專利名稱：高背壓內(nèi)燃汽輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型的熱動力設(shè)備一一-熱機(jī)裝置，具體地說涉及一種把燃料(汽油、柴 油)和空氣混合壓縮(沖壓)爆燃產(chǎn)生高溫釋放熱能量，燃?xì)夤ぷ鹘橘|(zhì)(質(zhì)量小)，與另一種 工作介質(zhì)——水(質(zhì)量是空氣的855倍)直接注入高溫、高壓的汽缸室內(nèi)，讓水瞬間受熱膨 脹(汽化)、混合成高溫、高壓和大質(zhì)量的綜合型工作介質(zhì)，在定子高背壓(氣墊反作用力下) 使熱能更有效的轉(zhuǎn)換(產(chǎn)生)更大的動能(推力)而做功，是一種混合型工作介質(zhì)的熱能轉(zhuǎn) 化為機(jī)械能的原動力裝置——高背壓內(nèi)燃汽輪機(jī)。
技術(shù)背景現(xiàn)今只有葉片式汽輪機(jī)和活塞式內(nèi)燃機(jī)成為熱動力機(jī)的市場主導(dǎo)，兩者在結(jié)構(gòu)上、工作 原理上也不相同各有特點(diǎn)，熱能量的利用效率差異也很大，但把熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的形式和規(guī)律基本相同；燃料一熱能一勢能(壓力)一動能(力)一作功(運(yùn)行)一機(jī)械能。汽輪機(jī)機(jī)械效率達(dá)87%以上，而且是一種有效熱效率近40%的動力機(jī)，但它是一種外 燃熱動力設(shè)備，必須依靠巨大的外燃笨重設(shè)備鍋爐等，除了核動力艦船外，汽輪機(jī)基本上是 固定不可移動設(shè)置?；钊絻?nèi)燃機(jī)由于輕便、起動容易、工作可靠，機(jī)械效率高達(dá)80%以上，有效熱效率撲 近30%，活塞式內(nèi)燃機(jī)其種類(品種)很多，有二沖程、四沖程、汽油機(jī)、柴油機(jī)等，小至 半馬力大到十多萬馬力，有電火花引燃和噴油自燃兩大類及單汽缸和多汽缸等，差異很大。 但它們在作功原理和設(shè)置上有活塞、汽缸、連桿、曲軸、進(jìn)、排氣門等結(jié)構(gòu)功能基本相同， 它們的壓縮空氣或混合氣及擴(kuò)大汽缸容積率的"膨脹作功"的原理(理論)基本相同。內(nèi)燃機(jī)還有渦輪發(fā)動機(jī)主要是航空用發(fā)動機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)，它的結(jié)構(gòu)和工作原理與活塞內(nèi) 燃機(jī)不相同，用多組葉片壓縮空氣，結(jié)構(gòu)復(fù)雜造價昂貴。 發(fā)明內(nèi)容高背壓內(nèi)燃汽輪機(jī)通過壓縮(沖壓)混合氣燃燒產(chǎn)生熱能量加熱大質(zhì)量的工作介質(zhì)水和 空氣，使兩者都產(chǎn)生受熱膨脹產(chǎn)生壓力——動能量，該混合型工作介質(zhì)的總動能量比單純的 燃?xì)?小質(zhì)量)的動能量要大得多，采用不擴(kuò)大汽缸容積和高背壓及注水三大條件，使混合 工作介質(zhì)保持高溫、高壓、大質(zhì)量的動能量更有效轉(zhuǎn)換為功的效率，提高熱能利用率，大幅 度提高有效熱效率。A)
具體實(shí)施例方式(1) 定子體定子徑向是360°圓筒體，軸向是兩個180°半圓體，定子下半部設(shè)有1 —2個的排氣管，定子內(nèi)腔設(shè)置尾氣阻流葉片和圓周留有大空間的儲氣室和外部設(shè)置強(qiáng)筋片。定子體的基本功能；是用于克服轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生相對的反旋轉(zhuǎn)扭矩力，定子內(nèi)空腔(儲 氣室)調(diào)節(jié)高壓氣(20—25kg/cm2)壓力，高壓氣體對轉(zhuǎn)子噴口產(chǎn)生反推力(反作用力)，定 子的高背壓儲氣(氣墊)是產(chǎn)生機(jī)械后坐力效應(yīng)而作用于轉(zhuǎn)子噴口的恒壓推力器，并通過轉(zhuǎn) 子噴氣作用經(jīng)主軸輸出功率。(2) 轉(zhuǎn)子體轉(zhuǎn)子體徑向呈厚筐飛輪狀360。