水蒸氣動力的制造方法
【專利摘要】本實用新型給出一種水蒸氣動力機，它的結(jié)構包括：膨脹器、噴射器、渦輪機和控制裝置；少量空氣經(jīng)過空氣閥，首先進入膨脹器；然后，高溫高壓水蒸氣經(jīng)過水蒸氣閥進入膨脹器；在膨脹室器內(nèi)，水蒸氣膨脹，體積擴大，水蒸氣推動空氣，一起從膨脹器出口沖入噴射器；噴射器內(nèi)水壓力劇增，逆向推動進水單向閥關閉，同時，順向推動噴水室水，沖向噴水口，急速向外噴射；射水流沖擊水輪機水斗，帶動葉輪旋轉(zhuǎn)，并通過輪軸對外做功。
【專利說明】水蒸氣動力機
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及能源技術，特別是涉及到一種水蒸氣動力機。
【背景技術】
[0002] -次能源以氣體燃料為主，可再生能源為輔，利用一切可以利用的資源；二次能源 以分布在用戶端的熱電冷聯(lián)產(chǎn)為主，其他中央能源供應系統(tǒng)為輔，實現(xiàn)以直接滿足用戶多 種需求的能源梯級利用，并通過中央能源供應系統(tǒng)提供支持和補充；在環(huán)境保護上，將部分 污染分散化、資源化，爭取實現(xiàn)適度排放的目標。
[0003] 分布式能源是一種建在用戶端的能源供應方式，可獨立運行，也可并網(wǎng)運行，是以 資源、環(huán)境效益最大化確定方式和容量的系統(tǒng)，將用戶多種能源需求，以及資源配置狀況進 行系統(tǒng)整合優(yōu)化，采用需求應對式設計和模塊化配置的新型能源系統(tǒng)，是相對于集中供能 的分散式供能方式。
[0004] 國際分布式能源聯(lián)盟WADE對分布式能源定義為：安裝在用戶端的高效冷/熱電聯(lián) 供系統(tǒng)，系統(tǒng)能夠在消費地點（或附近）發(fā)電，高效利用發(fā)電產(chǎn)生的廢能，生產(chǎn)熱和電；現(xiàn)場 端可再生能源系統(tǒng)包括利用現(xiàn)場廢氣、廢熱以及多余壓差來發(fā)電的能源循環(huán)利用系統(tǒng)。
[0005] 分布式能源具有能效利用合理、損耗小、污染少、運行靈活，系統(tǒng)經(jīng)濟性好等特點。 分布式能源系統(tǒng)分布安置在需求側(cè)的能源梯級利用，以及資源綜合利用和可再生能源設 施。通過在需求現(xiàn)場，根據(jù)用戶對能源的不同需求，實現(xiàn)溫度對口供應能源，將輸送環(huán)節(jié)的 損耗降至最低，從而實現(xiàn)能源利用效能的最大化。分布式能源是以資源、環(huán)境效益最大化， 確定方式和容量的系統(tǒng)，根據(jù)終端能源利用效率最優(yōu)化確定規(guī)模。
[0006] 分布式能源采用先進的能源轉(zhuǎn)換技術，盡力減少污染物的排放，并使排放分散化， 便于周邊植被的吸收。同時，分布式能源利用其排放量小，排放密度低的優(yōu)勢，可以將主要 排放物實現(xiàn)資源化再利用，例如：排放氣體肥料化。
[0007] 近年來，發(fā)達國家分布式能源發(fā)展迅猛。發(fā)達國家政府通過規(guī)劃引領、技術支持、 優(yōu)惠政策，以及建立合理的價格機制和統(tǒng)一的并網(wǎng)標準，有效地推動分布式能源的發(fā)展，分 布式能源系統(tǒng)在整個能源系統(tǒng)中占比不斷提高，其中歐盟分布式能源占比約達10%。我國 分布式能源起步較晚，主要集中在北京、上海、廣州等大城市，安裝地點為醫(yī)院、賓館、寫字 樓和大學城等，由于技術、標準、利益、法規(guī)等方面的問題，主要采用"不并網(wǎng)"或"并網(wǎng)不上 網(wǎng)"的方式運行。
[0008] 分布式能源技術是未來世界能源技術的重要發(fā)展方向，它具有能源利用效率高， 環(huán)境負面影響小，提高能源供應可靠性和經(jīng)濟效益好的特點。分布式能源是最能體現(xiàn)節(jié)能、 減排、安全、靈活等多重優(yōu)點的能源發(fā)展方式。"十二五"規(guī)劃明確提出，大力促進分布式 能源系統(tǒng)的推廣應用，國內(nèi)優(yōu)秀的分布式能源行業(yè)企業(yè)，愈來愈重視對行業(yè)市場的研究，特 別是對公司發(fā)展環(huán)境和需求趨勢變化的深入研究。
