CN1212323A - 热流涡轮机 - Google Patents
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Abstract
本发明属于燃气涡轮机领域,等压涡轮机用于航空和特殊环境有近百年了,既将问世的等容燃气涡轮机会占领活塞往复内燃机全部领域,它和等压涡轮机一样结构上有压气机,燃烧仓,涡轮而等容式加入喷水做功装置和二次作功的集气器。等容式涡轮机继承了活塞往复内燃机优点克服了缺点,同等马力体积小1/2左右而马力增加噪音小,排出有害气体少有根除的可能,同一机型可以用汽油、柴油、酒精、液化气、天然气。转速可达2000—6000转/分,启动方便,2/3用燃油,1/3用水做燃料。
Description
本发明属于热机领域，等压涡轮机问世百多年来它的孪生兄弟等容式涡轮机既将在中国大地上出现，是中国经济技术高度发展的历史必然，是以江泽民为核心的党中央领导下，在以朱熔基总理组织的新政府又一跨世纪新的支柱产业产生变化它会给技术进步，经济增长锦上添花。现在这一领域是活塞往复内燃机全部占领着而活塞往复内燃机百多年的发展和使用过程中，给人类带来很多方便和益处，但同时也出现了一些不容忽视的付产物。
如热能利用率低，排出有害气体多，噪音大加之其它热源使地球热效应越来越无法控制。而且能源消耗大，在世界石油储备有限的今天，世界各国越加关注这方面技术改革，新机在节约能源上有突破，而活塞往复内燃机体积大，易损、易磨、易碎、零件多，制造复杂，制造成本高，结构复杂，故障多，使用保障性差，而马力越大转速越低，启动不方便，启动设备复杂而启动性能差。由于结构复杂消耗大量财力物力又加上我们国家在这一产业起步晚，国内市场大部分被发达国家占领，产品、产量很难和世界这一窗口工业接轨，从而在科技大信息多媒体时代，我们国家这个方面迟迟不能进入机电一体化，对新时代发展经济不协条，在近年来很注重这一领域，使之能在经济高度发展的杠杆作用下，快速启动，使之这个重要成员不要姗姗来迟，而以一种快速规模生产的姿态进入高发展跨入新世纪。本发明结构及技术材料方案。
结构构思方案好理解，活塞往复式内燃机是以活塞在气缸内往复连动，连杆曲轴为主件将直线连动变曲线连动而飞轮储备能量环节进气、压缩、作功、排气、循环往复连续作功的机械。
热流涡轮机是以飞轮顶部加一圈代角度的叶片，以活塞在气缸内直线运动完成进气压缩这样连续往复，压缩后的高温高压气体在发火器里和喷入的燃油燃烧膨胀，经喷嘴以一定角度喷向飞轮顶端的叶片，受力冲击的涡轮旋转，经涡轮轴将热能变为机械能连续作功的机械。(见图1-1图1-2)
还有一点要说及的。就是热流体在喷向叶片的途中，喷入水又一次膨胀来增大热流的流量，当热流第一次喷动叶片做功后，流过叶片的气流，还有一定压力和温度，经集气器收集起来以一定角度喷向飞轮顶端的叶片作功，这时二次做功的流体压力和温度基本和空气相差不大了，经涡轮的转动所形成的气流排出机外。(见图3-1图3-2)
发火器是把柴油机代预热室的涡流室做为燃烧室，由通气阀控制压气机通气和燃烧室通气，燃烧室加入喷油器，这样空气和燃油在燃烧室内燃烧膨胀形成高温高压气流，经燃气阀以最佳角度将高压气流喷向叶片，同时喷入水又一次膨胀，增大流量，冲动叶片使叶轮旋转作功。
结构组成有压气机，发火器，涡轮(代叶片)，集气器主件组成，为了在原理上清楚请看图1-1图1-2，为了体现零件构思请看图5-1图5-2两个结构示意图。
材料和加工没有特殊要求。因为现代活塞往复式内燃机都在用，而热流涡轮机使用中只不过型体大小，位置的改变，至于一些轴承紧图标件现在市场都有，虽着机型的实际需要选定就行了。
为了具体说明特选用109马力热流涡轮和解放CA10型机对比说明更清楚一些。
解放CA10型发动机
直立六缸汽油发动机
最大马力转速2800转/分95
气缸直径和行程
Φ101.6×114.2毫米
压缩比6
