產(chǎn)生機(jī)械功的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明的產(chǎn)生機(jī)械功的方法涉及動(dòng)力工程領(lǐng)域并且可以應(yīng)用于將工作介質(zhì)的動(dòng)能和熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功。方法包括使預(yù)壓縮的工作介質(zhì)旋動(dòng)，在致動(dòng)裝置中膨脹來(lái)以使軸(3)旋轉(zhuǎn)的方式產(chǎn)生機(jī)械功以及從致動(dòng)裝置排出工作介質(zhì)。工作介質(zhì)在致動(dòng)裝置中沿著錐形螺旋線形式的空間軌跡旋動(dòng)，錐形螺旋線在定位成與旋轉(zhuǎn)軸線成一定角度的平面上的投影是具有至少兩個(gè)分界點(diǎn)的曲線。
【專(zhuān)利說(shuō)明】產(chǎn)生機(jī)械功的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及動(dòng)力裝置工程（動(dòng)力工程）領(lǐng)域并且可以應(yīng)用于將工作介質(zhì)的動(dòng)能和 熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功。

【背景技術(shù)】
[0002] 存在用于在發(fā)動(dòng)機(jī)中通過(guò)工作元件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)將工作介質(zhì)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為機(jī) 械能的已知方法。例如，專(zhuān)利 US3282560 (1966. 01. 11)、CH669428 (1989. 03. 15)以及 RU2200848 (2003. 03. 20)包括用于在將壓縮氣體的能量在葉片系統(tǒng)中轉(zhuǎn)換為軸的機(jī)械功的 燃?xì)鉁u輪機(jī)中產(chǎn)生機(jī)械能的方法。同時(shí)使工作介質(zhì)供入渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的通道并且在從通道流 出時(shí)使其加速，提供了轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)。
[0003] 工作介質(zhì)的內(nèi)能轉(zhuǎn)換為熱能的低效率和壓縮的工作介質(zhì)的熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的 低效率是已知方法的普遍缺點(diǎn)。壓縮的工作介質(zhì)的熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的低效率通過(guò)如下事 實(shí)具體說(shuō)明（在熱力發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的已知原理的框架下）：根據(jù)熱力學(xué)第二定律，熱力發(fā)動(dòng)機(jī) 的效率因子不取決于其設(shè)計(jì)和工作介質(zhì)的種類(lèi)，而是由工作介質(zhì)在熱力發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部與流出 時(shí)的溫度差決定。
[0004] 更充分地利用工作介質(zhì)的熱能的簡(jiǎn)單有效的技術(shù)中的一種技術(shù)為在動(dòng)力渦輪機(jī) 中使用之后回收工作介質(zhì)的熱能。然而，在常規(guī)設(shè)計(jì)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中，熱能的回收在熱 交換器中發(fā)生并且未得到顯著效果。
[0005] 存在將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功的已知方法，這些方法包括將工作介質(zhì)的內(nèi)熱另外轉(zhuǎn)換 為工作介質(zhì)的動(dòng)能并且進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。在這種情況下從在已知的熱力學(xué)循環(huán)期間移 入吸熱器的熱量中的一部分產(chǎn)生補(bǔ)充的動(dòng)能。
[0006] 在其他已知的方法中，工作介質(zhì)的補(bǔ)充動(dòng)能通過(guò)對(duì)工作介質(zhì)的微體積進(jìn)行定向空 間取向的方法來(lái)提?。▽?zhuān)利RU2134354(1999. 08. 10))。根據(jù)專(zhuān)利RU2006589(1994. 01. 30) 和專(zhuān)利RU2031230 (1995. 03. 20)所涉及的方法，在將工作介質(zhì)引入渦輪機(jī)之前改變工作介 質(zhì)的熱力學(xué)狀態(tài)，并且將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以與渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸成不同角度的情況下給予工作介質(zhì)。 工作介質(zhì)在這種情況下產(chǎn)生的流動(dòng)情況（具體地，工作介質(zhì)微體積的圓周速度的具體分布 根據(jù)與轉(zhuǎn)子軸的距離提供）為使得工作介質(zhì)的熱量中的一部分自發(fā)生成工作介質(zhì)本身的 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的增量。
