富氧燃燒發動機的製作方法

2023-12-04 01:26:16

專利名稱：富氧燃燒發動機的製作方法
技術領域：
本發明涉及汽輪機技術領域，更具體地說，特別涉及一種富氧燃燒發動機。
背景技術：
隨著科學技術的迅猛發展與改革開放的不斷深入，汽輪機已廣泛應用於發電、汽 車、船舶、航空等工業領域。提高汽輪機的熱效率，減少汽輪機汙染廢氣物的排放和提高自 然資源的利用率已成為當今汽輪機研究和發展的重要趨勢。目前，汽輪機有以下三種；1.蒸汽汽輪機蒸汽汽輪機是用高溫、高壓水蒸氣作為工質的汽輪機，其通過高 溫、高壓的水蒸氣在汽缸內的轉子葉片間膨脹做功，推動轉子高速旋轉，從而輸出機械功。2.燃氣輪機燃氣輪機是用柴油、汽油、甲乙醇合成燃油等作燃料，利用壓氣機連 續地從大氣中吸入空氣並將其壓縮，壓縮後的空氣進入燃燒室，與噴入的燃料混合後燃燒， 成為高溫燃氣，隨即流入燃氣透平中膨脹做功，推動透平葉輪帶著壓氣機葉輪一起高速旋 轉，高溫燃氣做功在帶動壓氣機的同時輸出機械功。3.燃氣_蒸汽輪機聯合循環是把燃氣輪機和蒸汽輪機這兩種不同熱力循環工作 的熱機聯合在一起的裝置，以燃氣輪機的排熱來加熱蒸汽，就可以同時取得燃氣輪機加熱 溫度較高和蒸汽輪機排熱溫度較低的雙重優點。現有燃氣輪機都存在不同的缺陷1.用高溫、高壓水蒸氣作為工質的蒸汽汽輪機，熱效率低，結構複雜，製造困難，由 於需要大量燃煤高溫500°C加熱水蒸氣，造成了水煤資源的浪費，以及環境的汙染，而且配 套設備多，投資成本高。2.用柴油、汽油、甲乙醇合成燃油作燃料的燃氣輪機，熱效率雖然得到了提高但是 油耗大，空氣吸入量大，結構複雜，維修困難，且排放大量有害氣體，汙染環境。3.燃氣-蒸汽輪機聯合循環，佔地面積很大，且設備多、複雜，應用範圍受限制一 般只應用與大型發電廠。伴隨著建設節能、環保型社會的要求和人們日益增長的健康要求，開發一種新的 節能、環保燃能動力驅動技術並將其應用於汽輪機上極為迫切。

發明內容
有鑑於此，本發明提供了一種富氧燃燒發動機，以提高熱效率，減少有害資源的排 放。為實現上述目的，本發明提供如下技術方案一種富氧燃燒發動機，包括燃燒室缸體，其為一端封閉一端開口的缸體，其外部鋪設有噴水管路，所述噴水管 路上設有噴嘴，所述噴嘴伸入所述燃燒室缸體的內部，在所述燃燒室缸體上且避開所述噴 水管路的位置開設有第一氣體噴射孔；
轉子，其套設在所述燃燒室缸體外，且在該轉子的外側沿圓周方向傾斜安裝有多 個葉片，所述轉子上還開設有第二氣體噴射孔，且所述第二氣體噴射孔的傾斜方向和所述 葉片的傾斜方向相反；前蓋，其設置在所述燃燒室缸體的開口端，其上開設有進氣管腔和進水管腔，該進 氣管腔分別與輸送氧氣和燃料的管路連接，所述進水管腔與所述噴水管路相連；外殼，其一端固定在所述前蓋上；後蓋，其可拆卸的與所述外殼的另一端相連，其上開設有放氣孔；轉軸，其一端固定在所述轉子上，另一端穿過所述後蓋中間開設的孔伸出汽輪 機；點火裝置，該點火裝置設置在所述燃燒室缸體內。優選的，上述富氧燃燒發動機中，所述燃燒室缸體的外部沿其圓周方向均勻的鋪 設有多條噴水管路，且各噴水管路上分布有多個噴嘴。優選的，上述富氧燃燒發動機中，所述燃燒室缸體沿圓周方向開設有多列傾斜的 第一氣體噴射孔，且每列為多個。優選的，上述富氧燃燒發動機中，所述轉子沿圓周方向分布有多列葉片，且每列為 多個；每列葉片中的任意相鄰兩個葉片之間開設有第二氣體噴射孔。優選的，上述富氧燃燒發動機中，所述葉片為弧形葉片，所述第二氣體噴射孔的傾 斜方向與所述葉片的彎曲方向相反，且所述第二氣體噴射孔的軸線與和其相對的葉片的交 點處的切線垂直。優選的，上述富氧燃燒發動機中，還包括套設在所述燃燒室缸體和所述轉子之間 的內缸，所述內缸的兩端均套裝有滑動軸承，所述內缸根據所述第一氣體噴射孔的位置亦 開設了相應的傾斜的第三氣體噴射孔。