雙轉向透平式葉輪機及雙轉向葉輪發動機的製作方法
2023-04-26 09:29:46
專利名稱：雙轉向透平式葉輪機及雙轉向葉輪發動機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種透平式葉輪機，特別是一種雙轉向透平式葉輪機； 本發明還涉及一種雙轉向葉輪發動機。
背景技術：
現有的透平式葉輪機，都是一組葉片固定於殼體，另一組葉片固 定於葉輪，葉輪固定安裝於旋轉轉動的葉輪軸；即採用一組固定葉輪和一組旋 轉葉輪相間隔的結構，主要用於燃汽葉輪機中。岡為是一組葉輪固定、 一組葉 輪旋轉，其效率和輸出扭矩比較低
發明內容
本發明要解決的技術問題在於提供一種效率高、輸出扭矩大的雙 轉向透平式葉輪機。
本發明解決上述技術問題所採取的技術方案是 一種雙轉向透平式葉輪機， 包括葉輪軸和葉輪，其特徵在於葉輪軸包括正轉葉輪軸和反轉葉輪軸，葉輪 包括數個正轉葉輪和數個反轉葉輪；正轉葉輪與反轉葉輪相間排列，每個正轉 葉輪和每個反轉葉輪均經各自的軸承定位在相應的軸承座上，所有的軸承座上
都設有正轉軸孔和反轉軸孔，正轉葉輪軸和反轉葉輪軸分別穿過正轉軸孔和反 轉軸孔、將所有的軸承座安裝於正轉葉輪軸和反轉葉輪軸；正轉葉輪軸固裝有 與正轉葉輪數量相等的柱齒輪，反轉葉輪軸固裝有與反轉葉輪數量相等的柱齒 輪，各葉輪輪體設有內齒圈，正轉葉輪內齒圈與正轉葉輪軸的柱齒輪嚙合；反 轉葉輪內齒圈與反轉葉輪軸的柱齒輪嚙合；正轉葉輪軸和反轉葉輪軸上各設一 個相嚙合的定轉比齒輪。
本發明將現有的透平葉輪機的固定葉片組和旋轉輪相間的透平結構改進為 兩組相向旋轉、葉輪組相間的透平結構。本發明可應用在各種葉輪發動機，包 括燃燒式葉輪發動機與蒸汽式葉輪發動機的壓氣裝置上和做功裝置上，因在不 改變葉輪發動機的材質、造價、加工難度、使用壽命、環保等性能的情況下， 將一組葉輪固定、 一組葉輪旋轉的透平葉輪機改為兩組葉輪相向旋轉的透平葉 輪機，故對效率和輸出扭矩都有較大的提高。
本發明要解決的另一技術問題在於提供一種效率高、輸出扭矩大的雙轉向 葉輪發動機，這種雙轉向葉輪發動機，包括壓氣裝置、熱交換器、燃燒室和做功裝置；其特徵在於壓氣裝置和做功裝置殼體內安裝有雙轉向透平式葉輪機。 本發明的雙轉向葉輪發動機，因壓氣裝置和做功裝置殼體內安裝有雙轉向
透平式葉輪機，即以雙轉向透平式葉輪機作為壓氣裝置和做功裝置，由相間排
列的數個正轉葉輪和數個反轉葉輪組成透平式葉輪機，與現有的透平式葉輪發
動機相比，效率和輸出扭矩都有較大的提高。
本發明的雙轉向葉輪發動機，可用於發電機組或給空調壓縮機等直接提供
動能，也可用於車、船等運輸工具為其提供動力，其燃料使用範圍非常廣泛，
包括沼氣、氫氣、天然氣、乾冰等氣態能源，及生物柴油、乙醇、汽油、柴油
等石油類液態能源。
為了利用太陽能為本發動機提供熱量，可在熱交換器與燃燒室之間裝有光
熱轉換器；由太陽能採集裝置為光熱轉換器提供能量。這樣，可根據不同的使
用場所，將本發明與太陽能採集裝置聯合使用或單獨使用。
圖1為雙轉向透平式葉輪機的結構示意圖， 圖2為雙轉向透平式葉輪機裝配關係示意圖， 圖3為雙轉向葉輪發動機結構示意圖，
圖4為圖3中雙轉向透平式葉輪機結構的壓氣裝置和做功裝置的結構示意圖， 圖5為雙轉向透平式葉輪機結構的壓氣裝置的裝配關係示意圖， 圖6為凸透鏡太陽能採集利用裝置的結構示意圖 圖7為凸透鏡、漸變型光纖採光器、傳輸光纖的關係示意圖。
