蒸汽發動機及蒸汽發電機和蒸汽空壓機的製作方法
2023-08-09 15:54:41
專利名稱：蒸汽發動機及蒸汽發電機和蒸汽空壓機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及發動機技術領域，尤其涉及以水蒸汽驅動的發動機。
背景技術：
以流體(氣體)作為驅動物質的發動機具有古老的歷史，例如蒸汽機。隨著技術的不斷成熟和發展，出現了對流體能量的多級利用方式，例如通過直徑不斷擴大的多級渦輪來增加對高壓氣體能量的利用率。但是由於目前對高壓氣體從前級進入後級的過程缺乏清楚的認識和引導，導致多級利用的能效依然較低。
發明內容本實用新型提供一種能充分利用水蒸汽能量的蒸汽發動機，包括利用能源產生並輸出水蒸汽的蒸汽發生器以及輸出動力的多級蒸汽驅動機構，所述多級蒸汽驅動機構包括葉輪和裝設葉輪的至少一個葉輪室，所述葉輪包括第一葉輪和第二葉輪，所述第一葉輪和第二葉輪的周面上均具有複數個葉齒和位於葉齒兩側的側板，所述葉輪的周面上的葉齒與葉齒之間的兩側側板構成複數個工作腔，所述裝設葉輪的葉輪室的內表面與所述各工作腔構成能夠相對密封噴入氣體的複數個氣室，裝設第一葉輪的葉輪室上對應開設有第一蒸汽噴入孔和第一蒸汽排出孔，裝設第二葉輪的葉輪室上對應開設有第二蒸汽噴入孔和第二蒸汽排出孔，所述第一蒸汽排出孔的輸出經管道接第二蒸汽噴入孔，所述蒸汽發生器的輸出接所述第一蒸汽噴入孔。進一步地，所述至少一個葉輪室包括各自獨立的第一葉輪室和第二葉輪室，所述第一葉輪對應裝設在第一葉輪室內，所述第二葉輪對應裝設在第二葉輪室內。進一步地，所述至少一個葉輪室為一個葉輪室，所述第一葉輪和第二葉輪為整體加工而成的連體結構，所述第一葉輪和第二葉輪裝設在所述葉輪室內。進一步地，所述第一葉輪的和第二葉輪具有不同尺寸的直徑，所述葉輪室內具有與所裝設的第一葉輪的和第二葉輪相吻合的不同尺寸的內徑，以使葉輪室的內表面能夠相對密封第一葉輪的工作腔內的水蒸汽和第二葉輪的工作腔內的水蒸汽。進一步地，至少在第一葉輪所對應的葉輪室的內表面上開設有沿轉動周面設置的、與所述第一蒸汽噴入孔相通的噴氣導入槽。進一步地，所述第二葉輪的直徑大於所述第一葉輪的直徑，和/或，所述第二葉輪的厚度大於所述第一葉輪的厚度。進一步地，所述第一蒸汽排出孔的直徑是第一蒸汽噴入孔的直徑的2 10倍，所述第二蒸汽排出孔的直徑是第二蒸汽噴入孔的直徑的2 10倍，所述第二蒸汽噴入孔的直徑不小於所述第一蒸汽排出孔的直徑。進一步地，所述多級蒸汽驅動機構包括兩組，左右對稱的共軸裝設在同一動力輸出軸上。進一步地，所述能源選自核電、太陽能、可燃物質。所述可燃物質可選自沼氣、煤、油、天然氣、垃圾等。本實用新型還提供一種蒸汽發電機，包括如上所述的蒸汽發動機和發電機，所述蒸汽發動機的動力輸出接所述發電機的動力輸入。以及，一種蒸汽空壓機，包括如上所述的蒸汽發動機和空氣壓縮機，所述蒸汽發動機的動力輸出接所述空氣壓縮機的動力輸入。採用上述技術方案，本申請有益的技術效果在於:通過設置第一葉輪和第二葉輪，第一葉輪和第二葉輪之間前後相通。一是可以將水蒸汽對第一葉輪作功後的水蒸汽能量通過導引管道繼續噴入第二葉輪實現二次作功，提高了水蒸汽的能量利用率。