发动机长1664mm 宽76mm 高1130mm。109马力热流涡轮机，压气机用2个压缩缸，作功循环表见图2-1和图2-2，具体作功过程图3-1、图3-2，动力传动过程见图4，具体结构和尺寸请看图5-1图5-2结构示意图。
转速为4000转/分 压气机为V型两个压缩缸
缸径和行程Φ120毫米×115毫米
压缩比21 涡轮半径350毫米
体积缸直径120毫米+缸壁20毫米+齿轮加外壳60毫米+涡轮护罩112毫米+附助部件集气器108毫米
总长440毫米，宽820毫米，高781毫米。最后还要讲一下大马力涡轮机见图7动力传动示意图和图6-1图6-2作功示意图，园体结构的压气机最多缸排列见图8。
| 5 | 曲轮 | 5 | 叶片 | ||
| 4 | 飞轮 | 4 | 叶轮 | ||
| 3 | 连杆 | 3 | 叶轮轴 | ||
| 2 | 活塞 | 2 | 叶片 | ||
| 1 | 气缸 | 1 | 热流 | ||
| 图1-1 | 名称 | 活塞发动机示意图 | 图1-2 | 名称 | 热流发动机原理图 |
| 图2-1表1 | 直立六缸发动机工作循环表 | 5 | 飞轮 | ||||||
| 曲轴转角° | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 4 | 曲轴主轴承 | |
| 0°60°0°-180°120°180° | 作功 | 排气 | 进气 | 作功 | 压缩 | 进气 | 3 | 曲轴 | |
| 压缩 | 排气 | 2 | 曲由连杆组 | ||||||
| 进气 | 作功 | ||||||||
| 1 | 曲轴主轴承连杆轴承相互角 | ||||||||
| 200°180°-360°300°360° | 排气 | 压缩 | 图2-1 | 名称 | 活塞往复直列六缸发动机 | ||||
| 作功 | 进气 | ||||||||
| 压缩 | 排气 | ||||||||
| 420°360°-520°490°540° | 进气 | 作功 | |||||||
| 排气 | 压缩 | ||||||||
| 作功 | 进气 | ||||||||
| 600°540°-720°660°720° | 压缩 | 排气 | |||||||
| 进气 | 作功 | ||||||||
| 排气 | 压缩 | ||||||||
| 发火顺序1-5-3-6-2-4 | |||||||||
| 图2-2表2 | 2个压缩和热流涡轮机工作循环表 | 7 | 叶片 | |||||
| 曲轴转角° | 1 | 涡轮 | 2 | 涡轮 | 6 | 第二压气缸 | ||
| 0°-180° | 进气 | 作功 | 压缩 | 作功 | 5 | 曲轴 | ||
| 排气 | 4 | 离合器 | ||||||
| 180°-360° | 压缩 | 作功 | 进气 | 作功 | 3 | 第一压气缸 | ||
| 排气 | 2 | 涡轮 | ||||||
| 360°-540° | 进气 | 作功 | 压缩 | 作功 | 1 | 叶片 | ||
| 排气 | 图2-2 | 名称 | 2个压缩缸热流涡轮机 | |||||
| 540°-720° | 压缩 | 作功 | 进气 | 作功 | ||||
| 排气 | ||||||||
| 10 | 活塞肖 | 20 | 集气器 | |||
| 9 | 排气孔道 | 19 | 气缸 | |||
| 8 | 集气器 | 18 | 活塞 | 28 | 喷油器 | |
| 7 | 叶片 | 17 | 连杆 | 27 | 发火器 | |
| 6 | 水分高温气流 | 16 | 涡轮 | 26 | 喷水器 | |
| 5 | 发火器通气阀 | 15 | 曲轴 | 25 | 燃气阀 | |
| 4 | 发火器燃烧室 | 14 | 气缸 | 24 | 通气阀 | |
| 3 | 发火器喷嘴 | 13 | 连杆 | 23 | 喷嘴 | |
| 2 | 喷水器 | 12 | 离合器 | 22 | 叶片 | |
