專(zhuān)利名稱(chēng)：汽車(chē)氣輪發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種汽車(chē)氣輪發(fā)動(dòng)機(jī)，它是利用高壓氮?dú)鉀_擊葉 片，驅(qū)動(dòng)其主軸旋轉(zhuǎn)的新型動(dòng)力裝置。它可以取代現(xiàn)有汽車(chē)汽油發(fā)動(dòng) 機(jī)和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。
技術(shù)背景
現(xiàn)有汽車(chē)的主要燃料是汽油、柴油、天然氣、丙烷、二甲醚，從 植物等作為原料制成的乙醇、生物柴油等，均為一次性能源，用完就 完，不可再生。地球上的這些能源是有限的，人類(lèi)能源危機(jī)日趨緊迫， 石油價(jià)格的颮升，已嚴(yán)重影響各國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。解決汽車(chē)的動(dòng)力能源 問(wèn)題，已成為科學(xué)家、學(xué)者和官員們非常關(guān)注和高度重視的頂尖難題。 已有人們采用變性燃料乙醇代替汽(柴)油。但該燃料是以淀粉質(zhì)(玉 米、小麥等)、糖質(zhì)(薯類(lèi))為原料，經(jīng)發(fā)酵、蒸餾制得乙醇，脫水
后再添加1.96%—4.7% (體積分?jǐn)?shù))的變性劑后，而獲得的。此法與 人類(lèi)爭(zhēng)搶糧食，已遭到世界饑餓人民的普遍反對(duì)。也有使用電動(dòng)車(chē)的， 但電能的儲(chǔ)存和功率的加大很有限。電動(dòng)車(chē)也已問(wèn)世，雖使用費(fèi)用降 低，排放也有所改善，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，出售價(jià)貴，銷(xiāo)路不 看好。還有太陽(yáng)能汽車(chē)被譽(yù)為"綠色汽車(chē)"，"未來(lái)汽車(chē)"。但黑夜， 雷雨季，冬天的太陽(yáng)能的采集和儲(chǔ)存等問(wèn)題，目前尚難完美解決。新近又有人提出將人力壓縮空氣，帶動(dòng)渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車(chē)，并已獲得專(zhuān)利
(ZL200720063268.5)。這倒不失為大膽的奇思妙想，大有可取之處。 但從機(jī)構(gòu)原理的角度進(jìn)行分析研究，實(shí)現(xiàn)這一設(shè)想的難度很大。因?yàn)?渦輪機(jī)無(wú)論是離心式的，還是軸流式的，或者混合式的，其葉片都是 扭曲形的(或稱(chēng)翼形)，從氣流速度三角形分析得知，無(wú)用分力很大， 有用分力不高，各種能量損失巨大。而且，渦輪機(jī)的葉輪是很多級(jí)的， 結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，汽車(chē)底部狹小空間也不允許容納那么冗長(zhǎng)的構(gòu)件?？?之，上述諸種汽車(chē)動(dòng)力裝置，均有較多較大弊端，亟待謀設(shè)新的機(jī)構(gòu)， 取而代之。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是根據(jù)上述不足之處而研制一種汽車(chē)氣輪發(fā) 動(dòng)機(jī)，它是采用高壓氮?dú)獍?，利用氮?dú)獍械母邏旱獨(dú)鉀_擊葉片，驅(qū) 動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)的裝置，用它取代現(xiàn)有汽車(chē)汽(柴)油發(fā)動(dòng)機(jī)，可實(shí)現(xiàn)有 害氣體零排放，它能反復(fù)利用氮?dú)赓Y源，降低整車(chē)自重和提高車(chē)駛里 程，更換氮?dú)夤蓿仍诠┯驼炯佑透r(shí)，準(zhǔn)確、安全，它簡(jiǎn)化發(fā)動(dòng) 機(jī)結(jié)構(gòu)，降低生產(chǎn)成本。