二是通過二次作功，不但提高了水蒸汽的能量利用率，同時又起到了很好的消音作用。三是由於第一葉輪和第二葉輪這種前後級結構，可以不需要減壓罐，只需通過第一葉輪即可實現水蒸汽的減壓、穩壓作用，大大減少了水蒸汽減壓、穩壓過程中的能量損失。採用左右對稱結構的蒸汽驅動機構，能夠使蒸汽驅動機構工作時的受力均衡性更好。通過設置噴氣導入槽，噴氣導入槽的長度至少大於兩個相鄰葉齒間距離，可以通過一個進氣孔同時對兩個以上的葉齒作功，提高發動機的動力性能。通過設置排氣導出槽，可以順利地將對葉輪作功後的氣體及時地排出。通過將噴氣導入槽末端與最近的排氣導出槽之間的距離設置成大於兩個相鄰的葉齒間距離，可以防止剛噴入的氣體直接從排氣導出槽排出。
圖1是一種蒸汽發動機的結構示意圖。圖2是一種多級蒸汽驅動機構的結構示意圖。圖3是圖2中第一級蒸汽驅動機構的結構示意圖。圖4是圖3中葉輪室的局部結構放大示意圖。圖5是另一種多級蒸汽驅動機構的結構示意圖。圖6是又一種多級蒸汽驅動機構的結構示意圖。圖7是一種蒸汽發電機的結構示意圖。圖8是一種蒸汽空壓機的結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖，對本實用新型的具體示例進行詳細說明。實施例一、一種蒸汽發動機，如圖1至圖4所示，包括利用能源產生並輸出水蒸汽的蒸汽發生器A和輸出動力的多級蒸汽驅動機構B(本例中為兩組，左右對稱的共軸裝設在同一動力輸出軸上，也可以只有一組)，左右兩側蒸汽驅動機構呈左右對稱結構。以左側蒸汽驅動機構為例，包括第一級蒸汽驅動機構I和第二級蒸汽驅動機構2，第一級蒸汽驅動機構I包括第一葉輪20和第一葉輪室15，第二級蒸汽驅動機構2包括第二葉輪26和第二葉輪室25。除尺寸參考不同外，第一級蒸汽驅動機構I與第二級蒸汽驅動機構2的結構相同。第一級蒸汽驅動機構I與第二級蒸汽驅動機構2共軸裝設在同一轉軸3上，左右兩側蒸汽驅動機構產生的動力經轉軸3輸出，蒸汽發生器A的輸出Al接第一蒸汽噴入孔11。下面以第一級蒸汽驅動機構I為例詳細描述蒸汽驅動機構的結構:再結合圖3和圖4所示，第一級蒸汽驅動機構I包括第一葉輪室15、通過轉軸3裝設於第一葉輪室15內的第一葉輪20，第一葉輪室15上開設有三組對稱設置的用於向第一葉輪20的葉齒16上噴射水蒸汽的第一級蒸汽噴入孔11和三組對稱設置的第一級蒸汽排出孔12，第一級蒸汽噴入孔11上裝設噴嘴17，第一葉輪20的周面上具有複數個等分設置的葉齒16和位於葉齒16兩側的側板23，第一葉輪20的周面上的葉齒16與葉齒之間的兩側側板23構成複數個工作腔24，裝設第一葉輪20的第一葉輪室15的內表面與各工作腔24構成能夠相對密封從第一級蒸汽噴入孔11噴入氣體的複數個氣室，當暫存有水蒸汽的工作腔24轉動到第一級蒸汽排出孔12所在的位置時，工作腔24內的水蒸汽經第一級蒸汽排出孔12向外噴射作功，進一步推動葉輪20動轉。第一葉輪室15上的第一級蒸汽排出孔12與第二葉輪室25上的第二級蒸汽噴入孔21相通。第一級蒸汽驅動機構I的第一葉輪20的直徑小，第二級蒸汽驅動機構2的第二葉輪26直徑大，以增大第二級蒸汽驅動機構2的葉齒葉面。為了使氣體順暢，第一級蒸汽排出孔12的直徑是第一級蒸汽噴入孔11的2至10倍，第二級蒸汽排出孔22的直徑是第二級蒸汽噴入孔21的2至10倍，可根據需要靈活設置。