專利名稱：氣電聯(lián)動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型設(shè)計-氣電聯(lián)動機涉及氣體非變?nèi)菔皆鰤罕妙I(lǐng)域(FO4D)。
包含一個渦輪機和一個葉輪壓縮機的動力結(jié)合體，例如用在內(nèi)燃機上的渦輪增壓器(《渦輪增壓器原理》，朱梅林主編，1982年國防工業(yè)出版社出版)，又如用于氣體降溫系統(tǒng)中的渦輪膨脹機，都是將一個渦輪機和一個葉輪壓縮機的轉(zhuǎn)動軸直接連接而成，由其中的渦輪機向其中的葉輪壓縮機提供動力。這樣的固定組合產(chǎn)生了公知的良好效果；但是有些情況下，還存在不足之處，還存在充實的余地。以內(nèi)燃機上使用的僅僅包含渦輪機和葉輪壓縮機的渦輪增壓器為例，發(fā)動機已經(jīng)進入正常運轉(zhuǎn)之后，溫度較高的發(fā)動機排氣推動渦輪機，渦輪機帶動葉輪壓縮機轉(zhuǎn)動，使內(nèi)燃機的進氣壓力和進氣溫度上升，進氣密度也可增大，可以提高內(nèi)燃機的功率和熱效率；但在內(nèi)燃機啟動時，這樣的渦輪機和葉輪壓縮機的組合體卻因為內(nèi)燃機尚未產(chǎn)生推動渦輪機作功的、溫度和壓力高于環(huán)境大氣的排氣而不能對葉輪壓縮機輸出機械功，因此后者不能提高內(nèi)燃機的進氣壓力和溫度；所以僅僅就服務(wù)于內(nèi)燃機而言，上述已有的渦輪增壓器的功能仍有欠缺之處，需要加以充實。同樣，僅僅包含渦輪機和葉輪壓縮機的渦輪膨脹機內(nèi)，壓縮機僅由渦輪機的膨脹功單獨提供動力，可以達到的增壓比受到限制，因此限制了其功能。
本設(shè)計的目的是提供一種能夠同時完成電機、渦輪機、葉輪壓縮機之間能量傳輸?shù)慕M合體，以實現(xiàn)組合體內(nèi)多種傳動模式以及其間的過渡。
本設(shè)計所提供的氣電聯(lián)動機，其特征是(


圖1)至少包含一個雙軸端電機[1]、一個葉輪壓縮機[2]、一個渦輪機[3]；所述的雙軸端電機[1]的殼體[1K]的兩端分別固定連接所述的葉輪壓縮機[2]的殼體[2K]和所述的渦輪機[3]的殼體[3K]；所述的雙軸端電機[1]的兩個傳動軸端[1ZY,1ZW]分別直接固定連接所述的葉輪壓縮機[2]的葉輪[2L]和所述的渦輪機[3]的葉輪[3L]。
在所述的氣電聯(lián)動機(以下簡稱聯(lián)動機)內(nèi)，所述的雙軸端電機[1]是公知的轉(zhuǎn)動軸兩端各有一個外伸傳動軸端的電機(以下簡稱電機)；所述的葉輪壓縮機是公知的徑流式或軸流式壓縮機(以下簡稱壓縮機)；所述的渦輪機是徑流式或軸流式渦輪機。
因為所述的聯(lián)動機所包含的所述的電機[1]的轉(zhuǎn)子、所述壓縮機[3]的葉輪[2L]和所述的渦輪機[3]的葉輪[3L]通過電機[1]轉(zhuǎn)動軸的兩個傳動軸端[1ZY,1ZW]固定連接成一個整體，所以能夠通過電機的轉(zhuǎn)動軸傳遞機械功，因此聯(lián)動機可以實現(xiàn)多種傳動模式，可以由其中的電機同時帶動壓縮機和渦輪機；可以由渦輪機和電機共同帶動壓縮機；可以由渦輪機同時帶動壓縮機和電機。不同傳動模式以及不同傳動模式之間的轉(zhuǎn)換，可以產(chǎn)生多種有價值的技術(shù)效果。
用作內(nèi)燃機的增壓器，本設(shè)計提供的聯(lián)動機與現(xiàn)有的僅包含壓縮機和渦輪機的渦輪增壓器比較，能夠產(chǎn)生更好的技術(shù)效果。在需要起動內(nèi)燃機時，可以首先由外部電源使聯(lián)動機包含的電機[1]運轉(zhuǎn)，帶動壓縮機[2]和渦輪機[3]加速，壓縮機[2]使內(nèi)燃機的進氣壓力和溫度提高，一方面可以縮短內(nèi)燃機的起動和加速過程；另一方面由于提高了內(nèi)燃機的進氣溫度，排除了低氣溫條件下超動發(fā)動機的困難。內(nèi)燃機的加速過程，通常是由加大燃油流量實現(xiàn)。這種調(diào)節(jié)方式可能導致加速過程中氣缸內(nèi)油氣比高于最佳化學當量比，在發(fā)動機排氣中產(chǎn)生不完全燃燒產(chǎn)物。采用本設(shè)計提供的包含電機[1]的聯(lián)動機，就可以在加大燃油流量的同時，由外部電源驅(qū)動電機[1]提供機械功使壓縮機[2]增速，提高發(fā)動機進氣的壓力和密度，使發(fā)動機進氣的質(zhì)量流量與燃油流量同步地增加，在內(nèi)燃機氣缸內(nèi)保持恰當?shù)挠蜌獗?，防止發(fā)生不完全燃燒而向大氣散發(fā)不完全燃燒產(chǎn)物。
