專利名稱：將熱能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及動(dòng)力工程，更具體地說，涉及一種在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中將熱能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的方法，并且涉及一種實(shí)施上述方法的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。
一種公知的在帶有一個(gè)與多個(gè)葉型通道式導(dǎo)向器相適應(yīng)的旋轉(zhuǎn)式燃燒室的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中將熱能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的方法包含在燃燒室的入口前面壓縮氣流，并使之繞燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的軸線旋轉(zhuǎn)；在燃燒室中加熱氣流；使氣流在燃燒室出口處膨脹；然后引入渦輪進(jìn)一步膨脹(參見蘇聯(lián)專利No.576060，1977年10月5日)。上述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)含有一個(gè)渦輪和一個(gè)壓氣機(jī)，以及一個(gè)安裝成可相對(duì)于渦輪旋轉(zhuǎn)的燃燒室，該燃燒室?guī)в幸粋€(gè)入口、一個(gè)出口和多條由多個(gè)壁構(gòu)成的內(nèi)部葉型通道。上述的壁在燃燒室的出口處形成使氣流膨脹的噴嘴，并且它們以這樣一種方式延伸，即它們在燃燒室的展開平面上的投影相對(duì)于通過發(fā)動(dòng)機(jī)縱向軸線的平面與上述展開平面交線傾斜的夾角在燃燒室的出口處為90～150°角。
當(dāng)采用現(xiàn)有技術(shù)的方法時(shí)，從壓氣機(jī)供入燃燒室入口的氣流的旋轉(zhuǎn)方向與燃燒室的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。由于這種流動(dòng)方向的急劇變化使流向燃燒室的氣流有很多不能進(jìn)入燃燒室中。在現(xiàn)代燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中，當(dāng)燃燒室入口的空氣流速達(dá)200m/s時(shí)，入口的空氣損失量為8～10％，當(dāng)空氣流速為250～300m/s時(shí)，該損失量為12～13％。如果燃燒室轉(zhuǎn)動(dòng)方向與入口處氣流的旋轉(zhuǎn)方向相反，上述的損失量至少還要增大一倍，可達(dá)20～30％。顯然，采用上述現(xiàn)有技術(shù)的方法和實(shí)施該方法的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)是完全行不通的。另外，在上述的現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)中，由于燃燒室和渦輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，所以它們的軸之間還必須設(shè)置軸承。這些軸承在高溫高速下工作，故必須對(duì)它們提出嚴(yán)格的要求。這不僅使發(fā)動(dòng)機(jī)制造復(fù)雜化并提高了成本，而且在很大程度上影響到發(fā)動(dòng)機(jī)工作的可靠性，并且維持也較為困難。然而，與此同時(shí)，采用上述的方法和發(fā)動(dòng)機(jī)似乎還有令人稍感興趣之處，那就是燃燒室的轉(zhuǎn)動(dòng)可附帶發(fā)出機(jī)械動(dòng)力。此外，采用轉(zhuǎn)動(dòng)式的燃燒室就無需在渦輪入口處設(shè)置專門的噴嘴。采用旋轉(zhuǎn)式燃燒室的另一優(yōu)點(diǎn)是有可能在燃燒區(qū)之外(也就是在形成燃料混合物的區(qū)域內(nèi))設(shè)置燃燒室葉型通道壁的進(jìn)氣邊。