優選的，上述富氧燃燒發動機中，從所述前蓋到所述後蓋的方向上，所述葉片的長 度逐漸增大。優選的，上述富氧燃燒發動機中，所述葉片為五列。優選的，上述富氧燃燒發動機中，所述外殼上避開葉片的位置安裝有靜止葉片。優選的，上述富氧燃燒發動機中，所述輸送氧氣和燃料的管路分成兩支，分別為與 壓氣機相連的輸送氧氣管路及與燃料貯存器相連的輸送燃料管路；所述輸送氧氣管路上靠近壓氣機的位置處安裝有第一防回火閥，在與所述輸送燃 料管路的交匯處和所述第一防回火閥之間安裝有第一開關控制閥；所述輸送燃料管路上靠近貯存器的位置處安裝有第二防回火閥，在與所述輸送氧 氣管路的交匯處和所述第二防回火閥之間安裝有第二開關控制閥。從上述技術方案可以看出，本發明提供的富氧燃燒發動機是一種新的熱能驅動技 術。通過將過量的氧氣與燃料混合，發生化學反應，釋放熱量，釋放的熱量被噴嘴噴出的水 吸收，將水從液態轉化成氣態，體積增大，得到富含大量的水蒸氣、氧氣、二氧化碳的混合氣 體，該混合氣體分別通過第一氣體噴射孔和第二氣體噴射孔，噴射在轉子的葉片上，驅動轉 子運轉。本發明通過將水蒸氣、氧氣、二氧化碳的混合氣體作為工質運用到汽輪機上，而且 轉子安裝在燃燒室的外面，使燃燒室釋放的熱量能被充分利用，有效地提高了汽輪機的熱
5效率，使用可再生能源或生物質能源，實現了對大氣零增量碳排放。


為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以 根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發明實施例提供的富氧燃燒發動機的主視剖面示意圖；圖2為本發明實施例提供的富氧燃燒發動機的左視局部剖面示意圖。
具體實施例方式本發明公開了一種富氧燃燒發動機，以實現提高熱效率，減少有害資源排放的目 的。本發明提供的新的燃燒形式的汽輪機是由碳粉與過量的氧氣燃燒生成二氧化碳 並釋放熱量，釋放的熱量被水吸收從而使水由液態變成氣態，體積增大，使燃燒室內獲得具 有高溫、高壓的二氧化碳、氧氣、水蒸氣的混合氣體，氣流穿過沿圓周分布的一系列傾斜的 氣體噴射孔，吹向葉片，推動葉片旋轉，從而帶動轉子高速旋轉，輸出機械功的碳粉燃氣輪 機。通過精確控制進入燃燒室內的氧氣、碳粉、水的摩爾量之比，可以提高汽輪機的熱 效率。為了保證碳粉燃燒時生成的氣體為二氧化碳，我們需要給汽輪機提供過量的氧氣，即 氧氣與碳粉的摩爾量之比的範圍為101 100-105 100。並精確控制從噴嘴進入燃燒室 內的水量，使碳粉燃燒時釋放的熱量能把進入燃燒室內的液態水全部變成具有做功能力的 氣態水。下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於 本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬於本發明保護的範圍。請參閱圖1，圖2，圖1為本發明實施例提供的富氧燃燒發動機的主視剖面示意圖， 圖2為本發明實施例提供的富氧燃燒發動機的左視局部剖面示意圖。其中，1為火花塞，2為滑動軸承，3為軸承擋圈，4為靜葉，5為(動)葉片，6為滑 動軸承，7為皮帶輪，8為轉軸，9為後蓋，10為轉子，11為外殼，12為內缸，13為燃燒室缸體， 14為前蓋，15為水管，16為連接器，17為管路，18為閥門，19為防回火閥，20為噴嘴，21為 第一氣體噴射孔，22為第三氣體噴射孔，23為第二氣體噴射孔。本發明提供的富氧燃燒發動機，包括燃燒室缸體13、轉子10、前蓋14、外殼11、後 蓋9、轉軸8和點火裝置1。