噴水式蒸汽發動機的製作方法
2023-05-03 16:05:01 1
專利名稱：噴水式蒸汽發動機的製作方法
技術領域：
本發明涉及動力領域，具體是一種使用燃料將熱能轉化為機械能的噴水式蒸汽發動機。
背景技術：
蒸汽機的出現曾引起了 18世紀的工業革命，直到20世紀初，它仍然是世界上最重要的原動機，後來才逐漸讓位於內燃機和汽輪機等。蒸汽機存在主要缺陷1.體積既笨重又龐大，2.蒸汽機採用鍋爐加熱，由於是外部燃燒，熱損失較高，存在熱效率不高的缺陷。 3.啟動慢，起動之前還需要一段時間的預熱，使用起來很不方便。4.不能隨意停止，控制性差。由於以上缺陷，進入20世紀後，出現了沒有笨重鍋爐的內燃機，最終以其重量輕，體積小、熱效率高和操作靈活等優點，在船舶和機車上逐漸取代了蒸汽機。當前以活塞式內燃機最為普遍。活塞式內燃機將燃料和空氣混合，在其氣缸內燃燒，釋放出的熱能使氣缸內產生高溫高壓的燃氣。燃氣膨脹推動活塞作功，再通過曲柄連杆機構將機械功輸出，驅動從動機械工作。常見的有柴油機和汽油機。但是活塞式內燃機也存在很多不足，其在將熱能轉換成機械能這一過程中，僅利用了小部分熱能膨脹做功，大部分熱能通過排氣及散熱器釋放出去，能量損耗很大。此外其機構複雜，對燃油要求較高，尾氣排放汙染物高。汽輪機中的蒸汽流動是連續的、高速的，能發出較大的功率。但由於需要鍋爐加熱產生蒸汽，機構龐大，複雜，當前只用於大型電廠和大型船舶上。由此可見，上述幾種動力機都存在不足，相比之下活塞式內燃機優勢明顯，因此當前絕大多數交通機車和工程設備都採用活塞式內燃機為動力機。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種體積小、熱效率高、操作靈活、能量損失低、尾氣排放汙染物低的噴水式蒸汽發動機。本發明以如下技術方案解決上述技術問題本發明噴水式蒸汽發動機主要由燃燒器1、高溫換熱器3、蒸汽室4、蒸汽透平7、蒸汽冷凝器、噴水系統和控制系統構成，所述噴水系統由水箱10、水泵12、進水閥15和置於蒸汽室4內的噴水頭16通過水管依次連接構成，所述高溫換熱器2通過管道與燃燒器1連接， 並置於蒸汽室3內噴水頭16的下方；蒸汽透平7的進汽端設有放大器6，放大器6的前端設有與蒸汽室4相通的進汽閥5，蒸汽透平7的排汽端設有動力輸出軸8和排汽管9，排汽管9與蒸汽冷凝器相接，蒸汽冷凝器的冷凝水排水管連接水箱8。所述蒸汽冷凝器也可以採用蒸汽型制冷機11代替，蒸汽型制冷機11設有連接空調22的循環冷水管21。連接水泵12與進水閥15的水管上接有低溫換熱器14，低溫換熱器14與高溫換熱器3經排氣管道相接。
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在蒸汽室4上安裝有至少一個與排汽管9相通的安全閥13。在蒸汽室4的上部外側設有與蒸汽室4相通的壓力調節缸17，壓力調節缸17內設有活塞M及頂壓活塞M的彈簧25。