CN1611746A - 双子星旋转式发动机 - Google Patents

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CN1611746A CN 200310103946 CN200310103946A CN1611746A CN 1611746 A CN1611746 A CN 1611746A CN 200310103946 CN200310103946 CN 200310103946 CN 200310103946 A CN200310103946 A CN 200310103946A CN 1611746 A CN1611746 A CN 1611746A
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    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/08—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing
    • F01C1/10—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member
    • F01C1/102—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member with a crescent shaped filler element located between the intermeshing elements

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Abstract

该装置为一种旋转式发动机，可用于汽轮机、水轮机、燃气轮机、蒸汽机、内燃机的动力部分，也可将其用于高压流体泵。其结构特点为：产生旋转力矩(即动力)的主体部分由转子和定子组成，当转子在定子内部按逆时针方向绕中心轴旋转时，行星轮在随同转子按逆时针方向旋转的同时绕自转轴按顺时针方向旋转；在转子旋转动过程中，其内部形成一膨胀空间和一压缩空间。由于侧密封装置可与转子设计成一体结构，故能保持工作空间有良好密封性能。由于该装置能够提供较大的膨胀空间，故而可以预见能够提高发动机机的工作效率，且可以实现用较小的设备体积输出较大的功率。其具体结构可有较多的变化、选择余地充裕，利用现有的技术条件很容易实现。

