專利名稱：切向射流力驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)式流體—機(jī)械能轉(zhuǎn)換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為一種將流體壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置，特別是一種利用切向射流反作用力推動(dòng)轉(zhuǎn)子及與之一體的輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的能量轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)置。
在現(xiàn)有流體能-機(jī)械能轉(zhuǎn)換裝置中，主要有靜壓式及動(dòng)壓式兩大類。而在靜壓式能量轉(zhuǎn)換裝置中，較具有代表性的結(jié)構(gòu)形式是齒輪式，葉片式及柱塞式。無論哪一種形式，或是因?yàn)楦魈幍氖芰﹄y以平衡，或是因?yàn)橄鄬?duì)運(yùn)動(dòng)面及相對(duì)運(yùn)動(dòng)零件數(shù)較多，難以達(dá)到高效，價(jià)廉，可靠，功率密度大等要求，尤其是對(duì)于高壓，高溫，低粘度流體如水，蒸汽，內(nèi)燃?xì)獾鹊膽?yīng)用時(shí)，情況更是如此。
在動(dòng)壓式流體能-機(jī)械能轉(zhuǎn)換裝置即所謂透平機(jī)械中，最具有代表性的是射流沖擊渦輪葉片式和反作用渦輪葉片式。這兩種透平機(jī)械的共同弱點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，體積大，泄漏損失大等，高壓時(shí)問題更為突出。
針對(duì)這種現(xiàn)狀，本發(fā)明的目的旨在提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適應(yīng)壓力范圍寬，效率高，功率密度大，成本低，可靠性高，相對(duì)運(yùn)動(dòng)面少且受力完全平衡的流體能-機(jī)械能轉(zhuǎn)換裝置。
發(fā)明的意圖是這樣實(shí)現(xiàn)的，在一個(gè)園筒狀的轉(zhuǎn)子中部，開有將高壓流體導(dǎo)入的軸向通道，該通道連通兩個(gè)(當(dāng)然也可以不是兩個(gè)，但兩個(gè)最好)沿徑向伸出但端部被堵死的徑向通道，在與各徑向通道軸線垂直或構(gòu)成一定夾角的方向上，開有一個(gè)或一個(gè)以上的，直徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于徑向通道的射流小孔，兩個(gè)徑向通道上的射流小孔的方向正好相反。這樣，當(dāng)高壓流體沿軸向通道進(jìn)入后，分別流入兩個(gè)徑向通道，再?gòu)南鄬?duì)于轉(zhuǎn)子本身來說為切向的兩個(gè)射流小孔反方向噴出，由這兩個(gè)射流小孔產(chǎn)生的射流反作用力構(gòu)成一個(gè)推動(dòng)轉(zhuǎn)子沿與射流方向相反方向旋轉(zhuǎn)的力偶矩，帶動(dòng)轉(zhuǎn)子及輸出軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。實(shí)現(xiàn)將流體的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能這一能量轉(zhuǎn)換過程。
在流量一定的情況下，改變射流小孔的位置便可得到不同的轉(zhuǎn)速及力矩，通過控制射流小孔的大小及數(shù)目便可方便地控制系統(tǒng)壓力。此外，因轉(zhuǎn)子及輸出軸為一體且由靜壓軸承加螺旋槽動(dòng)壓軸向軸承及徑向軸承支承，同時(shí)采用軸向間隙可自動(dòng)補(bǔ)償式結(jié)構(gòu)，從而可望獲得很高的機(jī)械效率及容積效率。
與傳統(tǒng)的靜壓式及渦輪葉片動(dòng)壓式流體壓力能-機(jī)械能轉(zhuǎn)換裝置相比，依椐本發(fā)明所構(gòu)成的裝置只有一個(gè)運(yùn)動(dòng)件及一個(gè)配流平面，故結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，體積小，成本低，可靠行性高，效率高，壽命長(zhǎng)。尤其對(duì)于低粘度流體如海水，淡水，蒸汽，內(nèi)燃?xì)獾葔毫α黧w的應(yīng)用，其技術(shù)效果及經(jīng)濟(jì)效果是現(xiàn)有任何一種流體馬達(dá)或透平機(jī)械都無法比擬的。