所述控制系統包括微電腦處理器23、安裝在蒸汽透平7上的轉速傳感器20、安裝在蒸汽室4內的壓力傳感器18、安裝在高溫換熱器3上的溫度傳感器19、設在燃燒器1上的燃燒器控制器2、供水閥15和進汽閥5，微電腦處理器觀的信號輸入端以並聯方式連接轉速傳感器20、溫度傳感器19和壓力傳感器18，其信號輸出端以並聯方式連接燃燒器控制器2、供水閥15、進汽閥5。本發明噴水式蒸汽發動機無需體積龐大的鍋爐裝置，燃燒熱量全部進入高溫換熱器，採用噴水系統精確控制需要汽化的水量，具有體積小，啟動速度快，控制性強的優點，與活塞式內燃機相比，具有結構簡單，熱效率高，能量損失少，排放尾氣汙染物少等優點。
圖1是本發明噴水式蒸汽發動機的主體結構示意圖。圖2是本發明噴水式蒸汽發動機的控制系統原理圖。圖中1、燃燒器4、蒸汽室7、蒸汽透平10、水箱13、安全閥16、噴水頭19、溫度傳感器22、空調
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發明作進一步說明。如圖1所示，本發明噴水式蒸汽發動機主要由燃燒器1、高溫換熱器3、蒸汽室4、蒸汽透平7、蒸汽型制冷機11或蒸汽冷凝器、噴水系統和控制系統構成，燃燒器1與高溫換熱器3經管道相接，燃燒器1燃燒產生的高溫氣體直接進入高溫換熱器3。高溫換熱器3處於密封容器的蒸汽室4之中，安裝在蒸汽室4的上方，蒸汽室4內設有置於高溫換熱器3上方的噴水頭16，當水噴射到高溫換熱器3上，水受高溫立即汽化而產生蒸汽，隨著蒸汽不斷產生，整個蒸汽室4處於高壓狀態。蒸汽透平7為現有技術，是本發明的機械能輸出裝置。蒸汽透平7的進汽端設有放大器6，放大器6的前端設有與蒸汽室4相通的進汽閥5，蒸汽透平7的排汽端設有動力輸出軸8和排汽管9，通過動力輸出軸8對外提供旋轉機械能。進汽閥5為比例開關閥，可以根據需要控制開口大小。蒸汽透平7的排汽管9與蒸汽型制冷機11相接，蒸汽型制冷機 11的冷凝水排水管連接水箱10，蒸汽型制冷機11上設有循環冷水管21以連接空調22進行供冷。
2、燃燒器控制器 5、進汽閥 8、動力輸出軸 11、蒸汽型制冷機 14、低溫換熱器 17、壓力調節缸 20、轉速傳感器 23、微電腦處理器
3、高溫換熱器 6、放大器 9、排汽管 12、水泵 15、進水閥 18、壓力傳感器 21、循環冷水管對、活塞 25、彈簧
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所述噴水系統由水箱10、水泵12、進水閥15和置於蒸汽室4內的噴水頭16通過水管依次連接構成。為提高燃料熱能利用效率，可在連接水泵12與進水閥15的水管上接有低溫換熱器14，低溫換熱器14與高溫換熱器3經排氣管道相接。燃燒氣體經過高溫換熱器3釋放熱能後，再次進入低溫換熱器14，進一步回收熱能，將準備進入蒸汽室4的水預熱，使其更容易汽化為蒸汽，燃燒氣體經過低溫換熱器14換熱後向外排放。由於對外排放的熱量極少，使熱能損失大幅降低。為了防止蒸汽室4的壓力過高，可在蒸汽室4上安裝一個或多個與排汽管9相通的安全閥13，蒸汽室4中壓力超過設定值時，會開啟排放部分蒸汽，從而確保安全，經安全閥13排放出的蒸汽也進入排汽管9。本發明還可以在蒸汽室4的上部外側設有與蒸汽室4相通的壓力調節缸17，壓力調節缸17內設有活塞M及頂壓活塞M的彈簧25。