由于在所述的聯(lián)動機(
圖1)中，所述的壓縮機[2]的葉輪[2L]和所述的渦輪機[3]的葉輪[3L]分別直接固定在所述的電機的一個軸端[1ZY,1ZW之一]上，不需要另外設(shè)置壓縮機和渦輪機的葉輪轉(zhuǎn)軸，不需要單獨為壓縮機和渦輪機的葉輪軸設(shè)置軸承，不存在三個以上軸承之間的同軸度問題，顯然簡化了聯(lián)動機的結(jié)構(gòu)和制造工藝，減少了器材消耗，有利于降低制造成本，同時減小了其尺寸和質(zhì)量(重量)。
僅由以上列舉的在內(nèi)燃機上的應(yīng)用已經(jīng)充分表明本設(shè)計所提供的氣電聯(lián)動機可以實現(xiàn)不同的傳動模式，并可以在不同的傳動模式間過渡，產(chǎn)生不同的積極效果，可見設(shè)計實現(xiàn)了預(yù)定的目的。
除此之外，可以預(yù)料所述的聯(lián)動機在其它工程領(lǐng)域內(nèi)也將產(chǎn)生積極效果。其中一個實例涉及氣體降溫領(lǐng)域。在氣體降溫工程中廣泛采用使氣體通過渦輪機實現(xiàn)降溫的系統(tǒng)。因為氣體通過渦輪機使本身的熱焓轉(zhuǎn)變?yōu)闇u輪機輸出的機械功，所以需要由渦輪機帶動一個耗功器，以實現(xiàn)系統(tǒng)的熱功平衡。一個公知的設(shè)計是使渦輪機直接帶動一個壓縮機(將壓縮機用作所述的渦輪的耗功器)并在壓縮機的氣流出口和渦輪機進口之間串接一個換熱冷卻器，這樣構(gòu)成的系統(tǒng)可以使氣流首先在壓縮機中增壓，然后在換熱冷卻器中由冷流體(如冷卻水)充分降溫，最后流經(jīng)渦輪機完成后程降溫。這個系統(tǒng)，由于將渦輪機的膨脹功轉(zhuǎn)變?yōu)閴嚎s機的壓縮功，使氣體壓力在進入渦輪前得以提高，對于給定的渦輪后壓力，提高了渦輪膨脹比，最終擴大了渦輪機的降溫幅度。上述已有的系統(tǒng)設(shè)計對于提高系統(tǒng)的運行經(jīng)濟性有所貢獻，通常在系統(tǒng)中將渦輪機和壓縮機共軸地連接成一個稱為渦輪膨脹機的固定組合體，這個組合體在結(jié)構(gòu)特征上與內(nèi)燃機上使用的渦輪增壓器沒有本質(zhì)區(qū)別。應(yīng)用實踐表明，雖然系統(tǒng)構(gòu)思無懈可擊，但是系統(tǒng)的適應(yīng)性和調(diào)節(jié)性能受渦輪機和壓縮機的共同工作性能限制，工況適應(yīng)范圍有限。特別是壓縮機進氣壓力對渦輪機排氣壓力之比低于系統(tǒng)設(shè)計值時，由于渦輪機的膨脹比和壓縮機的增壓比同時受到限制，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的渦輪機降溫幅度將受到限制。以本設(shè)計提供的聯(lián)動機取代現(xiàn)有的僅僅包含渦輪機和壓縮機的渦輪膨脹機，就可以在壓縮機進氣壓力不夠高的情況下，通過電機和渦輪機的協(xié)同工作，適當提高壓縮機的增壓比，保證足夠的渦輪膨脹比，實現(xiàn)預(yù)定的渦輪機降溫幅度。

圖1是所述的氣電聯(lián)動機的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1是雙軸端電機；2是葉輪壓縮機； 3是渦輪機；1ZY,1ZW分別是雙軸端電機[1]的兩個傳動軸端之一；1K是雙軸端電機[1]的殼體；2K是葉輪壓縮機[2]的殼體；2L是葉輪壓縮機[2]的葉輪；3K是渦輪機[3]的殼體；3L是渦輪機[3]的葉輪；M2、M3是緊固螺母；4是緊固螺栓；JY、JW是鍵；2J,2C分別是葉輪壓縮機殼體[2K]的進口和出口；3J,3C分別是渦輪機殼體[3K]的進口和出口。
以下結(jié)合
圖1闡述氣電聯(lián)動機的實施設(shè)計。