[0007] 專(zhuān)利RU2084645 (1997. 07. 20)所涉及的用于將工作介質(zhì)的熱能和動(dòng)能轉(zhuǎn)換為機(jī) 械功的已知方法包括如下事實(shí)：在到達(dá)內(nèi)流式渦輪機(jī)的葉片之前，使預(yù)壓縮的工作介質(zhì)在 導(dǎo)向組件中進(jìn)行空間旋動(dòng)并且然后將其導(dǎo)向加速腔以進(jìn)行膨脹和冷卻，并且在動(dòng)態(tài)壓力作 用于渦輪機(jī)葉片之后，壓縮工作介質(zhì)。在這種情況下，通過(guò)選擇流入導(dǎo)向組件的工作介質(zhì)的 旋動(dòng)的最優(yōu)角以確保在靠近旋轉(zhuǎn)軸線時(shí)工作介質(zhì)的單位質(zhì)量的速度上的增加，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)換 的更高的效率因子。根據(jù)發(fā)明人所述，關(guān)鍵條件是，在沒(méi)有使工作介質(zhì)的量（volume)變大 的情況下將部分熱量轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而得到更高的轉(zhuǎn)換效率因子。
[0008] 由于需要對(duì)導(dǎo)向組件和渦輪機(jī)的葉片形狀進(jìn)行匹配，所以所述方法中的效率因子 增益可能變得較不重要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的技術(shù)效果旨在包括開(kāi)發(fā)一種在相對(duì)容易實(shí)施的情況下產(chǎn)生機(jī)械能的經(jīng) 濟(jì)的方法。
[0010] 所限定的技術(shù)效果通過(guò)如下事實(shí)實(shí)現(xiàn)：在包括使預(yù)壓縮的工作介質(zhì)旋動(dòng)、使工作 介質(zhì)在致動(dòng)裝置中膨脹來(lái)以使制動(dòng)裝置的軸旋轉(zhuǎn)的方式產(chǎn)生機(jī)械功以及從所述裝置排出 工作介質(zhì)的產(chǎn)生機(jī)械功的方法中，工作介質(zhì)直接在致動(dòng)裝置中沿著錐形螺旋線形狀的空間 軌跡旋動(dòng)，該錐形螺旋線在定位成與旋轉(zhuǎn)軸線成一定角度的平面上的投影為具有至少兩個(gè) 分界點(diǎn)（breakpoint)的曲線。曲線中的一段為雙曲螺旋的形狀。錐形螺旋線在穿過(guò)旋轉(zhuǎn) 軸線的正平面上的間隔間距為可變的。工作介質(zhì)可以為液體或氣體。從致動(dòng)裝置排出工作 介質(zhì)可以通過(guò)至少兩個(gè)噴嘴實(shí)現(xiàn)。在具體情況中，工作介質(zhì)被排出到封閉的殼體。在具體 示例中，殼體以葉片渦輪機(jī)的形式制造并且配備有旋轉(zhuǎn)的能力。
[0011] 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)解析幾何，與任何二階3D曲線一樣，工作介質(zhì)的空間軌跡可以通過(guò)空間 軌跡的與旋轉(zhuǎn)軸線成一定角度的平面投影來(lái)唯一地表示，其中平面上的曲線的每個(gè)點(diǎn)與空 間曲線的點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。為此，為了作出執(zhí)行所述軌跡的算法，方便的是，將空間曲線表示為其 與旋轉(zhuǎn)軸線成一定角度的投影，具體地，表示為如圖1所示的空間曲線的正交投影（與旋轉(zhuǎn) 軸線成直角）。
[0012] 具有至少兩個(gè)分界點(diǎn)的錐形螺旋線是指各自由通過(guò)以下標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)方程描述的三 個(gè)部分組成的分段光滑曲線：
[0013] 第一部分：一段錐形螺旋線（(KtUi)
[0014]

【權(quán)利要求】
1. 一種產(chǎn)生機(jī)械功的方法，包括：使預(yù)壓縮的工作介質(zhì)旋動(dòng)；使所述工作介質(zhì)在致動(dòng) 裝置中膨脹來(lái)以使軸旋轉(zhuǎn)的方式產(chǎn)生機(jī)械功；以及從所述裝置排出所述工作介質(zhì)，其特征 在于使所述工作介質(zhì)在所述致動(dòng)裝置中沿著錐形螺旋線形狀的空間軌跡旋動(dòng)，所述錐形螺 旋線在定位成與所述旋轉(zhuǎn)軸線成一定角度的平面上的投影是具有至少兩個(gè)分界點(diǎn)的曲線。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中將所述曲線中的一段成形為雙曲螺旋。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中使所述錐形螺旋線在穿過(guò)所述旋轉(zhuǎn)軸線的正面上 的間隔間距可變。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中通過(guò)至少兩個(gè)噴嘴來(lái)實(shí)現(xiàn)從所述致動(dòng)裝置排出所 述工作介質(zhì)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中將所述工作介質(zhì)排出到封閉的殼體中。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中以葉片渦輪機(jī)的形式制造所述殼體并且為所述殼 體配備旋轉(zhuǎn)的能力。
【文檔編號(hào)】F01D1/32GK104093936SQ201280066606
【公開(kāi)日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2012年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月7日
【發(fā)明者】喬治·拉馬薩諾維奇·烏馬羅夫, 謝爾蓋·伊萬(wàn)諾維奇·博伊琴科, 希夫·維克拉姆·肯卡 申請(qǐng)人:索拉里斯控股有限公司