當蒸汽室4內壓力高於設定值時，活塞 24克服彈簧25的推力向外移動，使部分蒸汽進入壓力調節缸17，反之，當蒸汽室內壓力降低時，彈簧25推動活塞M使蒸汽回到蒸汽室4，對蒸汽室4內壓力起到一定調節作用。本發明使用的燃燒器1可根據需要選擇各種燃燒器，燃料可採用柴油、汽油、天然氣或其他等，甚至燃燒固體燃料的燃燒器也可用於本發明，只要將燃燒產生的高溫氣體導入高溫換熱器，都能工作。本發明使用的高溫換熱器3的作用是將燃燒器產生的熱能傳遞到噴射水中，使水受熱汽化。高溫換熱器中還可設置一定空間，讓燃燒器噴入的混合氣體繼續燃燒，起到燃燒室的作用。現有技術中如陶瓷高溫換熱器，已經可以達到一千多度的高溫。本發明採用蒸汽型制冷機11或蒸汽冷凝器來凝結水，傳統蒸汽機也是採用蒸汽冷凝器來凝結水，其只要將蒸汽透平7排出的蒸汽凝結為水，導入水箱10即可，並不影響本發明的使用。本發明也可以採用蒸汽型制冷機11取替蒸汽冷凝器來凝結水，蒸汽型制冷機 11是新出的空調設備，其以溴化鋰一水為工質，以排汽管9輸入的飽和蒸汽為動力，吸收蒸汽中的熱能並將蒸汽凝結為水，同時可對外提供冷水，通過循環冷水管21輸出，可用於駕駛室空調22等，從而實現一機兩用的功能，更加節能。本發明也可以使用普通的蒸汽冷凝器替代蒸汽型制冷機，圖2為本發明的控制系統原理圖它包括微電腦處理器23、安裝在蒸汽透平7上的轉速傳感器20、安裝在蒸汽室4內的壓力傳感器18、安裝在高溫換熱器3上的溫度傳感器19、設在燃燒器1上的燃燒器控制器2、供水閥15和進汽閥5。微電腦處理器觀的信號輸入端以並聯方式連接轉速傳感器20、溫度傳感器19和壓力傳感器18，其信號輸出端以並聯方式連接燃燒器控制器2、供水閥15、進汽閥5。採用上述方案後，本發明由燃燒器1燃燒燃料產生熱能，通過高溫換熱器3將水汽化為蒸汽，在蒸汽室4中產生高壓，進汽閥5打開，蒸汽室4內的高壓蒸汽進入放大器6，放大器6將蒸汽部分熱能轉換成蒸汽高速流動的動能，蒸汽高速進入蒸汽透平7，在蒸汽透平 7中繼續將蒸汽的熱能轉換成蒸汽高速流動的動能，然後高速氣流通過工作葉片時，將蒸汽的動能轉換成蒸汽透平7轉子旋轉的機械能，通過動力輸出軸8對外提供旋轉機械能。蒸汽透平7排出的蒸汽經排汽管9進入蒸汽型制冷機11，將蒸汽中所含熱能交換給蒸汽型制冷機11，並被冷凝為水，進入水箱10，從而完成蒸汽-水循環。工作時，燃燒器1點火，將熱能吹入高溫換熱器3，微電腦傳感器23通過溫度傳感
5器19採集高溫換熱器3的溫度，在達到設定溫度後，發出指令打開進水閥15，水泵12與進水閥15同時開啟，水從噴水頭16噴射到高溫換熱器3上，受熱汽化產生水蒸汽，並在蒸汽室4中形成高壓。壓力傳感器18將蒸汽室4中壓力狀況傳送給微電腦處理器23，在達到一定壓力值後，發出指令打開進汽閥5，轉速傳感器20將動力輸出軸8的旋轉轉速即時傳遞給微電腦處理器23。在正常工作狀態下，微電腦處理器23能根據外界負載的需求，通過控制開啟進汽閥5的大小來調節進入蒸汽透平7的蒸汽量，從而調節動力輸出軸8的轉速。通過對進水閥15的控制，可以精確控制進入蒸汽室4的水量，從而精確控制蒸汽室4中的蒸汽壓力，使蒸汽室4中保持穩定的壓力；通過對燃燒器控制器2的控制，使燃燒器1火力增加或減小， 讓高溫換熱器3上的溫度保持穩定，從而使整個機械以最佳狀態工作。