圓筒套于定子體內(nèi)圓動配合，轉(zhuǎn)子內(nèi)周邊 設(shè)兩個以上均布流線型尖三角空速腔(用于進(jìn)水汽化)尖三角空速腔與汽缸室(燃燒室)相 通，汽缸室的尾部噴孔(噴口)呈軸向長方形，轉(zhuǎn)子中間設(shè)置離心壓氣葉片，中心裝配主軸。轉(zhuǎn)子體的基本功能；是產(chǎn)生巨大的離心力，兩次糴壓加速混合氣的流速和提供超音速產(chǎn) 生沖壓效應(yīng)兩方面，混合氣得到加速增大壓強(qiáng)達(dá)到"速度+速度"效果，轉(zhuǎn)子集進(jìn)氣、壓縮、作功(推力)、排氣四個行程一元化作功的這一特點(diǎn)，用沖壓效應(yīng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)汽缸壓縮功能，本 機(jī)轉(zhuǎn)子的360°旋轉(zhuǎn)運(yùn)行中的每度角都同時進(jìn)行也同時完成四個行程一元化作功和不擴(kuò)大汽 缸室容積率及高背壓反推力這一特點(diǎn)，是本發(fā)明主要特征。(3)高壓抹氣間在定子徑向兩邊設(shè)置一個或兩個髙壓(20~25kg/Cm2)的自動(彈簧) 壓力控壓的排氣閥，是保證定子內(nèi)空腔(儲氣室)達(dá)到額定(2—2.5Mpa)氣壓，它的功能有 三點(diǎn)其一，定子內(nèi)儲氣室保持均恒高壓在相對密封的條件下產(chǎn)生機(jī)械后坐力效應(yīng)作用。其 二，使轉(zhuǎn)子噴口獲得高背壓產(chǎn)生的推力高于一個大氣壓(lkg/cm2)的20~25倍的巨大反作 用力。其三，便于內(nèi)燃機(jī)低速起動。高壓排氣閥排出的高壓廢氣更有利于配置廢氣渦輪增壓 器(機(jī))。高背壓設(shè)置是有別于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)，傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)最忌高背壓，只要背壓在0. 5Mpa就不作功， 在lMpa根本就不轉(zhuǎn)動。以上概述的三大部件結(jié)構(gòu)其功能產(chǎn)生了，沖壓不改變汽缸容積壓縮混合氣，高背壓產(chǎn)生 巨大反作用力和注水增加工作介質(zhì)質(zhì)量加大推力的三大作用，是本發(fā)明與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)區(qū)別的 獨(dú)特功能而設(shè)計。B)工作(作功)原理傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的熱能量在高速擴(kuò)容降壓同時大部份熱能量瞬間化為低壓廢氣排放掉，本發(fā) 明高背壓內(nèi)燃汽輪機(jī)是有效的結(jié)合以下五項物理原理，形成本發(fā)明獨(dú)特的"汽缸不擴(kuò)容和高 背壓"作功原理代替?zhèn)鹘y(tǒng)內(nèi)燃機(jī)改變汽缸容積"擴(kuò)容膨脹"的作功原理，本發(fā)明依據(jù)以下五 項物理原理互相作用和并存發(fā)揮作用1、 高背壓——機(jī)械后坐力效應(yīng)原理；2、 物體相對運(yùn)動原理；3、 空氣沖壓原理4、 旋轉(zhuǎn)離心力原理5、 作用與反作用力原理(1) 高背壓~~ 1械后^力效應(yīng)原理只有在物體相對密封條件下工作介質(zhì)對運(yùn)動物體 產(chǎn)生相對的高背壓(大推力)作用——機(jī)械后坐力效應(yīng)，該原理被廣泛的利用在槍炮上，一 粒步槍子彈的火藥如果沒有利用槍堂的相對密封所產(chǎn)生的機(jī)械后坐力效應(yīng)作用，只靠自身火 藥產(chǎn)生的反沖力，它連克服堂線(來復(fù)線)的摩擦力的能量都不夠。本高背壓內(nèi)燃機(jī)其轉(zhuǎn)子與定子儲氣室是在相對密封的條件下，定子儲氣室被調(diào)節(jié)在2Q~ 25kg/cm2的高氣壓狀態(tài)下(恒壓氣墊)，定子對在旋轉(zhuǎn)中的轉(zhuǎn)子噴口產(chǎn)生相對20—25kg/cm2 的巨大反推力，該有效的總推力(噴口總垂直面積平方厘米cm 2X20—25kg/Cm2)機(jī)械后坐 力效應(yīng)高背壓反推力，高氣壓下也直接傳遞到轉(zhuǎn)子汽缸室內(nèi)保持相等的(2—2. 5MPa)的氣壓， 是現(xiàn)在柴油機(jī)壓縮空氣還沒有達(dá)到的高壓縮比。