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題而提供一種上面所述的方法和燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，在本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)中，氣流通過發(fā)動(dòng)機(jī)中壓氣機(jī)與渦輪之間的流道的流動(dòng)以及燃燒室內(nèi)部的幾何形狀可使氣流的流動(dòng)方向變化最小。
上述問題由本發(fā)明提出的方法得到解決，該方法用以在一種帶有旋轉(zhuǎn)式燃燒室的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中將熱能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，在該方法中，將氣流壓縮，并使之繞發(fā)動(dòng)機(jī)的軸線旋轉(zhuǎn)，然后進(jìn)入旋轉(zhuǎn)式燃燒室并在燃燒室中加熱，再在燃燒室出口處膨脹和旋轉(zhuǎn)，按照本發(fā)明，進(jìn)入燃燒室的氣流的旋轉(zhuǎn)方向與燃燒室的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，但在燃燒室出口處它們的旋轉(zhuǎn)方向則相反。
采用本發(fā)明的方法，在燃燒室入口處氣流的流動(dòng)方向只有輕微的改變，因?yàn)樵谌紵业娜肟谔幒统隹谔帲瑲饬骼@發(fā)動(dòng)機(jī)縱向軸線旋轉(zhuǎn)的方向相反，而在壓氣機(jī)的出口處氣流的旋轉(zhuǎn)方向與燃燒室的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同。在此情況下，燃燒室的進(jìn)氣損失量低于非旋轉(zhuǎn)式燃燒室的進(jìn)氣損失，因?yàn)檫M(jìn)入非旋轉(zhuǎn)式燃燒室的氣流必須是旋轉(zhuǎn)速度最低的。這也可造成進(jìn)氣損失，而采用旋轉(zhuǎn)式燃燒室就不要求這樣。另外，本發(fā)明的方法具有使旋轉(zhuǎn)式燃燒室(例如，將它安裝在壓氣機(jī)軸上)產(chǎn)生機(jī)械動(dòng)力的實(shí)際可能性。由于在燃燒室中耗費(fèi)了一部分熱能，故可降低氣流到達(dá)渦輪葉片時(shí)的溫度。因此，可在不降低發(fā)動(dòng)機(jī)的效率的情況下減少用于將氣流的溫度降低到允許進(jìn)入渦輪時(shí)所需的冷卻劑量。而且，由于燃燒室是轉(zhuǎn)動(dòng)的，可使非冷卻氣流的膨脹比提高到1.2～1.5倍。
最好是，流體在燃燒室入口處的前面繞燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)縱向軸線旋轉(zhuǎn)的角度可以變化，這樣可使燃燒室的渦輪作用增大，這一點(diǎn)對(duì)于地面車輛用的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)尤其重要，因?yàn)檫@種發(fā)動(dòng)機(jī)要在負(fù)荷頻繁突變從而引起轉(zhuǎn)矩變化的條件下工作。
導(dǎo)入燃燒室的已膨脹和旋轉(zhuǎn)的氣流最好在渦輪入口的前面與冷卻劑混合。這不僅降低了氣流進(jìn)入渦輪之前的溫度，而且可減少燃燒室前面的被壓縮氣流，從而提高效率。
氣流在與冷卻劑混合的過程中最好能進(jìn)一步膨脹。從而可保證進(jìn)一步利用氣流在進(jìn)入渦輪之前進(jìn)行最后冷卻前由于膨脹造成的溫差，以便提高效率和增大輸出功率。如果冷卻劑在與氣流混合之前進(jìn)行加熱，那么就會(huì)由于通過渦輪的流速增大而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。
最好是，氣流在燃燒室出口的前面膨脹和旋轉(zhuǎn)的初始階段就與冷卻劑混合，從而使燃燒室通道壁得以冷卻，以便降低對(duì)所用材料的要求。而且氣流的溫度由于氣流經(jīng)過混合后相對(duì)流速較低，故可更有效地降低氣流的溫度，并且氣流混合的損失也減少。