燃燒室缸體13為一端封閉一端開口的缸體，內部為燃燒室，其外部鋪設有噴水管 路，噴水管路上設有噴嘴20，噴嘴20伸入所述燃燒室缸體13的內部，可以通過噴嘴20將水 噴入燃燒室內。在燃燒室缸體13上，且避開噴水管路的位置開設有第一氣體噴射孔21。轉子10套設在燃燒室缸體13外，且在該轉子10的外側沿圓周方向傾斜安裝有多個葉片5，所述轉子10上還開設有第二氣體噴射孔23，且所述第二氣體噴射孔23的傾斜方 向和所述葉片5的傾斜方向相反。由於第二氣體噴射孔23的傾斜方向和所述葉片5的傾 斜方向相反，因此使得在第二氣體噴射孔23噴出的氣體能夠衝擊葉片5使轉子10轉動。前蓋14設置在所述燃燒室缸體13的開口端，並完全堵住開口端，其上開設有進氣 管腔和進水管腔，該進氣管腔通過連接器16分別與輸送氧氣和燃料(此處的燃料優選為可 燃粉末材料及可燃固液混合材料，更優選為碳粉，以後涉及燃料的描述均稱為碳粉，但並不 限於此一種燃料)的管路17連接，所述進水管腔與所述噴水管路相連。進氣管腔和進水管 腔為氧氣、碳粉和水的輸送管腔。外殼11的一端固定在所述前蓋14上，另一端可拆卸(螺栓)的與後蓋9相連，後 蓋9上開設有使氣流排入到大氣中的排氣孔。轉軸8的一端固定在所述轉子10上，另一端穿過所述後蓋9中間開設的孔伸出汽 輪機。通過轉子的轉動帶動轉軸8轉動，轉軸8上設有皮帶輪7，通過皮帶輪7將動力傳給 發電機或其他設備。點火裝置1設置在燃燒室缸體13內，起到點燃碳粉的作用。綜上所述，本發明提供的富氧燃燒發動機是一種新的熱能驅動技術。通過將過量 的氧氣與碳粉混合，發生化學反應，釋放熱量，釋放的熱量被噴嘴噴出的水吸收，將水從液 態轉化成氣態，體積增大，得到含有大量水蒸氣、氧氣、二氧化碳的混合氣體，該混合氣體分 別通過第一氣體噴射孔和第二氣體噴射孔，噴射在轉子的葉片上，驅動轉子運轉。本發明通 過將水蒸氣、氧氣、二氧化碳的混合氣體作為工質運用到汽輪機上，有效地提高了汽輪機的 熱效率，使用可再生能源或生物質能源，實現了對大氣零增量碳排放。為了進一步提高富氧燃燒發動機的熱效率，燃燒室缸體13的外部沿其圓周方向 均勻的鋪設有多條噴水管路，且各噴水管路上分布有多個噴嘴20。通過在圓周方向上鋪設 多條噴水管路，能夠使得水從燃燒室缸體13的多方向均勻噴出，噴水面積更大、更均勻，能 夠快速將碳粉的熱量吸收汽化。同理，燃燒室缸體13沿圓周方向開設有多列傾斜的第一氣體噴射孔21，且每列為 多個。轉子10沿圓周方向分布有多列葉片5，且每列為多個，每列葉片中的任意相鄰兩個葉 片之間開設有第二氣體噴射孔23。需要說明的是，上述提到的列是指圓周方向上的一圈成為一列，即在燃燒室缸體 13的軸向分布有多列第一氣體噴射孔21 ；轉子10的軸向分布有多列葉片5。由於第二氣體 噴射孔23為傾斜設置，為了儘量少受阻礙的將燃燒室缸體13內的混合氣體噴到葉片5上， 將第一氣體噴射孔21也傾斜設置，優選的第一氣體噴射孔21的軸線和與其相對應的第二 氣體噴射孔23的軸線同線，從而使得在第一氣體噴射孔21噴出的混合氣體不受阻礙的噴 入第二氣體噴射孔23。葉片5為弧形葉片，所述第二氣體噴射孔23的傾斜方向與所述葉片5的彎曲方向 相反，且所述第二氣體噴射孔23的軸線與和其相對的葉片5的交點處的切線垂直。二者夾 角為90°時，可以使葉片5受到的衝擊力達到最大從而讓轉子10獲得最大的旋轉速度。使 燃燒室內的得到的內能，最大限度地轉化為氣流的動能，最後再最大限度地轉化為轉子旋 轉的機械能。本發明還包括套設在燃燒室缸體13和轉子10之間的內缸12，內缸12的兩端均套裝有滑動軸承，內缸12根據第一氣體噴射孔21的位置亦開設了相應的傾斜的第三氣體噴 射孔22，第一氣體噴射孔21和與其對應的第三氣體噴射孔22的軸線儘量做到同線，當達到 同線時可使得噴出的混合氣體對葉片5的衝擊最大，從而使轉子滑動更大的機械能。