如本發(fā)明不特設(shè)高背壓裝置——高壓排氣閥，采用自然常壓一個大氣壓(O.lMPa),該機(jī) 還是可以運(yùn)轉(zhuǎn)和發(fā)出功率，但其功率要降低20"25倍，本機(jī)開發(fā)就沒有實(shí)用價值。由此可以說明運(yùn)用高背壓的反作用力的機(jī)械后坐力效應(yīng)原理是本發(fā)明"髙背壓內(nèi)燃汽輪 機(jī)"的根本所在。(2) 相對運(yùn)動原理轉(zhuǎn)子進(jìn)氣口腔的線速度對于進(jìn)入口腔的混合氣而言，混合氣也是以 相對的速度對轉(zhuǎn)子進(jìn)氣口運(yùn)動。為了加大混合氣的速度效率增加沖壓效果，對轉(zhuǎn)子進(jìn)氣口的 混合氣進(jìn)行離心力增壓加速度，混合氣經(jīng)端蓋的導(dǎo)流葉片改變方向，混合氣以相對的方向流 向轉(zhuǎn)子口腔進(jìn)行"速度+速度"效率以達(dá)到更有效的沖壓效果。本發(fā)明的高背壓內(nèi)燃汽輪機(jī)可 以配置廢氣渦輪增壓器(機(jī))進(jìn)行增壓加速入口處的混合氣流的流動速度。(3) 空氣沖壓原理坐在車上會感覺到一股氣流沖擊在臉上，這就是空氣的沖壓現(xiàn)象。該原理已經(jīng)被運(yùn)用在超音速殲擊機(jī)的渦輪發(fā)動機(jī)上，空氣沖壓原理有它的特性；在音速以下 沖壓效果不大，在音速以上，所產(chǎn)生的壓力與音速平方乘正比，如速度達(dá)到音速的六倍時所 產(chǎn)生的壓力是三十六倍(36kg/cm2)，由此，如要利用沖壓原理，轉(zhuǎn)子口腔圓周線速度(進(jìn)氣 口速度)與混合氣的進(jìn)氣流動速度相加(速度+速度)必須額定在音速四倍至五倍左右，以達(dá) 到有沖壓效果20—25kg/cni2的壓力，該沖壓效果對本發(fā)明是最佳壓縮效果。(4) 離心力原理該原理已經(jīng)很普通的運(yùn)用在機(jī)械設(shè)備上，如離心水泵、鼓風(fēng)機(jī)等，離 心力的產(chǎn)生是物體作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時周邊物體的質(zhì)量(kg) X旋轉(zhuǎn)半徑(m) X轉(zhuǎn)速(r/s)的"積"， 離心力只是產(chǎn)生于旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能量，它不受其他外力的影響如陀螓儀不受地球引力影響一樣。本高背壓內(nèi)燃汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子作高速度(超音速)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，本機(jī)兩處(中心葉片和尖三角 空速腔)兩次一體化運(yùn)用了離心力原理加速混合氣的流動能量——離心力轉(zhuǎn)換為混合氣的動 能、增大混合氣的壓強(qiáng)加大流速達(dá)到"速度+速度"有利于沖壓效果，本機(jī)如單獨(dú)運(yùn)用離心力 原理完全達(dá)不到內(nèi)燃機(jī)的高壓縮比要求。(5) 作用與反作用力原理反作用力只產(chǎn)生于有質(zhì)量的物質(zhì)作有速度的運(yùn)動時，對另一 物體產(chǎn)生的"力相等而方向相反"兩物體間互相作用與反作用力的動能傳遞。反作用力的大 小和產(chǎn)生取決于該物體的(質(zhì)量X速度)?；鸺蝻w船噴出的高速燃?xì)馕镔|(zhì)(質(zhì)量X速度)產(chǎn) 生的反沖效應(yīng)(作用與反作用力)——動能量推力。如直升飛機(jī)的螺旋槳在旋轉(zhuǎn)時也產(chǎn)生力 相等的反扭力一~^作用力(動能量傳遞)。該原理說明本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)要注入一定數(shù)量大質(zhì) 量的工作介質(zhì)一水(水的質(zhì)量是空氣的855倍)的重要性。因內(nèi)燃機(jī)的工作介質(zhì)空氣(燃 氣)質(zhì)量小而傳遞動能量的效果差，注入大質(zhì)量的工作介質(zhì)——水，提高工作介質(zhì)的質(zhì)量而 增加擴(kuò)大動能量的傳遞效率，提高熱能利用率。