專利名稱：高背壓內(nèi)燃汽輪機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型的熱動力設(shè)備一一-熱機裝置，具體地說涉及一種把燃料(汽油、柴 油)和空氣混合壓縮(沖壓)爆燃產(chǎn)生高溫釋放熱能量，燃?xì)夤ぷ鹘橘|(zhì)(質(zhì)量小)，與另一種 工作介質(zhì)——水(質(zhì)量是空氣的855倍)直接注入高溫、高壓的汽缸室內(nèi)，讓水瞬間受熱膨 脹(汽化)、混合成高溫、高壓和大質(zhì)量的綜合型工作介質(zhì)，在定子高背壓(氣墊反作用力下) 使熱能更有效的轉(zhuǎn)換(產(chǎn)生)更大的動能(推力)而做功，是一種混合型工作介質(zhì)的熱能轉(zhuǎn) 化為機械能的原動力裝置——高背壓內(nèi)燃汽輪機。
技術(shù)背景現(xiàn)今只有葉片式汽輪機和活塞式內(nèi)燃機成為熱動力機的市場主導(dǎo)，兩者在結(jié)構(gòu)上、工作 原理上也不相同各有特點，熱能量的利用效率差異也很大，但把熱能轉(zhuǎn)換為機械能的形式和規(guī)律基本相同；燃料一熱能一勢能(壓力)一動能(力)一作功(運行)一機械能。汽輪機機械效率達(dá)87%以上，而且是一種有效熱效率近40%的動力機，但它是一種外 燃熱動力設(shè)備，必須依靠巨大的外燃笨重設(shè)備鍋爐等，除了核動力艦船外，汽輪機基本上是 固定不可移動設(shè)置?；钊絻?nèi)燃機由于輕便、起動容易、工作可靠，機械效率高達(dá)80%以上，有效熱效率撲 近30%，活塞式內(nèi)燃機其種類(品種)很多，有二沖程、四沖程、汽油機、柴油機等，小至 半馬力大到十多萬馬力，有電火花引燃和噴油自燃兩大類及單汽缸和多汽缸等，差異很大。 但它們在作功原理和設(shè)置上有活塞、汽缸、連桿、曲軸、進(jìn)、排氣門等結(jié)構(gòu)功能基本相同， 它們的壓縮空氣或混合氣及擴大汽缸容積率的"膨脹作功"的原理(理論)基本相同。內(nèi)燃機還有渦輪發(fā)動機主要是航空用發(fā)動機和燃?xì)廨啓C，它的結(jié)構(gòu)和工作原理與活塞內(nèi) 燃機不相同，用多組葉片壓縮空氣，結(jié)構(gòu)復(fù)雜造價昂貴。 發(fā)明內(nèi)容高背壓內(nèi)燃汽輪機通過壓縮(沖壓)混合氣燃燒產(chǎn)生熱能量加熱大質(zhì)量的工作介質(zhì)水和 空氣，使兩者都產(chǎn)生受熱膨脹產(chǎn)生壓力——動能量，該混合型工作介質(zhì)的總動能量比單純的 燃?xì)?小質(zhì)量)的動能量要大得多，采用不擴大汽缸容積和高背壓及注水三大條件，使混合 工作介質(zhì)保持高溫、高壓、大質(zhì)量的動能量更有效轉(zhuǎn)換為功的效率，提高熱能利用率，大幅 度提高有效熱效率。A)
具體實施例方式(1) 定子體定子徑向是360°圓筒體，軸向是兩個180°半圓體，定子下半部設(shè)有1 —2個的排氣管，定子內(nèi)腔設(shè)置尾氣阻流葉片和圓周留有大空間的儲氣室和外部設(shè)置強筋片。定子體的基本功能；是用于克服轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生相對的反旋轉(zhuǎn)扭矩力，定子內(nèi)空腔(儲 氣室)調(diào)節(jié)高壓氣(20—25kg/cm2)壓力，高壓氣體對轉(zhuǎn)子噴口產(chǎn)生反推力(反作用力)，定 子的高背壓儲氣(氣墊)是產(chǎn)生機械后坐力效應(yīng)而作用于轉(zhuǎn)子噴口的恒壓推力器，并通過轉(zhuǎn) 子噴氣作用經(jīng)主軸輸出功率。(2) 轉(zhuǎn)子體轉(zhuǎn)子體徑向呈厚筐飛輪狀360。圓筒套于定子體內(nèi)圓動配合，轉(zhuǎn)子內(nèi)周邊 設(shè)兩個以上均布流線型尖三角空速腔(用于進(jìn)水汽化)尖三角空速腔與汽缸室(燃燒室)相 通，汽缸室的尾部噴孔(噴口)呈軸向長方形，轉(zhuǎn)子中間設(shè)置離心壓氣葉片，中心裝配主軸。