如圖3和圖4所不,為了提聞動力性能,在葉輪室15的內表面上開設有沿轉動周面設置的、與第一級水蒸汽進氣口 11相通的噴氣導入槽13，接近進氣口 11時的噴氣導入槽深而寬，遠離進氣口 11時的噴氣導入槽淺而窄(圖4)，噴氣導入槽13的長度大於兩個相鄰葉齒16之間的距離L (標號18)，使得從噴氣導入槽13導出的水蒸汽一是能夠同時作用於二個或兩個以上的葉齒16上，二是能夠按照預設的導出路徑作用在希望的葉齒部位，以產生更強的推力。另外，為了加大噴氣力度，本實施例同一噴氣導入槽13上裝設兩個噴嘴17。在第一葉輪室15的內表面上開設有與轉軸軸線平行的排氣導出槽14，排氣導出槽14與第一級蒸汽排出孔12相通。為了更好的排氣，排氣導出槽14的寬度與第一葉輪20的寬度基本相一致。為了防止漏氣，避免剛噴入的氣體直接從排氣導出槽14排出，噴氣導入槽13末端與最近的排氣導出槽14之間的距離應大於兩個相鄰葉齒之間的距離L。工作時，水蒸汽先噴入第一級蒸汽驅動機構1，經第一級蒸汽驅動機構I減壓、穩壓後進入第二級蒸汽驅動機構2。第一級蒸汽驅動機構I既起減壓、穩壓作用，又將釋放水蒸汽過程中產生的能量充分利用起來，第一級蒸汽驅動機構I同時提供部分動力。第二級蒸汽驅動機構2提供主動力。實施例二、另一種蒸汽發動機，其與實施例一的區別在於多級蒸汽驅動機構，如圖5所示，包括左側的兩級蒸汽驅動機構和右側的兩級蒸汽驅動機構。左側的兩級蒸汽驅動機構是第一級蒸汽驅動機構100，右側的兩級蒸汽驅動機構是第二蒸汽驅動機構200。第一級蒸汽驅動機構100和第二蒸汽驅動機構200結構相同，呈左右對稱結構。第一級蒸汽驅動機構100與第二蒸汽驅動機構200共軸裝設在轉軸118上，通過軸承108和花鍵套117連接。左右兩側的兩級蒸汽驅動機構(100、200)，產生的動力經轉軸118輸出。以第一級蒸汽驅動機構100為例，第一級蒸汽驅動機構100包括葉輪室103、通過轉軸118裝設於葉輪室103內的第一葉輪104和第二葉輪102。葉輪室103內具有與所裝設的第一葉輪104和第二葉輪102的直徑相吻合的不同尺寸的內徑，以使葉輪室103的內表面能夠相對密封第一葉輪104的工作腔109內的水蒸汽和第二葉輪102的工作腔116內的水蒸汽。葉輪室103上分別設置有向第一葉輪104噴入水蒸汽的第一級蒸汽噴入孔106、從第一葉輪104噴出水蒸汽的第一級蒸汽排出孔111、向第二葉輪102噴入水蒸汽的第二蒸汽噴入孔114、從第二葉輪102排出水蒸汽的第二蒸汽排出孔101。第一級蒸汽排出孔111經管道112連通第二蒸汽噴入孔114，用以將從第一葉輪104噴出的水蒸汽噴入第二葉輪102繼續作功。第一葉輪104的轉動周面上具有複數個等分設置的葉齒110和位於葉齒110右側的側板107，第二葉輪102的轉動周面上具有複數個等分設置的葉齒115、位於葉齒115左側的側板105和位於葉齒115右側的側板113,通過側板113將第一葉輪104和第二葉輪102的氣路隔離。第一葉輪104上的葉齒110結構和第二葉輪102上的葉齒115結構同實施例一。