以上五項物理原理已經(jīng)被人們廣泛的運(yùn)用于各個領(lǐng)域，本發(fā)明只是將這些原理有效地結(jié)* 合在一起運(yùn)用于內(nèi)燃機(jī)，構(gòu)成本發(fā)明和設(shè)計"高背壓內(nèi)燃汽輪機(jī)"與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)在結(jié)構(gòu)上 和工作原理即熱能量轉(zhuǎn)換的作功原理上有著完全不相同和本質(zhì)上的區(qū)別。C)新發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)高背壓內(nèi)燃汽輪機(jī)與傳統(tǒng)活塞式內(nèi)燃機(jī)相比較有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、 功率大、油耗低(節(jié)能環(huán)保)等優(yōu)點(diǎn)。(1) 環(huán)保型活塞式內(nèi)燃機(jī)活塞作高速擴(kuò)容降壓，在一小段的行程內(nèi)，因瞬間降壓降溫 使部分未燃?xì)怏w(二氧化碳)等有害物質(zhì)排放。高背壓內(nèi)燃機(jī)汽輪機(jī)，因汽缸室內(nèi)保持高壓力(2—2.5MPa)、高溫度550° ，給燃燒創(chuàng) 造有利條件，在汽缸室內(nèi)可充分燃燒，即使有一小部分未燃?xì)怏w被噴射到定子儲氣室內(nèi)也可 以繼續(xù)燃燒(二次燃燒)，因定子儲氣室也是保持在高溫550°及20"25Kg/cW的壓力。只要 把供油量與空氣的配比量控制準(zhǔn)確，未燃?xì)怏w的零排放是可以達(dá)到。(2) 節(jié)能型t據(jù)有關(guān)統(tǒng)計資料，2005年，我國內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品總產(chǎn)量為3.48億千瓦，可見 至2007年全國內(nèi)燃機(jī)的總裝機(jī)和使用容量最低保守估計也在10億千瓦以上，而現(xiàn)在內(nèi)燃機(jī) 最高有效熱效率也沒達(dá)到30%,平均有效熱效率在26%左右，如每千瓦(1KW)功率的內(nèi)燃機(jī) 提高二個百分點(diǎn)(2%)的有效熱效率，全年可為國家節(jié)約油耗一百萬噸以上，而髙背壓內(nèi)燃 機(jī)汽輪機(jī)有效熱效率高達(dá)百分之四十五到五十二 (45—52%)。(3) 體小型以單機(jī)同功率"高背壓"與"活塞式"每千瓦(KW)功率/立平方米M3的 體積比(KW/ m3)相差如下；IOOKW以下的是"活塞式"的(1/20) 二十分之一； 100""500KW為(1/20~1/50) 二十至五十分之一； 50O-3000KW為(1/50—1/100)五十至一百分之一； 3000~10000鼎為(1/100—1/200) —百至二百分之一；10000KW以上功率的小于二百五十分之一。(4) 輕量型以單機(jī)同功率"高背壓"與"活塞式"每千瓦(KW)功率/重量噸(KW/T) 比相差如下；lOOKf以下的是"活塞式"的(1/10)十分之一 100"500KW為(1/10~1/30) 十至三十分之一； 50O"3O00KW為(1/30~1/80)三十至八十分之一； 3000~10000KW為(1/80~1/150)八十至一百五十分之一10000KW以上功率的不過二百分之一的重量，每年可為國家節(jié)約大批鋼材，客觀上也為 國家節(jié)約煉鋼的大量能源消耗。(5) 結(jié)構(gòu)件少以單機(jī)同功率"高背壓"與"活塞式"的零部件相比，1000KW以上功 率的活塞式內(nèi)燃機(jī)要二千多個零件，功率在萬千瓦(10000KW)的要三千多個零件。還不包括 —些普通螺栓、螺帽等，而高背壓內(nèi)燃汽輪機(jī)不論功率多大，小至百千瓦(100KW)大至萬千 瓦(10000KW)以上，也只要兩三百個零件，如扣除一些螺栓、螺帽等普通標(biāo)準(zhǔn)件，只需五十 多個零件，二者之間所需的成本相差很大。(6) 低維護(hù)成本活塞式內(nèi)燃機(jī)活塞在汽缸內(nèi)作往復(fù)高速運(yùn)動，靠活塞密封圈與汽缸體 直接接觸密封而產(chǎn)生汽缸體磨損，工作運(yùn)行一定時間后要鏜汽缸(加工汽缸)和換活塞，汽 缸體經(jīng)兩三次加工后也要改換掉，因此增加維修成本。