專利名稱：有雙螺桿式壓氣機(jī)及透平的燃?xì)廨啓C(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
在現(xiàn)有技術(shù)當(dāng)中，燃?xì)廨啓C(jī)主要由壓氣機(jī)、燃燒室、透平三大部分組成，其壓氣機(jī)、透平均由葉輪組成，該機(jī)在工作時(shí)空氣被壓氣機(jī)吸入經(jīng)增壓后，送入燃燒室并與噴入燃燒室內(nèi)的燃料混合燃燒，將燃燒所生成的具有一定壓力的高溫燃?xì)庖胪钙?，燃?xì)庠谕钙街信蛎涀龉笈湃氪髿猓钙剿l(fā)出的功率一部份用于驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)，剩余的向外輸出，這種燃?xì)廨啓C(jī)具有體積小、重量輕、功率大、起動(dòng)迅速、振動(dòng)小、排氣污染小、潤滑油耗量低、多種燃料適應(yīng)性強(qiáng)，可用較便宜的石油燃料，如低質(zhì)柴油、重油，其低溫起動(dòng)性能好，易維護(hù)保養(yǎng)等優(yōu)點(diǎn)。在航空、發(fā)電、機(jī)車輪船以及交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但目前燃?xì)廨啓C(jī)還有一些易克服的弱點(diǎn)，首先是經(jīng)濟(jì)性差，特別是小型燃?xì)廨啓C(jī)熱效率一般僅百分之十幾，其次需采用昂貴的耐高溫材料制造各種受熱部件，特別是渦輪葉片，致使小型燃?xì)廨啓C(jī)的推廣應(yīng)用受到極大限制。
在整個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展過程中人們一直在研究提高燃?xì)廨啓C(jī)熱效率和比功的問題，推動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用。燃?xì)獬鯗?、循環(huán)增壓比、壓縮機(jī)及透平的內(nèi)部效率是表征燃?xì)廨啓C(jī)工作特性的重要參數(shù)，提高燃?xì)獬鯗亍⒀h(huán)增壓比、壓縮機(jī)及透平的內(nèi)部效率是提高燃?xì)廨啓C(jī)熱效率及比功的重要手段。
限制燃?xì)獬鯗靥岣叩闹饕蛩厥菧u輪機(jī)葉片在高溫下的強(qiáng)度。目前，普遍使用的燃?xì)廨啓C(jī)的燃?xì)獬鯗卦?00℃-1200℃，對(duì)于小功率燃?xì)廨啓C(jī)，由于葉片冷更加困難故其燃?xì)獬踺^低，只有700℃-900℃。
循環(huán)增壓比越高燃?xì)廨啓C(jī)定壓加熱循環(huán)的熱效率越高。目前多數(shù)燃?xì)廨啓C(jī)的增壓比在5-18的范圍內(nèi)，唯獨(dú)航空燃?xì)廨啓C(jī)可以達(dá)到25左右。當(dāng)增溫比和壓縮機(jī)及透平的內(nèi)部效率一定時(shí)，有相應(yīng)于最高有效效率的最佳增壓比。
本發(fā)明的目的在于，提供一種具有較高燃?xì)獬鯗?、壓力比隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的變化波動(dòng)較小的中小功率燃?xì)廨啓C(jī)。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是在燃?xì)廨啓C(jī)中的壓氣機(jī)(1)和透平(3)均由雙螺桿式機(jī)構(gòu)組成，該螺桿式機(jī)構(gòu)的氣缸(4)兩端分別設(shè)置有進(jìn)氣口(5)及排氣口(6)，氣缸中平行配置有兩個(gè)按一定傳動(dòng)比反向旋轉(zhuǎn)又相互嚙合的螺旋形陰陽轉(zhuǎn)子(7)、(8)，其中陽轉(zhuǎn)子上的陽螺桿部分具有螺旋形凸齒，陰轉(zhuǎn)子上的陰螺桿部分具有螺旋形凹齒，轉(zhuǎn)子一端在伸出氣缸體外的部分設(shè)置有同步齒輪(9)，陰陽螺桿的嚙合線及陰陽螺桿的齒頂與氣缸內(nèi)壁的接觸線或面成間隙密封狀態(tài)，作為透平使用的雙螺桿式機(jī)構(gòu)與作為壓縮機(jī)使用的雙螺桿式機(jī)構(gòu)其組成相同，但工作過程剛好相反。