圖1所示的設(shè)計實例包含一個雙軸端電機[1]、一個葉輪壓縮機[2]和一個渦輪機[3]。其電機的轉(zhuǎn)軸的兩端各有一個傳動軸端[1ZY,1ZW]；其電機殼體[1K]的兩端分別固定連接壓縮機的殼體[2K]和渦輪機的殼體[3K]；其電機的轉(zhuǎn)軸的兩個傳動軸端[1ZY,1ZW]分別直接固定連接壓縮機的葉輪[2L]和渦輪機的葉輪[3L]。壓縮機是單級離心式壓縮機；渦輪機是單級徑流式渦輪機。電機殼體[1K]對壓縮機殼體[2K]和渦輪殼體[3K]的固定連接是通過緊固螺栓[4]實現(xiàn)的。鍵[1ZY,1ZW]分別實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)軸與壓縮機葉輪[2L]和渦輪機葉輪[3L]的周向固定；緊固螺母[2M,3M]分別實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)軸與上述兩個葉輪的軸向固定。
在本設(shè)計提供的氣電聯(lián)動機中采用既能用作電動機又能用作發(fā)電機的雙軸端電機，如雙軸端永磁直流電機，可以進一步擴大聯(lián)動機的功能。以用作內(nèi)燃機進氣增壓器為例，在內(nèi)燃機穩(wěn)定工作狀態(tài)下，渦輪同時帶動壓縮機和電機，這時電機將轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機，可以對外部設(shè)備供電。
包含上述雙功能雙軸端電機的氣電聯(lián)動機外加一個燃燒器可以構(gòu)成一個熱力發(fā)電系統(tǒng)，將所述的氣電聯(lián)動機中的壓縮機[2]氣流出口[2C]連接一個燃燒器的空氣進口，并使所述的燃燒器的燃氣出口連接所述的聯(lián)動機的渦輪機[3]的氣流進口[3J]，就可以利用燃燒產(chǎn)生的熱能發(fā)電。首先由外部電源供電使電機[1]轉(zhuǎn)動，帶動壓縮機[2]和渦輪機[3]轉(zhuǎn)動并加速，當壓縮機[2]能夠提供足夠的空氣流量之后，向燃燒器提供燃料并將其點燃，燃燒器產(chǎn)生的高溫燃氣使渦輪機[3]產(chǎn)生動力，上述動力使壓縮機[2]的轉(zhuǎn)速和增壓比提高，當壓縮機[2]的增壓比達到適當數(shù)值活，渦輪機[3]提供的機械功率將大于壓縮機所消耗的功率，過剩的渦輪機功率能夠帶動所述的電機[1]發(fā)電，這樣就構(gòu)成一個熱力發(fā)電系統(tǒng)。
綜上所述，本設(shè)計提供的氣電聯(lián)動機能夠在多領(lǐng)域內(nèi)產(chǎn)生獨特的積極效果，具有寬廣的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求1．一種氣電聯(lián)動機，其特征是至少包含一個雙軸端電機[1]、一個葉輪壓縮機[2]、一個渦輪機[3]；所述的雙軸端電機[1]的殼體[1K]的兩端分別固定連接所述的葉輪壓縮機[2]的殼體[2K]和所述的渦輪機[3]的殼體[3K]；所述的雙軸端電機[1]的兩個傳動軸端[1ZY,1ZW]分別直接固定連接所述的葉輪壓縮機[2]的葉輪[2L]和所述的渦輪機[3]的葉輪[3L]。
2．按照權(quán)利要求1所述的氣電聯(lián)動機，其特征是所述的雙軸端電機[1]是雙軸端永磁直流電機。
專利摘要設(shè)計提供了一種氣電聯(lián)動機,至少包含一個雙軸端電機(1)、一個葉輪壓縮機(2)、一個渦輪機(3);其中雙軸端電機(1)是其轉(zhuǎn)動軸的兩端各有一個傳動軸端(1ZY,1ZW)的電機;其殼體(1K)的兩端分別固定連接葉輪壓縮機(2)的殼體(2K)和渦輪機(3)的殼體(3K);并且其兩個傳動軸端(1ZY,1ZW)分別直接固定連接葉輪壓縮機(2)的葉輪(2L)和渦輪機(3)的葉輪(3L)。本設(shè)計可以實現(xiàn)多種傳動模式以及不同傳動模式間的轉(zhuǎn)換;結(jié)構(gòu)簡單,降低了組合體的成本和重量,是一種用途廣泛的新型機電設(shè)備。
文檔編號F04D25/16GK2340962SQ9725013
公開日1999年9月29日 申請日期1997年11月24日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月24日
發(fā)明者尹群 申請人:尹群