而高背壓內(nèi)燃汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子與定子是采用多道迷宮式密封，轉(zhuǎn)子與定子不直接產(chǎn)生摩擦， 定子體與轉(zhuǎn)子體終身不必維修加工，降低維修成本。發(fā)明最佳實(shí)施方式(1) 用水的優(yōu)點(diǎn)水是最潔凈、最環(huán)保和最經(jīng)濟(jì)的工作介質(zhì)，水的質(zhì)量是空氣的855 倍，水在攝氏55(T度的高溫下體積膨脹近千倍，水在一個大氣壓(0.1MPa常壓)和超過攝 氏10(T度以上就會快速蒸發(fā)為水蒸汽體積膨脹近900倍，水蒸氣在25Kg/cW的壓力下只要 超過250°度即會成為干蒸汽，而混合汽缸在(2—2.5MPa)壓力下爆燃所產(chǎn)生的高溫達(dá)1200 °多度；注入一定數(shù)量的水即刻產(chǎn)生爆脹汽化，加大混合工作介質(zhì)的質(zhì)量和推力，有利于熱 能量較多地轉(zhuǎn)換為工作介質(zhì)數(shù)量和質(zhì)量增加總動能量，提高熱能利用率。(2) 控溫的好處用噴水量控制汽缸的額定溫度，把大部分熱能量化為工作介質(zhì)的總動 能量?；旌蠚忪F化油(燃料)在攝氏380°多度就會自燃，把轉(zhuǎn)子汽缸室和定子儲氣室控制 在額定的攝氏550°度間足夠讓混合氣進(jìn)入轉(zhuǎn)子汽缸室內(nèi)自燃，控溫的好處有二點(diǎn)，其一， 額定為550°度間是現(xiàn)金屬材料抗疲勞性(金屬特性)的最高極限。其二，有利把高溫一千 多度的熱能量大部分直接轉(zhuǎn)化為工作介質(zhì)的數(shù)量和質(zhì)量即總勢能量"~^J力總量，利于大幅 度提高有效熱效率。(3) 髙背壓的利用用高壓排氣閥自動控制定子儲氣室內(nèi)的高壓氣體(20~25Kg/Cm2) 的壓力——高背壓，它使混合氣體在進(jìn)入汽缸室的高壓縮比(1/20~1/25)下的燃燒是爆燃， 產(chǎn)生高溫、高壓轉(zhuǎn)化為推力從噴口噴出而作功，因高背壓產(chǎn)生的反作用力使轉(zhuǎn)子汽缸室噴口 產(chǎn)生的推力高于常壓噴氣所產(chǎn)生的推力大20"25倍，有效功率也提高20~25倍，大大增加 了熱能轉(zhuǎn)換為作功的效率。(4) 沖壓效應(yīng)選擇轉(zhuǎn)子的超聲速的選擇主要利用沖壓效應(yīng)達(dá)到內(nèi)燃機(jī)的高壓縮比。而 混合工作介質(zhì)燃?xì)馐欠窨蛇_(dá)到比轉(zhuǎn)子更高的超聲速，從噴口噴出產(chǎn)生推力？答案有二點(diǎn)其 一，據(jù)物體相對運(yùn)動原理，在汽缸室內(nèi)的燃?xì)夤ぷ鹘橘|(zhì)與轉(zhuǎn)子一起做超聲速旋轉(zhuǎn)時，相對而 言，工作介質(zhì)在噴出噴口前已經(jīng)和轉(zhuǎn)子汽缸室一起對定子做相同的超聲速運(yùn)動，工作介質(zhì)在 噴出噴口前在汽缸室內(nèi)對轉(zhuǎn)子體而言是相對不動的。其二，定子體儲氣室的高背壓對轉(zhuǎn)子噴 口所噴出的氣流也在做相對的對流作用即(速度減速度)作用，實(shí)際上從噴口噴出的工作介質(zhì)流速不需要超聲速，就已經(jīng)達(dá)到額定功率所霈的推力。(5)進(jìn)、排氣 &# 置高背壓內(nèi)燃汽輪機(jī)一般在千千瓦以下(IOOOKW)可以設(shè)置單 個進(jìn)氣室和單個排氣管與單個高壓排氣閥(自動控氣閥)。大功率在千千瓦(1000KW)以上， 可在該機(jī)軸向兩端(軸承座)上方設(shè)置兩個進(jìn)氣室，在定子徑向兩邊(下半部)設(shè)置兩個排 氣管和兩個高壓排氣閥，以擴(kuò)大進(jìn)氣量和排氣量解決迸、排氣不足。 附圍說明下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明型進(jìn)一步說明。