| 1 | 喷油器 | 11 | 活塞 | 21 | 排气孔道 | |
| 图3-1 | 名称 | 2个压缩缸热流涡轮机作功示意图 | ||||
| 10 | 连杆肖 | 20 | 集气器 | |||
| 9 | 排气孔道 | 19 | 气缸 | |||
| 8 | 集气器 | 18 | 活塞 | 28 | 喷油器 | |
| 7 | 叶片 | 17 | 连杆 | 27 | 燃烧室 | |
| 6 | 发火器喷水口 | 16 | 涡轮 | 26 | 喷水器 | |
| 5 | 发火器喷嘴 | 15 | 曲轴 | 25 | 燃气阀 | |
| 4 | 发火器燃烧室 | 14 | 气缸 | 24 | 通气阀 | |
| 3 | 集气器 | 13 | 连杆 | 23 | 喷嘴 | |
| 2 | 喷水器 | 12 | 离合器 | 22 | 叶片 | |
| 1 | 喷油器 | 11 | 活塞 | 21 | 排气器 | |
| 图3-2 | 名称 | 2个压缩缸热流涡轮机作功示意图 | ||||
| 19 | 叶片 | |||
| 18 | 注水嘴 | 37 | 注水器 | |
| 17 | 通气阀 | 36 | 通气阀 | |
| 16 | 进气阀 | 35 | 喷嘴 | |
| 15 | 气缸 | 34 | 叶片 | |
| 14 | 润滑油泵 | 33 | 集气器 | |
| 13 | 齿轮 | 32 | 活塞 | |
| 12 | 供气泵 | 31 | 连杆肖 | |
| 11 | 供水泵 | 30 | 连杆 | |
| 10 | 供油泵 | 29 | 启动机 | |
| 9 | 齿轮 | 28 | 离合器 | |
| 8 | 凸轮 | 27 | 输出轴 | |
| 7 | 高压燃油泵 | 26 | 齿轮 | |
| 6 | 气缸 | 25 | 叶轮轴 | |
| 5 | 进气孔道 | 24 | 曲轴 | |
| 4 | 进气阀 | 23 | 连杆 | |
| 3 | 注水腔 | 22 | 连杆肖及活塞 | |
| 2 | 燃烧室 | 21 | 发电机 | |
| 1 | 喷油器 | 20 | 集气器 | |
| 图4 | 名称 | 热流涡轮机动力传递示意图 | ||
| 9 | 喷嘴 | 18 | 连杆螺丝 | |||
| 8 | 喷水器 | 17 | 连杆 | 26 | 外壳 | |
| 7 | 燃烧室 | 16 | 叶轮输出轴 | 25 | 排气孔道 | |
| 6 | 喷油器 | 15 | 叶轮轴承 | 24 | 叶片 | |
| 5 | 发火器操纵轴 | 14 | 叶轮轴 | 23 | 润滑轴泵 | |
| 4 | 供燃油泵 | 13 | 叶轮 | 22 | 曲轴主轴径 | |
| 3 | 润滑油通气口 | 12 | 发火器操纵机构 | 21 | 曲轴主齿轮 | |
| 2 | 曲轴前轴承 | 11 | 集气器 | 20 | 齿轮 | |
| 1 | 曲轴前端 | 10 | 叶片 | 19 | 连杆及连杆轴承 | |
| 图5-1 | 名称 | 热流涡轮机实体示意图 | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 压气机 | 发火器 | 涡轮 | 集气器 | 排气器 |
| 11 | 燃气阀 | 22 | 曲轴 | 33 | 燃油滤清器 | |
| 10 | 喷嘴 | 21 | 操纵机构轴 | 32 | 排气口 | |
| 9 | 喷水器 | 20 | 连杆 | 31 | 机体支架 | |
| 8 | 输水管 | 19 | 气缸 | 30 | 机油冷却器 | |
| 7 | 高压燃油泵 | 18 | 活塞 | 29 | 排气孔道 | |
| 6 | 水泵 | 17 | 活塞肖 | 28 | 涡轮外壳 | |
| 5 | 发火器燃烧室 | 16 | 进气孔 | 27 | 启动马达 | |
| 4 | 喷油器 | 15 | 冷却腔 | 26 | 油底壳 | |