本發(fā)明用于水力發(fā)電的實(shí)例，由附圖
一-附圖四給出。
附圖一為根據(jù)本發(fā)明所構(gòu)成的切向射流力驅(qū)動(dòng)式水力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
附圖二為A-A剖面的剖視圖。附圖三為B-B剖面的剖視圖。
下面結(jié)合附圖一-附圖四詳細(xì)說明依據(jù)本發(fā)明提出的切向射流力驅(qū)動(dòng)式水力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)及工作原理等。
如圖一所示，轉(zhuǎn)子(3)與輸出軸(3a)連成一體，通過聯(lián)軸節(jié)(4)與發(fā)電機(jī)(14)的轉(zhuǎn)子軸(5)連接。兩根徑向流體通道(6)，(7)分置于轉(zhuǎn)體(3)的兩邊，兩個(gè)沿轉(zhuǎn)子切線方向射流的射流噴咀(8)和(9)則分別與徑向流體通道(6)，(7)接通，見圖二所示。
當(dāng)來自大壩或其它地方的壓力水經(jīng)入口(I)進(jìn)入球面支座(2)及設(shè)有螺旋槽軸承的軸向承壓盤(1)以后，經(jīng)配流面(C)分別進(jìn)入轉(zhuǎn)子上的兩根徑向流體通道(6)，(7)，最后經(jīng)兩個(gè)噴咀(8)，(9)沿相反的切線方向噴射而出。流體通道(6)，(7)，最后經(jīng)兩個(gè)噴咀(8)，(9)沿相反的切線方向噴射而出。由射流引起的反作用力F8和F9構(gòu)成一個(gè)推動(dòng)轉(zhuǎn)子及輸出軸等沿圖示方向旋轉(zhuǎn)的力偶矩，與轉(zhuǎn)子(3)同步旋轉(zhuǎn)的輸出軸(3a)，通過聯(lián)軸節(jié)(4)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸(5)不停地旋轉(zhuǎn)，完成將水的壓力能變成電能的轉(zhuǎn)換過程。
為了防止水中污物進(jìn)入配流面(C)(同時(shí)也是軸承面及密封面)，采用一臺(tái)增壓式或其他形式的水泵(10)將高壓水(其壓力P2高于入口處(I)的壓力P1)注入配流面上的環(huán)形槽(d)，高壓水沿環(huán)形縫隙噴入配流面中心，有效地防止任何污物進(jìn)入配流面(C)。
由增壓泵(10)提供的高壓水同時(shí)通過軸向間隙補(bǔ)償環(huán)(12)進(jìn)入壓力腔(j)，保證軸向軸承(11)始終將轉(zhuǎn)子(3)壓緊在軸向承壓盤(1)上。軸向軸承(11)與轉(zhuǎn)子(3)之間，可采用與圖三所示形狀類似的螺旋槽軸承支承。
為使配流面上的螺旋槽軸承工作良好及保證球面支座(2)與軸向承壓盤(1)之間密封良好，環(huán)型槽(f)，(g)，(h)均通至環(huán)境壓力Pa。
另外，配流面(C)與轉(zhuǎn)子之間采用靜壓及動(dòng)壓式軸承聯(lián)合支承。在正常情況下，轉(zhuǎn)子，電機(jī)轉(zhuǎn)子軸等零件的重量及壓力腔(j)的合力之矢量和正好與配流面(C)上的靜壓合力所平衡，而當(dāng)軸向負(fù)荷改變或其他因素引起間隙變小進(jìn)而可能產(chǎn)生固體接觸時(shí)，開設(shè)在配流面(C)上，如附圖三所示的螺旋槽動(dòng)壓軸承的流體動(dòng)壓力便會(huì)迅速升高即軸向承載能力迅速增加，迫使兩個(gè)平面分離開但保持在一個(gè)很小的間隙范圍內(nèi)，有效地保證轉(zhuǎn)子與軸向承壓盤之間總是處于流體潤(rùn)滑狀態(tài)同時(shí)泄漏又非常小。
因?yàn)閺较蜉d荷全部平衡，故所有的徑向軸承(13)的設(shè)計(jì)都將變得十分容易。
顯然，這種新型發(fā)電機(jī)的另一優(yōu)點(diǎn)在于，通過調(diào)整噴咀的位置及射流孔的幾何參數(shù)便可得到不同的力矩，轉(zhuǎn)速等。只要設(shè)計(jì)得當(dāng)，整個(gè)系統(tǒng)便可以工作在幾乎沒有任何磨損及氣蝕的狀態(tài)。既使因?yàn)閲娋自陂L(zhǎng)期運(yùn)行后有所磨損需要更換，操作也十分簡(jiǎn)單。