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的，它由液氮罐、汽化器、高壓儲(chǔ)氣包、 操作活門(mén)、導(dǎo)葉、噴嘴、葉片、氣輪殼、氣輪盤(pán)、主軸及尾氣管構(gòu)成， 在液氮罐一端設(shè)置有汽化器和高壓儲(chǔ)氣包，靠管道閥門(mén)與之連接，在 高壓儲(chǔ)氣包另一端連接有噴嘴，噴嘴上設(shè)置有操作活門(mén)；用來(lái)調(diào)節(jié)氣 體大小輸出，在噴嘴內(nèi)還設(shè)有導(dǎo)葉，起氣流導(dǎo)向隔板的作用，在噴嘴 的另一端與氣輪盤(pán)相連接，在氣輪盤(pán)內(nèi)嵌裝設(shè)置有葉片，在氣輪盤(pán)的中的設(shè)有主軸，主軸與氣輪盤(pán)連成一體，構(gòu)成氣輪發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分， 其作用是將轉(zhuǎn)矩(機(jī)械能)傳遞出去，在氣輪盤(pán)一端設(shè)置尾氣管，作 氣輪發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣部件。


附圖為本實(shí)用新型整體結(jié)構(gòu)示意圖
圖標(biāo)號(hào)l液氮罐、2汽化器、3高壓儲(chǔ)氣包、4操作活門(mén)、5導(dǎo) 葉、6噴嘴、7葉片、8氣輪殼、9主軸、IO氣輪盤(pán)、ll尾氣管。
具體實(shí)施方式
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在液氮罐(1) 一端設(shè)置有汽化器(2)和高壓儲(chǔ)包(3)，靠管道 閥門(mén)與之連接，高壓儲(chǔ)氣包(3)另一端連接有噴嘴(6),在噴嘴(6) 上設(shè)置有操作活門(mén)(4)，用來(lái)控制調(diào)節(jié)大氣體的輸出，如汽車(chē)的油門(mén)， 在噴嘴(6)內(nèi)還設(shè)置導(dǎo)葉，作氣流導(dǎo)向隔板用，在噴嘴(6)的另一 端與氣輪盤(pán)(10)相連接，在氣輪盤(pán)(10)內(nèi)一嵌裝有葉片(7)葉 片為后6字形狀，在氣輪盤(pán)(10)外部還設(shè)置有氣輪殼(8)，它形成 一定空間。保持氣流不外泄，不紊亂，讓氣壓和功能全部施加于葉片 上，在氣輪盤(pán)(10)的中心設(shè)有主軸(9)，主軸(9)與氣輪盤(pán)(10) 連成為一體，構(gòu)成氣輪發(fā)動(dòng)機(jī)。
下面對(duì)各具體部件作進(jìn)一步說(shuō)明
(1) 液氮罐其作用是存放液氮，它必須符合國(guó)家有關(guān)壓力容 器標(biāo)準(zhǔn)，用鍋爐鋼制作，能承受25Mpa以上壓力，水力試驗(yàn)的安全 系數(shù)為1.8_2。它應(yīng)安裝于汽車(chē)尾部底下，要求固定牢靠，更換方便。
(2) 汽化器其作用是將液態(tài)氮?dú)饣癁闅鈶B(tài)氮。 一般氣化器為塔式，為方便吸熱，較高大。這里應(yīng)設(shè)計(jì)成長(zhǎng)方臥式，小巧緊湊，安 藏於車(chē)板底下。其吸熱片的安設(shè)應(yīng)將迎風(fēng)面順著汽車(chē)的奔馳方向，以
利外表面空氣的流動(dòng)，從而加快腔內(nèi)氣化速率。
(3) 高壓儲(chǔ)氣包為要求很高很?chē)?yán)的壓力容器。允許對(duì)它按液 氮罐的試驗(yàn)方法和參數(shù)進(jìn)行水壓測(cè)試。儲(chǔ)氣包的主要作用 一是讓從 氣化器出來(lái)的氮?dú)獾玫矫芏忍嵘?，氣壓增高，能量加大。二是收?chǔ)較 多的高壓氮?dú)猓S時(shí)均量勻速地為氣輪機(jī)提供足夠的平穩(wěn)氣源，不致 於氣化器造氣脈沖影響主軸輸出扭矩、轉(zhuǎn)速和功率的穩(wěn)定性。
(4) 操縱活門(mén)與現(xiàn)有汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的油門(mén)的作用和操作方法雷 同。當(dāng)汽車(chē)需減速時(shí)，關(guān)小活門(mén)。需提速時(shí)，開(kāi)大活門(mén)。儲(chǔ)氣包與汽 化器和操縱活門(mén)之間實(shí)行閉環(huán)自動(dòng)控制。當(dāng)氣壓不夠時(shí)，活門(mén)不能打 開(kāi)。當(dāng)包內(nèi)氣壓超過(guò)某一數(shù)值時(shí)，汽化器自行暫停工作。 一旦壓力下 降，汽化器又啟動(dòng)。儲(chǔ)氣包內(nèi)的氣壓總是穩(wěn)定在某一范圍之內(nèi)。