壓氣機(jī)1不少于一級(jí)，透平3不少于一級(jí)。作為壓氣機(jī)1和透平3的雙螺桿機(jī)構(gòu)，其冷卻方式可有以下三種(1)、循環(huán)液冷式缸體上設(shè)置有冷卻水套，陰陽轉(zhuǎn)子內(nèi)部開有多個(gè)冷卻孔，內(nèi)通循環(huán)液體進(jìn)行冷卻；(2)、內(nèi)噴水冷式在陰陽螺桿轉(zhuǎn)子上設(shè)置有多個(gè)徑向小孔，冷卻水以一定壓力由轉(zhuǎn)子中心通過小孔噴出對(duì)轉(zhuǎn)子及缸體進(jìn)行冷卻；(3)、混合冷卻式即冷卻方案(1)、(2)的混合使用。
由于該機(jī)采用雙螺桿式機(jī)構(gòu)，因而具有以下特點(diǎn)(1)作為壓氣機(jī)的雙螺桿式機(jī)構(gòu)，其級(jí)壓力比與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速無關(guān)，即增壓比不隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而變化。如果只用作終級(jí)壓縮機(jī)則最小總增壓比為雙螺桿式機(jī)構(gòu)的級(jí)增壓比。
(2)雙螺桿式壓縮機(jī)穩(wěn)定工況范圍較寬，無喘振現(xiàn)象，在最高效率值附近存在一個(gè)相當(dāng)寬廣的轉(zhuǎn)速范圍。
(3)由于該機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)子及缸體進(jìn)行水冷，故其冷卻效果遠(yuǎn)大于氣膜等冷卻方式?？杀ＷC氣缸及轉(zhuǎn)子與燃?xì)饨佑|的部位的溫度低于350℃，轉(zhuǎn)子內(nèi)部溫度不高于80℃-100℃，所以可采用較高的燃?xì)獬鯗亍?br> (4)由于采用雙螺桿式機(jī)構(gòu)作為透平，其較強(qiáng)的冷卻效果使透平對(duì)燃燒室出口處的燃?xì)鉁囟葓?chǎng)的均勻程度要求較低，可縮小燃燒室的長度，簡化結(jié)構(gòu)。
(5)壓氣機(jī)及透平均有較高的絕熱效率，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)速的20％-100％的范圍內(nèi)，其絕熱效率在0.78-0.85以上，壓力比隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的變化較小，其燃?xì)獬鯗剌^高，因而本發(fā)明在全負(fù)荷、部份負(fù)荷及怠速時(shí)均保持較高的熱效率。
(6)由于雙螺桿式機(jī)構(gòu)陰陽轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向相反，所以其扭振較小。
(7)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)較小，最高轉(zhuǎn)速在30000轉(zhuǎn)以下，加速性能較現(xiàn)有燃?xì)廨啓C(jī)大有提高。
(8)雙螺桿式機(jī)構(gòu)各部件對(duì)材料的要求不高，熱承受能力強(qiáng)，可使用價(jià)格較低的普通金屬材料，其制造成本低。
(9)該機(jī)同時(shí)還具有體積小、重量輕、單位功率的比重量在2kg/kw以下，其結(jié)構(gòu)較為緊湊，無易損件，使用維護(hù)方便。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明；