第一葉輪104的轉動周面上的葉齒110與前後葉齒110之間的兩側側板(107、113)構成複數個工作腔109，裝設第一葉輪104的葉輪室103的內表面與各工作腔109構成能夠相對密封噴入的水蒸汽的複數個氣室。第二葉輪102的轉動周面上的葉齒115與前後葉齒115之間的兩側側板(105、113)構成複數個工作腔116，裝設第二葉輪102的葉輪室103的內表面與各工作腔116構成能夠相對密封從第二蒸汽噴入孔114噴入氣體的複數個氣室。第一葉輪104的直徑小於第二葉輪102的直徑，以增大第二葉輪102上的葉齒的受力面積。為了使氣體順暢，第一級蒸汽排出孔119的直徑是第一級蒸汽噴入孔106的2 10倍，第二蒸汽排出孔101的直徑是第二蒸汽噴入孔121的2 10倍，可根據需要靈活設置。特別地，由於蒸汽驅動機構的轉速要求高(3000-15000轉/分鐘)，若是單獨加工第一葉輪104和第二葉輪102，由於加工精度的誤差，難以保證兩者的同心度(共軸性能)，而且加工工藝複雜，加工成本高。為了提高葉輪的同心度、簡化加工工藝，第一葉輪104和第二葉輪102採用整體加工而成的連體結構。第二蒸汽驅動機構200包括葉輪室205、第三葉輪204和第四葉輪202。第二蒸汽驅動機構200除了標號與第一級蒸汽驅動機構100不同外，第一級蒸汽驅動機構200的結構與第一級蒸汽驅動機構100的結構相似(從略)。工作時，水蒸汽先噴入第一級蒸汽驅動機構100，經第一級蒸汽驅動機構100減壓、穩壓後進入第二級蒸汽驅動機構200。第一級蒸汽驅動機構100既起減壓、穩壓作用，又將釋放水蒸汽過程中產生的能量充分利用起來，第一級蒸汽驅動機構100提供部分動力。第二級蒸汽驅動機構200提供主動力。具體地說，從第一級蒸汽噴入孔106向第一葉輪104的葉齒110上噴入水蒸汽推動第一葉輪104，同時噴入的水蒸汽暫存於各工作腔109中，當暫存有水蒸汽的工作腔109轉動到第一級蒸汽排出孔111所在的位置時，工作腔109內的水蒸汽經第一級蒸汽排出孔111向外噴射作功，進一步推動第一葉輪104動轉。與此同時，由於葉輪室103上的第一級蒸汽排出孔111與第二蒸汽噴入孔114相通，從第一級蒸汽排出孔111排出的水蒸汽經第二蒸汽噴入孔114繼續推動第二葉輪102的葉齒115轉動作功。同時，噴入的水蒸汽暫存於各工作腔116中，當暫存有水蒸汽的工作腔116轉動到第二蒸汽排出孔101所在的位置時，工作腔116內的水蒸汽經第二蒸汽排出孔101向外噴射作功，進一步推動第二葉輪102轉動作功。[0043]實施例三、又一種蒸汽發動機，其與實施例二的區別在於多級蒸汽驅動機構，如圖6所示，包括左側的兩級蒸汽驅動機構和右側的兩級蒸汽驅動機構。左側的兩級蒸汽驅動機構是第一級蒸汽驅動機構300，右側的兩級蒸汽驅動機構是第二蒸汽驅動機構400。第一級蒸汽驅動機構300和第二蒸汽驅動機構400結構相同，呈左右對稱結構。第一級蒸汽驅動機構300與第二蒸汽驅動機構400共軸裝設在轉軸318上，通過軸承308和花鍵套317連接。左右兩側的兩級蒸汽驅動機構產生的動力經轉軸318輸出。以第一級蒸汽驅動機構300為例，第一級蒸汽驅動機構300包括葉輪室303、通過轉軸318裝設於葉輪室303內的第一葉輪304和第二葉輪302。