上述的問題還通過本發(fā)明的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)來解決，所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)含有一個(gè)渦輪、一個(gè)壓氣機(jī)和一個(gè)安裝成可相對(duì)于渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)的燃燒室，該燃燒室具有一個(gè)入口、一個(gè)出口和多條由多個(gè)壁構(gòu)成的內(nèi)部葉型通道，所述的通道壁在燃燒室出口處形成氣流的膨脹噴嘴，而且，在燃燒室的出口處，它們在燃燒室的展開平面上的投影相對(duì)于通過發(fā)動(dòng)機(jī)縱向軸線的平面與上述展開平面的交線的傾斜角α可達(dá)150°，按照本發(fā)明，在燃燒室入口處葉型通道壁在燃燒室展開平面上的投影相對(duì)于通過發(fā)動(dòng)機(jī)縱向軸線的平面與上述展開平面的交線的傾斜角β為0～75°。
在一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中，含有一個(gè)向心式渦輪、一個(gè)壓氣機(jī)和一個(gè)安裝成可相對(duì)于渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)的燃燒室，該燃燒室?guī)в幸粋€(gè)入口、一個(gè)出口和多條由多個(gè)在燃燒室出口處形成氣流膨脹噴嘴的壁構(gòu)成的內(nèi)部葉型通道，按照本發(fā)明，燃燒室與渦輪同軸地安裝，葉型通道壁的延伸方向在燃燒室出口處相對(duì)于燃燒室的半徑傾斜一個(gè)α角，該角α可達(dá)50°，并且在燃燒室入口處相對(duì)于燃燒室的半徑的傾斜角β為0～75°。
采用這種發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，在燃燒室入口處氣流的流動(dòng)方向只有微小的變化，因?yàn)樯鲜龅摩梁挺陆窍薅巳~型通道壁的位置，并且，在燃燒室的入口和出口處，氣流繞發(fā)動(dòng)機(jī)縱向軸線旋轉(zhuǎn)的方向是相反的，而在壓氣機(jī)出口處氣流的旋轉(zhuǎn)方向與燃燒室的轉(zhuǎn)動(dòng)方向是相同的。在此情況下，氣流進(jìn)入燃燒室的損失量低于進(jìn)入非旋轉(zhuǎn)式燃燒室的損失量，因?yàn)檫M(jìn)入非旋轉(zhuǎn)式燃燒室必須使氣流的旋轉(zhuǎn)速度減至最小，從而會(huì)造成損失，但進(jìn)入旋轉(zhuǎn)式燃燒室就不要求氣流減速。另外，可以從旋轉(zhuǎn)式燃燒室(例如通過將它安裝在壓氣機(jī)軸上)獲得機(jī)械動(dòng)力。這就可降低到達(dá)渦輪葉片的氣流溫度，因?yàn)橐徊糠譄崮茉谌紵抑斜幌牧恕＝Y(jié)果，可顯著減少用于將流體的溫度降低到允許進(jìn)入渦輪時(shí)所需的冷卻劑量，而又不降低發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。而且，非冷卻氣流的膨脹比可增加到1.2～1.5倍。由于在渦輪的入口處，葉型通道壁在燃燒室展開平面上的投影相對(duì)于通過發(fā)動(dòng)機(jī)縱向軸線的平面與上述展開平面的交線的傾斜角α小于0，故得到一種不定的氣流，由于氣流是撞擊性地進(jìn)入燃燒室的，故使材料的損失增加。另外，燃燒室將起到一種排氣機(jī)的作用，也會(huì)造成較大的損失。如果β角大于75°，燃燒室供氣流通過的截面積將減小，則會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)的比功率下降。
最好在燃燒室入口前面設(shè)置一個(gè)用來改變來自壓氣機(jī)的氣流的旋轉(zhuǎn)角的裝置。這樣就可增強(qiáng)燃燒室的渦輪作用，這一點(diǎn)對(duì)用于地面車輛的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)尤其重要，因?yàn)檫@種發(fā)動(dòng)機(jī)往往是在負(fù)荷突然變化而引起扭矩波動(dòng)的情況下工作。
上述的改變來自壓氣機(jī)的氣流的旋轉(zhuǎn)方向的裝置最好是可控制的，以便使燃燒室具有最佳的工作條件，使之適應(yīng)快速變化的負(fù)荷。
葉型通道壁帶有內(nèi)部空腔，該空腔的一側(cè)與冷卻劑源相通，另一側(cè)與渦輪入口相通。這就保證了葉型通道壁得到充分的冷卻，并可采用通常用于制造渦輪的普通材料來制造通道壁。另外，冷卻劑可供入到渦輪入口處，與加熱過的氣流相混合，以便使氣流的溫度降低到渦輪能夠承受的程度。