圖1為本發(fā)明高背壓內(nèi)燃汽輪機(jī)工作原理圖； 圖2為本發(fā)明高背壓內(nèi)燃汽輪機(jī)軸向剖視圖 圖3為本發(fā)明高背壓內(nèi)燃汽輪機(jī)徑向剖視圖；一、工作原理圃概述圖1示出本發(fā)明髙背內(nèi)燃汽輪機(jī)工作原理圖(GN1^1)圖中心魚 尾箭頭所指方向是本機(jī)順時針旋轉(zhuǎn)，雙箭頭示意空氣和燃料油的混合氣流程方向，尖脫三角 示意氣門內(nèi)的高壓反作用力一高背壓力，單箭頭示意水和汽化水流程方向，雙線尖三角示意 燃?xì)夂退羝幕旌瞎ぷ鹘橘|(zhì)流程方向。1) 當(dāng)發(fā)動機(jī)起動時，起動馬達(dá)(電動機(jī))帶動轉(zhuǎn)子(1)向顯時針方向旋轉(zhuǎn)，葉輪(10) 產(chǎn)生離心力把有質(zhì)量的混合氣(空氣和燃料油)增壓加快流速拋向端蓋導(dǎo)向葉片(11)，高流 速混合氣改變方向與轉(zhuǎn)子進(jìn)氣口 (22)和尖三角空速腔(8)產(chǎn)生相對的"速度+速度"運(yùn)動， 尖三角空速腔(8)同時也起到葉輪作用產(chǎn)生第二次離心力對混合氣增壓提高,。2) 起動后因轉(zhuǎn)子(1)的高速度(超聲速)產(chǎn)生沖壓效應(yīng)，進(jìn)氣口腔的混合氣形成(20 一25Kg/c祖2 )的壓強(qiáng),使混合氣被壓縮順尖三角空速腔(8)加速度流進(jìn)轉(zhuǎn)子汽缸室內(nèi)擋板(24)， 使混合氣急快降速，高流速氣流的巨大壓強(qiáng)因降速轉(zhuǎn)換動能為勢能一降速升壓，因降速升 壓，使混合氣的動能量轉(zhuǎn)換為熱能量——增壓升溫，高流速大壓強(qiáng)在,升溫的同時混合氣 已經(jīng)進(jìn)入汽缸室(25)內(nèi)自燃，部分燃?xì)庠谇安?頭部)回流產(chǎn)生渦流(有利于引燃)。3) 起動時因轉(zhuǎn)子(1)的轉(zhuǎn)速較慢，汽缸室(25)和儲氣室(14)內(nèi)混合氣壓力(氣壓) 較低自然性能差，定子(2)任何一處都可以設(shè)置一至兩個起動電點(diǎn)火(火花塞)裝置。便于 起動時火花塞點(diǎn)燃儲氣室(14)的混合氣，燃?xì)饨?jīng)過轉(zhuǎn)子噴口 (26)引燃汽缸室(25)內(nèi)的 混合氣燃燒(爆燃)，爆燃?xì)饬?燃?xì)夤ぷ鹘橘|(zhì))從轉(zhuǎn)子汽缸室尾部噴口噴出(高背壓)產(chǎn)生 的反作用力(反推力)，增加轉(zhuǎn)子噴口 (26)噴氣的推力作用，使轉(zhuǎn)子加速到超聲速。4) 起動時燃?xì)獗慌艢忾T(30)緊閉，儲氣室(14)的燃?xì)饧彼偕龎?，?dāng)燃?xì)獬^(20Kg/cm 2)的壓力時頂開氣門(30)后進(jìn)行排氣，因儲氣室(14)和汽缸室(25)的容量不大，燃?xì)?在起，后在3~5秒內(nèi)氣壓即可達(dá)到(2—2.5MPa)排氣，在達(dá)到額定氣壓和排氣的同時即可 負(fù)載運(yùn)行。5) 起動和負(fù)載運(yùn)行兩、三分鐘后機(jī)體發(fā)熱，再把額定質(zhì)量的高壓水(25~30 Kg/c邁2) 從發(fā)動機(jī)端蓋注入軸向進(jìn)水孔(9),水注入轉(zhuǎn)子尖三角空速腔(23)內(nèi)首先吸收轉(zhuǎn)子體(1) 高溫，其一、達(dá)到轉(zhuǎn)子體(1)內(nèi)降溫(散熱)一內(nèi)冷作用，其二、有利于部分余熱直接回 收作功，半汽化水經(jīng)尖三角空速腔(23)尾部徑向的噴水孔(9)直接噴入高溫的汽缸室(25), 水被燃?xì)飧邷厮查g汽化(爆脹)后與燃?xì)鈺铣筛邷?、高壓、大質(zhì)量的混合工作介質(zhì)從汽缸 室(25)尾部的噴氣口 (26)噴出與高壓(定子儲氣)的高背壓產(chǎn)生的反作用力發(fā)生兩股氣 流強(qiáng)大的相反力相撞，使噴氣口產(chǎn)生強(qiáng)大的推力，推動轉(zhuǎn)子(1)高速(超聲速)旋轉(zhuǎn)作功。6) 廢氣經(jīng)排氣管(大功率可設(shè)置雙排氣管和雙高壓排氣陶)，抹氣總壓力超過高壓彈簧 (28)的壓力時，頂開排氣門(30)排出廢氣，整個工作(作功)完成。7) 高壓排氣閥(27)是用長蠊栓(29)的調(diào)整彈簧(28)的壓力達(dá)到自動控制儲氣室(14)額定壓力20"-25Kg/cn^的均衡髙背壓反作用力在前章"工作(作功)原理"以經(jīng)說明。