(5) 導(dǎo)葉起隔板作用，讓氣流分成三股對(duì)葉片的三個(gè)不同部 位進(jìn)行最有力的沖擊，以利形成最大的合成扭矩外輸。起氣流導(dǎo)向作 用，讓氣流主要是從氣輪盤(pán)的切線方向(終了段)和葉片的垂直方向
(初始段)進(jìn)行沖射，以利葉片將氣流的動(dòng)能和壓力能向主軸轉(zhuǎn)的機(jī) 械能的能量轉(zhuǎn)換。為減少對(duì)氣流的阻力，導(dǎo)葉應(yīng)做成尖楔形。
(6) 噴嘴其作用就是將來(lái)自?xún)?chǔ)氣包的高壓氣流猛烈噴射到葉 片上。此處噴嘴不象在多數(shù)場(chǎng)合下那樣將介質(zhì)收斂成一束噴出去，而 是基本保持高壓氣流的原有形態(tài)稍加收縮，呈矩形截面均勻有力地噴 沖到長(zhǎng)方形表面的葉片上，從而把能量損失降低到最低程度。(7) 葉片它是氣輪發(fā)動(dòng)機(jī)能否達(dá)到功能要求的主要關(guān)鍵零件。 顯然，無(wú)論是應(yīng)用於飛機(jī)、艦船和汽車(chē)蒸汽輪機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)的，還是 應(yīng)用於發(fā)電廠水輪機(jī)上的，現(xiàn)有的翼形扭曲葉片(動(dòng)片)，即使氣源 壓力很高，流量足大，要通過(guò)能量轉(zhuǎn)換，輸出足以驅(qū)動(dòng)汽車(chē)的扭矩， 是很困難的。因?yàn)槟欠N葉片的能量損失太多太大了?，F(xiàn)今普通小教車(chē)
發(fā)動(dòng)機(jī)，務(wù)必輸出120Nm以上的扭矩，才能讓汽車(chē)行駛。只有大膽 沖破習(xí)慣設(shè)計(jì)思維，對(duì)原有的葉片進(jìn)行徹底改頭換面，使之在迎合氣 流沖擊時(shí)受力最小，能量損失最小，方可如愿以?xún)?。本氣輪發(fā)動(dòng)機(jī)反 "6"字形葉片，就是最適當(dāng)?shù)倪x擇。首先(初始段)，葉片一旦進(jìn)入 噴射區(qū)，氣流就對(duì)準(zhǔn)其中部橫縱面進(jìn)行法向的垂直沖擊，該沖擊力與 其偏心距產(chǎn)生力偶，驅(qū)動(dòng)氣輪盤(pán)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。最后(終了段)，葉片 即將離開(kāi)噴射區(qū)，氣流就對(duì)準(zhǔn)其氣輪盤(pán)作切向沖擊(實(shí)際就是對(duì)準(zhǔn)較 長(zhǎng)的葉片尾部直縱面作法向的垂直沖擊)，該沖擊力與輪中心形成大 力偶，加速驅(qū)動(dòng)氣輪盤(pán)作順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。從初始段至終了段之間，葉片 在連續(xù)不斷改變位置， 一直經(jīng)受氣流的沖擊，形成復(fù)雜疊加遞增力偶。 現(xiàn)有市面上的氮?dú)馄烤涂商峁?00kgfVcm2以上壓力的氣源。但我們需 要的是持久的高壓氣源，不能讓汽車(chē)開(kāi)動(dòng)一下就完事，而必須跑很長(zhǎng) 的里程。液氮罐能確保供應(yīng)較長(zhǎng)時(shí)間的高壓穩(wěn)定氣源。氣輪發(fā)動(dòng)機(jī)的 葉片尺寸長(zhǎng)而寬，沿氣輪盤(pán)圓周分布均勻且數(shù)量適當(dāng)，能時(shí)時(shí)秒秒保 持在噴射區(qū)有3個(gè)葉片受力，問(wèn)題應(yīng)迎刃而解。
(8) 氣輪殼其主要作用是形成一定空間，保持氣流不外泄， 不紊亂，讓氣壓和動(dòng)能全部直接施加於葉片上。它的上半部是半個(gè)封閉圓弧形空殼，形狀適應(yīng)于葉片旋轉(zhuǎn)，并與葉片保持小間隙。它的下 半部是開(kāi)口矩形空殼。
(9) 主軸主軸與氣輪盤(pán)連成一體，構(gòu)成氣輪發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)部 分^其作用是將轉(zhuǎn)矩(機(jī)械能)傳遞出去。主軸應(yīng)有很高的強(qiáng)度和剛