轉(zhuǎn)子體的基本功能；是產(chǎn)生巨大的離心力，兩次糴壓加速混合氣的流速和提供超音速產(chǎn) 生沖壓效應(yīng)兩方面，混合氣得到加速增大壓強達(dá)到"速度+速度"效果，轉(zhuǎn)子集進(jìn)氣、壓縮、作功(推力)、排氣四個行程一元化作功的這一特點，用沖壓效應(yīng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)汽缸壓縮功能，本 機轉(zhuǎn)子的360°旋轉(zhuǎn)運行中的每度角都同時進(jìn)行也同時完成四個行程一元化作功和不擴大汽 缸室容積率及高背壓反推力這一特點，是本發(fā)明主要特征。(3)高壓抹氣間在定子徑向兩邊設(shè)置一個或兩個髙壓(20~25kg/Cm2)的自動(彈簧) 壓力控壓的排氣閥，是保證定子內(nèi)空腔(儲氣室)達(dá)到額定(2—2.5Mpa)氣壓，它的功能有 三點其一，定子內(nèi)儲氣室保持均恒高壓在相對密封的條件下產(chǎn)生機械后坐力效應(yīng)作用。其 二，使轉(zhuǎn)子噴口獲得高背壓產(chǎn)生的推力高于一個大氣壓(lkg/cm2)的20~25倍的巨大反作 用力。其三，便于內(nèi)燃機低速起動。高壓排氣閥排出的高壓廢氣更有利于配置廢氣渦輪增壓 器(機)。高背壓設(shè)置是有別于傳統(tǒng)內(nèi)燃機，傳統(tǒng)內(nèi)燃機最忌高背壓，只要背壓在0. 5Mpa就不作功， 在lMpa根本就不轉(zhuǎn)動。以上概述的三大部件結(jié)構(gòu)其功能產(chǎn)生了，沖壓不改變汽缸容積壓縮混合氣，高背壓產(chǎn)生 巨大反作用力和注水增加工作介質(zhì)質(zhì)量加大推力的三大作用，是本發(fā)明與傳統(tǒng)內(nèi)燃機區(qū)別的 獨特功能而設(shè)計。B)工作(作功)原理傳統(tǒng)內(nèi)燃機的熱能量在高速擴容降壓同時大部份熱能量瞬間化為低壓廢氣排放掉，本發(fā) 明高背壓內(nèi)燃汽輪機是有效的結(jié)合以下五項物理原理，形成本發(fā)明獨特的"汽缸不擴容和高 背壓"作功原理代替?zhèn)鹘y(tǒng)內(nèi)燃機改變汽缸容積"擴容膨脹"的作功原理，本發(fā)明依據(jù)以下五 項物理原理互相作用和并存發(fā)揮作用1、 高背壓——機械后坐力效應(yīng)原理；2、 物體相對運動原理；3、 空氣沖壓原理4、 旋轉(zhuǎn)離心力原理5、 作用與反作用力原理(1) 高背壓~~ 1械后^力效應(yīng)原理只有在物體相對密封條件下工作介質(zhì)對運動物體 產(chǎn)生相對的高背壓(大推力)作用——機械后坐力效應(yīng)，該原理被廣泛的利用在槍炮上，一 粒步槍子彈的火藥如果沒有利用槍堂的相對密封所產(chǎn)生的機械后坐力效應(yīng)作用，只靠自身火 藥產(chǎn)生的反沖力，它連克服堂線(來復(fù)線)的摩擦力的能量都不夠。本高背壓內(nèi)燃機其轉(zhuǎn)子與定子儲氣室是在相對密封的條件下，定子儲氣室被調(diào)節(jié)在2Q~ 25kg/cm2的高氣壓狀態(tài)下(恒壓氣墊)，定子對在旋轉(zhuǎn)中的轉(zhuǎn)子噴口產(chǎn)生相對20—25kg/cm2 的巨大反推力，該有效的總推力(噴口總垂直面積平方厘米cm 2X20—25kg/Cm2)機械后坐 力效應(yīng)高背壓反推力，高氣壓下也直接傳遞到轉(zhuǎn)子汽缸室內(nèi)保持相等的(2—2. 5MPa)的氣壓， 是現(xiàn)在柴油機壓縮空氣還沒有達(dá)到的高壓縮比。如本發(fā)明不特設(shè)高背壓裝置——高壓排氣閥，采用自然常壓一個大氣壓(O.lMPa),該機 還是可以運轉(zhuǎn)和發(fā)出功率，但其功率要降低20"25倍，本機開發(fā)就沒有實用價值。