[0009] 分布式能源技術是中國可持續(xù)發(fā)展的必須選擇。中國人口眾多，自身資源有限，按 照目前的能源利用方式，依靠自己的能源是絕對不可能支撐13億人的"全面小康"。使用 國際能源不僅存在著能源安全的嚴重制約，而且也使世界的發(fā)展面臨一系列新的問題和矛 盾。中國必須立足于現(xiàn)有能源資源，全力提高資源利用效率，擴大資源的綜合利用范圍，而 分布式能源無疑是解決問題的關鍵技術。
[0010] 我國已經(jīng)有多家分布式能源專業(yè)化服務公司，大部分已建項目運行良好，天然氣 分布式能源在我國已具備大規(guī)模發(fā)展的條件。
[0011] 發(fā)展分布式能源的重要意義有以下幾方面：
[0012] ⑴經(jīng)濟性
[0013] 由于分布式能源可用發(fā)電的余熱來制熱、制冷，因此能源得以合理的梯級利用，從 而可提高能源的利用效率（達70%，90%)。由于分布式電源的并網(wǎng)，減少或緩建了大型發(fā) 電廠和高壓輸電網(wǎng)，緩建了電網(wǎng)而節(jié)約投資。同時，使得輸配電網(wǎng)的潮流減少，相應的降低 了網(wǎng)損。
[0014] ⑵環(huán)保性
[0015] 因其采用天然氣做燃料或以氫氣、太陽能、風能為能源，故可減少有害物的排放總 量，減輕環(huán)保的壓力。大量的就近供電減少了大容量遠距離高電壓輸電線的建設，由此不但 減少了高壓輸電線的電磁污染，也減少了高壓輸電線的征地面積和線路走廊，減少了對線 路下樹本的砍伐，有利于環(huán)保。
[0016] ⑶能源利用的多樣性
[0017] 分布式發(fā)電可利用多種能源，如清潔能源（天然氣）、新能源（氫）和可再生能源 (風能和太陽能等），并同時為用戶提供冷、熱、電等多種能源應用方式，因此是解決能源危 機、提高能源利用效率和能源安全問題的一種很好的途徑。
[0018] (4)調(diào)峰作用
[0019] 夏季和冬季往往是負荷的高峰時期，此時如采用以天然氣為燃料的水蒸氣輪機等 冷、熱、電三聯(lián)供系統(tǒng)，不但可解決冬夏季的供冷與冬季的供熱需要，同時也提供了一部分 電力，由此可對電網(wǎng)起到削峰填谷作用。此外，也部分解決了天然氣供應時的峰谷差過大問 題，發(fā)揮了天然氣與電力的互補作用。
[0020] (5)安全性和可靠性
[0021] 當大電網(wǎng)出現(xiàn)大面積停電事故時，具有特殊設計的分布式發(fā)電系統(tǒng)仍能保持正常 運行，由此可提高供電的安全性和可靠性。
[0022] (6)電力市場問題
[0023] 分布式發(fā)電可以適應電力市場發(fā)展的需要，由多家集資辦電，發(fā)揮電力建設市場、 電力供應市場的競爭機制。
[0024] (7)投資風險
[0025] 分布式發(fā)電的裝機容量一般較小，建設周期短，因此可避免類似大型發(fā)電站建設 周期帶來的投資風險。
[0026] (8)邊遠地區(qū)的供電問題
[0027] 我國許多邊遠及農(nóng)村地區(qū)遠離大電網(wǎng)，因此難以從大電網(wǎng)向其供電。采用太陽能 發(fā)電、風力發(fā)電和生物質(zhì)能發(fā)電的獨立發(fā)電系統(tǒng)，不失為一種優(yōu)選方法。
[0028] 大力推廣分布式能源，對于改善大氣環(huán)境，減少霧霾，還我藍天，是一個強有力措 施。但當前，有幾方面的因素影響了分布式能源的發(fā)展，其中的一個重要因素就是建設分布 式能源的初投資很大，特別是其中的動力機價格昂貴，使許多人望而卻步。 實用新型內(nèi)容
[0029] 本實用新型的目的是要給出一種適用于分布式能源的水蒸氣動力機。