度。為減少長(zhǎng)時(shí)間工作的微變形，應(yīng)采用40Cr鋼制造，應(yīng)進(jìn)行調(diào)質(zhì) 熱處理和人工時(shí)效，軸頸處的同軸度應(yīng)在7級(jí)以上。
(10) 氣輪盤(pán)其主要作用是嵌裝葉片，由左右兩個(gè)法蘭組成， 與主軸連接成一體。其質(zhì)量較重，可起飛輪作用。
(11) 尾氣管它是氣輪發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣部件。其形狀和尺寸是否 適當(dāng)，對(duì)主機(jī)性能有一定影響。尾氣管的主要作用 一是讓廢氣流平 穩(wěn)有形有序排出機(jī)外；二是尾氣出口截面有效面積變大較多，大大降
低了出口流速，使噴嘴處氣流處?kù)断鄬?duì)高壓和高動(dòng)能狀態(tài)，為氣輪發(fā) 動(dòng)機(jī)充分發(fā)揮效率創(chuàng)造了條件。
綜上所述，汽車(chē)氣輪發(fā)動(dòng)機(jī)是將裝罐后的液氮進(jìn)行氣化，集儲(chǔ)於 儲(chǔ)氣包中增壓能量，然后經(jīng)導(dǎo)葉整流，由噴嘴多次直接強(qiáng)有力地噴射 到葉片上，驅(qū)動(dòng)氣輪盤(pán)及主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)氮?dú)獾膲毫δ芎蛣?dòng)能向主軸 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)能的能量轉(zhuǎn)換，輸出扭矩，使汽車(chē)行駛。所以，汽車(chē)氣輪發(fā) 動(dòng)機(jī)，實(shí)質(zhì)上是利用高壓氮?dú)鉀_擊葉片，驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)的新型動(dòng)力裝
本實(shí)用新型裝置可取代現(xiàn)有汽車(chē)汽(柴)發(fā)動(dòng)機(jī)，具有如下優(yōu)點(diǎn) (一)可使能源多次反復(fù)利用，氮?dú)馐强諝庵械淖钪饕煞?，體 積比在78%以上。要從空氣中分離制氮，技術(shù)上已很成熟，成本也不高。目前制氮工藝頗多，如低溫精餾法，高壓吸附法，膜分離法，燃
燒法，疊氮化鈉(NaN3)熱分解法等。生產(chǎn)液氮的工廠，在全國(guó)各 省均有多家。液氮便於隨車(chē)儲(chǔ)運(yùn)，再經(jīng)氣化，變成高能高壓氣流沖擊 氣輪發(fā)動(dòng)機(jī)后，又回到大氣中，理化性能沒(méi)有任何變化，可以無(wú)數(shù)次 地重復(fù)使用。不象汽(柴)油那樣燃燒后不能再生。而且氮?dú)庠诘厍?上的體積比比海水還多，真是取之不盡，用之不竭。
(二) 可實(shí)現(xiàn)有害氣體零排放，汽車(chē)尾汽中排出大量的C02、CO、 多環(huán)芳烴和黑煙，嚴(yán)重污染自然環(huán)境，加速地球變暖，破壞人體健康， 威脅世界常態(tài)。氣輪發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)有燃料燃燒環(huán)節(jié)，沒(méi)有化學(xué)反應(yīng)存在， 只有物理能量轉(zhuǎn)換，向空氣中排出的仍然是無(wú)色、無(wú)葉、無(wú)臭、無(wú)毒 的氮?dú)?，因此是有害氣體零排放。
(三) 氮?dú)饪芍瞥删哂泻芨叩哪芰棵芏群捅饶芰课镔|(zhì)，是自然界 便于儲(chǔ)運(yùn)和轉(zhuǎn)化能量的最好介質(zhì)之一。氮由氣態(tài)變液態(tài)，在單位體積 單位質(zhì)量中儲(chǔ)存了具有更多得多的能量，從而有利于降低整車(chē)自重和 提高車(chē)駛里程。
(四) 液氮的供應(yīng)，可以象現(xiàn)有煤氣那樣，進(jìn)行瓶裝或罐裝，既 便捷，更安全。比現(xiàn)在在供油站加油，更省時(shí)，準(zhǔn)確和誰(shuí)。