| 3 | 燃气阀 | 14 | 通气阀 | 25 | 涡轮轴 | |
| 2 | 冷却水腔 | 13 | 发火器燃烧室 | 24 | 气缸 | |
| 1 | 喷水器 | 12 | 喷油器 | 23 | 活塞 | |
| 图5-2 | 名称 | 热流涡轮机实体示意图 | ||||
| 13 | 喷水器 | 26 | 连杆 | |||
| 12 | 喷油器 | 25 | 活塞 | |||
| 11 | 燃气阀 | 24 | 集气器 | 37 | 燃气阀 | |
| 10 | 喷嘴 | 23 | 集气器 | 36 | 叶片 | |
| 9 | 气缸 | 22 | 叶片 | 35 | 叶片 | |
| 8 | 活塞 | 21 | 喷嘴 | 34 | 发火器燃烧室 | |
| 7 | 活塞肖 | 20 | 喷油器 | 33 | 喷油器 | |
| 6 | 连杆 | 19 | 喷水器 | 32 | 集气器 | |
| 5 | 曲轴 | 18 | 发火器燃烧室 | 31 | 涡轮轴 | |
| 4 | 连杆 | 17 | 燃气阀 | 30 | 气缸 | |
| 3 | 活塞 | 16 | 注水器 | 29 | 活塞 | |
| 2 | 连杆肖 | 15 | 喷嘴 | 28 | 曲轴 | |
| 1 | 喷油器 | 14 | 发火器燃烧室 | 27 | 离合器 | |
| 图6-1 | 名称 | 大功率热流涡轮机作功示意图 | ||||
| 12 | 连杆 | 24 | 活塞 | 36 | 叶片 | |
| 11 | 离合器 | 23 | 气缸 | 35 | 喷水器 | |
| 10 | 活塞 | 22 | 发火器燃烧室 | 34 | 喷油器 | |
| 9 | 气缸 | 21 | 集气器 | 33 | 发火器燃烧室 | |
| 8 | 喷嘴 | 20 | 集气支承盘 | 32 | 燃气阀 | |
| 7 | 发火器燃烧室 | 19 | 集气器 | 31 | 喷嘴 | |
| 6 | 燃气阀 | 18 | 发火器燃烧室 | 30 | 活塞肖 | |
| 5 | 喷油器 | 17 | 喷油器 | 29 | 活塞 | |
| 4 | 喷水器 | 16 | 活塞 | 28 | 连杆 | |
| 3 | 叶片 | 15 | 气缸 | 27 | 气缸 | |
| 2 | 集气器 | 14 | 连杆 | 26 | 曲轴 | |
| 1 | 集气器 | 13 | 曲轴 | 25 | 连杆 | |
| 图6-2 | 名称 | 大功率热流涡轮机作功示意图 | ||||
| 16 | 喷油器 | 32 | 喷油器 | |||
| 15 | 润滑油泵 | 31 | 发火器燃烧室 | |||
| 14 | 齿轮 | 30 | 启动马达 | 46 | 喷水器 | |
| 13 | 水泵 | 29 | 启动齿轮 | 45 | 喷嘴 | |
| 12 | 离合器 | 28 | 涡轮 | 44 | 喷油器 | |
| 11 | 齿轮 | 27 | 喷水器 | 43 | 发火器燃烧室 | |
| 10 | 凸轮 | 26 | 喷嘴 | 42 | 离压燃油泵 | |
| 9 | 高压燃油泵 | 25 | 叶片及涡轮轴 | 41 | 活塞 | |
| 8 | 发火器燃烧室 | 24 | 集气器 | 40 | 连杆 | |
| 7 | 燃气阀 | 23 | 叶片 | 39 | 曲轴 | |
| 6 | 喷油器 | 22 | 集气器 | 38 | 轴承 | |
| 5 | 喷水器 | 21 | 喷水器 | 37 | 齿轮 | |
| 4 | 叶片 | 20 | 喷嘴 | 36 | 活塞 | |
| 3 | 集气器 | 19 | 燃气阀 | 35 | 齿轮 | |
| 2 | 叶片 | 18 | 活塞 | 34 | 润滑油泵 | |
| 1 | 喷水器 | 17 | 发火器燃烧室 | 33 | 气缸 | |
| 图7 | 名称 | 大功率热流涡轮机动力传递示意图 | ||||