葉輪室303具有與裝設的第一葉輪304和第二葉輪302的直徑相吻合的內徑，以使葉輪室303的內表面能夠相對密封第一葉輪304和第二葉輪302的工作腔內(309、316)的水蒸汽。葉輪室303上分別設置有向第一葉輪304噴入水蒸汽的第一級蒸汽噴入孔306、從第一葉輪304噴出水蒸汽的第一級蒸汽排出孔311、向第二葉輪302噴入水蒸汽的第二蒸汽噴入孔314、從第二葉輪302排出水蒸汽的第二蒸汽排出孔301。第一級蒸汽排出孔311經管道312連通第二蒸汽噴入孔314，用以將從第一葉輪304噴出的水蒸汽噴入第二葉輪302繼續作功。第一葉輪304的轉動周面上具有複數個等分設置的葉齒310和位於葉齒310右側的側板307，第二葉輪302的轉動周面上具有複數個等分設置的葉齒315、位於葉齒315左側的側板305和位於葉齒315右側的側板313，通過側板313將第一葉輪304和第二葉輪302的氣路隔離。第一葉輪304上的葉齒310結構和第二葉輪302上的葉齒315結構同實施例一。第一葉輪304的轉動周面上的葉齒310與前後葉齒310之間的兩側側板(307、313)構成複數個工作腔309，裝設第一葉輪304的葉輪室303的內表面與各工作腔309構成能夠相對密封噴入的水蒸汽的複數個氣室。第二葉輪302的轉動周面上的葉齒315與前後葉齒315之間的兩側側板(305、313)構成複數個工作腔316，裝設第二葉輪302的葉輪室303的內表面與各工作腔316構成能夠相對密封從第二蒸汽噴入孔314噴入氣體的複數個氣室。本實施例中的多級蒸汽驅動機構與實施例二的不同之處在於:在實施例二中，第一葉輪204和第二葉輪202的寬度相同，但第一葉輪204和第二葉輪202的直徑不同，其中第二葉輪202的直徑大於第一葉輪204的直徑，通過增大第二葉輪202直徑的途徑，以增大第二葉輪102上的葉齒的受力面積。葉輪室103內具有與所裝設的第一葉輪104和第二葉輪102的直徑相吻合的不同尺寸的內徑。而在本實施例中，第一葉輪304和第二葉輪302的直徑相同，葉輪室303內裝設第一葉輪304和第二葉輪302的內徑相同，第二葉輪302的寬度大於第一葉輪304的寬度，通過增大第二葉輪302寬度的途徑，以增大第二葉輪302上的葉齒的受力面積。實施例四、一種蒸汽發電機，如圖7所示，包括蒸汽發動機Cl和發電機Dl，蒸汽發動機Cl具體可採用實施例一至三中的一種,蒸汽發動機Cl的動力輸出接發電機Dl的動力輸入。實施例五、一種蒸汽空壓機，如圖8所示，包括蒸汽發動機C2和空氣壓縮機D2，蒸汽發動機C2具體可採用實施例一至三中的一種，蒸汽發動機C2的動力輸出接空氣壓縮機D2的動力輸入。經空氣壓縮機D2壓縮的空氣可作為諸如新能源汽車的動力來源，這種新能源汽車以壓縮空氣作為動力，O排放，O汙染。本文中應用了具體個例對本實用新型的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本實用新型的核心思想；同時，對於本領域的一般技術人員，依據本實用新型的思想，在具體實施方式
及應用範圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本實用新型的限制。