由此可以說明運用高背壓的反作用力的機械后坐力效應(yīng)原理是本發(fā)明"髙背壓內(nèi)燃汽輪 機"的根本所在。(2) 相對運動原理轉(zhuǎn)子進(jìn)氣口腔的線速度對于進(jìn)入口腔的混合氣而言，混合氣也是以 相對的速度對轉(zhuǎn)子進(jìn)氣口運動。為了加大混合氣的速度效率增加沖壓效果，對轉(zhuǎn)子進(jìn)氣口的 混合氣進(jìn)行離心力增壓加速度，混合氣經(jīng)端蓋的導(dǎo)流葉片改變方向，混合氣以相對的方向流 向轉(zhuǎn)子口腔進(jìn)行"速度+速度"效率以達(dá)到更有效的沖壓效果。本發(fā)明的高背壓內(nèi)燃汽輪機可 以配置廢氣渦輪增壓器(機)進(jìn)行增壓加速入口處的混合氣流的流動速度。(3) 空氣沖壓原理坐在車上會感覺到一股氣流沖擊在臉上，這就是空氣的沖壓現(xiàn)象。該原理已經(jīng)被運用在超音速殲擊機的渦輪發(fā)動機上，空氣沖壓原理有它的特性；在音速以下 沖壓效果不大，在音速以上，所產(chǎn)生的壓力與音速平方乘正比，如速度達(dá)到音速的六倍時所 產(chǎn)生的壓力是三十六倍(36kg/cm2)，由此，如要利用沖壓原理，轉(zhuǎn)子口腔圓周線速度(進(jìn)氣 口速度)與混合氣的進(jìn)氣流動速度相加(速度+速度)必須額定在音速四倍至五倍左右，以達(dá) 到有沖壓效果20—25kg/cni2的壓力，該沖壓效果對本發(fā)明是最佳壓縮效果。(4) 離心力原理該原理已經(jīng)很普通的運用在機械設(shè)備上，如離心水泵、鼓風(fēng)機等，離 心力的產(chǎn)生是物體作旋轉(zhuǎn)運動時周邊物體的質(zhì)量(kg) X旋轉(zhuǎn)半徑(m) X轉(zhuǎn)速(r/s)的"積"， 離心力只是產(chǎn)生于旋轉(zhuǎn)的機械能量，它不受其他外力的影響如陀螓儀不受地球引力影響一樣。本高背壓內(nèi)燃汽輪機轉(zhuǎn)子作高速度(超音速)旋轉(zhuǎn)運動，本機兩處(中心葉片和尖三角 空速腔)兩次一體化運用了離心力原理加速混合氣的流動能量——離心力轉(zhuǎn)換為混合氣的動 能、增大混合氣的壓強加大流速達(dá)到"速度+速度"有利于沖壓效果，本機如單獨運用離心力 原理完全達(dá)不到內(nèi)燃機的高壓縮比要求。(5) 作用與反作用力原理反作用力只產(chǎn)生于有質(zhì)量的物質(zhì)作有速度的運動時，對另一 物體產(chǎn)生的"力相等而方向相反"兩物體間互相作用與反作用力的動能傳遞。反作用力的大 小和產(chǎn)生取決于該物體的(質(zhì)量X速度)。火箭或飛船噴出的高速燃?xì)馕镔|(zhì)(質(zhì)量X速度)產(chǎn) 生的反沖效應(yīng)(作用與反作用力)——動能量推力。如直升飛機的螺旋槳在旋轉(zhuǎn)時也產(chǎn)生力 相等的反扭力一~^作用力(動能量傳遞)。該原理說明本發(fā)明的內(nèi)燃機要注入一定數(shù)量大質(zhì) 量的工作介質(zhì)一水(水的質(zhì)量是空氣的855倍)的重要性。因內(nèi)燃機的工作介質(zhì)空氣(燃 氣)質(zhì)量小而傳遞動能量的效果差，注入大質(zhì)量的工作介質(zhì)——水，提高工作介質(zhì)的質(zhì)量而 增加擴大動能量的傳遞效率，提高熱能利用率。以上五項物理原理已經(jīng)被人們廣泛的運用于各個領(lǐng)域，本發(fā)明只是將這些原理有效地結(jié)* 合在一起運用于內(nèi)燃機，構(gòu)成本發(fā)明和設(shè)計"高背壓內(nèi)燃汽輪機"與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機在結(jié)構(gòu)上 和工作原理即熱能量轉(zhuǎn)換的作功原理上有著完全不相同和本質(zhì)上的區(qū)別。