圖中l一正轉葉輪軸，2—反轉葉輪軸，3—正轉葉輪，4一反轉葉輪，5 一軸承，6—軸承座，601—正轉軸孔，602—反轉軸孔，7—柱齒輪，8—內齒圈， 9一定轉比齒輪，IO—壓氣裝置，ll一熱交換器，12—燃燒室，13—做功裝置， 14一壓氣正轉葉輪，15—壓氣反轉葉輪，16—做功正轉葉輪，17—做功反轉葉 輪，18—油、氣密封環，19—進氣口， 20—壓縮氣體導管，21—光熱轉換器， 2101—外殼，2102—三稜鏡內芯，2103—散熱片，22—燃料噴嘴，23—支架， 24—光導纖維，25—漸變型光纖採光器，26—太陽能採集箱，27—箱體，28— 凸透鏡面板，29—凸透鏡，30—傳輸光纖，31—發動機。
具體實施方式
實施例1 如圖1所示 一種雙轉向透平式葉輪機，包括葉輪軸和葉輪，葉輪軸包括正轉葉輪軸1和反轉葉輪軸2，葉輪包括二個正轉葉輪 3和二個反轉葉輪4，正轉葉輪3和反轉葉輪4側面固設的葉片傾斜方向相反；
參見圖2，為使圖面清楚起見，圖2所示的正轉葉輪軸1和反轉葉輪軸2安裝了 一個正轉葉輪3和一個反轉葉輪4;正轉葉輪3與反轉葉輪4相間排列；每個正 轉葉輪3和每個反轉葉輪4均經各自的軸承5定位在相應的軸承座6， 所有的軸承座6上都設有正轉軸孔601和反轉軸孔602，正轉葉輪軸1和反轉葉 輪軸2分別穿過正轉軸孔601和反轉軸孔602、將所有的軸承座6安裝於正轉葉 輪軸1和反轉葉輪軸2上；正轉葉輪軸1固裝有與正轉葉輪3數量相等的柱齒 輪7，(圖2所示的正轉葉輪軸1固裝有一個柱齒輪7)，反轉葉輪軸2固裝有與 反轉葉輪4數量相等的柱齒輪7，(圖2所示的反轉葉輪軸1固裝有一個柱齒輪 7)，正轉葉輪3與反轉葉輪4的各個葉輪輪體均設有內齒圈8，正轉葉輪3的內 齒圈8與正轉葉輪軸1的柱齒輪7嚙合；反轉葉輪4的內齒圈8與反轉葉輪軸2 的柱齒輪7嚙合；使正轉葉輪3隨著正轉葉輪軸1高速旋轉，反轉葉輪4隨著 反轉葉輪軸2高速旋轉；正轉葉輪軸1和反轉葉輪軸2的軸端各設一個相嚙合 的定轉比齒輪9。為阻止葉輪機處於的工作介質洩漏而進入葉輪輪體內，在相鄰 的各個葉輪之間，即相鄰的正轉葉輪3與反轉葉輪4之間都裝有油、氣密封環 18。
實施例2 如圖3和圖4所示 一種雙轉向葉輪發動機，包括壓氣裝置10、 熱交換器11、燃燒室12和做功裝置13;壓氣裝置10和做功裝置13殼體內安 裝有雙轉向透平式葉輪機。
在壓氣裝置10與做功裝置13的殼體內，安裝有壓氣裝置10與做功裝置13 共用的葉輪軸，葉輪軸有正轉葉輪軸1和反轉葉輪軸2，位於壓氣裝置10的殼 體內的這部分正轉葉輪軸1和反轉葉輪軸2上安裝有相間排列的三組壓氣正轉 葉輪14和壓氣反轉葉輪15，壓氣正轉葉輪14和壓氣反轉葉輪15側面固設的葉 片傾斜方向相反；參見圖5:這些壓氣葉輪14、 15用軸承5定位在軸承座6上； 為使圖面清楚起見，圖5所示的正轉葉輪軸1和反轉葉輪軸2安裝了一個壓氣 正轉葉輪14和一個壓氣反轉葉輪15;壓氣葉輪的軸承座6定位在壓氣裝置10 的外殼上(圖中未示出)；位於做功裝置13的殼體內的這部分正轉葉輪軸1和 反轉葉輪軸2上安裝有相間排列的兩組做功正轉葉輪16和做功反轉葉輪17，做功正轉葉輪16和做功反轉葉輪17側面固設的葉片傾斜方向相反；做功正轉葉 輪16和做功反轉葉輪17相間排列；與壓氣正轉葉輪14和壓氣反轉葉輪15的 定位方式相同，這些做功葉輪16、 17也用軸承5定位在軸承座6上；做功葉輪 的軸承座6定位在做功裝置13的外殼上(圖中未示出)。