[0030] 一種水蒸氣動力機，它的結(jié)構包括：膨脹器、噴射器、渦輪機和控制機；在控制機 作用下，高溫高壓水蒸氣進入膨脹器膨脹后，從膨脹器出口沖出，進入噴射器噴射，推動渦 輪機對外做功，其特征在于：
[0031] (1)所說的噴射器，它是利用高溫高壓水蒸氣推水流動的水蒸氣噴水機；
[0032] (2)所說的渦輪機，它是沖擊式水斗水輪機。
[0033] 所述膨脹器，它的外形為圓管狀，堅直設置，它的結(jié)構包括：水蒸氣入口、水蒸氣 閥、膨脹室、空氣入口和空氣閥；少量空氣從空氣入口進入，經(jīng)過空氣閥，進入膨脹室；然 后，高溫高壓水蒸氣經(jīng)過水蒸氣入口進入膨脹器，在膨脹室內(nèi)，水蒸氣膨脹，體積擴大，水蒸 氣推動空氣，一起從膨脹器出口高速沖出。
[0034] 所述噴射器，它的外形為管狀，水平設置，它的結(jié)構包括：進水口、進水單向閥、水 蒸氣口、噴水室和噴水口；低壓水從進水口進入噴射器，經(jīng)過進水單向閥，再貼邊路過水蒸 氣口，進入并充滿噴水室，最后抵達噴水口；當膨脹器的水蒸氣膨脹，推動空氣，一起從水蒸 氣口沖入噴水室，噴水室內(nèi)水壓力劇增，逆向推動進水單向閥關閉，同時，順向推動噴水室 水，沖向噴水口，急速向外噴射。
[0035] 所述渦輪機，它是沖擊式水斗水輪機，它的結(jié)構包括：水斗、葉輪和輪軸；當噴水 室通過噴水口急速向外噴水，直接沖擊水輪機水斗，帶動葉輪旋轉(zhuǎn)，并通過輪軸對外做功。 [0036] 所述控制器，它是控制膨脹器內(nèi)的水蒸氣閥開閉的機，它的結(jié)構包括：變頻器、齒 輪減速電機和槽輪傳動機構；變頻器接通電源后，調(diào)控齒輪減速電機的轉(zhuǎn)數(shù)，齒輪減速電 機帶動槽輪傳動機構的驅(qū)動輪，驅(qū)動輪由缺口圓盤和兩個曲柄構成，驅(qū)動輪帶動從動輪，從 動輪有四個徑向槽道，從動輪帶動水蒸氣閥，一次轉(zhuǎn)動90度，從全開到全閉，或從全閉到全 開。
[0037] 本實用新型的優(yōu)點是：
[0038] 1、本實用新型的水蒸氣動力機，可用于分布式能源，代替其中的蒸汽輪機機，具有 同樣高的熱效率。
[0039] 2、本實用新型水蒸氣動力機，設備少，體積小，重量輕，便于維護。
[0040] 3、本實用新型的水蒸氣動力機的水輪機是在常溫下工作，不需要昂貴的耐高溫合 金材料；水輪機轉(zhuǎn)速低，震動較小；水輪機殼體內(nèi)的水壓低，殼體抗壓強度要求低。
[0041] 4、本實用新型的水蒸氣動力機，能量轉(zhuǎn)換機構簡單，制造容易，投資小，操作簡便， 工作可靠。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0042]圖1是本實用新型水蒸氣動力機實施例的水蒸氣動力機結(jié)構圖。
【具體實施方式】
[0043] 下面結(jié)合附圖和實施例，對本實用新型作進一步詳細描述。
[0044] 圖1給出了本實用新型水蒸氣動力機實施例的水蒸氣動力機結(jié)構，它包括四部 分：膨脹器100、噴射器200、渦輪機300、控制機400。
[0045] 膨脹器100外形為圓管狀，堅直設置，它是水蒸氣膨脹器，它的結(jié)構包括：水蒸氣 入口 110、水蒸氣閥120、膨脹室135、空氣入口 125和空氣閥130。
[0046] 少量空氣，從空氣口 125進入，經(jīng)過空氣閥130,進入膨脹室135,作為空氣墊，防 止水蒸氣溶入水中；然后，從鍋爐引來的高溫高壓水蒸氣，經(jīng)過水蒸氣入口 110進入膨脹器 100,通過水蒸氣閥120進入膨脹室135 ;在膨脹室135內(nèi)，水蒸氣膨脹，體積擴大，水蒸汽推 動空氣，一起從膨脹室135沖出，向下進入噴射器200。
[0047] 噴射器200外形為管狀，水平設置，它的結(jié)構包括：進水口 210、進水單向閥220、水 蒸氣口 225、噴水室235和噴水口 230。