C)新發(fā)明的優(yōu)點高背壓內(nèi)燃汽輪機與傳統(tǒng)活塞式內(nèi)燃機相比較有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、 功率大、油耗低(節(jié)能環(huán)保)等優(yōu)點。(1) 環(huán)保型活塞式內(nèi)燃機活塞作高速擴容降壓，在一小段的行程內(nèi)，因瞬間降壓降溫 使部分未燃?xì)怏w(二氧化碳)等有害物質(zhì)排放。高背壓內(nèi)燃機汽輪機，因汽缸室內(nèi)保持高壓力(2—2.5MPa)、高溫度550° ，給燃燒創(chuàng) 造有利條件，在汽缸室內(nèi)可充分燃燒，即使有一小部分未燃?xì)怏w被噴射到定子儲氣室內(nèi)也可 以繼續(xù)燃燒(二次燃燒)，因定子儲氣室也是保持在高溫550°及20"25Kg/cW的壓力。只要 把供油量與空氣的配比量控制準(zhǔn)確，未燃?xì)怏w的零排放是可以達(dá)到。(2) 節(jié)能型t據(jù)有關(guān)統(tǒng)計資料，2005年，我國內(nèi)燃機產(chǎn)品總產(chǎn)量為3.48億千瓦，可見 至2007年全國內(nèi)燃機的總裝機和使用容量最低保守估計也在10億千瓦以上，而現(xiàn)在內(nèi)燃機 最高有效熱效率也沒達(dá)到30%,平均有效熱效率在26%左右，如每千瓦(1KW)功率的內(nèi)燃機 提高二個百分點(2%)的有效熱效率，全年可為國家節(jié)約油耗一百萬噸以上，而髙背壓內(nèi)燃 機汽輪機有效熱效率高達(dá)百分之四十五到五十二 (45—52%)。(3) 體小型以單機同功率"高背壓"與"活塞式"每千瓦(KW)功率/立平方米M3的 體積比(KW/ m3)相差如下；IOOKW以下的是"活塞式"的(1/20) 二十分之一； 100""500KW為(1/20~1/50) 二十至五十分之一； 50O-3000KW為(1/50—1/100)五十至一百分之一； 3000~10000鼎為(1/100—1/200) —百至二百分之一；10000KW以上功率的小于二百五十分之一。(4) 輕量型以單機同功率"高背壓"與"活塞式"每千瓦(KW)功率/重量噸(KW/T) 比相差如下；lOOKf以下的是"活塞式"的(1/10)十分之一 100"500KW為(1/10~1/30) 十至三十分之一； 50O"3O00KW為(1/30~1/80)三十至八十分之一； 3000~10000KW為(1/80~1/150)八十至一百五十分之一10000KW以上功率的不過二百分之一的重量，每年可為國家節(jié)約大批鋼材，客觀上也為 國家節(jié)約煉鋼的大量能源消耗。(5) 結(jié)構(gòu)件少以單機同功率"高背壓"與"活塞式"的零部件相比，1000KW以上功 率的活塞式內(nèi)燃機要二千多個零件，功率在萬千瓦(10000KW)的要三千多個零件。還不包括 —些普通螺栓、螺帽等，而高背壓內(nèi)燃汽輪機不論功率多大，小至百千瓦(100KW)大至萬千 瓦(10000KW)以上，也只要兩三百個零件，如扣除一些螺栓、螺帽等普通標(biāo)準(zhǔn)件，只需五十 多個零件，二者之間所需的成本相差很大。(6) 低維護(hù)成本活塞式內(nèi)燃機活塞在汽缸內(nèi)作往復(fù)高速運動，靠活塞密封圈與汽缸體 直接接觸密封而產(chǎn)生汽缸體磨損，工作運行一定時間后要鏜汽缸(加工汽缸)和換活塞，汽 缸體經(jīng)兩三次加工后也要改換掉，因此增加維修成本。而高背壓內(nèi)燃汽輪機的轉(zhuǎn)子與定子是采用多道迷宮式密封，轉(zhuǎn)子與定子不直接產(chǎn)生摩擦， 定子體與轉(zhuǎn)子體終身不必維修加工，降低維修成本。發(fā)明最佳實施方式(1) 用水的優(yōu)點水是最潔凈、最環(huán)保和最經(jīng)濟的工作介質(zhì)，水的質(zhì)量是空氣的855 倍，水在攝氏55(T度的高溫下體積膨脹近千倍，水在一個大氣壓(0.1MPa常壓)和超過攝 氏10(T度以上就會快速蒸發(fā)為水蒸汽體積膨脹近900倍，水蒸氣在25Kg/cW的壓力下只要 超過250°度即會成為干蒸汽，而混合汽缸在(2—2.5MPa)壓力下爆燃所產(chǎn)生的高溫達(dá)1200 °多度；注入一定數(shù)量的水即刻產(chǎn)生爆脹汽化，加大混合工作介質(zhì)的質(zhì)量和推力，有利于熱 能量較多地轉(zhuǎn)換為工作介質(zhì)數(shù)量和質(zhì)量增加總動能量，提高熱能利用率。