如圖5所示壓氣葉輪的軸承座6和做功葉輪的軸承座6上都設有正轉軸 孔601和反轉軸孔602 二個軸孔；壓氣正轉葉輪14和壓氣反轉葉輪15相間排 列，做功正轉葉輪16與做功反轉葉輪17相間排列；正轉葉輪軸l和反轉葉輪 軸2分別穿過正轉軸孔601和反轉軸孔602、將所有壓氣葉輪的軸承座6安裝在 位於壓氣裝置10的殼體內的這部分正轉葉輪軸1和反轉葉輪軸2上，將所有做 功葉輪的軸承座6安裝在位於做功裝置13的殼體內的這部分正轉葉輪軸1和反 轉葉輪軸2上(圖中未示出做功葉輪)；也就是說正轉葉輪軸l和反轉葉輪軸 2從這二個軸孔601、 602內穿過，將相間排列的壓氣正轉葉輪14與壓氣反轉葉 輪15以及做功正轉葉輪16與做功反轉葉輪17安裝於正轉葉輪軸1和反轉葉輪 軸2;因為壓氣正轉葉輪14、壓氣反轉葉輪15、做功正轉葉輪16與做功反轉葉 輪17都是經各自的軸承5定位於其軸承座6上，而正轉葉輪軸1和反轉葉輪軸 2分別穿過軸承座6上正轉軸孔601和反轉軸孔602。
如圖5所示所有的壓氣正轉葉輪14和壓氣反轉葉輪15輪體上設有內齒 圈8，正轉葉輪軸1設有數個柱齒輪7，正轉葉輪軸1設有的柱齒輪7的數量等 於壓氣正轉葉輪14與做功正轉葉輪16之和，正轉葉輪軸1的柱齒輪7與相對 應的壓氣正轉葉輪14和做功正轉葉輪16上的內齒圈8嚙合，使壓氣正轉葉輪 14和做功正轉葉輪16與正轉葉輪軸1之間實現動能傳遞，使壓氣正轉葉輪14 和做功正轉葉輪16隨著正轉葉輪軸1高速旋轉。
與壓氣裝置一樣所有的做功正轉葉輪16與做功反轉葉輪17輪體上也設 有內齒圈8;反轉葉輪軸2上也設有數個柱齒輪7，反轉葉輪軸2設有的柱齒輪 7的數量等於壓氣反轉葉輪15與做功反轉葉輪17之和，反轉葉輪軸2的柱齒輪 7與相對應的壓氣反轉葉輪15和做功反轉葉輪17上的內齒圈8嚙合，使壓氣反 轉葉輪15和做功反轉葉輪17與反轉葉輪軸1之間實現動能傳遞，使壓氣反轉 葉輪15和做功反轉葉輪17隨著反轉葉輪軸2高速旋轉。
如圖4和圖5所示正轉葉輪軸1和反轉葉輪軸2的軸端各設一個相嚙合的定轉比齒輪9，從而保證所有的正轉葉輪與所有的反轉葉輪轉速比恆定；即所 有壓氣正轉葉輪14、做功正轉葉輪16和所有壓氣反轉葉輪15、做功反轉葉輪 17的轉速比恆定；在相鄰的各個葉輪之間，即相鄰的壓氣正轉葉輪14與壓氣反
轉葉輪15之間裝有油、氣密封環18，相鄰的做功正轉葉輪16與做功反轉葉輪
17之間裝有油、氣密封環18;用以阻止發動機內部的潤滑油和工作氣體洩漏
進入葉輪輪體。
作為雙轉向葉輪發動機的完善，參見圖3:在熱交換器11與燃燒室12之間 裝有光熱轉換器21;由凸透鏡太陽能採集利用裝置為光熱轉換器21提供光能，
並經光熱轉換器21來加熱熱交換器11導出的空氣。
如圖6與圖7所示這種凸透鏡太陽能採集利用裝置，由支架23、數十個 漸變型光纖採光器25、太陽能採集箱26、光導纖維24、光熱轉換器21組成； 太陽能採集箱26的安裝於支架23;太陽能採集箱26包括箱體27和凸透鏡面板 28，凸透鏡面板28由數十塊排列在同一平面的凸透鏡29構成；每個凸透鏡29 的幾何中心位置正下方安裝一個漸變型光纖採光器25，每個漸變型光纖採光器 25的末端連接有傳輸光纖30，數十根傳輸光纖30集束為一體組成光導纖維24， 光導纖維24的輸出端固定於光熱轉換器21。光熱轉換器21由外殼2101和三稜 鏡內芯2102組成，外殼2101和三稜鏡內芯2102的內壁設有散熱片2103。凸透 鏡29將太陽光能聚集至漸變型光纖採光器25，數十塊凸透鏡29採集的光能經 數十根傳輸光纖30集束的光導纖維24，輸送至光熱轉換器21，將光導纖維24 傳輸過來的光能轉換成熱能，為發動機31提供能量。
