技术领域
[0001] 本
发明涉及发动机，具体来说涉及齿轮
转子发动机及其机组。技术背景
[0002]
电动机是利用
电机转子转换
电能来输出机械功；
活塞式
内燃机是利用
曲柄连杆机构转换
燃料燃烧产生的高温高压工质
能量来输出机械功；包括
燃气轮机与蒸
汽轮机也是利用
叶片式
涡轮转子转换高温高压工质能量来输出机械功。可见各种形式转子用途都是发动机装置用来转换工质能量来对外输出机械功。
[0003] 为什么电机转换电能的效率能高达98％，而
现有技术热能动
力装置包括活塞式内燃机、
燃气涡轮发动机和
蒸汽涡轮发动机的转子转换工质的
焓降(即能量)而输出机械功的热效率都低于45％？除小部分不可避免的热损外，一活塞式内燃机曲柄连杆机构要
水冷才能正常工作，浪费的热量比利用了的热量大一半以上；二活塞式内燃机基本是高温高压工质推动活塞作功一次就排出体外，把焓值还很高的乏气浪费了；三涡轮发动机采用多级膨胀时，每级都是叶片式涡轮，把焓值还很高的乏气浪费了。
[0004] 活塞式内燃机由活塞的直线运动来间接驱动
曲轴旋转运动，结构复杂，而燃气涡轮发动机组和蒸汽涡轮发动机组都是直接旋转式发动机，蒸汽涡轮发动机组启动慢，燃气涡轮发动机启动快，结构简单，不用
冷却水，所以燃气涡轮发动机是最理想的发动机，但目前仅应用在坦克和特种车辆中。要让燃气涡轮发动机得以应用到
汽车领域，必须解决它涡轮造价昂贵、耐高温高压、体积大、转换热效率低、工质流量大、输出
扭矩小、转速高、输出功率动辄1000千瓦以上、难以工作于非稳定流动工作状态等关键技术问题。
[0005] 以上说明了现有技术热能动力装置构造是存在多方面技术
缺陷。
[0006] 其实理论分析表明：工质流动过程中接受热量后，此时状态的焓h由流动工质的
热力学能u及促使工质流动的推动功pv两者所组成(即焓h＝u+pv)，p表示压力，即推动功pv含有压力能推动物体作功，而热力学能u没有压力；只有充分把推动功pv消耗，才能促使热力学能u充分转换为推动功pv，才能充分利用工质的焓降转换为机械功。可见现有技术的活塞式发动机和
涡轮机发动机，未先充分消耗推动功pv，使热力学能u未能充分转换为推动功pv就排出体外，从而对工质焓降利用率低导致热效率低。
[0007] 为提高热效率，
专利号201410415779.3一种提高涡轮发动机效率的方法及其装置中发明了螺管转子发动机，它其实属于孔式涡轮转子发动机，也未先充分消耗推动功pv。
[0008] 现有技术中，提高热效率的技术措施虽然有多种，但能先充分消耗推动功 pv的发动机和如何利用该发动机来提高热效率的技术方案未见报道。在提倡节能减排的今天，显然去开发能先消耗推动功pv的发动机，非常值得我们去探索研究。
发明内容
[0009] 本发明目的：为提高热效率，一提供齿轮转子发动机；二以齿轮转子发动机为核心，分别提供一种燃气齿轮转子发动机组和一种蒸汽齿轮转子发动机组。
[0010] 本发明用下述技术方案来实现发明目的。
[0011] 齿轮转子发动机，包括
定子、转子，转子是齿轮转子，齿轮在定子内壁密封下能转动，以一条进气管和一条排气管为一对管，穿过定子
外壳至少分布有一对管分别与对应的
齿槽配气腔和齿槽排气腔气连接，齿槽配气腔和齿槽排气腔之间至少有一个