[0048] 低壓水從進水口 210進入噴射器，經(jīng)過進水單向閥220,再貼邊路過水蒸氣口 225， 進入并充滿噴水室235,最后抵達噴水口 230。當膨脹室135內(nèi)，水蒸氣膨脹，體積擴大，從 膨脹室135沖出，向下進入噴水室235,噴水室內(nèi)水壓力劇增，逆向推動進水單向閥220關 閉，同時，順向推動噴水室235水，沖向噴水口 230,急速向外噴射。
[0049] 渦輪機300為沖擊式水斗水輪機，它的結(jié)構包括：水斗310、葉輪320和輪軸330 ; 當噴水室的水，通過噴水口急速向外噴射，直接沖擊水輪機水斗310,進行能量交換，帶動水 輪機葉輪320旋轉(zhuǎn)，并通過輪軸330對外做功。
[0050] 控制機400是控制膨脹器100內(nèi)的水蒸氣閥120開閉的機，它的結(jié)構包括：變頻 器410、齒輪減速電機420和槽輪傳動機構430。變頻器410接通電源后，調(diào)控齒輪減速電 機420的轉(zhuǎn)速，齒輪減速電機420帶動槽輪傳動機構430的驅(qū)動輪，驅(qū)動輪是有缺口的圓盤 和兩個曲柄，驅(qū)動輪帶動從動輪，從動輪是有四個徑向槽道的星形輪，從動輪帶動水蒸氣閥 120。驅(qū)動機400的功能是每一次使水蒸氣閥120轉(zhuǎn)動90度，從全開到全閉；或從全閉到全 開。從動輪每一次快速旋轉(zhuǎn)90度，帶動水蒸氣閥120快速旋轉(zhuǎn)90度，然后水蒸氣閥120在 全開或全閉狀態(tài)保持一段時間，再進行下一次快速旋轉(zhuǎn)90度的開或閉過程。驅(qū)動輪圓盤上 的兩個曲柄間的夾角為任意值，從而水蒸氣閥120在全開或全閉狀態(tài)的保持時間段的長短 可以不一樣。
【權利要求】
1. 一種水蒸氣動力機，它的結(jié)構包括：膨脹器、噴射器、渦輪機和控制機；在控制機作 用下，高溫高壓水蒸氣進入膨脹器膨脹后，從膨脹器出口沖出，進入噴射器噴射，推動渦輪 機對外做功，其特征在于： (1) 所說的噴射器，它是利用高溫高壓水蒸氣推水流動的水蒸氣噴水機； (2) 所說的渦輪機，它是沖擊式水斗水輪機。
2. 按照權利要求1所述的水蒸氣動力機，其特征在于：所述膨脹器，它的外形為圓管 狀，堅直設置，它的結(jié)構包括：水蒸氣入口、水蒸氣閥、膨脹室、空氣入口和空氣閥；少量空 氣從空氣入口進入，經(jīng)過空氣閥，進入膨脹室；然后，高溫高壓水蒸氣經(jīng)過水蒸氣入口進入 膨脹器，在膨脹室內(nèi)，水蒸氣膨脹，體積擴大，水蒸氣推動空氣，一起從膨脹器出口高速沖 出。
3. 按照權利要求1所述的水蒸氣動力機，其特征在于：所述噴射器，它的外形為管狀， 水平設置，它的結(jié)構包括：進水口、進水單向閥、水蒸氣口、噴水室和噴水口；低壓水從進水 口進入噴射器，經(jīng)過進水單向閥，再貼邊路過水蒸氣口，進入并充滿噴水室，最后抵達噴水 口；當膨脹器的水蒸氣膨脹，推動空氣，一起從水蒸氣口沖入噴水室，噴水室內(nèi)水壓力劇增， 逆向推動進水單向閥關閉，同時，順向推動噴水室水，沖向噴水口，急速向外噴射。
4. 按照權利要求1所述的水蒸氣動力機，其特征在于：所述渦輪機，它是沖擊式水斗水 輪機，它的結(jié)構包括：水斗、葉輪和輪軸；當噴水室通過噴水口急速向外噴水，直接沖擊水 輪機水斗，帶動葉輪旋轉(zhuǎn)，并通過輪軸對外做功。
5. 按照權利要求1所述的水蒸氣動力機，其特征在于：所述控制器，它是控制膨脹器 內(nèi)的水蒸氣閥開閉的機，它的結(jié)構包括：變頻器、齒輪減速電機和槽輪傳動機構；變頻器接 通電源后，調(diào)控齒輪減速電機的轉(zhuǎn)數(shù)，齒輪減速電機帶動槽輪傳動機構的驅(qū)動輪，驅(qū)動輪由 缺口圓盤和兩個曲柄構成，驅(qū)動輪帶動從動輪，從動輪有四個徑向槽道，從動輪帶動水蒸氣 閥，一次轉(zhuǎn)動90度，從全開到全閉，或從全閉到全開。
【文檔編號】F03B13/00GK203879675SQ201320897228
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權日:2013年12月31日
【發(fā)明者】尚德敏, 李金峰, 李偉 申請人:哈爾濱工大金濤科技股份有限公司