(2) 控溫的好處用噴水量控制汽缸的額定溫度，把大部分熱能量化為工作介質(zhì)的總動 能量?；旌蠚忪F化油(燃料)在攝氏380°多度就會自燃，把轉(zhuǎn)子汽缸室和定子儲氣室控制 在額定的攝氏550°度間足夠讓混合氣進(jìn)入轉(zhuǎn)子汽缸室內(nèi)自燃，控溫的好處有二點，其一， 額定為550°度間是現(xiàn)金屬材料抗疲勞性(金屬特性)的最高極限。其二，有利把高溫一千 多度的熱能量大部分直接轉(zhuǎn)化為工作介質(zhì)的數(shù)量和質(zhì)量即總勢能量"~^J力總量，利于大幅 度提高有效熱效率。(3) 髙背壓的利用用高壓排氣閥自動控制定子儲氣室內(nèi)的高壓氣體(20~25Kg/Cm2) 的壓力——高背壓，它使混合氣體在進(jìn)入汽缸室的高壓縮比(1/20~1/25)下的燃燒是爆燃， 產(chǎn)生高溫、高壓轉(zhuǎn)化為推力從噴口噴出而作功，因高背壓產(chǎn)生的反作用力使轉(zhuǎn)子汽缸室噴口 產(chǎn)生的推力高于常壓噴氣所產(chǎn)生的推力大20"25倍，有效功率也提高20~25倍，大大增加 了熱能轉(zhuǎn)換為作功的效率。(4) 沖壓效應(yīng)選擇轉(zhuǎn)子的超聲速的選擇主要利用沖壓效應(yīng)達(dá)到內(nèi)燃機的高壓縮比。而 混合工作介質(zhì)燃?xì)馐欠窨蛇_(dá)到比轉(zhuǎn)子更高的超聲速，從噴口噴出產(chǎn)生推力？答案有二點其 一，據(jù)物體相對運動原理，在汽缸室內(nèi)的燃?xì)夤ぷ鹘橘|(zhì)與轉(zhuǎn)子一起做超聲速旋轉(zhuǎn)時，相對而 言，工作介質(zhì)在噴出噴口前已經(jīng)和轉(zhuǎn)子汽缸室一起對定子做相同的超聲速運動，工作介質(zhì)在 噴出噴口前在汽缸室內(nèi)對轉(zhuǎn)子體而言是相對不動的。其二，定子體儲氣室的高背壓對轉(zhuǎn)子噴 口所噴出的氣流也在做相對的對流作用即(速度減速度)作用，實際上從噴口噴出的工作介質(zhì)流速不需要超聲速，就已經(jīng)達(dá)到額定功率所霈的推力。(5)進(jìn)、排氣 &# 置高背壓內(nèi)燃汽輪機一般在千千瓦以下(IOOOKW)可以設(shè)置單 個進(jìn)氣室和單個排氣管與單個高壓排氣閥(自動控氣閥)。大功率在千千瓦(1000KW)以上， 可在該機軸向兩端(軸承座)上方設(shè)置兩個進(jìn)氣室，在定子徑向兩邊(下半部)設(shè)置兩個排 氣管和兩個高壓排氣閥，以擴大進(jìn)氣量和排氣量解決迸、排氣不足。 附圍說明下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明型進(jìn)一步說明。

圖1為本發(fā)明高背壓內(nèi)燃汽輪機工作原理圖； 圖2為本發(fā)明高背壓內(nèi)燃汽輪機軸向剖視圖 圖3為本發(fā)明高背壓內(nèi)燃汽輪機徑向剖視圖；一、工作原理圃概述圖1示出本發(fā)明髙背內(nèi)燃汽輪機工作原理圖(GN1^1)圖中心魚 尾箭頭所指方向是本機順時針旋轉(zhuǎn)，雙箭頭示意空氣和燃料油的混合氣流程方向，尖脫三角 示意氣門內(nèi)的高壓反作用力一高背壓力，單箭頭示意水和汽化水流程方向，雙線尖三角示意 燃?xì)夂退羝幕旌瞎ぷ鹘橘|(zhì)流程方向。