轮齿参与密封配气腔阻止气体工质
短路。
[0012] 各进气管并联连接为总进气管，各排气管并联连接为总排气管。
[0013] 发电装置的发电机与齿轮转子发动机动力连接并与
电池电连接，起动装置的起动机与
飞轮动力连接并与电池电连接，飞轮固定在齿轮转子发动机动力
输出轴上。
[0014] 定子端盖设有泄压口。
[0015] 定子和或齿轮转子是陶瓷材料制成。
[0016] 同一发明构思一种燃气齿轮转子发动机组，包括燃气涡轮发动机组，用齿轮转子发动机代替涡轮发动机，
压气机与齿轮转子发动机动力连接，
燃气发生器燃气输出管与齿轮转子发动机总进气管气连接，当启动起动机驱动齿轮转子发动机顺转进入工作，燃气发生器输出的高温高压燃气从进气管进入齿轮转子发动机齿槽，在齿槽配气腔和齿槽排气腔之间的压力差作用力下，高温高压燃气推动齿轮转子作功后乏气在总排气管排出，齿轮转子发动机顺转作功输出功率；当启动起动机驱动齿轮转子发动机逆转进入工作，燃气发生器输出的高温高压燃气从进气管进入齿轮转子发动机齿槽，在齿槽配气腔和齿槽排气腔之间的压力差作用力下，高温高压燃气推动齿轮转子作功后乏气在总排气管排出，齿轮转子发动机逆转作功输出功率。
[0017] 作前置级的齿轮转子发动机后面还设有把排出的乏气能量转换为机械功的涡轮发动机作后置级，当涡轮机参与驱动齿轮转子发动机时，齿轮转子发动机与涡轮发动机动力连接，齿轮转子发动机总排气管与涡轮发动机进气管气连接，高温高压燃气推动齿轮转子发动机作功输出功率后排出乏气进入涡轮发动机再次膨胀，推动涡轮发动机与齿轮转子发动机共同转向一致作功输出功率；或者，当涡轮机不参与驱动齿轮转子发动机时，齿轮转子发动机总排气管与涡轮发动机进气管气连接，高温高压燃气推动齿轮转子发动机作功输出功率后排出乏气进入涡轮发动机再次膨胀，推动涡轮发动机与齿轮转子发动机各自顺转或逆转作功输出功率。
[0019] 总排气管设有油气分离装置，油气分离装置的
润滑油通过油
泵压入齿轮转子发动机进气管，对齿轮转子发动机齿轮转子润滑与密封。
[0020] 同一发明构思一种蒸汽齿轮转子发动机组，包括蒸汽轮机组，作前置级的齿轮转子发动机与作后置级汽轮机动力连接，齿轮转子发动机总排气管与汽轮机进气管气连接，
蒸汽发生器高温高压蒸汽输出端与齿轮转子发动机总进气管气连接，当启动起动机驱动齿轮转子发动机顺转进入工作，高温高压蒸汽从进气管进入齿轮转子发动机齿槽，在齿槽配气腔和齿槽排气腔之间的压力差作用力下，高温高压蒸汽推动齿轮转子发动机作功输出功率后排出乏气进入汽轮机再次膨胀，齿轮转子发动机与汽轮机共同转向一致顺转作功输出功率；当启动起动机驱动齿轮转子发动机逆转进入工作，高温高压蒸汽从进气管进入齿轮转子发动机齿槽，在齿槽配气腔和齿槽排气腔之间的压力差作用力下，高温高压蒸汽推动齿轮转子发动机作功输出功率后排出乏气进入汽轮机再次膨胀，推动汽轮机与齿轮转子发动机共同转向一致逆转进作功输出功率；或者，作前置级的齿轮转子发动机总排气管与作后置级的汽轮机进气管气连接，蒸汽发生器高温高压蒸汽输出端与齿轮转子发动机总进气管气连接，当启动起动机驱动齿轮转子发动机顺转或逆转进入工作，高温高压蒸汽从进气管进入齿轮转子发动机齿槽，在齿槽配气腔和齿槽排气腔之间的压力差作用力下，高温高压蒸汽推动齿轮转子发动机作功输出功率后排出乏气进入汽轮机再次膨胀，齿轮转子发动机与汽轮机各自顺转或逆转作功输出功率。