從前蓋14到後蓋9的方向上，葉片5的長度逐漸增大。若本發明提供的葉片5為 五列的話，且靠近前蓋14的為第一列，靠近後蓋9的為第五列，從第一列到第五列的方向上 分別分布有第二列、第三列和第四列，那麼從第一列到第五列葉片的長度越來越長，使得當 氣流吹向第一列時，不受阻礙的其餘氣流可以繼續吹向其下一列葉片。外殼11上避開葉片5的位置安裝有靜止葉片。即外殼11上根據葉片5安裝了相 應數量的靜葉4，可以使噴出的氣體在達到另一級葉片時減緩氣流壓力損失。輸送氧氣和碳粉的管路17分成兩支，分別為與壓氣機相連的輸送氧氣管路及與 碳粉貯存器相連的輸送碳粉管路。輸送氧氣管路上靠近壓氣機的位置處安裝有第一防回火 閥，在與所述輸送碳粉管路的交匯處和所述第一防回火閥之間安裝有第一開關控制閥；輸 送碳粉管路上靠近貯存器的位置處安裝有第二防回火閥，在與所述輸送氧氣管路的交匯處 和所述第二防回火閥之間安裝有第二開關控制閥。汽輪機工作原理及其流程氧氣從壓氣機出來，進入管路17，在靠近壓氣機方向 的管路17上安裝了一個防回火閥，然後在快與碳粉混合的地方安裝了一個控制其啟閉的 閥門，同理，在碳粉貯存器出來的管路上靠近貯存器的方向安裝了一個防回火閥，在靠近與 氧氣匯合的地方安裝了 一個控制啟閉的閥門。從壓氣機出來的經過壓縮的氧氣(氧氣摩爾量超過碳粉的摩爾量"5% )通過 打開兩個開關控制閥，沿管路17流動與從碳粉貯存器出來的碳粉混合，穿過帶有空腔的前 蓋14 一起進入燃燒室。點燃點火裝置(火花塞)，氧氣與碳粉發生化學反應生成二氧化碳 並釋放出大量的熱量。從噴嘴20出來的水吸收其釋放的熱量由液態變成氣態的水蒸氣，體 積增大約2400倍。此時，燃燒室內充滿具有高溫、高壓的二氧化碳、氧氣和水蒸氣的混合氣 體。混合氣體依次連續地從燃燒室和內缸12上開設的傾斜的氣體噴射孔高速噴出，再從轉 子10上開設的傾斜的氣體噴射孔以接近90°吹向葉片5。葉片5在噴氣反作用力下旋轉， 從而帶動轉子10旋轉，旋轉能量再通過轉子10 —端的轉軸8輸出，在轉軸8上安裝皮帶輪 7等出力裝置可輸出機械功。氣流從高壓空間流向低壓空間，壓強差越大，流動的速度也越大。汽輪機中蒸汽的 壓力和溫度越高，熱效率就越高。本發明提供的碳粉燃氣輪機中的氣體流動是連續的、高速的，轉子直接安裝在燃 燒室外，可以最大限度地吸收燃燒室的熱量。水由液態變成氣態，體積增大2400倍，二氧化 碳是無毒無味，不腐、不燃的氣體，是熱力學中十分穩定的化合物，可廣泛應用於熱力機械 和環保化工系統中。精確確定轉子上開設的傾斜的氣體噴射孔的傾斜角度和弧形葉片的角 度，使它們之間的夾角接近於90°。這樣可以使葉片受到的氣流的衝擊力儘可能的達到最 大，使轉子得到的轉速達到最大，提高汽輪機的熱效率，對充分利用資源，節約能源有著重 大的意義。本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他 實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的 一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明 將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一 致的最寬的範圍。
權利要求
