[發(fā)明專利]一種提高渦輪發(fā)動機效率的方法及其裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410415779.3
• 申請日: 2014-08-18
• 公開（公告）號: CN104196571B
• 公開（公告）日: 2017-10-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 羅顯平
• 申請（專利權(quán)）人: 羅顯平
• 主分類號: F01C1/16
• 分類號: F01C1/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及轉(zhuǎn)子、發(fā)動機，進一步來說涉及一種由螺管轉(zhuǎn)子構(gòu)成的螺管轉(zhuǎn)子發(fā)動機。

背景技術(shù)

渦輪機是一種利用流體沖擊葉輪轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生動力的發(fā)動機，主要分為燃氣渦輪發(fā)動機、蒸氣渦輪發(fā)動機、水力渦輪發(fā)動機(即水輪機)、壓縮空氣渦輪發(fā)動機四種。當(dāng)我們不是追求渦輪發(fā)動機噴氣飛行推力，而是追求渦輪發(fā)動機把流動工質(zhì)的能量轉(zhuǎn)換為機械功的有效程度時，這時渦輪發(fā)動機的渦輪轉(zhuǎn)換能量能力基本上決定了這些渦輪發(fā)動機效率。現(xiàn)有技術(shù)的渦輪發(fā)動機廣泛裝備應(yīng)用在發(fā)電、飛機、船、動力等民用軍事領(lǐng)域，發(fā)揮著非常重要的作用。如何提高渦輪發(fā)動機效率？降低運行成本，珍惜能源，減小對環(huán)境污染，應(yīng)對氣候變化，是人類要解決的迫切問題。

燃氣渦輪發(fā)動機和蒸氣渦輪發(fā)動機有多方面的共同點與不同點。

共同點：燃氣渦輪發(fā)動機和蒸氣渦輪發(fā)動機都是通過熱力循環(huán)將流動工質(zhì)的能量轉(zhuǎn)換為機械功，具有轉(zhuǎn)速高及工質(zhì)流量大，單機輸出功率高達兆瓦級，效率低，相對活塞式內(nèi)燃機環(huán)保，都未曾應(yīng)用到驅(qū)動常規(guī)汽車中。

不同點：蒸氣渦輪發(fā)動機所用工質(zhì)是水蒸氣，單機輸出功率可達十千瓦至上千兆瓦，可用固體燃料；燃氣渦輪發(fā)動機所用工質(zhì)是燃氣，單機輸出功率可達十千瓦至百兆瓦，用液體或氣體燃料，每單位功率的機體重量及體積都比蒸氣渦輪發(fā)動機、活塞式內(nèi)燃機要小很多。為提高效率，蒸氣渦輪發(fā)動機主要采用多級渦輪、提高初始蒸氣溫度、回?zé)嵫h(huán)、冷卻乏氣等技術(shù)措施來提高效率，燃氣渦輪發(fā)動機也主要采用多級渦輪、提高燃燒所得高溫燃氣的溫度等技術(shù)措施來提高效率。

根據(jù)卡諾循環(huán)理論的指導(dǎo)，人們采用提高燃氣渦輪發(fā)動機燃燒所得高溫燃氣的溫度，渦輪葉片耐高溫能力來提高效率，可是提高燃燒所得高溫燃氣的溫度容易，要求渦輪葉片提高耐高溫可不容易，故目前研究重點也主要集中在如何提高渦輪葉片耐高溫能力方面。但即使用最新的單晶葉片為核心技術(shù)把燃氣渦輪發(fā)動機的燃氣最高溫度提高達到1500℃，現(xiàn)有技術(shù)燃氣渦輪發(fā)動機的熱效率也只達到42％左右；現(xiàn)代化超臨界蒸汽發(fā)電廠在蒸汽高達300bar的壓力和600℃的高溫高壓下運行，燃煤凈效率也為45％左右，還是與理論渦輪發(fā)動機熱效率的數(shù)值應(yīng)無限接近100％相差甚遠。