[0021] 由于采用了上述技术措施，与现有技术相比本发明能取得如下有益技术效果。
[0022] 对于发明一来说：
[0023] 1.结构简单、体积小、重量轻。整个齿轮转子发动机仅由定子与齿轮转子及管道组成。
[0024] 2.耐用、可靠。仅有一个齿轮转子转动，无其它易损运动部件。
[0025] 3.响应快。高温高压工质一进入齿槽，即时对齿轮转子产生驱动力作用。
[0026] 4.输出扭矩大。力偶臂等于齿轮直径。
[0027] 5.顺转或逆转输出扭矩。无规定转向，旋转作功方向由起动机确定。
[0028] 6.输出功率大。齿轮直径和厚度大小能满足功率要求选择，且能在齿轮圆周上同时分布多对管来多处实施压力驱动齿轮转动，高温高压工质流量大。
[0029] 7.成本低。齿轮转子发动机比现有发动机相对制造简单。
[0030] 8.能耐高温。定子和或齿轮转子由包括
热压氮化
硅等陶瓷材料制成。
[0031] 对于发明二，一种燃气齿轮转子发动机组来说具有发明一的优点外，还具有下述优点：
[0032] 1.能首先消耗推动功pv。齿轮转子发动机作前置级能首先消耗推动功pv的压力能。
[0033] 2.涡轮机造价低。高温高压燃气推动齿轮转子作功后乏气
温度已大幅降低，对作后置级涡轮发动机耐高温能力的要求相对降低。
[0034] 3.能提高热效率。齿轮转子发动机作前置级+涡轮发动机作后置级结构，前级能首先充分把推动功pv消耗，后级能把促使热力学能u充分转换的推动功 pv消耗，来提高工质焓降利用率作功输出功率。
[0035] 4.能用作汽车发动机。压气机能采用变容积式空气
压缩机，能高低速工作，不会
失速而失压；能造出几十至一千千瓦适用于汽车的发动机。
[0036] 对于发明二，一种蒸汽齿轮转子发动机组来说具有发明一的优点外，还具有下述优点：
[0037] 1.能首先消耗推动功pv。齿轮转子发动机作前置级能首先消耗推动功pv的压力能。
[0038] 2.能提高热效率。齿轮转子发动机作前置级+涡轮发动机作后置级结构，前级能首先充分把推动功pv消耗，后级能把促使热力学能u充分转换的推动功 pv消耗，来提高工质焓降利用率作功输出功率。
附图说明
[0039] 下面对本发明提供的
说明书附图作详细说明。
[0040] 图1是在圆周上分布有六对管的齿轮转子发动机示意图。
[0041] 图1中，1.定子，2.齿轮转子，3.动力输出轴，4.轮齿，5.齿槽，6排气腔，7. 配气腔。A为总进气管，N为总排气管；BCDEFG为进气管，HIJKLM为排气管。
[0042] 图2是涡轮机不参与驱动齿轮转子发动机时的一种燃气齿轮转子发动机组示意图。
[0043] 图2中，1.齿轮转子发动机，2.飞轮，3.动力输出轴，4.起动机，5.总排气管， 6.总进气管，7.回油泄压管，8.加热器，9.压气机，10.油泵，11.油气分离装置， 12.总排气口，13.增压器，14.压气机进气口，15.涡轮机，16.发电机。
[0044] 图3是涡轮机参与驱动齿轮转子发动机时的一种燃气齿轮转子发动机组示意图。