Description

双子星旋转式发动机
此发明为一种旋转式发动机，其结构特点是：整个装置产生动力的主要部件由转子和定子两部分组成，其它辅助装置起到密封和运转协调作用；以下为几种典型结构：
一.结构1：
图1为整个装置的轴向剖视图，反映转子和定子的安装位置及其运转协调装置；以图1为基本视图，其轴向A-A位置的左视图为图2，反映转子和定子的形状与结构；图3为图1轴向B-B位置的左视图，反映进气孔与排气孔的位置；图4为图1轴向C-C位置的左视图，反映转子与定子的转动协调装置；图5为图1轴向D-D位置左视图，反映转子左侧的密封结构；图6为图1轴向E-E位置的左视图，反映转子右侧密封结构。
如图2，其定子(2)安装时固定于桶状外壳(5)内，该定子内侧周向等距分布三个凸起的齿状体(2-1、2-2、2-3)；其转子由行星轮(1)与转动模块(8)组成，行星轮(1)上周向等距分布两个凹槽(1-1、1-2)，该行星轮(1)通过自转轴(6)与转动模块(8)构成一双子星结构；自转轴(6)穿过转动模块(8)两侧的密封侧板(12、13)；当转动模块(8)绕转子轴(9)按逆时针方向旋转时，(见图2)，行星轮(1)随同整个转子绕转轴(9)按逆时针方向旋转的同时绕自转轴(6)按顺时针方向旋转。
在图2所示位置时，由行星轮(1)、定子(2)及转动模块(8)和两侧密封装置构成的空间可为进入其中的高压气体提供一做功的膨胀空间(3)，而在转子与定子啮合点的左侧为压缩空间(4)，可将废气排出。
转子与定子同步运转的协调装置由行星齿轮(16)和固定齿轮(17)组成，(见图4)；与行星轮(1)固连的自转轴(6)同时与行星齿轮(16)固连，这样可保持转子与定子的同步运转。
为了避免转子与定子在啮合点(10)处的相对运动而产生阻力，可将行星轮(1)和定子(2)的大部分圆周尺寸取值分别与行星齿轮(16)和固定齿轮(17)的分度圆相同；为了保证膨胀空间(3)有足够的体积，定子(2)上的凸起齿状体的模数可以大于运转协调齿轮(16、17)的模数，且该齿的齿根高应与齿顶高相同。
定子(2)上三个齿状凸起将内部空间分为三段，见图3，每一段侧壁上皆有一个高压气体的进口(20、22、24)和出口(21、23、25)；高压气体可依次通过进气口(20、22、24)进入三个内部空间。
如图5、图6，转动模块(8)两侧的密封装置由左右密封侧板(13、12)及左右密封圈(15、14)组成；安装时密封圈(15、14)可固定于定子(2)内侧，并保持密封圈(15、14)分别与密封侧板(13、12)有严密的接触及良好的润滑；另外由于密封侧板(13、12)与转动模块(8)为一体结构，(见图1)，如此可以达到密封要求。
各部件数字注解如下：
1.行星轮，2.定子，3.膨胀空间，4.压缩空间，5.桶状外壳，6.行星轮自转轴，7.桶状外壳左侧边裙，8.转动模块，9.转子转轴，10.行星轮与定子啮合点，11.端盖固定螺栓，12.转动模块右侧密封侧板，13.转动模块左侧密封侧板，14.转子右侧密封圈，15.转子左侧密封圈，16.运转协调行星齿轮，17.运转协调固定齿轮，18.装置左侧端盖，19.装置右侧端盖，20.定子侧壁上径向进气孔，21.定子侧壁上径向排气孔，22.定子侧壁上径向进气孔，23.定子侧壁上径向排气孔，24.定子侧壁上径向进气孔，25.定子侧壁上径向排气孔。
如数据取值为：转子和定子同步运转协调齿轮(16、17)的模数m＝12，齿数分别为z1＝2(0，z2＝30；则两齿轮分度圆直径分别为：d16＝240mm、d17＝360mm，齿高为h2＝27mm，单齿厚为s＝18.8mm；取行星轮(1)和定子(2)的基本圆直径分别为：d1＝240mm、d2＝360mm，取定子上齿高h1＝27mm，周向齿厚s＝56.6mm；为了保证定子齿与行星轮啮合时运转的平稳，则行星轮(1)上凹槽的两受压面仍需具有渐开线形状；取定子及转子的轴向有效尺寸为90mm，如果维持的膨胀空间(3)压强为6atm，则理论上可产生的最大旋转力矩约为260N.m。这里当转子绕转轴(9)按逆时针方向转过360°时，行星轮(1)绕自转轴(6)按顺时针方向转过180°。
为了比较各种具体结构的优缺点，可将定子上的凸齿用凹槽替换，而行星轮上的凹槽用凸齿替换，如此工作空间的密封更容易实现，但这时设备所能提供空间不能得到充分利用，见以下结构：
二.结构2：