葉型通道壁的內(nèi)部空腔最好與燃燒室的內(nèi)部相連通。這種結(jié)構(gòu)可使氣流與冷卻劑發(fā)生預(yù)混合，并使通道壁的冷卻和燃燒室壁的冷卻都得到改善，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性。
最好在燃燒室的出口與渦輪的入口之間設(shè)置一個(gè)與冷卻劑源相通的混合室，這樣可改善受熱氣流與冷卻劑的混合條件，從而使進(jìn)入渦輪的氣流在整個(gè)橫截面上分布均勻。
最好在混合室與冷卻劑源之間設(shè)置一個(gè)加熱冷卻劑的裝置，這樣可使氣流的流速增大，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的比功率。
下面參考示出本發(fā)明的非限制性實(shí)例的


本發(fā)明，附圖中圖1是說明本發(fā)明的將熱能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的方法的實(shí)施例的一種燃?xì)鉁u輪動(dòng)機(jī)的示意圖；圖2是說明本發(fā)明的將熱能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的方法的另一個(gè)實(shí)施例的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的縱向剖視示意圖；圖3是本發(fā)明的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的縱向剖視示意圖；圖4是圖3的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的軸向壓氣機(jī)與渦輪之間的部分流道的展開放大圖；圖5是帶有向心式渦輪的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施例的縱向剖視圖；圖6是沿圖5的VI—VI線的局部剖視放大圖。
按照下列程序?qū)嵤┍景l(fā)明的方法(見圖1)。將一種氧化劑型的流體(空氣)從壓氣機(jī)1沿箭頭A所示途徑送入燃燒室2中，而燃料則從燃料供應(yīng)源按箭頭B所示途徑送入燃燒室2，所述燃料首先送入一個(gè)直接位于燃燒室2前面的渦輪導(dǎo)向器或稱導(dǎo)向室內(nèi)。燃料燃燒前先與空氣混合，所形成的混合流由壓氣機(jī)1對(duì)其進(jìn)行沿燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的縱向軸線的旋轉(zhuǎn)加壓，因此，在燃燒時(shí)形成了一種流過燃燒室2的受熱氣體旋流，在該燃燒2的內(nèi)部帶有多個(gè)由曲線壁形成的葉型通道(下面還要詳述)，由于設(shè)置了這種通道，使燃燒室2可以轉(zhuǎn)動(dòng)。葉型通道在燃燒室2出口處構(gòu)成了噴嘴(亞音速的或高超音速的)而產(chǎn)生噴射流，從而使燃燒室2的轉(zhuǎn)動(dòng)加快。上述這些噴嘴使受熱的氣流發(fā)生膨脹，并形成噴射流。膨脹的旋轉(zhuǎn)氣流從燃燒室2的出口導(dǎo)入渦輪3，并在渦輪3內(nèi)進(jìn)一步膨脹而產(chǎn)生有用功。一種來自壓氣機(jī)1的冷卻劑(例如空氣)沿箭頭C所示途徑流經(jīng)由來自渦輪3的廢氣加熱的熱交換器4供入燃燒室2(渦輪廢氣沿箭頭D所示途徑或按任何其他辦法供入熱交換器4)中。上述冷卻劑也可由壓氣機(jī)1直接供入燃燒室2。冷卻劑也可以是來自渦輪3的廢氣(未示出)。如圖1所示，燃燒室2安裝在軸5上，壓氣機(jī)1安裝在軸6上，渦輪3也安裝在軸6上。因此，由轉(zhuǎn)動(dòng)的燃燒室2供入的氣流將引起渦輪3轉(zhuǎn)動(dòng)。按照本發(fā)明，由于燃燒室2內(nèi)葉型通道的幾何形狀的原因，氣流在燃燒室2入口處繞燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)縱向軸線旋轉(zhuǎn)的方向與從燃燒室2的出口流至渦輪3時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向相反。顯然，壓氣機(jī)1和渦輪3的軸6沿一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，而燃燒室2的軸5沿相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，所以在該軸上可產(chǎn)生主動(dòng)力(有用功)。