[0045] 图3中，1.齿轮转子发动机，2.飞轮，3.动力输出轴，4.起动机，5.总排气管， 6.涡轮机，7.压气机进气口，8.压气机，9.总排气口，10.加热器，11.总进气管。
[0046] 图4是汽轮机参与驱动齿轮转子发动机时的一种蒸汽齿轮转子发动机组示意图。
[0047] 图4中，1.齿轮转子发动机，2.飞轮，3.动力输出轴，4.起动机，5.总排气管， 6.总进气管，7.蒸汽发生器，8.发电机，9.汽轮机。
具体实施方式
[0048]
[0049] 下面对本发明的具体实施方式再作进一步的详细说明。
[0050] 齿轮转子发动机，包括定子、转子，转子是齿轮转子，齿轮在定子内壁密封下能转动，以一条进气管和一条排气管为一对管，穿过定子外壳至少分布有一对管分别与对应的齿槽配气腔和齿槽排气腔气连接，齿槽配气腔和齿槽排气腔之间至少有一个轮齿参与密封配气腔阻止气体工质短路。
[0051] 密封方式与齿轮油泵一样，只不过齿轮转子发动机密封一个齿轮。
[0052] 一条进气管连接一个配气腔，一条排气管连接一个齿槽排气腔，每设一对管来驱动齿轮转子，就相当于齿轮转子被一个动力齿轮
啮合驱动，设多少对管，齿轮要多厚，由具体设计需要功率来确定。
[0053] 由公式：功率N＝扭矩M*转速n/9550可知，决定扭矩M大小由输入压力与受力面积及
力臂三者确定。因为力偶臂等于齿轮直径，为输出大扭矩，所以最好选大齿轮转子齿轮直径。
[0054] 各进气管并联连接为总进气管，各排气管并联连接为总排气管。排气腔比配气腔大，所以总排气管与总进气管要分清，不能混淆。
[0055] 发电装置的发电机与齿轮转子发动机动力连接并与电池电连接，起动装置的起动机与飞轮动力连接并与电池电连接，飞轮固定在齿轮转子发动机动力输出轴上。与现有发动机工作原理一样，自身具有发电功能和起动功能。涡轮机不参与驱动齿轮转子发动机时，最好用涡轮机驱动发电机。
[0056] 定子端盖设有泄压口。目的把
泄漏到定子端盖的气体排出去，防止累积产生破坏性压力。
[0057] 定子和或齿轮转子是陶瓷材料制成。陶瓷材料最好采用热压氮化硅材料，强度高、耐高温、
热膨胀系数小、重量轻。现有技术中热压氮化硅耐高温能力高达1300℃。
[0058] 同一发明构思一种燃气齿轮转子发动机组，包括燃气涡轮发动机组，用齿轮转子发动机代替涡轮发动机，压气机与齿轮转子发动机动力连接，燃气发生器燃气输出管与齿轮转子发动机总进气管气连接，当启动起动机驱动齿轮转子发动机顺转进入工作，燃气发生器输出的高温高压燃气从进气管进入齿轮转子发动机齿槽，在齿槽配气腔和齿槽排气腔之间的压力差作用力下，高温高压燃气推动齿轮转子作功后乏气在总排气管排出，齿轮转子发动机顺转作功输出功率；当启动起动机驱动齿轮转子发动机逆转进入工作，燃气发生器输出的高温高压燃气从进气管进入齿轮转子发动机齿槽，在齿槽配气腔和齿槽排气腔之间的压力差作用力下，高温高压燃气推动齿轮转子作功后乏气在总排气管排出，齿轮转子发动机逆转作功输出功率。这是采用单个发动机的技术方案。