图7为整个装置的轴向剖视图，反映转子和定子的安装位置及其运转协调装置；以图8为基本视图，其轴向A-A位置的左视图为图图8，反映转子和定子的形状与结构；图9为图7轴向B-B位置的左视图，反映进气孔与排气孔的位置；图10为图7轴向C-C位置的左视图，反映转子与定子的转动协调装置；图11为图7轴向D-D位置左视图，反映转子左侧的密封结构；图12为图7轴向E-E位置的左视图，反映装置右侧端盖结构。
如图图8，其定子(2)安装时固定于桶状外壳(5)内，该定子内侧周向等距分布三个凹槽(2-1、2-2、2-3)；其转子由行星轮(1)与转动模块(8)组成，行星轮(1)上周向等距分布两个凸齿(1-1、1-2)，该行星轮(1)通过自转轴(6)与转动模块(8)构成一双子星结构；自转轴(6)穿过转动模块(8)两侧的密封侧板(12、13)；当转动模块(8)绕转子轴(9)按逆时针方向旋转时，(见图8)，行星轮(1)随同整个转子绕转轴(9)按逆时针方向旋转的同时绕自转轴(6)按顺时针方向旋转。
在图图8所示位置时，由行星轮(1)、定子(2)及转动模块(8)和两侧密封装置构成的空间可为进入其中的高压气体提供一做功的膨胀空间(3)，而在转子与定子啮合点的左侧为压缩空间(4)，可将废气排出。转子与定子同步运转的协调装置由行星齿轮(16)和固定齿轮(17)组成；与行星轮(1)固连的自转轴(6)同时与行星齿轮(16)固连，(见图7)；其定位装置为定位销(14、15)，这样可保持转子与定子的同步运转。
为了避免转子与定子在啮合点(10)处的相对运动而产生阻力，可将行星轮(1)和定子(2)的大部分圆周尺寸取值分别与行星齿轮(16)和固定齿轮(17)的分度圆相同；为了保证膨胀空间(3)有足够的体积，定子(2)上的凸起齿状体的模数可以大于运转协调齿轮(16、17)的模数，且该齿的齿根高应与齿顶高相同。
定子(2)上三个凹槽将内部空间分为三段，见图9，每一段侧壁上皆有一个高压气体的进口(20、22、24)和出口(21、23、25)；高压气体可依次通过进气口(20、22、24)进入内部空间。
如图7，转动模块(8)两侧的密封装置由左右密封侧板(13、12)组成；安装时保持左右密封侧板(13、12)的周边与定子(2)的内壁能有严密的接触及良好的润滑(见图11)；另外由于密封侧板(13、12)与转动模块(8)为一体结构，(见图7)，如此可以达到密封要求。
各部件数字注解如下：
1.行星轮，2.定子，3.膨胀空间，4.压缩空间，5.桶状外壳，6.行星轮自转轴，7.桶状外壳左侧边裙，8.转动模块，9.转子转轴，10.行星轮与定子啮合点，11.端盖固定螺栓，12.转动模块右侧密封侧板，13.转动模块左侧密封侧板，14.行星轮定位销，15.运转协调行星齿轮定位销，16.运转协调行星齿轮，17.运转协调固定齿轮，18.装置左侧端盖，19.装置右侧端盖，20.定子侧壁上径向进气孔，21.定子侧壁上径向排气孔，22.定子侧壁上径向进气孔，23.定子侧壁上径向排气孔，24.定子侧壁上径向进气孔，25.定子侧壁上径向排气孔。
如数据取值为：转子和定子的同步运转协调齿轮(16、17)的模数m＝12，齿数分别为z1＝20，z2＝30；则两齿轮分度圆直径分别为：d16＝240mm、d17＝360mm，齿高为h2＝27mm，单齿厚为s＝18.8mm；取行星轮(1)和定子(2)的基本圆直径分别为：d1＝240mm、d2＝360mm，取行星轮上齿高h1＝27mm，周向齿厚s＝56.6mm；为了保证定子凹槽与行星轮齿状凸起啮合时运转的平稳，则行星轮(1)上凸齿的两受压面仍需具有渐开线形状；取定子及转子的轴向有效尺寸为90mm，如果维持的膨胀空间(3)压强为6atm，则理论上可产生的最大旋转力矩约为260N.m，而且其输出功率在齿轮边缘周向旋转速度远小于声速的条件下将随着转速的增加而增加。
这里当转子绕转轴(9)按逆时针方向转过360°，行星轮(1)绕自转轴(6)按顺时针方向转过180°。
为了使气体的有良好的流通性，则设备内部的齿数必须较少，其最简单的结构如下：
四.结构3：
图13为整个装置的轴向剖视图，反映转子和定子的安装位置及其运转协调装置；以图13为基本视图，其轴向A-A位置的左视图为图14，反映转子和定子的形状与结构；图15为图13轴向B-B位置的左视图，反映进气孔与排气孔的位置；图16为图13轴向C-C位置的左视图，反映转子与定子的转动协调装置；图17为图13轴向D-D位置左视图，反映转子左侧的密封结构；图18为图13轴向E-E位置的左视图，反映装置右侧端盖结构。