渦輪3帶動(dòng)安裝在軸6上的壓氣機(jī)1。顯然，由于具有最高熱力學(xué)參數(shù)的氣流在燃燒室2內(nèi)膨脹，故從燃燒室2中產(chǎn)生主動(dòng)力(有用功)要有利得多。上述這個(gè)實(shí)施本發(fā)明的方法的實(shí)施例最適合于在快速變換負(fù)荷的條件下行駛的車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)。這種發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力控制系統(tǒng)較為復(fù)雜，不過，可由較高的效率預(yù)以補(bǔ)償。在這種情況下的燃燒室2實(shí)際上起到一個(gè)沖動(dòng)式/反力式渦輪的作用。供入燃燒室2燃燒的空氣在熱交換器7中加熱，以改善混合情況并提高發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率，與現(xiàn)有技術(shù)中常見的那樣，上述的熱交換器7由渦輪3排出的燃?xì)饧訜帷?br> 圖2示出的本發(fā)明方法的實(shí)施例與上面所述的實(shí)施例相似，而且，同樣的部件仍用與圖1相同的標(biāo)號(hào)表示。在本實(shí)施例中，燃燒室2安裝在壓氣機(jī)1的軸6上，并且僅用以帶動(dòng)壓氣機(jī)。主動(dòng)力(有用功)由渦輪3的軸5產(chǎn)生。在本實(shí)施例中，冷卻劑沿管道C供入設(shè)置在渦輪3入口前的混合室8內(nèi)，故能夠使氣流與冷卻劑的混合狀態(tài)更好。
本發(fā)明的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)含有安裝在軸6上的壓氣機(jī)1，軸6也支承帶有與壓氣機(jī)1相通的入口的燃燒室2(見圖3和4)，在該燃燒室2入口的前面設(shè)置多個(gè)燃料噴嘴(未標(biāo)號(hào))，以按箭頭B所示途徑供給燃料。在燃燒室2入口的前面裝有一個(gè)導(dǎo)向器9。在燃燒室2的出口處設(shè)置一個(gè)安裝在軸5上的渦輪3。另外，可在燃燒室的入口前面設(shè)置一個(gè)熱交換器(未示出)，以便在供入的流體(空氣)與燃料混合形成空氣一燃料混合物之前對(duì)其進(jìn)行加熱。
燃燒室2的內(nèi)部分隔成多個(gè)由壁11構(gòu)成的葉型通道10(見圖4)。壁11的幾何形狀要使得通道10在燃燒室2的出口處形成亞音速或超高音速的噴嘴12以便使導(dǎo)入燃燒室2的氣流膨脹。壁11的結(jié)構(gòu)是這樣的在燃燒室2的出口處，壁11在燃燒室2的展開平面上的投影相對(duì)于通過發(fā)動(dòng)機(jī)的縱軸線O1—O1(圖3)的平面與上述展開平面的交線O—O的傾斜角α可達(dá)150°，而在燃燒室2的入口處，葉型通道10的壁11在燃燒室2的展開平面上的投影相對(duì)于通過發(fā)動(dòng)機(jī)的縱軸線O1—O1的平面與上述展開平面的交線O—O的傾斜角β為0～75°。采用上述的幾何形狀(傾斜角)，可使氣流在燃燒室2的入口處和出口處的旋轉(zhuǎn)方向相反。
如圖3和4所示，構(gòu)成葉型通道10的壁11帶有與冷卻劑源(壓縮機(jī)1)、燃燒室2的出口或渦輪3的入口相通的內(nèi)部空腔13，該空腔13實(shí)際上形成了為壁11提供冷卻劑的內(nèi)通道。壁11還可帶有使一部分冷卻劑流到壁11的外表面并冷卻燃燒室2的外壁(未標(biāo)號(hào))的小孔(縫隙)14。在一種特定的實(shí)施例中，壁11可用一種多孔材料制成。為了使冷卻劑通過多孔材料的孔隙，必須具有比葉型通道10內(nèi)的壓力高的適宜壓力。來自燃燒室2的壁11的內(nèi)腔13的冷卻劑被導(dǎo)入位于燃燒室2出口與渦輪3入口之間的混合室8，并在該混合室內(nèi)與導(dǎo)入葉型通道10的氣流混合，以便將冷卻過的氣流供入渦輪3。
導(dǎo)向器9設(shè)置在燃燒室2的入口之前面，用以改變氣流的旋轉(zhuǎn)角。在導(dǎo)向器9內(nèi)設(shè)有燃料噴嘴(未標(biāo)號(hào))。導(dǎo)向器9是可以(通過轉(zhuǎn)動(dòng)葉片)控制的，以便在快速改變負(fù)荷時(shí)獲得最佳的工作狀態(tài)。
