一字水滴型轉子噴射式旋轉馬達的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種《噴射式旋轉馬達》，特別是一種《一字水滴型轉子噴射式旋轉馬達》，是將目前已經普遍應用在軍事和航天火箭上的超音速噴射推進技術，應用到旋轉機械領域的一種新的模式，將壓縮氣體的噴射、膨脹、加速過程在短短的拉瓦爾噴管內發揮到極限，并將這種超音速氣體射流產生的動推力，全部作用在轉子的最外緣，因此具有馬力大、構造簡單、維修方便、能量轉換完全徹底(100%)的特性，可以有效節約能源、降低污染，是氣動馬達、蒸汽機、汽輪機、汽油機、柴油機、水輪機、燃氣輪機、航空渦輪發動機的更新換代
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【背景技術】
[0002]現有的以高壓流體做動力的機械，如:氣動馬達、蒸汽機、汽輪機、水輪機、汽油機、柴油機、燃氣輪機、航空渦輪發動機等，都是以高壓流體沖擊葉片、渦輪或者是活塞的形式來推動馬達旋轉的。根據力學常識，這個力俗稱為“沖動力”。目前市面上的機械基本上都是利用沖動力來作功的(火箭除外)。
[0003]以沖動力來作功的機械，理論上講，其功率轉換是達不到25%的，以汽輪機為例說明如下:汽輪機等透平機械主要利用高速氣流沖擊葉片，較多地依賴葉柵進出氣流動量變化獲得推力，一定氣流速度條件下，葉片推力與轉速相關。氣流和葉片的相對速度差越大，所獲得的推力越大，速度差越小，所獲得的推力也越小(成正比)。當葉片的線速度達到氣流噴射速度時，速度差為零，則葉片所獲得的推力是零，這時的功率輸出也是零。具體計算方法如下:設:一定溫度一定壓力下的蒸汽，通過拉瓦爾噴管后產生超音速射流，我們用Ue來表示。當葉片不動時，氣流和葉片的速度差最大，等于14，也就是轉子轉速為零時，葉片所承受的沖動力最大。但是因為轉速為零，根據機械功率計算公式:Ν = P.F.r/9550來計算【N:功率、P:推力、F:力距=D/2、r:轉速=Ue/(IID) x60、D:轉子(包括葉片)的直徑】，功率輸出也是零。當葉片在推力下開始轉動后，隨著葉片線速度的增加，轉速在增加，隨著氣流和葉片的速度差在減小，推力也在減小。當葉片的線速度達到Ue/2時，推力P也只剩下P/2 了，而這時的功率輸出卻最大，BPN = 0.5P*F*0.5r/9550 = 0.25P.F.r/9550.如果轉子線速度大于或小于14/2時，功率輸出都會減少。又因沖動式氣流和葉片不能達到方向一致的相切，沖動力輸入的角度會產生力的分解，多級膨脹不可避免的會產生泄露等，所以，汽輪機的功率轉換是不會達到25%的。
[0004]同理可證，所有以沖動式作功的機械，其功率轉換都不會達到25%，更不要說超過了。目前市面上俗稱汽油機的效率在35%左右，柴油機在40%左右，汽輪機在30-42%之間，有待科學進一步計算和驗證。
[0005]自古以來，也不斷的有人在研究以噴射反作用力來作功的機械，如:大約在公元一世紀時期，亞歷山大里亞的希羅就發明了一種利用蒸汽的反作用力來作功的《汽轉球》，這也是有記載的最早的蒸汽機，但是只是被人們當作是一種玩具而沒有繼續研究和開發。汽輪機業發展到今天，一直把這種技術當作古老的已經過時的技術來屏閉，致使這種以噴射式反作用力來作功的機械，在科班出身的專家、學者、博士眼里是不受歡迎的。近年來，也有人在試驗利用反作用力來作功的旋轉機械，如1989年11月15日申請的名為《旋轉動力機械及系列發動機》，公告號為CN1037192A的專利；2004年I月8號申請的公告號為US 2004/005214A1的專利；2007年10月16號申請的名為《噴氣式發動機》，專利號為200710056207.0的專利；以及2008年8月11號申請的名為《一種噴氣式發動機》，專利號為200810150584.5的專利等等。令人遺憾的是，這些專利的發明，只是對用反作用力來作功提出了設想，至于利用這種方式來作功的效率大小以及是不是會節能？為什么會節能？怎樣才能更節能？節能多少？如何計算都未做陳述。例如:在上述幾例發明中，雖然都說明了壓縮氣體進行噴射會產生反作用力，卻沒有一例提及壓縮氣體噴射后繼續膨脹加速以及能產生超音速效果的唯一的部件一拉瓦爾噴管，也稱收縮膨脹管。
[0006] 根據發射氣體動力學的原理知道，要充分發揮《噴射式旋轉馬達》的效率，關鍵在于盡量提高其轉速，因為超音速噴射推進技術的特點，是依賴拉瓦爾噴管將具有一定壓力的氣體，通過噴管內型截面的“收縮一擴張”膨脹加速成超音速氣體射流，由反作用原理產生動推力，推動噴管向前運動。這種超音速氣體射流產生的推力，僅依賴于拉瓦爾噴管進出口氣體參數，而與噴管自身運動速度無關，且該氣體射流利用效率隨噴管運動速度的增加而增加，直至運動速度與氣體射流速度一致時達到最大(理論上是100% )。要達到這樣的目的，該設備的《高速旋轉密封接頭》就顯得猶為重要。而目前市面上的《旋轉密封接頭》，因受技術材料材質方面的制約，橡膠制品的密封，最大線速度為15m/s，機械密封的最大線速度為25m/s。因《噴射式旋轉馬達》進氣端的軸是中空的，軸和轉子聯接處還要打孔相通，考慮機械運行時的安全問題，軸的設計比一般機械軸的直徑尺寸要大一些，這樣，轉速高加上直徑尺寸大，導致目前市面上所有的旋轉密封接頭都不能用。而從以上幾個專利的圖中來看，說到密封時就是簡單的說要高壓密封或者說通過連接器進行連接，根本就沒有顯示高速旋轉密封的關鍵性問題，這也是導致這個項目的機械到現在也不能問世的主要原因之
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[0005]《噴射式旋轉馬達》的另一個關鍵問題，是在同一平面上不能多噴嘴同時使用，如公告號為US 2004/005214A1的專利，從圖中看到，8個噴嘴封閉在一個空腔里，前一個噴嘴噴出來的氣體除了對噴嘴產生一個反作用力外，