如图14，其定子(2)安装时固定于桶状外壳(5)内，该定子内侧周向等距分布两个凸起的齿状体(2-1、2-2)；其转子由行星轮(1)与转动模块(8)组成，行星轮(1)上周边有一个凹槽(1-1)，该行星轮(1)通过自转轴(6)与转动模块(8)构成一双子星结构；自转轴(6)穿过转动模块(8)两侧的密封侧板(12、7)；当转动模块(8)绕转子轴(9)按逆时针方向旋转时，行星轮(1)随同整个转子绕转轴(9)按逆时针方向旋转的同时绕自转轴(6)按顺时针方向旋转。
在图14所示位置时，由行星轮(1)、定子(2)及转动模块(8)和两侧密封装置构成的空间可为进入其中的高压气体提供一做功的膨胀空间(3)，而在转子与定子啮合点的左侧为压缩空间(4)，可将废气排出。
转子与定子同步运转的协调装置由行星齿轮(16)和固定齿轮(17)组成，(见图13)；与行星轮(1)固连的自转轴(6)同时与行星齿轮(16)固连，这样可保持转子与定子的同步运转。转子轴(9)穿过装置两端端盖(18、19)，将能量输出，见图18及图13。
为了避免转子与定子在啮合点(10)处的相对运动而产生阻力，可将行星轮(1)和定子(2)的大部分圆周尺寸取值分别与行星齿轮(16)和固定齿轮(17)的分度圆相同；为了保证膨胀空间(3)有足够的体积，定子(2)上凸起的齿状体的模数可以大于运转协调齿轮(16、17)的模数，且该定子齿的齿根高应与齿顶高相同。
定子(2)上两个齿状凸起将内部空间分为两段，见图15，每一段侧壁上皆有一个高压气体的进口(20、22)和出口(21、23)；高压气体可依次通过进气口(20、22)进入两个内部空间：当将此装置用于内燃机时，这两个空间可分别作为混合燃料气的压缩空间和燃气的膨胀空间。
如图13、图17，转动模块(8)两侧的密封装置由左右密封侧板(13、12)及左右密封圈(15、14)组成；安装时密封圈(15、14)可固定于定子(2)内侧，并保持密封圈(15、14)内侧分别与密封侧板(13、12)有严密的接触及良好的润滑；另外由于密封侧板(13、12)与转动模块(8)为一体结构，(见图13)，如此可以达到密封要求。
各部件数字注解如下：
1.行星轮，2.定子，3.膨胀空间，4.压缩空间，5.桶状外壳，6.行星轮自转轴，7.桶状外壳左侧边裙，8.转动模块，9.转子转轴，10.行星轮与定子啮合点，11.端盖固定螺栓，12.转动模块右侧密封侧板，13.转动模块左侧密封侧板，14.转子右侧密封圈，15.转子左侧密封圈，16.运转协调行星齿轮，17.运转协调固定齿轮，18.装置左侧端盖，19.装置右侧端盖，20.定子侧壁上径向进气孔，21.定子侧壁上径向排气孔，22.定子侧壁上径向进气孔，23.定子侧壁上径向排气孔，24.行星轮自转轴轴套。
如数据取值为：转子和定子同步运转协调齿轮(16、17)的模数m＝12，齿数分别为z1＝15，z2＝30；则两齿轮分度圆直径分别为：d16＝180mm，d17＝360mm，齿高为h2＝27mm，单齿厚为s＝18.8mm；取行星轮(1)和定子(2)的基本圆直径分别为：d1＝180mm、d2＝360mm，取定子上齿高h1＝27mm，周向齿厚s＝56.6mm；为了保证定子齿与行星轮啮合时运转的平稳，则星星轮(1)上凹槽的两受压面仍需具有渐开线形状；这时当转子绕转轴(9)按逆时针方向转过360°，行星轮(1)绕自转轴(6)按顺时针方向转过360°。
取定子及转子的轴向有效尺寸为90mm，如果维持的膨胀空间(3)压强为6atm，则理论上可产生的最大旋转力矩约为260N.m，而且其输出功率在齿轮边缘周向旋转速度远小于声速的条件下将随着转速的增加而增加。
以上几种结构可用于汽轮机、水轮机、燃气轮机、蒸汽机、内燃机的动力部分，也可将其用于高压流体泵。

Claims (1)

  1. 该发明为一种旋转式发动机，可用于汽轮机、水轮机、燃气轮机、蒸汽机、内燃机的动力部分，也可将其用于高压流体泵。
    其结构特征为：产生旋转力矩(即动力)的主体部分由转子和定子组成，在桶状定子的内侧壁上分布有若干个平行于中心轴的径向齿状凸起结构或凹槽，其转子由行星轮和转动模块构成一类似双子星的结构，行星轮上分布有与定子匹配的凹槽或齿状凸起结构；当转子在定子内部按逆时针方向绕中心轴旋转时，行星轮在随同转子按逆时针方向旋转的同时绕自转轴按顺时针方向旋转；在转子旋转过程中，其内部形成一膨胀空间和一压缩空间并分别处于行星轮与定子啮合点(或接触点)的两侧。
    转子和定子的同步运转由另一对标准内啮合齿轮协调。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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