壓縮空氣渦輪發(fā)動機是指用空氣壓縮機裝置生產(chǎn)出壓縮空氣，在有需要時，再利用渦輪機將壓縮空氣能轉(zhuǎn)換動力這類發(fā)動機。由于它通常只有一級渦輪轉(zhuǎn)換動力，效率一般小于20％。

水力渦輪發(fā)動機雖然只有一級渦輪，但由于工質(zhì)是液體，所以效率高達80％，比燃氣渦輪發(fā)動機和蒸氣渦輪發(fā)動機要高。

螺管就是管的入口與出口不在同一中心直線上且具有螺線形狀的管。它能使流動工質(zhì)在流過管內(nèi)時的流動方向發(fā)生連續(xù)的改變，即能把推動工質(zhì)流動的力的方向發(fā)生連續(xù)的改變。

轉(zhuǎn)子，是一個科技名詞。通俗來講，由軸承支撐的旋轉(zhuǎn)體稱為轉(zhuǎn)子。

按以上定義，一個帶中心轉(zhuǎn)軸渦輪就構(gòu)成了轉(zhuǎn)子，渦輪是一個旋轉(zhuǎn)體。

鼠籠式電動機的轉(zhuǎn)子，是在一個圓柱形鐵芯的旋轉(zhuǎn)體表層嵌入閉合的鼠籠式銅條構(gòu)成的。

兩種轉(zhuǎn)子都是將流動工質(zhì)的能量轉(zhuǎn)換為機械功的旋轉(zhuǎn)式動力機械。只不過工作方式不同：鼠籠式電動機的轉(zhuǎn)子是利用電磁感應(yīng)工作，轉(zhuǎn)換的是以流動電荷為工質(zhì)的能量；渦輪轉(zhuǎn)子是利用渦輪葉片以順時針或逆時針方向與轉(zhuǎn)軸方向夾角大于0°小于90°對流動工質(zhì)產(chǎn)生一個阻力，使流動工質(zhì)流動方向發(fā)生改變，使自身獲得一個垂直于轉(zhuǎn)軸方向轉(zhuǎn)動分力與力臂一起產(chǎn)生扭矩來工作，轉(zhuǎn)換的是高速流動工質(zhì)的能量。

銅條、葉片到中心轉(zhuǎn)軸的距離就是力臂。顯然，旋轉(zhuǎn)體直徑越大，力臂越長，力臂的長短與旋轉(zhuǎn)體在軸向上的長短是依據(jù)構(gòu)成該裝置功率的大小進行取值，它們不可能很大很長。

研究物體的轉(zhuǎn)動問題時，我們常把物體的轉(zhuǎn)動中心點O稱為矩心，把矩心到力作用線的垂直距離L稱為力臂，把力F和力臂L的乘積FL稱為扭矩M。扭矩是使物體發(fā)生轉(zhuǎn)動的一種特殊的力矩。發(fā)動機的扭矩就是指發(fā)動機從曲軸端輸出的力矩。發(fā)動機輸出功率大小，以功率P等于發(fā)動機扭矩M乘以轉(zhuǎn)速V再除以9550來計算，即P＝MV/9550(千瓦)，當(dāng)功率P一定時，扭矩M與轉(zhuǎn)速V成反比。顯然，當(dāng)一臺功率為P的發(fā)動機，它的力臂L越長，轉(zhuǎn)速V越慢，它輸出扭矩越大，反之力臂L越短、轉(zhuǎn)速V越快，輸出扭矩越小，扭矩反映了汽車在一定范圍內(nèi)的負載能力。對于家用轎車而言，扭矩越大加速性越好；對于越野車，扭矩越大其爬坡度越大；對于貨車而言，扭矩越大車?yán)闹亓吭酱蟆＼囎拥呐ぞ卦酱缶驮胶茫谛旭偟臅r候也是這樣，在排量相同的情況下，扭矩越大說明發(fā)動機越好。