作為雙轉向葉輪發動機的進一步完善，該發動機裝有用於實現耗能轉換的 控制系統，該控制系統可實現利用太陽能或其它燃料的轉換功能，屬於現有的 常規手段，故不再對控制系統詳述。
裝有光熱轉換器21的雙轉向葉輪發動機工作時，空氣從進氣口 19吸入到 壓氣裝置10中，在壓氣反轉葉輪15和壓氣正轉葉輪14的共同作用下，空氣被 壓縮並通過壓縮氣體導管20進入熱交換器11中利用廢氣餘熱進行預熱，預熱 後的空氣通過連接導管進入光熱轉換器21中，空氣經光熱轉換器21被高度聚 集的太陽能迅速加熱膨脹，膨脹的空氣穿過燃燒室12進入做功裝置13的殼體 內，推動做功正轉葉輪16和做功反轉葉輪17產生動能從正轉葉輪軸1和反轉葉輪軸2對外輸出；當光線變弱或無光線時，控制系統如得到指令必須輸出動 能時，控制系統起動其它燃料開關，將其它燃料通過燃料噴嘴22噴入燃燒室12 內，燃料燃燒產生的熱量加熱空氣推動雙轉向葉輪發動機產生動能以滿足用戶 的需求。當雙轉向葉輪發動機作為獨立的發動機使用時，使用導氣管替換掉光
熱轉換器21，將燃料從燃料噴嘴22噴入燃燒室12，燃料燃燒產生的熱量加熱
空氣推動雙轉向葉輪發動機產生動能。
權利要求
1、一種雙轉向透平式葉輪機，包括葉輪軸和葉輪，其特徵在於所述葉輪軸包括正轉葉輪軸(1)和反轉葉輪軸(2)，所述葉輪包括數個正轉葉輪(3)和數個反轉葉輪(4)，所述正轉葉輪(3)與所述反轉葉輪(4)相間排列；每個所述正轉葉輪(3)和每個所述反轉葉輪(4)均經各自的軸承(5)定位在相應的軸承座(6)，所有的所述軸承座(6)上都設有正轉軸孔(601)和反轉軸孔(602)，所述正轉葉輪軸(1)和所述反轉葉輪軸(2)分別穿過所述正轉軸孔(601)和所述反轉軸孔(602)、將所有的所述軸承座(6)安裝於所述正轉葉輪軸(1)和所述反轉葉輪軸(2)上；所述正轉葉輪軸(1)固裝有與所述正轉葉輪(3)數量相等的柱齒輪(7)，所述反轉葉輪軸(2)固裝有與所述反轉葉輪(4)數量相等的柱齒輪(7)，所述正轉葉輪(3)與所述反轉葉輪(4)的各個葉輪輪體均設有內齒圈(8)，所述正轉葉輪(3)的所述內齒圈(8)與所述正轉葉輪軸(1)的所述柱齒輪(7)嚙合；所述反轉葉輪(4)的所述內齒圈(8)與所述反轉葉輪軸(2)的所述柱齒輪(7)嚙合；所述正轉葉輪軸(1)和所述反轉葉輪軸(2)上各設一個相嚙合的定轉比齒輪(9)。
2、 如權利要求l所述的一種雙轉向透平式葉輪機，其特徵在於相鄰的所 述正轉葉輪(3)與所述反轉葉輪(4)之間裝有油、氣密封環(18)。
3、 一種雙轉向葉輪發動機，包括壓氣裝置、熱交換器、燃燒室和做功裝置； 其特徵在於所述壓氣裝置(10)和所述做功裝置(13)殼體內安裝有雙轉向 透平式葉輪機。