1) 當(dāng)發(fā)動機起動時，起動馬達(dá)(電動機)帶動轉(zhuǎn)子(1)向顯時針方向旋轉(zhuǎn)，葉輪(10) 產(chǎn)生離心力把有質(zhì)量的混合氣(空氣和燃料油)增壓加快流速拋向端蓋導(dǎo)向葉片(11)，高流 速混合氣改變方向與轉(zhuǎn)子進(jìn)氣口 (22)和尖三角空速腔(8)產(chǎn)生相對的"速度+速度"運動， 尖三角空速腔(8)同時也起到葉輪作用產(chǎn)生第二次離心力對混合氣增壓提高,。2) 起動后因轉(zhuǎn)子(1)的高速度(超聲速)產(chǎn)生沖壓效應(yīng)，進(jìn)氣口腔的混合氣形成(20 一25Kg/c祖2 )的壓強,使混合氣被壓縮順尖三角空速腔(8)加速度流進(jìn)轉(zhuǎn)子汽缸室內(nèi)擋板(24)， 使混合氣急快降速，高流速氣流的巨大壓強因降速轉(zhuǎn)換動能為勢能一降速升壓，因降速升 壓，使混合氣的動能量轉(zhuǎn)換為熱能量——增壓升溫，高流速大壓強在,升溫的同時混合氣 已經(jīng)進(jìn)入汽缸室(25)內(nèi)自燃，部分燃?xì)庠谇安?頭部)回流產(chǎn)生渦流(有利于引燃)。3) 起動時因轉(zhuǎn)子(1)的轉(zhuǎn)速較慢，汽缸室(25)和儲氣室(14)內(nèi)混合氣壓力(氣壓) 較低自然性能差，定子(2)任何一處都可以設(shè)置一至兩個起動電點火(火花塞)裝置。便于 起動時火花塞點燃儲氣室(14)的混合氣，燃?xì)饨?jīng)過轉(zhuǎn)子噴口 (26)引燃汽缸室(25)內(nèi)的 混合氣燃燒(爆燃)，爆燃?xì)饬?燃?xì)夤ぷ鹘橘|(zhì))從轉(zhuǎn)子汽缸室尾部噴口噴出(高背壓)產(chǎn)生 的反作用力(反推力)，增加轉(zhuǎn)子噴口 (26)噴氣的推力作用，使轉(zhuǎn)子加速到超聲速。4) 起動時燃?xì)獗慌艢忾T(30)緊閉，儲氣室(14)的燃?xì)饧彼偕龎?，?dāng)燃?xì)獬^(20Kg/cm 2)的壓力時頂開氣門(30)后進(jìn)行排氣，因儲氣室(14)和汽缸室(25)的容量不大，燃?xì)?在起，后在3~5秒內(nèi)氣壓即可達(dá)到(2—2.5MPa)排氣，在達(dá)到額定氣壓和排氣的同時即可 負(fù)載運行。5) 起動和負(fù)載運行兩、三分鐘后機體發(fā)熱，再把額定質(zhì)量的高壓水(25~30 Kg/c邁2) 從發(fā)動機端蓋注入軸向進(jìn)水孔(9),水注入轉(zhuǎn)子尖三角空速腔(23)內(nèi)首先吸收轉(zhuǎn)子體(1) 高溫，其一、達(dá)到轉(zhuǎn)子體(1)內(nèi)降溫(散熱)一內(nèi)冷作用，其二、有利于部分余熱直接回 收作功，半汽化水經(jīng)尖三角空速腔(23)尾部徑向的噴水孔(9)直接噴入高溫的汽缸室(25), 水被燃?xì)飧邷厮查g汽化(爆脹)后與燃?xì)鈺铣筛邷?、高壓、大質(zhì)量的混合工作介質(zhì)從汽缸 室(25)尾部的噴氣口 (26)噴出與高壓(定子儲氣)的高背壓產(chǎn)生的反作用力發(fā)生兩股氣 流強大的相反力相撞，使噴氣口產(chǎn)生強大的推力，推動轉(zhuǎn)子(1)高速(超聲速)旋轉(zhuǎn)作功。6) 廢氣經(jīng)排氣管(大功率可設(shè)置雙排氣管和雙高壓排氣陶)，抹氣總壓力超過高壓彈簧 (28)的壓力時，頂開排氣門(30)排出廢氣，整個工作(作功)完成。7) 高壓排氣閥(27)是用長蠊栓(29)的調(diào)整彈簧(28)的壓力達(dá)到自動控制儲氣室(14)額定壓力20"-25Kg/cn^的均衡髙背壓反作用力在前章"工作(作功)原理"以經(jīng)說明。8)本原理圖(GNR* 1)的噴氣口 (26)和進(jìn)氣口 (22)都是180°度的兩個對稱設(shè)置， 大功率轉(zhuǎn)子(1)因直徑大，可設(shè)置三個以上均布(360° )圓均分角度噴口 (26)和進(jìn)氣口 (22),均布設(shè)置都是為了克服噴出高壓氣流和進(jìn)氣氣流產(chǎn)生偏心壓力，給軸承造成容易磨損。 