本發(fā)明的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，先由一臺(tái)起動(dòng)馬達(dá)(未示出)驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)1將空氣供入燃燒室2，也就是供入由壁11構(gòu)成的葉型通道10，這些空氣最初由壓氣機(jī)1旋轉(zhuǎn)壓縮，其旋轉(zhuǎn)速度通過導(dǎo)向器9增大或減小。葉型通道10在入口處的傾斜角β為0～75°，這就保證了壓縮氣流平穩(wěn)地(非沖擊式地)進(jìn)入通道10。在壓縮氣流進(jìn)入通道10之前，先在導(dǎo)向器9與燃燒室2(由一個(gè)未示出的點(diǎn)火器點(diǎn)火使燃料在燃燒室內(nèi)燃燒)的入口之間的區(qū)域內(nèi)與燃料混合。結(jié)果產(chǎn)生了高速通過葉型通道10的受熱壓縮空氣流。壁11的進(jìn)氣邊是溫度最低的區(qū)域，不要求專門的冷卻。由于氣流在燃燒室2出口處的噴出角α可達(dá)150°，故氣流將沿相反方向旋轉(zhuǎn)，而形成一種噴射氣流。因此，噴嘴12和限定它們位置的α角保證了裝在軸6上的燃燒室2的轉(zhuǎn)動(dòng)。燃燒室2的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)壓氣機(jī)1轉(zhuǎn)動(dòng)。α角可以是91～150°。該角度的下限取決于氣流的最大旋轉(zhuǎn)速度，但是，在下限角值的情況下，葉型通道的出口截面積大約為零，這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)是不能工作的α角實(shí)際上為100～120°。α角為120°時(shí)，由于氣流轉(zhuǎn)速較低使噴射氣流的軸向分量增加，所以部件材料所受的扭矩減小，而α角采用150°時(shí)，材料所受的扭矩則增大。
離開葉型通道10的氣流被導(dǎo)入混合室8，冷卻劑(例如來自壓氣機(jī)1的空氣)也供入該混合室8(如圖3中箭頭C所示)。當(dāng)氣流與冷卻劑在混合室8中混合時(shí)，就形成一股溫度適宜于導(dǎo)入渦輪3的氣流。進(jìn)入混合室8的冷卻劑可以首先通過用來加熱送入燃燒室的空氣的同一個(gè)熱交換器，也可以在專用的熱交換器中加熱，這樣做保證了通過渦輪3的流速增大，從而提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率和效率。渦輪3帶動(dòng)軸5轉(zhuǎn)動(dòng)，為用戶提供有用功。
在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，一部發(fā)冷卻劑進(jìn)入通道10的壁11的內(nèi)腔13中(如圖3中的箭頭C所示)，然后通過縫隙14在壁11的外表面形成冷卻劑薄膜層，對(duì)壁11的外表面進(jìn)行冷卻，該冷卻劑也冷卻燃燒室2的壁。因此燃燒室2的用材要求可以不那么嚴(yán)格。
圖5和6示出本發(fā)明的帶有向心渦輪3的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施例，圖中與圖3、4相同的部件用相同的標(biāo)號(hào)標(biāo)出。本實(shí)施例與上一實(shí)施例的差異在于，燃燒室與渦輪同軸安裝，葉型通道的壁相對(duì)于燃燒室的半徑傾斜一個(gè)角度，在燃燒室的入口處，該角度α最大可達(dá)150°，而在燃燒室的出口處，該角度β為0～75°。在本實(shí)施例中，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)帶有一個(gè)熱交換器7，用以加熱送至燃燒室2入口處用于燃燒的空氣和送入渦輪3前面的混合室8用以冷卻的空氣。顯然，上述兩股氣流可采用專門的熱交換器來加熱。熱交換器采用來自渦輪3的廢氣進(jìn)行加熱。上述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的功能與圖3和4所示的、并參考圖3和4進(jìn)行說明的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)相似。
如果應(yīng)用本發(fā)明的方法，一臺(tái)500馬力、重125kg的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)具有如下特性燃油消耗率140～145g/馬力外形尺寸(帶齒輪箱)長度575mm直徑420mm