| 3 | 集气器 | 6 | 小端盖护圈 | |||
| 2 | 大端外盖 | 5 | 涡轮轴承 | 8 | 涡轮轴护圈 | |
| 1 | 小端盖 | 4 | 发火器 | 7 | 气缸 | |
| 图8 | 名称 | 大功率涡轮机端盖气缸布置示意图 | ||||
摘要说明
| 19 | 叶片 | |||
| 18 | 注水嘴 | 37 | 注水器 | |
| 17 | 通气阀 | 36 | 通气阀 | |
| 16 | 进气阀 | 35 | 喷嘴 | |
| 15 | 气缸 | 34 | 叶片 | |
| 14 | 润滑油泵 | 33 | 集气器 | |
| 13 | 齿轮 | 32 | 活塞 | |
| 12 | 供气泵 | 31 | 连杆肖 | |
| 11 | 供水泵 | 30 | 连杆 | |
| 10 | 供油泵 | 29 | 启动机 | |
| 9 | 齿轮 | 28 | 离合器 | |
| 8 | 凸轮 | 27 | 输出轴 | |
| 7 | 高压燃油泵 | 26 | 齿轮 | |
| 6 | 气缸 | 25 | 叶轮轴 | |
| 5 | 进气孔道 | 24 | 曲轴 | |
| 4 | 进气阀 | 23 | 连杆 | |
| 3 | 注水腔 | 22 | 连杆肖及活塞 | |
| 2 | 燃烧室 | 21 | 发电机 | |
| 1 | 喷油器 | 20 | 集气器 | |
| 图1 | 名称 | 热流涡轮机动力传递示意图 | ||
Claims (3)
1、等容式涡轮机的结构特点及技术特性。
a、本结构见动力传动示意图4，和结构示意图5-1图5-2，为了叙述方便我们以代叶片的叶轮为中心前端是一个活塞往复式压气机压气机的缸盖上装有发火器和排气装置，叶轮后面装有集气器和动力输出离合器，拖动其它机械作功。
b、压气机是由一个园面装有1-8个气缸的组合体，见图8<缸数缸径根据实际需要选择>它的主要机件有气缸，活塞、连杆、活塞肖、连杆轴承，单拐曲轴，曲轴两端的主轴轴承，拖代附属设备及操纵机构的齿轮所组成。
连杆结构分同轴独立式和同轴子母式两种(可根据实际需要选择)
c、压气机的冷却是用空气做介质自然冷却。机件润滑由轻质润滑油由润滑油泵来实行强制性润滑，同时承担一部分冷却任务。
d、发火器的结构及技术要素
往复活塞内燃机的发火过程，是由气缸和活塞组成的，为了启动性能和燃烧完全，世界各国科技人员花费了很多心血和财力，这对燃烧产生副产物有极大影响的关键部件，在结构和设计过程慎之又慎。为了达到预想目的，目前使用的活塞往复是内燃机燃烧室设计有两种形体，一种代预热涡轮室的，一种缸盖和活塞顶部组合体。
热流涡轮机的燃烧过程是一个独立系统。是以最佳燃烧室为中心，提高压缩比的同时喷入燃油形成高温高压气流经燃气阀以最佳角度去作功的同时，喷入水使之气流流量增加，这样压力流量都尽最大的努力达到预想的目标并增长燃烧时间，使之有害气体减到最小和根除为目的。
压气机的进气由发火器通气阀来控制，压气机不设制汽门和汽门操纵系统这样减化了压气机结构。
发火器的冷却构思很关键。
它是全机金属原件热量最集中的地方，所以冷却是必须很注重的环节，它是用自然风冷和轻质润滑油加大压力和流量来实现的。因而冷却腔较大一些同时加入机油散热器来实现的。
e、涡轮的构造和型体
本热流涡轮机是燃气涡轮机家族中的一个特殊成员，因而涡轮的构造也常特殊。
它承担两种要求，为保证机器工作平稳，顶端有比较宽厚结构以储存能量平衡机器。另一方面承受高温高压气流冲击将热能变为机械能的关键部件，又因为是机器的核心，所以要求型体能完美的胜任工作需要又要以型体简单为目的，它是一个代有叶片上园大，中间代空心支撑筋的园轮型体，园圈部分有两大作用，一是储存能量超平衡作用，二是装有一圈叶片将热能变为机械能。空心支撑筋，使高温尽量少的传给轴和轴承。同时为了组合和安装需要。
f、集气器的设制思考及型体