8)本原理圖(GNR* 1)的噴氣口 (26)和進(jìn)氣口 (22)都是180°度的兩個對稱設(shè)置， 大功率轉(zhuǎn)子(1)因直徑大，可設(shè)置三個以上均布(360° )圓均分角度噴口 (26)和進(jìn)氣口 (22),均布設(shè)置都是為了克服噴出高壓氣流和進(jìn)氣氣流產(chǎn)生偏心壓力，給軸承造成容易磨損。 二、結(jié)構(gòu)剖視圖概述圖(GNR*2)和圖3 (GNR* 3)示出本發(fā)明高背壓內(nèi)燃汽輪機(jī)整 個裝置的基本結(jié)構(gòu)實(shí)施例，它包括轉(zhuǎn)子(1、 8、 9、 10、 22、 23、 24、 25、 26)、定子(2、 12、 13、 14、 15、 17)，端蓋(3、 11、 19、 21)、軸承座(4)、軸承(5)、主軸(6、 16)、軸鍵(7)、 進(jìn)氣室(管)(20)、高壓排氣閥(27、 28、 29、 30)、緊固螺栓(18)、腳架(19)等。轉(zhuǎn)子(1)呈厚筐飛輪狀，其外徑與定子(2)的內(nèi)徑相一致，留有足夠間隙，安裝時套 在定子(2)的內(nèi)徑中組成動配合，轉(zhuǎn)子(1)根據(jù)發(fā)動機(jī)的功率與直徑大小，設(shè)定均布2個 以上流線型尖三角空速腔(8、 23)及汽缸室(25)和噴口 (26)，每個噴口 (26)與汽缸室 (25)和進(jìn)氣口 (22)相通，轉(zhuǎn)子的(1)軸向單邊或兩邊留有軸向進(jìn)水孔和徑向留有噴水孔 (9)與汽缸室(25)相通，轉(zhuǎn)子(1)外徑和兩邊加工8環(huán)以上的90。凹凸槽用于密封。 定子(2)外殼由強(qiáng)筋片(12)與排氣管(17)和內(nèi)儲氣室(14)及阻氣片(15)整體鑄 造或焊接而成，裝配時安裝上起動火花塞(13),定子(2)徑向呈截頭360°圓筒狀，軸向 呈180°半圓環(huán)狀中間整環(huán)布滿20~60片的阻氣葉片(15)數(shù)量要依據(jù)定子(2)的直徑大 小及轉(zhuǎn)子(1)噴口數(shù)量的10~15倍決定， 一般5° —10°之間均布，排氣管(17)在定子(2) 下半部設(shè)置一個或兩個為180°對稱與高壓排氣閥(27)用螺栓緊固。端蓋(3)設(shè)置有與轉(zhuǎn)子(1)旋轉(zhuǎn)方向相反的均布有12~60片的導(dǎo)氣葉片(11)，端蓋(3) 分為軸向前后兩個，如單個進(jìn)氣室(20)設(shè)置在起動軸(16)上端，如雙個進(jìn)氣室，另 —個設(shè)置大輸出軸(6)上端有螺栓(18)緊固。端蓋下部與腳架(19)鑄造一體或分體用螺 栓(18)裝配到端蓋(3)下半部均可。主軸(6、 16)與轉(zhuǎn)子(1)采用軸鍵(7)緊配合，兩端蓋(3)中心安置滑動軸承(5),裝配時把軸承座(4)用螺栓(18)緊固在端蓋(3)的兩端上。腳架(19)上設(shè)有螺孔，安裝時標(biāo)準(zhǔn)螺帽緊固在機(jī)座上或是地腳螺栓上即可。 本發(fā)明摘要附圖轉(zhuǎn)子(1)、定子(2)端蓋(3)、軸承座(4)、軸承(5)、主軸(6)、注水孔(9)、螺栓(18)、腳架(19)、進(jìn)氣室(20)、注水接頭(21)、高壓排氣閥(27)。實(shí)際運(yùn)用可變通范圍概述1) 本發(fā)明型高背壓內(nèi)燃汽輪機(jī)經(jīng)少量改進(jìn)，把注入水設(shè)置改為注入燃料油即可用于航空 發(fā)動機(jī)，高背壓排氣加大噴氣速度更有利由超聲速飛機(jī)的噴氣效率一提高噴氣推力。因航 空發(fā)動機(jī)用的燃料油量大，燃油足夠轉(zhuǎn)子的內(nèi)冷效果。2) 大功率高背壓內(nèi)燃汽輪機(jī)，可以軸向兩端設(shè)置進(jìn)氣室，可在定子徑向下半部設(shè)置兩個 排氣管和兩套高壓排氣閥，在1000KW功率以下的按本視圖概述設(shè)置單套進(jìn)、排氣裝置，1000KW 功率以上設(shè)置雙套進(jìn)、排氣裝置滿足進(jìn)、排氣量。3) 汽油機(jī)和柴油機(jī)一樣只要在端蓋上端的迸氣室，裝上汽化器或風(fēng)門和噴油嘴控制好進(jìn) 氣量和供油量的混合燃燒最佳比例即可，因混合氣從轉(zhuǎn)子尖三角空速腔進(jìn)氣口壓縮到汽缸室 缸室不到千分之一秒,壓縮時間與現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)的提前點(diǎn)火或者提前噴油時間相同。