權(quán)利要求
1.一種在具有旋轉(zhuǎn)式燃燒室的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中將熱能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的方法，包含如下步驟壓縮氣流并使它繞發(fā)動(dòng)機(jī)的軸線旋轉(zhuǎn)；然后將氣流導(dǎo)入旋轉(zhuǎn)式燃燒室中并使之加熱；再使氣流在燃燒室出口處膨脹并旋轉(zhuǎn)，其特征在于，導(dǎo)入燃燒室的氣流的旋轉(zhuǎn)方向與燃燒室的旋轉(zhuǎn)方向相同，但與在燃燒室出口處的氣流的旋轉(zhuǎn)方向相反。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，氣流在燃燒室入口前面繞燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的縱向軸線旋轉(zhuǎn)的角度是變化的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2的方法，其特征在于，離開燃燒室的膨脹旋流在渦輪入口前面與冷卻劑相混合。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于，氣流在與冷卻劑混合的過程中進(jìn)一步膨脹。
5.根據(jù)權(quán)利要求3、4的方法，其特征在于，冷卻劑在與氣流混合之前先進(jìn)行加熱。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5的方法，其特征在于，氣流在離開燃燒室之前，在膨脹的初始階段便與冷卻劑混合。
7.一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，含有一個(gè)渦輪(3)，一個(gè)壓氣機(jī)(1)和一個(gè)安裝成可相對(duì)于渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)的燃燒室(2)，該燃燒室(2)帶有一個(gè)入口、一個(gè)出口和多個(gè)由多個(gè)壁(11)構(gòu)成的內(nèi)部葉型通道(10)，上述壁(11)在燃燒室(2)的出口處形成氣流的膨脹噴嘴(12)，在燃燒室出口處，上述壁(11)在燃燒室的展開平面上的投影相對(duì)于通過發(fā)動(dòng)機(jī)縱軸線的平面與上述展開平面的交線的傾斜角α可達(dá)150°，其特征在于，在燃燒室入口處，上述葉型通道的壁(11)在燃燒室的展開平面上的投影相對(duì)于通過發(fā)動(dòng)機(jī)縱軸線的平面與上述展開平面的交線的傾斜角β為0～75°。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，在燃燒室(2)入口的前面設(shè)有一個(gè)用來改變來自壓氣機(jī)的氣流的旋轉(zhuǎn)角度的裝置(9)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，上述的改變來自壓氣機(jī)的氣流的旋轉(zhuǎn)角度的裝置(9)最好是可控制的。
10.根據(jù)權(quán)利要求7～9的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，上述的葉型通道(10)的壁(11)帶有內(nèi)部空腔(13)，該空腔(13)的一側(cè)與冷卻劑源相通，另一側(cè)與渦輪(3)的入口相通。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，上述葉型通道(10)的壁(11)的內(nèi)部空腔(13)與燃燒室(2)的內(nèi)部相通。
12.根據(jù)權(quán)利要求10、11的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，與冷卻劑源相通的混合室(8)設(shè)置在燃燒室(2)的出口與渦輪(3)的入口之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，在混合室(8)與冷卻劑源之間設(shè)置一個(gè)加熱冷卻劑的裝置。
