之間的軸向間隙氣流的泄露，同時保持軸承腔內的壓力。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明實施例的波轉子增壓器，其增壓原理是不同能量密度的氣體瞬間接觸產生的激波、膨脹波與氣體分界面的波系作用，這種能量交換方式速度極快、效率高，與渦輪增壓器機械式增壓相比能量轉化速度更快、能量轉化率更高。換熱器主要進行的是熱量交換，對氣體壓力提升不大，波轉子增壓器可同步提升氣體溫度與壓力。

應理解，以上描述的多個示例可沿多個方向(如傾斜、顛倒、水平、垂直，等等)并且以多個構造被利用，而不背離本發(fā)明的原理。附圖中示出的實施例僅作為本發(fā)明的原理的有效應用的示例而被示出和描述，本發(fā)明并不限于這些實施例的任何具體的細節(jié)。

當然，一旦仔細考慮代表性實施例的以上描述，本領域技術人員就將容易理解，可對這些具體的實施例做出多種改型、添加、替代、刪除以及其他變化，并且這些變化在本發(fā)明的原理的范圍內。因此，前面的詳細描述應被清楚地理解為是僅以說明和示例的方式來給出的，本發(fā)明的精神和范圍僅由所附權利要求書及其等同物限定。