權利要求1.一種蒸汽發動機，包括利用能源產生並輸出水蒸汽的蒸汽發生器， 其特徵在於，還包括輸出動力的多級蒸汽驅動機構， 所述多級蒸汽驅動機構包括葉輪和裝設葉輪的至少一個葉輪室，所述葉輪包括第一葉輪和第二葉輪，所述第一葉輪和第二葉輪的周面上均具有複數個葉齒和位於葉齒兩側的側板，所述葉輪的周面上的葉齒與葉齒之間的兩側側板構成複數個工作腔，所述裝設葉輪的葉輪室的內表面與所述各工作腔構成能夠相對密封噴入氣體的複數個氣室，裝設第一葉輪的葉輪室上對應開設有第一蒸汽噴入孔和第一蒸汽排出孔，裝設第二葉輪的葉輪室上對應開設有第二蒸汽噴入孔和第二蒸汽排出孔，所述第一蒸汽排出孔的輸出經管道接第二蒸汽噴入孔，所述蒸汽發生器的輸出接所述第一蒸汽噴入孔。
2.根據權利要求1所述的蒸汽發動機，其特徵在於，所述至少一個葉輪室包括各自獨立的第一葉輪室和第二葉輪室，所述第一葉輪對應裝設在第一葉輪室內，所述第二葉輪對應裝設在第二葉輪室內。
3.根據權利要求1所述的蒸汽發動機，其特徵在於，所述至少一個葉輪室為一個葉輪室，所述第一葉輪和第二葉輪為整體加工而成的連體結構，所述第一葉輪和第二葉輪裝設在所述葉輪室內。
4.根據權利要求3所述的蒸汽發動機，其特徵在於，所述第一葉輪的和第二葉輪具有不同尺寸的直徑，所述葉輪室內具有與所裝設的第一葉輪的和第二葉輪相吻合的不同尺寸的內徑，以使葉輪室的內表面能夠相對密封第一葉輪的工作腔內的水蒸汽和第二葉輪的工作腔內的水蒸汽。
5.根據權利要求1所述的蒸汽發動機，其特徵在於，所述第二葉輪的直徑大於所述第一葉輪的直徑，和/或，所述第二葉輪的厚度大於所述第一葉輪的厚度。
6.根據權利要求1所述的蒸汽發動機，其特徵在於:所述第一蒸汽排出孔的直徑是第一蒸汽噴入孔的直徑的2 10倍，所述第二蒸汽排出孔的直徑是第二蒸汽噴入孔的直徑的2 10倍，所述第二蒸汽噴入孔的直徑不小於所述第一蒸汽排出孔的直徑。
7.根據權利要求1-6任意一項所述的蒸汽發動機，其特徵在於，所述多級蒸汽驅動機構包括兩組，左右對稱的共軸裝設在同一動力輸出軸上。
8.根據權利要求1-6任意一項所述的蒸汽發動機，其特徵在於，所述能源選自核電、太陽能、可燃物質。
9.一種蒸汽發電機，其特徵在於，包括如權利要求1至8任意一項所述的蒸汽發動機和發電機，所述蒸汽發動機的動力輸出接所述發電機的動力輸入。
10.一種蒸汽空壓機，其特徵在於，包括如權利要求1至8任意一項所述的蒸汽發動機和空氣壓縮機,所述蒸汽發動機的動力輸出接所述空氣壓縮機的動力輸入。
專利摘要一種蒸汽發動機及相應的蒸汽發電機和蒸汽空壓機，其中蒸汽發動機包括利用能源產生並輸出水蒸汽的蒸汽發生器以及輸出動力的多級蒸汽驅動機構，該多級蒸汽驅動機構包括葉輪和裝設葉輪的至少一個葉輪室，其中葉輪包括第一葉輪和第二葉輪，裝設第一葉輪的葉輪室上對應開設有第一蒸汽噴入孔和第一蒸汽排出孔，裝設第二葉輪的葉輪室上對應開設有第二蒸汽噴入孔和第二蒸汽排出孔，第一蒸汽排出孔的輸出經管道接第二蒸汽噴入孔，蒸汽發生器的輸出接第一蒸汽噴入孔。採用本實用新型，能充分提高蒸汽的能量使用效率。
文檔編號F01K7/18GK203022832SQ201220590350
公開日2013年6月26日 申請日期2012年11月9日 優先權日2012年11月9日
發明者叢洋 申請人:叢洋