集气器是一个椭园由大渐细的喇叭型，它的设制有两大重要因素，一是在叶片承受冲击力的同时在另一个方向给一个冲击力来减少轴的侧力使机器旋转平稳。二是充分利用热能，并能使燃烧流体在高温高流速过程中的负压作用和空气更多的混合增加氧气量燃烧，使燃烧时间加长燃烧完全使有害副产物根除。由于压力很低情况下排出机体，因而噪音也可以减到最小成度。
2、本机可达到的技术指标
a、热流涡轮机的体积比活塞往复内燃机小1/2左右，而马力增大。
b、热流涡轮机2/3用燃油，1/3用水做燃料，一个机型可同时用汽油、柴油、煤油、酒精。
c、热流涡轮机易碎、易磨、易损另件比活塞往复式少1/2左右，因而增长使用寿命。
d、热流涡轮机输出动力可以数拾，数百，数千到万马力自成系列，机器转速仍能保持2000-6000转/分。
e、制造成本低节约原材料，节约人力物力，容易实现机电一体化。
f、运用广泛，适应性强，启动方便，保证性，机动性，商业性好，噪音小，有害气体排出量少，有根除的可能，有利于环境保护。
3、热流涡轮机由数千马力到万马力输出为两压气机，叶轮为双层叶片结构，见图6-1图6-2热作功示意图，图7动力传动示意图，它可以顶端输出动力和轴输出动力两种。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN 98108565 CN1212323A (zh) | 1998-05-13 | 1998-05-13 | 热流涡轮机 |
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| CN 98108565 CN1212323A (zh) | 1998-05-13 | 1998-05-13 | 热流涡轮机 |
Publications (1)
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| CN1212323A true CN1212323A (zh) | 1999-03-31 |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN 98108565 Pending CN1212323A (zh) | 1998-05-13 | 1998-05-13 | 热流涡轮机 |
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| Country | Link |
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| CN (1) | CN1212323A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102216570A (zh) * | 2008-11-19 | 2011-10-12 | 西门子公司 | 燃气涡轮机 |
| CN104100493A (zh) * | 2013-04-08 | 2014-10-15 | 株式会社神户制钢所 | 压缩机 |
| CN106704522A (zh) * | 2015-11-17 | 2017-05-24 | 熵零股份有限公司 | 一种动力单元 |
-
1998
- 1998-05-13 CN CN 98108565 patent/CN1212323A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102216570A (zh) * | 2008-11-19 | 2011-10-12 | 西门子公司 | 燃气涡轮机 |
| CN102216570B (zh) * | 2008-11-19 | 2014-03-05 | 西门子公司 | 燃气涡轮机 |
| CN104100493A (zh) * | 2013-04-08 | 2014-10-15 | 株式会社神户制钢所 | 压缩机 |
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