[发明专利]一种离心发动机

说明书

本发明涉及一种离心发动机，属于动力机械领域，特别是属于发动机领域。

以空气作为氧化剂和工作介质的开式循环发动机，是发动机最重要的类型之一，常见的内燃机、燃气轮机、喷气发动机都属于这种类型。这类发动机的共同特点是其工作循环都包括空气压缩、空气与燃料混合燃烧、燃气膨胀作功三个过程，正因为这样，不同发动机可以相互组合构成新型发动机，如涡轮增压式内燃机、自由活塞-涡轮组合发动机、涡轮轴发动机、涡轮喷气发动机等。在这类组合式发动机中，完成空气压缩、空气与燃料混合燃烧、产生高压高温燃气但不对外输出功率的机构称为燃气发生装置或燃气发生器；负责把前级燃气发生装置产生的高压高温燃气的内能转化为机械能并对外输出功率的机构称为燃气能量转化装置或功率输出装置。就实现功能的难度和结构的复杂性而言，燃气发生器要比功率输出装置困难复杂许多，因为仅就转化功率相比，压缩空气所消耗功率往往大于发动机所输出功率，燃气发生器还同时要完成空气压缩、燃油燃烧等多种功能，所以说燃气发生器是组合式发动机的核心机构。一种燃气发生器往往可以组合出多种发动机，例如基于涡轮式燃气发生器的有涡轴、涡旋、涡扇、涡喷等多种航空发动机。由此可见，如果能给出一种性能优越的新型燃气发生装置对发展新型发动机有着非常重要的意义。

本发明给出一种离心燃气发生装置，并给出了这种离心燃气发生装置跟不同形式的燃气能量转化装置结合构成的多种离心发动机。离心燃气发生装置核心构件为一离心转子，它由离心空气压缩叶轮、转动燃烧室、径流涡轮依次同轴叠加而成，它利用不同温度的气体在相同离心力场作用下可以产生不同压强的原理进行工作来产生高压高温燃气。离心燃气发生装置与活塞式燃气发生装置相比，具有比功率高、排放污染小的优点；与涡轮式燃气发生装置相比，具有气流量调节范围宽、不受蕹塞现象制约的优点。

整个离心发动机由机体(1)、离心燃气发生装置(2)、燃气能量转化装置(3)以及一些辅助机构等几个部分构成。

机体(1)的功能是给离心发动机的每个部件提供合适的安装位置，并使它们共同组成一协调统一的离心发动机。

离心燃气发生装置(2)的功能是产生高压高温燃气。离心燃气发生装置(2)由离心转子(4)、转子腔体(5)、转子驱动装置(6)三个部分构成。

离心转子(4)的外形为一旋转体，它由进气口(7)、离心空气压缩叶轮(8)、转动燃烧室(9)、径流涡轮(10)、出气口(11)五个部件依次同轴叠加而成。转动燃烧室(9)的外形为一圆柱体，在圆柱内周对称的设有多个与转轴平行、截面为圆形或扇环形的燃烧管(16)。离心空气压缩叶轮(8)和径流涡轮(10)的结构基本对称，它们都具有与燃烧管(16)等数的叶片，从而把各自的气路分隔成数目与燃烧管(16)相等的导气管。离心空气压缩叶轮(8)的导气管(17)出口与转动燃烧室(9)的燃烧管(16)入口相连通，转动燃烧室(9)的燃烧管(16)出口与径流涡轮(10)的导气管(19)入口相连通；离心空气压缩叶轮(8)导气管(17)出口的中心、转动燃烧室(9)燃烧管(16)的中心以及径流涡轮(10)导气管(19)入口的中心三者到转子轴线的距离相等，这一距离称为离心转子(4)的有效半径。为了避免起动时燃气倒流，离心转子(4)进气口(7)的半径应略小于出气口(11)的半径，但二者都远小于离心转子(4)的有效半径。

发动机运转时，空气从进气口(7)进入转子，在离心压缩叶轮(8)内空气被压缩和加速，在燃烧室(9)内空气与燃油发生燃烧反应，燃气温度升高并等压膨胀，在径流涡轮(10)内燃气减压膨胀并减速，最后燃气从出气口(11)流出转子。由于离心压缩叶轮(8)和径流涡轮(10)的有效半径相等，而离心转子(4)的进气口(7)和出气口(11)的半径差别较小，压缩叶轮(8)对空气所做的功基本等于燃气对径流涡轮(10)所做的功；又由于在径流涡轮(10)内燃气的温度高于压缩叶轮(8)内空气的温度，因而径流涡轮(10)内燃气的密度小于压缩叶轮(8)内空气的密度，在相同离心力的作用下径流涡轮(10)内燃气压力减小的数值小于压缩叶轮(8)内空气压力增加的数值，从而造成出气口(11)处燃气的压强大于进气口(7)处空气的压强。