圖1為本發(fā)明的示意2為雙螺桿式機(jī)構(gòu)的主視、俯視、側(cè)視剖面3為雙螺桿式機(jī)構(gòu)循環(huán)液冷示意4為雙螺桿式機(jī)構(gòu)內(nèi)噴液冷示意5為雙螺桿式機(jī)構(gòu)作為透平時(shí)的工作過程6為雙螺桿式壓氣機(jī)的綜合特性曲線1為本發(fā)明的示意圖，(1)為雙螺桿式壓縮機(jī)；(2)為燃?xì)廨啓C(jī)中常用燃燒室；(3)雙螺桿式透平；壓縮機(jī)(1)向燃燒室(2)提供連續(xù)的壓縮空氣，并與噴入燃燒室(2)中的燃料混合燃燒。產(chǎn)生的高溫燃?xì)?，在雙螺桿式透平(3)中連續(xù)膨脹做功，所作的功一部份用以驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)(1)，剩余的用于驅(qū)動(dòng)負(fù)荷及其它輔助機(jī)構(gòu)。
圖2為雙螺桿式機(jī)構(gòu)的主視、俯視、側(cè)視的剖面圖，作為壓縮機(jī)(1)和透平(2)使用的雙螺桿式機(jī)構(gòu)的氣缸(4)兩端分別有進(jìn)氣口(5)及排氣口(6)，氣缸中平行配置有兩個(gè)按一定傳動(dòng)比反向旋轉(zhuǎn)又相互嚙合的螺旋形陰轉(zhuǎn)子(7)、陽轉(zhuǎn)子(8)，其中陽轉(zhuǎn)子(8)上的陽螺桿部分具有螺旋形凸齒，陰轉(zhuǎn)子(7)上的陰螺桿部分具有螺旋形凹齒，轉(zhuǎn)子一端在伸出氣缸體外的部分設(shè)置有同步齒輪(9)，陰陽螺桿的嚙合線及陰陽螺桿的齒頂與氣缸內(nèi)壁的接觸線或面成間隙密封狀態(tài)。將其用作透平時(shí)，壓縮機(jī)的進(jìn)氣口成了透平的排氣口，排氣口則成為透平的進(jìn)氣口，作為透平時(shí)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向與作為壓縮機(jī)時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向相反。
圖3為雙螺桿式機(jī)構(gòu)循環(huán)液冷示意圖，圖中雙螺桿式機(jī)構(gòu)的氣缸(4)上設(shè)有冷卻套(10)，內(nèi)通冷卻液進(jìn)行循環(huán)液冷，使氣缸壁的溫度保持在正常工作范圍以內(nèi)，在陰陽轉(zhuǎn)子(7)、(8)內(nèi)部，沿齒向開有多個(gè)冷卻孔(11)，內(nèi)通冷卻液進(jìn)行循環(huán)冷卻，使陰陽轉(zhuǎn)子的溫度保持在正常工作范圍。
圖4為雙螺桿式機(jī)構(gòu)內(nèi)噴水冷示意圖，圖中在陰陽轉(zhuǎn)子的每個(gè)齒上，由齒頂依次設(shè)置有多個(gè)徑向噴水孔(12)連通轉(zhuǎn)子的中心水道(13)，冷卻水在一定的壓力作用下經(jīng)中心水道(13)、噴水孔(12)噴入氣缸中對(duì)轉(zhuǎn)于及氣缸進(jìn)行冷卻，噴出的水在氣缸內(nèi)受熱蒸發(fā)并隨燃?xì)馀懦觥Ｔ跉飧淄獠枯o于風(fēng)冷。
圖5為雙螺桿式機(jī)構(gòu)作為透平時(shí)的工作過程圖，圖中(7)為陰轉(zhuǎn)子，(8)為陽轉(zhuǎn)子，(4)為∞形氣缸，(14)為齒間容積，作為透平時(shí)的雙螺桿機(jī)構(gòu)，與作為壓縮機(jī)時(shí)的結(jié)構(gòu)相同，其工作過程相反，圖5a是進(jìn)氣過程，當(dāng)相互嚙合的一對(duì)齒越入進(jìn)氣口時(shí)，其在高壓區(qū)的齒間容積由零逐漸擴(kuò)大，高溫燃?xì)馓畛溥M(jìn)齒間容積；圖5b是進(jìn)氣結(jié)束膨脹過程開始，在這對(duì)嚙合齒越過進(jìn)氣口之后，進(jìn)氣過程結(jié)束，此時(shí)齒間容積(14)與進(jìn)排氣口(5)(6)均不連通，為一封閉容積；轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，齒間封閉容積不斷擴(kuò)大。圖5c為膨脹過程結(jié)束排氣過程開始，當(dāng)這一對(duì)齒間容積(14)與排氣口(6)連通后膨脹過程結(jié)束，排氣過程開始。圖5d為排氣過程，當(dāng)這一對(duì)齒間容積(14)與排氣口(6)連通后，隨著轉(zhuǎn)子的繼續(xù)回轉(zhuǎn)這一對(duì)齒間容積逐漸減小，膨脹后的燃?xì)庥膳艢饪谂懦觯瑫r(shí)緊跟其后過來的下一對(duì)齒間容積亦繼續(xù)重復(fù)這一過程形成燃?xì)獾倪B續(xù)膨脹。