[0059] 作前置级的齿轮转子发动机后面还设有把排出的乏气能量转换为机械功的涡轮发动机作后置级，当涡轮机参与驱动齿轮转子发动机时，齿轮转子发动机与涡轮发动机动力连接，齿轮转子发动机总排气管与涡轮发动机进气管气连接，高温高压燃气推动齿轮转子发动机作功输出功率后排出乏气进入涡轮发动机再次膨胀，推动涡轮发动机与齿轮转子发动机共同转向一致作功输出功率；或者，当涡轮机不参与驱动齿轮转子发动机时，齿轮转子发动机总排气管与涡轮发动机进气管气连接，高温高压燃气推动齿轮转子发动机作功输出功率后排出乏气进入涡轮发动机再次膨胀，推动涡轮发动机与齿轮转子发动机各自顺转或逆转作功输出功率。这是齿轮转子发动机作前级，涡轮机作后级的
串联发动机的技术方案，分涡轮机参与和不参与驱动齿轮转子发动机两种情况。
[0060] 总排气管设有油气分离装置，油气分离装置的润滑油通过油泵压入齿轮转子发动机进气管，对齿轮转子发动机齿轮转子润滑与密封。当用耐高温润滑油时，燃气发生器输出高温高压燃气要稍低于润滑油耐高温能力，现有技术中润滑油耐高温能力高达1000℃。
[0061] 加热器对压缩空气加热，包括火焰筒
燃烧室与换热器，最好采用火焰筒燃烧室来直接内燃烧燃料加热，燃气温度容易控制，加热后的燃气温度不能超过齿轮转子发动机耐高温能力。
[0062] 设有给压气机进气增压的增压器。能增大压气机产气量。
[0063] 压气机包括速度式空气压缩机和变容积式空气压缩机，显然，当压气机是变容积式空气压缩机时，能高低速工作，不会失速而失压，一种燃气齿轮转子发动机组能用作汽车发动机；当其构成的汽车使用氢气、
天然气、甲烷等燃料时就成为新
能源汽车。
[0064] 同一发明构思一种蒸汽齿轮转子发动机组，包括蒸汽轮机组，作前置级的齿轮转子发动机与作后置级汽轮机动力连接，齿轮转子发动机总排气管与汽轮机进气管气连接，蒸汽发生器高温高压蒸汽输出端与齿轮转子发动机总进气管气连接，当启动起动机驱动齿轮转子发动机顺转进入工作，高温高压蒸汽从进气管进入齿轮转子发动机齿槽，在齿槽配气腔和齿槽排气腔之间的压力差作用力下，高温高压蒸汽推动齿轮转子发动机作功输出功率后排出乏气进入汽轮机再次膨胀，齿轮转子发动机与汽轮机共同转向一致顺转作功输出功率；当启动起动机驱动齿轮转子发动机逆转进入工作，高温高压蒸汽从进气管进入齿轮转子发动机齿槽，在齿槽配气腔和齿槽排气腔之间的压力差作用力下，高温高压蒸汽推动齿轮转子发动机作功输出功率后排出乏气进入汽轮机再次膨胀，推动汽轮机与齿轮转子发动机共同转向一致逆转进作功输出功率；或者，作前置级的齿轮转子发动机总排气管与作后置级的汽轮机进气管气连接，蒸汽发生器高温高压蒸汽输出端与齿轮转子发动机总进气管气连接，当启动起动机驱动齿轮转子发动机顺转或逆转进入工作，高温高压蒸汽从进气管进入齿轮转子发动机齿槽，在齿槽配气腔和齿槽排气腔之间的压力差作用力下，高温高压蒸汽推动齿轮转子发动机作功输出功率后排出乏气进入汽轮机再次膨胀，齿轮转子发动机与汽轮机各自顺转或逆转作功输出功率。这是齿轮转子发动机作前级，汽轮机作后级的串联发动机的技术方案，分汽轮机参与和不参与驱动齿轮转子发动机两种情况。
[0065] 两种机组的齿轮转子发动机顺转或逆转都由事前起动机选择的顺转或逆转方向来确定，顺转或逆转对确定的进气管、排气管无关，但涡轮发动机、汽轮机、螺管转子发动机与齿轮转子发动机动力连接共同作功时，其输出扭矩方向必须与齿轮转子发动机输出扭矩方向一致。