4) 小型車輛只要把轉(zhuǎn)子改用耐高溫金屬(高鈦合金)，把轉(zhuǎn)子注水改成注油即可。5) 本高背壓內(nèi)燃汽輪機(jī)因注水汽缸室和定子儲氣室內(nèi)被控制在攝氏550°間，對于轉(zhuǎn)子 和定子散熱是風(fēng)冷或水冷這套設(shè)備可以省掉。雖然本發(fā)明型已參照了具體的實(shí)施例進(jìn)行了說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)員應(yīng)該明白，只要 對具體實(shí)施例的修改不偏離本發(fā)明型的主題和優(yōu)點(diǎn)，那么應(yīng)該理解為，所有這些修改都包括 在以下權(quán)利要求書的本發(fā)明型的精神和范圍內(nèi)。8
權(quán)利要求
1. 高背壓內(nèi)燃汽輪機(jī)，包括定子、轉(zhuǎn)子、高壓排氣閥、噴油嘴、注水泵、進(jìn)氣室、排氣管、端蓋、主軸、軸承座、軸承、螺栓、腳架。轉(zhuǎn)子套于定子中間成功配合，主軸與轉(zhuǎn)子用軸鍵靜配合、主軸兩端和軸承連接與兩邊端蓋的軸承座用螺栓與定子及腳架緊固，其特征在于A)定子由兩個180°半圓體機(jī)殼合成360°呈截圓筒狀，內(nèi)由20-60片阻氣葉片和軸向半圓狀儲氣室，機(jī)殼外由20-60片強(qiáng)筋片和1-2個排氣管構(gòu)成并裝有火花塞。B)轉(zhuǎn)子呈厚筐飛輪狀由2-12個尖三角空速腔軸向有2-4孔進(jìn)水孔徑向有2-4孔噴水孔，每個尖三角空速腔與氣缸室相連通，每個氣缸室后部有1個噴口，轉(zhuǎn)子中間1-2邊設(shè)有3-18片離心葉片。C)端蓋內(nèi)面有12-60片導(dǎo)氣葉片外面中間設(shè)置進(jìn)氣室和軸承座及圓周用螺栓與定子緊固，端蓋外面安裝1-2個注水接頭。D)定子排氣管法蘭上安裝高壓排氣閥設(shè)置高壓彈簧和可調(diào)控的長螺栓及排氣閥門與閥門桿。
2、 如權(quán)利要求1所述的高背壓內(nèi)燃汽輪機(jī)，其特征在于定子殼內(nèi)是軸向半圓狀儲氣室及 內(nèi)圓圈有20~60片阻氣葉片，定子殼外有20~^60片強(qiáng)筋片和l一2個排氣管和火花塞構(gòu)成。
3、 如權(quán)利要求l所述的高背壓內(nèi)燃汽輪機(jī)，其特征在于轉(zhuǎn)子呈厚筐飛輪狀360°圓體內(nèi) 設(shè)置2—12個均布的氣缸室后部與噴口連接前部與尖三角空速腔相通，空速腔軸向有2—4孔 進(jìn)水孔和徑向有2—4孔噴水孔，轉(zhuǎn)子中間l一2邊設(shè)有3—18片離心葉片。
4、 如權(quán)利要求l所述的高背壓內(nèi)燃汽輪機(jī)，其特征在于定子排氣管上安裝高壓排氣閥， 由螺栓調(diào)控排氣閥門0, 5"5MPa壓力控制定子儲氣室內(nèi)高壓燃?xì)狻?br> 5、 如權(quán)利要求1所述的高背壓內(nèi)燃汽輪機(jī)，其特征在于端蓋1--2個安裝注水接頭，由 l~6MPa高壓水注入轉(zhuǎn)子尖三角空速腔內(nèi)噴向氣缸室。
全文摘要
涉及一種高背壓內(nèi)燃汽輪機(jī)，包括轉(zhuǎn)子、定子、端蓋、軸承座、軸承、主軸、注水孔、螺栓、腳架、進(jìn)氣室、高壓排氣閥。轉(zhuǎn)子內(nèi)周邊有二個以上均布的尖三角空速腔連接氣缸室、中心有離心葉片與主軸靜配合。定子由兩個180°半圓內(nèi)設(shè)儲氣室和阻氣葉片合成整圓、外設(shè)1-2個高壓排氣閥。端蓋內(nèi)有導(dǎo)流葉片、中心外裝配軸承座和軸承、并裝1-2個注水接頭。軸承座上端裝配進(jìn)氣室和噴油嘴及風(fēng)門導(dǎo)進(jìn)混合氣。把定量的水注入轉(zhuǎn)子氣缸室達(dá)到降溫增加工作介質(zhì)量對轉(zhuǎn)子進(jìn)行內(nèi)冷和控制氣缸室額定溫度有效的加大推力，與高背壓(氣墊反作用力)增加功率——提高熱能量有效利用率。
文檔編號F01D5/02GK101255801SQ200710097009
公開日2008年9月3日 申請日期2007年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月2日
發(fā)明者沈劍煌, 沈泉貴 申請人:沈泉貴;沈劍煌