二、結(jié)構(gòu)剖視圖概述圖(GNR*2)和圖3 (GNR* 3)示出本發(fā)明高背壓內(nèi)燃汽輪機整 個裝置的基本結(jié)構(gòu)實施例，它包括轉(zhuǎn)子(1、 8、 9、 10、 22、 23、 24、 25、 26)、定子(2、 12、 13、 14、 15、 17)，端蓋(3、 11、 19、 21)、軸承座(4)、軸承(5)、主軸(6、 16)、軸鍵(7)、 進(jìn)氣室(管)(20)、高壓排氣閥(27、 28、 29、 30)、緊固螺栓(18)、腳架(19)等。轉(zhuǎn)子(1)呈厚筐飛輪狀，其外徑與定子(2)的內(nèi)徑相一致，留有足夠間隙，安裝時套 在定子(2)的內(nèi)徑中組成動配合，轉(zhuǎn)子(1)根據(jù)發(fā)動機的功率與直徑大小，設(shè)定均布2個 以上流線型尖三角空速腔(8、 23)及汽缸室(25)和噴口 (26)，每個噴口 (26)與汽缸室 (25)和進(jìn)氣口 (22)相通，轉(zhuǎn)子的(1)軸向單邊或兩邊留有軸向進(jìn)水孔和徑向留有噴水孔 (9)與汽缸室(25)相通，轉(zhuǎn)子(1)外徑和兩邊加工8環(huán)以上的90。凹凸槽用于密封。 定子(2)外殼由強筋片(12)與排氣管(17)和內(nèi)儲氣室(14)及阻氣片(15)整體鑄 造或焊接而成，裝配時安裝上起動火花塞(13),定子(2)徑向呈截頭360°圓筒狀，軸向 呈180°半圓環(huán)狀中間整環(huán)布滿20~60片的阻氣葉片(15)數(shù)量要依據(jù)定子(2)的直徑大 小及轉(zhuǎn)子(1)噴口數(shù)量的10~15倍決定， 一般5° —10°之間均布，排氣管(17)在定子(2) 下半部設(shè)置一個或兩個為180°對稱與高壓排氣閥(27)用螺栓緊固。端蓋(3)設(shè)置有與轉(zhuǎn)子(1)旋轉(zhuǎn)方向相反的均布有12~60片的導(dǎo)氣葉片(11)，端蓋(3) 分為軸向前后兩個，如單個進(jìn)氣室(20)設(shè)置在起動軸(16)上端，如雙個進(jìn)氣室，另 —個設(shè)置大輸出軸(6)上端有螺栓(18)緊固。端蓋下部與腳架(19)鑄造一體或分體用螺 栓(18)裝配到端蓋(3)下半部均可。主軸(6、 16)與轉(zhuǎn)子(1)采用軸鍵(7)緊配合，兩端蓋(3)中心安置滑動軸承(5),裝配時把軸承座(4)用螺栓(18)緊固在端蓋(3)的兩端上。腳架(19)上設(shè)有螺孔，安裝時標(biāo)準(zhǔn)螺帽緊固在機座上或是地腳螺栓上即可。 本發(fā)明摘要附圖轉(zhuǎn)子(1)、定子(2)端蓋(3)、軸承座(4)、軸承(5)、主軸(6)、注水孔(9)、螺栓(18)、腳架(19)、進(jìn)氣室(20)、注水接頭(21)、高壓排氣閥(27)。實際運用可變通范圍概述1) 本發(fā)明型高背壓內(nèi)燃汽輪機經(jīng)少量改進(jìn)，把注入水設(shè)置改為注入燃料油即可用于航空 發(fā)動機，高背壓排氣加大噴氣速度更有利由超聲速飛機的噴氣效率一提高噴氣推力。因航 空發(fā)動機用的燃料油量大，燃油足夠轉(zhuǎn)子的內(nèi)冷效果。2) 大功率高背壓內(nèi)燃汽輪機，可以軸向兩端設(shè)置進(jìn)氣室，可在定子徑向下半部設(shè)置兩個 排氣管和兩套高壓排氣閥，在1000KW功率以下的按本視圖概述設(shè)置單套進(jìn)、排氣裝置，1000KW 功率以上設(shè)置雙套進(jìn)、排氣裝置滿足進(jìn)、排氣量。3) 汽油機和柴油機一樣只要在端蓋上端的迸氣室，裝上汽化器或風(fēng)門和噴油嘴控制好進(jìn) 氣量和供油量的混合燃燒最佳比例即可，因混合氣從轉(zhuǎn)子尖三角空速腔進(jìn)氣口壓縮到汽缸室 缸室不到千分之一秒,壓縮時間與現(xiàn)有內(nèi)燃機的提前點火或者提前噴油時間相同。4) 小型車輛只要把轉(zhuǎn)子改用耐高溫金屬(高鈦合金)，把轉(zhuǎn)子注水改成注油即可。5) 本高背壓內(nèi)燃汽輪機因注水汽缸室和定子儲氣室內(nèi)被控制在攝氏550°間，對于轉(zhuǎn)子 和定子散熱是風(fēng)冷或水冷這套設(shè)備可以省掉。雖然本發(fā)明型已參照了具體的實施例進(jìn)行了說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)員應(yīng)該明白，只要 對具體實施例的修改不偏離本發(fā)明型的主題和優(yōu)點，那么應(yīng)該理解為，所有這些修改都包括 在以下權(quán)利要求書的本發(fā)明型的精神和范圍內(nèi)。8