權利要求
1.噴水式蒸汽發動機，其特徵在於，它主要由燃燒器(1)、高溫換熱器(3)、蒸汽室0)、 蒸汽透平(7)、蒸汽冷凝器、噴水系統和控制系統構成，所述噴水系統由水箱(10)、水泵 (12)、進水閥(1 和置於蒸汽室內的噴水頭(16)通過水管依次連接構成，所述高溫換熱器( 通過管道與燃燒器(1)連接，並置於蒸汽室(3)內噴水頭(16)的下方；蒸汽透平 (7)的進汽端設有放大器(6)，放大器(6)的前端設有與蒸汽室⑷相通的進汽閥(5)，蒸汽透平⑵的排汽端設有動力輸出軸⑶和排汽管(9)，排汽管(9)與蒸汽冷凝器相接，蒸汽冷凝器的冷凝水排水管連接水箱(8)。
2.根據權利要求1所述的噴水式蒸汽發動機，其特徵在於，所述蒸汽冷凝器由蒸汽型制冷機(11)代替，蒸汽型制冷機(11)設有連接空調0 的循環冷水管01)。
3.根據權利要求1所述的噴水式蒸汽發動機，其特徵在於，連接水泵(1 與進水閥 (15)的水管上接有低溫換熱器(14)，低溫換熱器(14)與高溫換熱器C3)經排氣管道相接。
4.根據權利要求1所述的噴水式蒸汽發動機，其特徵在於，在蒸汽室(4)上安裝有至少一個與排汽管(9)相通的安全閥(13)。
5.根據權利要求1所述的噴水式蒸汽發動機，其特徵在於，在蒸汽室的上部外側設有與蒸汽室(4)相通的壓力調節缸(17)，壓力調節缸(17)內設有活塞04)及頂壓活塞 (24)的彈簧(25)。
6.根據權利要求1所述的噴水式蒸汽發動機，其特徵在於，所述控制系統包括微電腦處理器(23)、安裝在蒸汽透平(7)上的轉速傳感器(20)、安裝在蒸汽室內的壓力傳感器(18)、安裝在高溫換熱器C3)上的溫度傳感器(19)、設在燃燒器(1)上的燃燒器控制器 (2)、供水閥(15)和進汽閥(5)，微電腦處理器08)的信號輸入端以並聯方式連接轉速傳感器(20)、溫度傳感器(19)和壓力傳感器(18)，其信號輸出端以並聯方式連接燃燒器控制器 (2)、供水閥(15)、進汽閥(5)。
全文摘要
本發明公開了一種噴水式蒸汽發動機，它主要由燃燒器、高溫換熱器、蒸汽室、蒸汽透平、蒸汽型制冷機、噴水系統和控制系統構成，所述噴水系統由水箱、水泵、進水閥和置於蒸汽室內的噴水頭通過水管依次連接構成，所述高溫換熱器通過管道與燃燒器連接，並置於蒸汽室內噴水頭的下方；蒸汽透平的進汽端設有放大器，放大器的前端設有與蒸汽室相通的進汽閥，蒸汽透平的排汽端設有動力輸出軸和排汽管，排汽管與蒸汽型制冷機相接，蒸汽型制冷機的冷凝水排水管連接水箱。本發明與現有技術相比，無需體積龐大的鍋爐，省去了複雜的曲軸連杆飛輪等機構，燃料產生的大部分熱能用於做功，能量損耗小。因此具有結構簡單、節能高效的優點。
文檔編號F01K11/02GK102392701SQ201110225739
公開日2012年3月28日 申請日期2011年8月8日 優先權日2011年8月8日
發明者唐忠盛 申請人:唐忠盛