4、 如權利要求3所述的一種雙轉向葉輪發動機，其特徵在於所述壓氣裝 置(10)與所述做功裝置(13)的殼體內，安裝有所述壓氣裝置(10)與所述 做功裝置(13)共用的葉輪軸，所述葉輪軸有正轉葉輪軸(1)和反轉葉輪軸(2)， 位於所述壓氣裝置(10)的殼體內的所述正轉葉輪軸(1)和所述反轉葉輪軸(2) 上安裝有相間排列的數組壓氣正轉葉輪(14)和壓氣反轉葉輪(15)，所述壓氣 葉輪(14、 15)用軸承(5)定位在軸承座(6)上；壓氣葉輪的所述軸承座(6) 定位在所述壓氣裝置(10)的外殼上；位於所述做功裝置(13)的殼體內的所 述正轉葉輪軸(1)和所述反轉葉輪軸(2)上安裝有相間排列的數組做功正轉 葉輪(16)和做功反轉葉輪(17)，所述做功葉輪(16、 17)用軸承(5)定位 在軸承座(6)上；做功葉輪的所述軸承座(6)定位在所述做功裝置(13)的外殼上；壓氣葉輪的所述軸承座(6)和做功葉輪的所述軸承座(6)上都設有正轉 軸孔(601)和反轉軸孔(602) 二個軸孔；所述正轉葉輪軸(1)和所述反轉葉 輪軸(2)分別穿過所述正轉軸孔(601)和所述反轉軸孔(602)、將所有壓氣 葉輪的所述軸承座(6)安裝在位於所述壓氣裝置(10)的殼體內的這部分所述 正轉葉輪軸(1)和所述反轉葉輪軸(2)上，將所有做功葉輪的所述軸承座(6) 安裝在位於所述做功裝置(13)的殼體內的這部分所述正轉葉輪軸(1)和所述 反轉葉輪軸(2)上；所有的所述壓氣正轉葉輪(14)和所述壓氣反轉葉輪(15)輪體上設有內 齒圈(8)，所述正轉葉輪軸(1)設有數個柱齒輪(7)，所述正轉葉輪軸(1) 設有的所述柱齒輪(7)的數量等於所述壓氣正轉葉輪(14)與所述做功正轉葉 輪(16)之和，所述正轉葉輪軸(1)的所述柱齒輪(7)與相對應的所述壓氣 正轉葉輪(14)和所述做功正轉葉輪(16)上的所述內齒圈(8)嚙合；所有的所述做功正轉葉輪(16)與所述做功反轉葉輪(17)輪體上也設有 內齒圈(8);所述反轉葉輪軸(2)上也設有數個柱齒輪(7)，所述反轉葉輪軸 (2)設有的所述柱齒輪(7)的數量等於所述壓氣反轉葉輪(15)與所述做功 反轉葉輪(17)之和，所述反轉葉輪軸(2)的所述柱齒輪(7)與相對應的所 述壓氣反轉葉輪(15)和所述做功反轉葉輪(17)上的所述內齒圈(8)嚙合；所述正轉葉輪軸(1)和所述反轉葉輪軸(2)的軸端各設一個相嚙合的定 轉比齒輪(9)。
5、 如權利要求4所述的一種雙轉向葉輪發動機，其特徵在於相鄰的所述 壓氣正轉葉輪(14)與所述壓氣反轉葉輪(15)之間裝有油、氣密封環(18)， 相鄰的所述做功正轉葉輪(16)與所述做功反轉葉輪(17)之間裝有油、氣密 封環(18)。
6、 如權利要求3、 4或5所述的一種雙轉向葉輪發動機，其特徵在於所 述熱交換器(11)與所述燃燒室(12)之間裝有光熱轉換器(21)。
7、 如權利要求6所述的一種雙轉向葉輪發動機，其特徵在於所述發動機 裝有耗能轉換的控制系統。
全文摘要
一種雙轉向透平式葉輪機，包括葉輪軸和葉輪，其特徵在於葉輪軸包括正轉葉輪軸和反轉葉輪軸，葉輪包括數個正轉葉輪和數個反轉葉輪；正轉葉輪與反轉葉輪相間排列，每個正轉葉輪和每個反轉葉輪均經各自的軸承定位在相應的軸承座上，所有的軸承座上都設有正轉軸孔和反轉軸孔，正轉葉輪軸和反轉葉輪軸分別穿過正轉軸孔和反轉軸孔、將軸承座安裝於正、反轉葉輪軸；正轉葉輪軸固裝有與正轉葉輪數量相等的柱齒輪，反轉葉輪軸固裝有與反轉葉輪數量相等的柱齒輪，各葉輪輪體設有內齒圈，正轉葉輪內齒圈與正轉葉輪軸的柱齒輪嚙合；反轉葉輪內齒圈與反轉葉輪軸的柱齒輪嚙合；正、反轉葉輪軸上各設一個相嚙合的定轉比齒輪。它可應用在各種葉輪發動機。
文檔編號F01D1/00GK101457656SQ200710198899
公開日2009年6月17日 申請日期2007年12月14日 優先權日2007年12月14日
發明者姜志凌 申請人:姜志凌