(五) 現(xiàn)有汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)非常寵雜，且隨著某些性能指標(biāo)的改 進(jìn)和提高，有愈來(lái)愈復(fù)雜之趨。其中頗多零部件在高溫高壓的惡劣環(huán) 境中高速重負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)，不僅對(duì)材質(zhì)及熱處理工藝要求苛刻，而且尺寸 精度，形狀精度，位置精度都在6 7級(jí)以上；零件粗糙度也要求嚴(yán) 格，某些表面甚至要鏡面以上，使機(jī)械加工相當(dāng)困難，裝配規(guī)程非常復(fù)雜，生產(chǎn)成本很高。氣輪發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，零件總數(shù)只有現(xiàn)今汽
(柴)油發(fā)動(dòng)機(jī)的1/5，精度要求除安裝軸承的主軸頸處稍高，其他 所有零部件均在7級(jí)以上，設(shè)有汽缸，活塞、連桿等這些難加工件、 也無(wú)冷卻系統(tǒng)，其中潤(rùn)滑系統(tǒng)和密封系統(tǒng)的技術(shù)要求也很低，因而生 產(chǎn)制造費(fèi)用大大降低。
(六)只需將現(xiàn)有控制油門(mén)的踏板，改為控制氣流大小的活門(mén)踏 板就行了，其他所有操縱機(jī)構(gòu)完全不變。因而對(duì)于駕駛員來(lái)說(shuō)，由于 氣輪發(fā)動(dòng)機(jī)零部件少，功能簡(jiǎn)單，又是在常溫下動(dòng)轉(zhuǎn)，故障少，駕駛 和維修更容易，且無(wú)燃?xì)馊紵ê突钊麤_程等帶來(lái)的大噪音，大振 動(dòng)和油臭味，工作環(huán)境明顯改善。
權(quán)利要求1、一種汽車(chē)氣輪發(fā)動(dòng)機(jī)，它包括有液氮罐(1)、汽化器(2)、高壓儲(chǔ)氣包(3)、操作活門(mén)(4)、導(dǎo)葉(5)、噴嘴(6)、葉片(7)、氣輪殼(8)、主軸(9)、氣輪盤(pán)(10)、尾氣管(11)構(gòu)成，其特征是在液氮罐(1)一端設(shè)置有汽化器(2)和高壓儲(chǔ)氣包(3)，高壓儲(chǔ)氣包(3)另一端連接有噴嘴(6)，在噴嘴(6)上設(shè)置有操作活門(mén)(4)，控制調(diào)節(jié)氣體大小，在噴嘴(6)的另一端與氣輪盤(pán)(10)相連接，氣輪盤(pán)(10)內(nèi)嵌裝有葉片(7)，在氣輪盤(pán)(10)外部還設(shè)有氣輪殼(8)，在氣輪盤(pán)(10)的中心設(shè)置有主軸(9)，主軸(9)與氣輪盤(pán)(10)連成為一體。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車(chē)氣輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是該氣輪盤(pán) 內(nèi)葉片(7)為反6字形狀。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種汽車(chē)氣輪發(fā)動(dòng)機(jī)，它由液氮罐(1)、汽化器(2)、高壓儲(chǔ)氣包(3)、操縱活門(mén)(4)、導(dǎo)葉(5)、噴嘴(6)、葉片(7)、氣輪殼(8)、主軸(9)、氣輪盤(pán)(10)、尾氣管(11)構(gòu)成，是利用高壓儲(chǔ)氣包(3)中的高壓氮?dú)鉀_擊葉片(7)驅(qū)動(dòng)主軸(9)旋轉(zhuǎn)的新型力裝置。用它取代現(xiàn)有汽車(chē)汽(柴)油發(fā)動(dòng)機(jī)，可實(shí)現(xiàn)有害氣體零排放，它能反復(fù)利用氮?dú)赓Y源，降低整車(chē)自重和提高車(chē)駛里程，更換氮?dú)夤薇仍诠┯驼炯佑透r(shí)、準(zhǔn)確、安全，它簡(jiǎn)化發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，降低生產(chǎn)成本；只將現(xiàn)有控制油門(mén)的踏板改為控制氣流的活門(mén)，其他操縱機(jī)構(gòu)全不變，駕駛技術(shù)更簡(jiǎn)易，駕駛室無(wú)油臭等更衛(wèi)生。
文檔編號(hào)F01D1/02GK201292863SQ200820053478
公開(kāi)日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2008年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月19日
發(fā)明者立 宋, 宋娜娜, 宋飛刀 申請(qǐng)人:宋 立;宋娜娜;宋飛刀