一種富氧燃燒發動機，其特徵在於，包括燃燒室缸體(13)，其為一端封閉一端開口的缸體，其外部鋪設有噴水管路，所述噴水管路上設有噴嘴(20)，所述噴嘴(20)伸入所述燃燒室缸體(13)的內部，在所述燃燒室缸體(13)上且避開所述噴水管路的位置開設有第一氣體噴射孔(21)；轉子(10)，其套設在所述燃燒室缸體(13)外，且在該轉子(10)的外側沿圓周方向傾斜安裝有多個葉片(5)，所述轉子(10)上還開設有第二氣體噴射孔(23)，且所述第二氣體噴射孔(23)的傾斜方向和所述葉片(5)的傾斜方向相反；前蓋(14)，其設置在所述燃燒室缸體(13)的開口端，其上開設有進氣管腔和進水管腔，該進氣管腔分別與輸送氧氣和燃料的管路(17)連接，所述進水管腔與所述噴水管路相連；外殼(11)，其一端固定在所述前蓋(14)上；後蓋(9)，其可拆卸的與所述外殼(11)的另一端相連，其上開設有放氣孔；轉軸(8)，其一端固定在所述轉子(10)上，另一端穿過所述後蓋(9)中間開設的孔伸出汽輪機；點火裝置(1)，該點火裝置(1)設置在所述燃燒室缸體(13)內。
2.根據權利要求1所述的富氧燃燒發動機，其特徵在於，所述燃燒室缸體(13)的外部 沿其圓周方向均勻的鋪設有多條噴水管路，且各噴水管路上分布有多個噴嘴(20)。
3.根據權利要求1所述的富氧燃燒發動機，其特徵在於，所述燃燒室缸體(13)沿圓周 方向開設有多列傾斜的第一氣體噴射孔(21)，且每列為多個。
4.根據權利要求1所述的富氧燃燒發動機，其特徵在於，所述轉子(10)沿圓周方向分 布有多列葉片(5)，且每列為多個；每列葉片中的任意相鄰兩個葉片之間開設有第二氣體噴射孔(23)。
5.根據權利要求4所述的富氧燃燒發動機，其特徵在於，所述葉片(5)為弧形葉片，所 述第二氣體噴射孔(23)的傾斜方向與所述葉片(5)的彎曲方向相反，且所述第二氣體噴射 孔(23)的軸線與和其相對的葉片(5)的交點處的切線垂直。
6.根據權利要求5所述的富氧燃燒發動機，其特徵在於，還包括套設在所述燃燒室缸 體(13)和所述轉子(10)之間的內缸(12)，所述內缸的兩端均套裝有滑動軸承，所述內缸 (12)根據所述第一氣體噴射孔(21)的位置亦開設了相應的傾斜的第三氣體噴射孔(22)。
7.根據權利要求4所述的富氧燃燒發動機，其特徵在於，從所述前蓋到所述後蓋的方 向上，所述葉片的長度逐漸增大。
8.根據權利要求7所述的富氧燃燒發動機，其特徵在於，所述葉片為五列。
9.根據權利要求1所述的富氧燃燒發動機，其特徵在於，所述外殼(11)上避開葉片 (5)的位置安裝有靜止葉片。
10.根據權利要求1所述的富氧燃燒發動機，其特徵在於，所述輸送氧氣和燃料的管路 (17)分成兩支，分別為與壓氣機相連的輸送氧氣管路及與燃料貯存器相連的輸送燃料管 路；所述輸送氧氣管路上靠近壓氣機的位置處安裝有第一防回火閥，在與所述輸送燃料管 路的交匯處和所述第一防回火閥之間安裝有第一開關控制閥；所述輸送燃料管路上靠近貯存器的位置處安裝有第二防回火閥，在與所述輸送氧氣管路的交匯處和所述第二防回火閥之間安裝有第二開關控制閥。
全文摘要
本發明公開了一種富氧燃燒發動機，包括鋪設有噴水管路的燃燒室缸體，噴水管路上的噴嘴伸入燃燒室缸體內部，其上還設有第一氣體噴射孔；套設在燃燒室缸體外的轉子，其外側傾斜安裝有多個葉片，其上還開設有與葉片的傾斜方向相反的第二氣體噴射孔；設置在燃燒室缸體開口端的前蓋，其上開設有進氣管腔和進水管腔；一端固定在前蓋上的外殼；與外殼的另一端相連的後蓋，其上開設有放氣孔本發明通過將水蒸氣、氧氣、二氧化碳作為工質運用到汽輪機上，而且轉子安裝在燃燒室的外面，使燃燒室釋放的熱量能被充分利用，有效地提高了汽輪機的熱效率，使用可再生能源或生物質能源，實現了對大氣零增量碳排放。
文檔編號F01K23/14GK101915132SQ20101024383
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月29日 優先權日2010年7月29日
發明者劉春 申請人:劉春