圖6為雙螺桿式壓氣機(jī)的綜合特性曲線圖，橫坐標(biāo)表示螺桿式壓氣機(jī)的壓力比，縱坐標(biāo)表示螺桿式壓氣機(jī)的排氣量，ηad表示絕熱效率，n表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。該圖表示不同轉(zhuǎn)速時(shí)排氣V和壓力比τ的關(guān)系；同時(shí)也表示出不同工況下的絕熱效率曲線。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)速的20％-100％的范圍內(nèi)，其絕熱效率在0.75-0.85以上，壓力比隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的變化較小。在最高效率值附近存在一個(gè)相當(dāng)寬廣的轉(zhuǎn)速和壓力比范圍，此范圍內(nèi)壓縮機(jī)效率的降低并不顯著。
權(quán)利要求
1.一種有雙螺桿式壓氣機(jī)及透平的燃?xì)廨啓C(jī)主要由壓氣機(jī)1、燃燒室2、透平3三部分組成，其特征在于壓氣機(jī)1和透平3均為雙螺桿式機(jī)構(gòu)組成，該雙螺桿式機(jī)構(gòu)的氣缸4兩端分別設(shè)置有進(jìn)氣口5及排氣口6，氣缸4中平行配置有兩個(gè)按一定傳動(dòng)比反向旋轉(zhuǎn)又相互嚙合的螺旋形陰陽轉(zhuǎn)子7、8，其中陽轉(zhuǎn)子8上的陽螺桿部分具有螺旋形氣齒，陰轉(zhuǎn)子7上的陰螺桿部分具有螺旋形凹齒，轉(zhuǎn)子一端在伸出氣缸體外的部分設(shè)置有同步齒輪9，陰陽螺桿的嚙合線及陰陽螺桿的齒頂與氣缸內(nèi)壁的接觸線或面成間隙密封狀態(tài)，作為透平使用的雙螺桿式機(jī)構(gòu)與作為壓縮機(jī)使用的雙螺桿式機(jī)構(gòu)其組成相同，但工作過程剛好相反。
2.如權(quán)利要求1所述的有雙螺桿式壓氣機(jī)及透平的燃?xì)廨啓C(jī)，其特征在于壓氣機(jī)1不少于一級(jí)，透平3不少于一級(jí)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的有雙螺桿式壓氣機(jī)及透平的燃?xì)廨啓C(jī)，其特征在于；作為壓氣機(jī)1和透平3的雙螺桿機(jī)構(gòu)，其冷卻方式有三種(1)、循環(huán)液冷式缸體上設(shè)置有冷卻套，陰陽轉(zhuǎn)子內(nèi)部開有多個(gè)冷卻孔，孔的位置靠近累桿表面，沿齒旋方向開設(shè)，內(nèi)通循環(huán)冷卻液；(2)、內(nèi)噴水冷式在陰陽螺桿轉(zhuǎn)子上設(shè)置有多個(gè)徑向小孔，冷卻水以一定壓力由轉(zhuǎn)子中心通過小孔噴出對(duì)轉(zhuǎn)子及缸體進(jìn)行冷卻；(3)、混合冷卻式即冷卻方案(1)、(2)的混合使用。
全文摘要
一種有雙螺桿式壓氣機(jī)及透平的燃?xì)廨啓C(jī),該機(jī)由壓氣機(jī)、燃燒室和透平三部分組成,其壓氣機(jī)和透平均采用雙螺桿式機(jī)構(gòu),該機(jī)構(gòu)具有一個(gè)∞形氣缸,氣缸中平行配置有兩個(gè)按一定傳動(dòng)比反向旋轉(zhuǎn)又相互嚙合的螺旋形陰陽轉(zhuǎn)子,轉(zhuǎn)子上陰陽螺桿的嚙合線及陰陽螺桿與氣缸內(nèi)壁的接觸面均成間隙密封狀態(tài),作為透平使用的雙螺桿式機(jī)構(gòu)與作為壓氣機(jī)使用的雙螺桿式機(jī)構(gòu),結(jié)構(gòu)相同,工作過程剛好相反。其可承受較高的燃?xì)獬鯗?無喘振現(xiàn)象,在最高效率值附近具有相當(dāng)寬廣的轉(zhuǎn)速范圍。
文檔編號(hào)F02C3/00GK1176340SQ9611302
公開日1998年3月18日 申請(qǐng)日期1996年9月12日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月12日
發(fā)明者張紫凍 申請(qǐng)人:張紫凍