[实用新型]一种利用压缩空气为作功能源的透平发动机

说明书

技术领域

本实用新型涉及发动机技术领域，尤其是利用压缩空气作为工作介质的活塞式透平发动机。

背景技术

为了有效应对石化能源耗尽所带来的能源危机，许多国家都在寻求石化能源的替代品，如风能、核能、太阳能以及生物燃料等。然而，不论是不可再生的还是可再生的能源，很大一部分都必须转化为电能加以利用。因此未来能源最主要的形式仍将是电能。

目前世界上电能储存技术大致可分为物理储能和化学储能。其中，物理储能包括抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能、相变储能等。化学储能包括铅酸电池、锂系电池、液流电池、钠硫电池等。此外，还有电磁储能，如超导储能等。

根据统计数据显示，抽水蓄能在国际储能市场中容量最大，占总装机容量的99％；排名第二的是压缩空气储能，占0.5％；剩下包括各种电池在内的所有其他形式占0.5％

在各种储能技术中，抽水蓄能在规模上最大，达到上千兆瓦，技术也最成熟；压缩空气储能次之，单机规模在百兆瓦级别；化学储能规模较小，单机规模一般在兆瓦级别或更小。

相比抽水蓄能受限于地理条件，空气压缩储能则不然，只要有需要的地方，就可以建造，它在储能时，用电能将空气压缩并存于储气室中；在释能时，高压空气从储气室释放，进入膨胀室做功发电，可利用低谷、弃风、弃水、弃光的电力来储能，在有需要的时候释放出来，完全不受地理条件的限制。

除了将富余的电能储存再利用，实现常规的“削峰平谷”之外，压缩空气储能技术还特别适用于解决风力发电和太阳能发电的随机性、间隙性和波动性等问题，可以实现其发电的平稳输出。

空气动力发动机是将高压空气中存储的能量转化为扭矩形式的机械能输出的装置，不消耗石油等燃料。如：2002年公开的由本发明人发明的专利号为ZL02116274.3的“空气发动装置”，2004年9月出版的《中国机械工程》第15卷第18期报道的“压缩空气动力发动机配气机构的研究”等等。

目前已知的空气动力发动机，都是在局部或关键部件上的开发，至今尚无成套装置的设计和成功的工业化应用范例，同时也存在工作效率低、功率小、工作可靠性差等诸多因技术不成熟造成的缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种利用压缩空气为作功能源的透平发动机。该发动以压缩空气为工质，能够创造压缩空气气源压力与作功室未作功空气有绝对压力差的工况环境与条件，在进一步优化作功与传动系统结构的基础上，使压缩空气势能能够高效、充分地转化为透平机械能，进而向外输出机械功。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种利用压缩空气为作功能源的透平发动机，包括共同依附于同一机体的气源、控制、作功、润滑四个子系统，以及配气、传动、辅助三个子机构；

所述气源系统由空气压缩机和/或压缩空气存储容器提供气源，并通过管道串连构成；

所述控制系统，设于气源系统与作功系统之间，包括电子测控装置以及控制阀，所述电子测控装置对压缩空气的压强和空气质量，进行数据采集、分析与定量，并通过控制阀控制供给作功系统的压缩空气的流量和压强，实现对发动机力矩与运行状态的控制；

所述作功系统包括壳体及其内部设置的至少一组气缸与活塞，所述气缸具有封闭的可变容积，其内部为作功室，顶部设有气缸盖，底部设有曲轴箱；

其中，气缸盖设有进气门、排气门，所述进气门通过进气阀与进气管道相连通，所述排气门通过排气阀与排气管道相连通，所述进气管道与气源系统相连通，所述排气管道的出口与大气相连通；

其中，所述曲轴箱内设置曲轴，所述活塞通过连杆与曲轴传动连接，所述连杆的两端分别与活塞和曲轴相铰接，所述曲轴与发动机的主轴连接；

所述润滑系包括设于所述气缸的润滑油道、机油泵、机油滤清器以及阀门，机油储存于所述曲轴箱底部的油底壳，所述机油泵、机油滤清器和润滑油道相连通形成机油润滑油路，所述阀门设于润滑油路；

所述配气机构包括与曲轴传动连接的凸轮轴，所述进气阀和排气阀在凸轮轴的控制下定时开启和关闭进气门和排气门，使压缩空气进入气缸，并使废气从气缸内排出，实现换气过程；

所述传动机构包括正时链轮、正时链条和曲轴链轮，所述曲轴链轮设置于曲轴上，所述正时链轮通过正时链条与曲轴链轮连接；所述正时链轮与所述凸轮轴相连；

所述辅助机构包括尾气稳压机构、尾气回收机构、尾气消声机构之一或其组合；

所述作功系统作功室的工作循环：