為防止系統(tǒng)壓力過高，可考慮在徑向流體通道上設(shè)置調(diào)壓閥(15)及輔助噴咀(16)，如圖二所示。
如果需要輸出軸反方向旋轉(zhuǎn)，只需要在轉(zhuǎn)體上設(shè)置另一軸向通道(S)及另外兩根徑向流體通道(17)，(18)及另一組噴咀(19)，(20)，如圖四所示。不過，此時(shí)噴咀(19)，(20)的噴射方向與圖二中的方向相反，參見圖四中所示的反向力偶矩F19及F20。
順便指出，本發(fā)明的基本原理也可用于許多其它產(chǎn)品如蒸汽發(fā)電機(jī)，內(nèi)燃機(jī)，海水或淡水驅(qū)動(dòng)的高速馬達(dá)，高速機(jī)械加工動(dòng)力頭，無傳扭桿式石油及采礦工程用鉆頭，高速氣動(dòng)工具，高速小型氣動(dòng)牙科醫(yī)療鉆等等。
附圖符號(hào)說明1軸向承壓盤，2球面支座，3轉(zhuǎn)子，4聯(lián)軸節(jié)，5發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸，6，7徑向流體通道，8，9射流噴咀，10增壓泵，11軸向軸承，12軸向間隙補(bǔ)償環(huán)，13徑向軸承，14發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，15調(diào)壓閥，16輔助噴嘴，17，18反向旋轉(zhuǎn)用徑向流體通道，19，20反向旋轉(zhuǎn)用噴嘴。
權(quán)利要求
切向射流力驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)式流體能--機(jī)械能轉(zhuǎn)換裝置，由一個(gè)轉(zhuǎn)子(3)，與轉(zhuǎn)子(3)同步旋轉(zhuǎn)的輸出軸(3a)，與轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)的，兩個(gè)(當(dāng)然也可以不是兩個(gè))沿切向高速射流的噴咀(8)和(9)等零件構(gòu)成，其特征在于a，與轉(zhuǎn)子(3)及輸出軸(3a)同步旋轉(zhuǎn)的至少一個(gè)沿切向或與切向構(gòu)成一定夾角射流的噴咀，由此產(chǎn)生沿切向的射流反作用力形成一個(gè)力偶矩或力矩推動(dòng)轉(zhuǎn)子及輸出軸等轉(zhuǎn)動(dòng)。b，轉(zhuǎn)子(3)與軸向承壓盤(1)之間，存在著一個(gè)相互運(yùn)動(dòng)的配流面，該配流面同時(shí)又是軸向載荷支承面及密封面。
全文摘要
切向射流力驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)式流體能—機(jī)械能轉(zhuǎn)換裝置，為一種將流體的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能或電能的裝置。本發(fā)明的主要特征在于裝置由一根輸出軸，一個(gè)與輸出軸一體的轉(zhuǎn)子，兩個(gè)設(shè)置在轉(zhuǎn)子上的，沿切線方向射流的噴嘴等零件構(gòu)成。壓力流體沿軸向通道，徑向通道，最后沿切向噴嘴反向高速噴出，高速射流的射流反作用力形成一個(gè)推動(dòng)轉(zhuǎn)子及輸出軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)的力偶矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子及輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，完成將流體能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換過程。
文檔編號(hào)F03B3/08GK1079535SQ92104160
公開日1993年12月15日 申請(qǐng)日期1992年6月2日 優(yōu)先權(quán)日1992年6月2日
發(fā)明者杜長(zhǎng)春 申請(qǐng)人:杜長(zhǎng)春, 杜長(zhǎng)路