14.一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，含有一個(gè)向心渦輪(3)、一個(gè)壓氣機(jī)(1)和一個(gè)安裝成可相對(duì)于渦輪而轉(zhuǎn)動(dòng)的燃燒室(2)，該燃燒室(2)帶有一個(gè)入口、一個(gè)出口和多條由多個(gè)壁(11)構(gòu)成的內(nèi)部葉型通道(10)，上述壁(11)在燃燒室出口處形成流體膨脹噴嘴(12)，其特征在于，燃燒室(2)與渦輪(3)是同軸安裝的，而且，在燃燒室入口處，葉型通道(10)的壁(11)的延伸方向與燃燒室(2)的半徑的傾斜角α可達(dá)150°，而在出口處，與燃燒室(2)的半徑的傾斜角α為0～75°。
15.根據(jù)權(quán)利要求1 4的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，用以改變來自壓氣機(jī)的氣流的旋轉(zhuǎn)角度的裝置(9)設(shè)置在燃燒室(2)的入口的前面。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，上述的改變來自壓氣機(jī)(1)的氣流的旋轉(zhuǎn)角度的裝置(9)最好是可控的。
17.根據(jù)權(quán)利要求14～16的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，上述的葉型通道(10)的壁(11)帶有內(nèi)部空腔(13)，該內(nèi)部空腔之一側(cè)與冷卻劑源相通，而另一側(cè)則與渦輪(3)的入口相通。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，上述的葉型通道(10)的壁(11)的內(nèi)部空腔(13)與燃燒室(2)的內(nèi)部相通。
19.根據(jù)權(quán)利要求17、18的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，與冷卻劑源連通的混合室(8)設(shè)置在燃燒室(2)之出口與渦輪(3)的入口之間。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，在混合室(8)與冷卻劑源之間設(shè)置一個(gè)加熱冷卻劑的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及動(dòng)力工程，具體地說，涉及一種在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中將熱能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的方法，并且涉及一種實(shí)施上述方法的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。目的在于減小導(dǎo)入燃燒室的氣流損失、提高效率和比功率輸出。氣流進(jìn)入燃燒室之前經(jīng)受壓縮、并繞發(fā)動(dòng)機(jī)軸線旋轉(zhuǎn)、在燃燒室(2)內(nèi)加熱、在燃燒室出口處膨脹、然后進(jìn)入渦輪(3)進(jìn)一步膨脹。氣流在離開燃燒室(2)之前，繞發(fā)動(dòng)機(jī)的軸線旋轉(zhuǎn)，然后進(jìn)入渦輪(3)。氣流在燃燒室(2)的入口處與出口處的旋轉(zhuǎn)方向是相反的。一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)含有安裝成可相對(duì)于渦輪(3)轉(zhuǎn)動(dòng)的燃燒室(2)，該燃燒室(2)帶有一個(gè)入口、一個(gè)出口和多條由個(gè)壁(11)構(gòu)成的葉型通道(10)。上述的壁(11)在燃燒室(2)的出口處形成氣流的膨脹噴嘴(12)，并且，在燃燒室的出口處，壁(11)在燃燒室的展開平面上的投影相對(duì)于通過發(fā)動(dòng)機(jī)縱向軸線的平面與上述展開面的交線(O-O)傾斜角α為100～120°。在燃燒室的入口處，葉型通道(10)的壁(11)在燃燒室(2)的展開平面上的投影相對(duì)于通過發(fā)動(dòng)機(jī)縱向軸線的平面與上述展開平面的交線(O-O)的傾斜角β為75°。
文檔編號(hào)F23R3/28GK1130414SQ94193292
公開日1996年9月4日 申請(qǐng)日期1994年8月5日 優(yōu)先權(quán)日1993年8月8日
發(fā)明者阿納托利·M·拉赫曼洛夫 申請(qǐng)人:伊雅·Y·亞諾夫斯基, 阿納托利·M·拉赫曼洛夫