權(quán)利要求
1. 高背壓內(nèi)燃汽輪機，包括定子、轉(zhuǎn)子、高壓排氣閥、噴油嘴、注水泵、進(jìn)氣室、排氣管、端蓋、主軸、軸承座、軸承、螺栓、腳架。轉(zhuǎn)子套于定子中間成功配合，主軸與轉(zhuǎn)子用軸鍵靜配合、主軸兩端和軸承連接與兩邊端蓋的軸承座用螺栓與定子及腳架緊固，其特征在于A)定子由兩個180°半圓體機殼合成360°呈截圓筒狀，內(nèi)由20-60片阻氣葉片和軸向半圓狀儲氣室，機殼外由20-60片強筋片和1-2個排氣管構(gòu)成并裝有火花塞。B)轉(zhuǎn)子呈厚筐飛輪狀由2-12個尖三角空速腔軸向有2-4孔進(jìn)水孔徑向有2-4孔噴水孔，每個尖三角空速腔與氣缸室相連通，每個氣缸室后部有1個噴口，轉(zhuǎn)子中間1-2邊設(shè)有3-18片離心葉片。C)端蓋內(nèi)面有12-60片導(dǎo)氣葉片外面中間設(shè)置進(jìn)氣室和軸承座及圓周用螺栓與定子緊固，端蓋外面安裝1-2個注水接頭。D)定子排氣管法蘭上安裝高壓排氣閥設(shè)置高壓彈簧和可調(diào)控的長螺栓及排氣閥門與閥門桿。
2、 如權(quán)利要求1所述的高背壓內(nèi)燃汽輪機，其特征在于定子殼內(nèi)是軸向半圓狀儲氣室及 內(nèi)圓圈有20~60片阻氣葉片，定子殼外有20~^60片強筋片和l一2個排氣管和火花塞構(gòu)成。
3、 如權(quán)利要求l所述的高背壓內(nèi)燃汽輪機，其特征在于轉(zhuǎn)子呈厚筐飛輪狀360°圓體內(nèi) 設(shè)置2—12個均布的氣缸室后部與噴口連接前部與尖三角空速腔相通，空速腔軸向有2—4孔 進(jìn)水孔和徑向有2—4孔噴水孔，轉(zhuǎn)子中間l一2邊設(shè)有3—18片離心葉片。
4、 如權(quán)利要求l所述的高背壓內(nèi)燃汽輪機，其特征在于定子排氣管上安裝高壓排氣閥， 由螺栓調(diào)控排氣閥門0, 5"5MPa壓力控制定子儲氣室內(nèi)高壓燃?xì)狻?br> 5、 如權(quán)利要求1所述的高背壓內(nèi)燃汽輪機，其特征在于端蓋1--2個安裝注水接頭，由 l~6MPa高壓水注入轉(zhuǎn)子尖三角空速腔內(nèi)噴向氣缸室。
全文摘要
涉及一種高背壓內(nèi)燃汽輪機，包括轉(zhuǎn)子、定子、端蓋、軸承座、軸承、主軸、注水孔、螺栓、腳架、進(jìn)氣室、高壓排氣閥。轉(zhuǎn)子內(nèi)周邊有二個以上均布的尖三角空速腔連接氣缸室、中心有離心葉片與主軸靜配合。定子由兩個180°半圓內(nèi)設(shè)儲氣室和阻氣葉片合成整圓、外設(shè)1-2個高壓排氣閥。端蓋內(nèi)有導(dǎo)流葉片、中心外裝配軸承座和軸承、并裝1-2個注水接頭。軸承座上端裝配進(jìn)氣室和噴油嘴及風(fēng)門導(dǎo)進(jìn)混合氣。把定量的水注入轉(zhuǎn)子氣缸室達(dá)到降溫增加工作介質(zhì)量對轉(zhuǎn)子進(jìn)行內(nèi)冷和控制氣缸室額定溫度有效的加大推力，與高背壓(氣墊反作用力)增加功率——提高熱能量有效利用率。
文檔編號F01D5/02GK101255801SQ200710097009
公開日2008年9月3日 申請日期2007年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月2日
發(fā)明者沈劍煌, 沈泉貴 申請人:沈泉貴;沈劍煌