專利名稱：改進(jìn)的蒸汽、燃?xì)怆p工質(zhì)氣輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于熱力渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)類，特別適合于作為水上和陸地交通工具的動(dòng)力機(jī)械。
申請(qǐng)人向中國(guó)專利局提出的實(shí)用新型專利申請(qǐng)“蒸氣、燃?xì)怆p工質(zhì)氣輪機(jī)”(專利號(hào)88212566.4)公開了一種由蒸氣、燃?xì)怆p工質(zhì)聯(lián)合循環(huán)做功的原動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，這種原動(dòng)機(jī)由空壓機(jī)、氣輪機(jī)、燃燒室及蒸氣發(fā)生器等組成，空壓機(jī)與氣輪機(jī)同軸，其渦殼背靠安裝，燃燒室橫臥于空壓機(jī)與氣輪機(jī)渦殼上方，空壓機(jī)的出氣口與燃燒室的進(jìn)氣口相通燃燒室出口與氣輪進(jìn)口相通，燃燒室由保溫罩、焰管、旋流器等組成，它由旋流器中心管與噴油嘴連通，蒸氣發(fā)生器為螺旋蒸發(fā)管，設(shè)置于燃燒室焰管出口與氣輪機(jī)進(jìn)口之間。其工作原理是噴油嘴通過旋流器中心管將油霧噴入焰管內(nèi)，空壓機(jī)輸送的空氣一部分由于負(fù)壓的作用流向燃燒室出口，一部分由旋流器旋流進(jìn)入焰管與油霧混合燃燒，焰管內(nèi)沖出的高溫燃?xì)庖环矫鎸⒙菪舭l(fā)管內(nèi)的水蒸發(fā)成蒸氣，一方面連同從蒸氣噴嘴中噴出的蒸氣一道進(jìn)入氣輪機(jī)，使氣輪機(jī)旋轉(zhuǎn)而輸出動(dòng)力。這種原動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，熱效率可達(dá)40.2%，因而節(jié)能效果非常理想，適用范圍廣。但由于其本身結(jié)構(gòu)的限制，還存在著在工況變化時(shí)，燃燒效率不穩(wěn)定的缺陷。其原因就在于減油減水時(shí)，火焰反應(yīng)快，而蒸氣負(fù)壓下降慢(因螺旋蒸發(fā)管內(nèi)存有一定量的蒸氣);加油加水時(shí)，蒸氣負(fù)壓上升快，進(jìn)氣壓力與流量增加慢，這樣都影響了燃燒效率的平穩(wěn)性，特別是在工況變化幅度較大時(shí)，由于焰管內(nèi)沒有形成一個(gè)較為穩(wěn)定的高溫火焰炬，甚至可能出現(xiàn)熄火現(xiàn)象。
本發(fā)明的目的在于克服上述專利存在的缺陷，提供一種改進(jìn)的蒸氣、燃?xì)怆p工質(zhì)氣輪機(jī)，使其結(jié)構(gòu)更加臻于成熟和完善。
本發(fā)明是在“蒸氣、燃?xì)怆p工質(zhì)氣輪機(jī)”(專利號(hào)88212566.4)基礎(chǔ)上改進(jìn)而成的，其主要改進(jìn)處在于1、在燃燒室的進(jìn)氣口處，設(shè)置一塊分氣隔板，將空壓機(jī)的供氣分成互相隔離的兩部分，使供給焰管內(nèi)助油霧燃燒的空氣量不受負(fù)壓的影響，這樣可提高燃燒效率的平穩(wěn)性;2、將旋流器葉片設(shè)計(jì)成瓦槽形并向中心傾斜(傾斜角度最好設(shè)計(jì)成45°)，與噴油嘴相通的旋流器中心管前端不直接越過旋流器中心進(jìn)入焰管，而是將旋流器中心管前端位置定在旋流器后段，并在旋流器中心管前方的旋流器中空處設(shè)置一塊擋板。這樣就將旋流器原來只旋流空氣改變成將空氣與油霧混合旋流，擋板的作用就在于更好地強(qiáng)制油霧與空氣混合旋流，在混合旋流時(shí)開始燃燒，可提高燃油的溫度，使混合油氣在出旋流器后，化氣乃至分解，加劇燃燒。旋流器葉片設(shè)計(jì)成瓦槽形并向中心傾斜，可使?jié)舛却蟮幕旌嫌蜌?，通過旋流器后，能聚集在焰管內(nèi)中心處多次翻滾，提高溫度，加劇燃燒，在焰管內(nèi)形成一個(gè)熾熱的高溫火焰炬。這樣，旋流器的作用，就由原來單獨(dú)旋流空氣變成了將空氣與油霧混合旋流;儲(chǔ)熱加熱燃油;聚集濃度大的混合油氣，形成核心高溫火焰炬三大作用，達(dá)到了變工況時(shí)的穩(wěn)定燃燒。
實(shí)驗(yàn)證明，這種改進(jìn)后的蒸氣、燃?xì)怆p工質(zhì)氣輪機(jī)，較原機(jī)性能穩(wěn)定可靠，達(dá)到本機(jī)高溫燃燒，低溫排氣，雙工質(zhì)特殊聯(lián)合循環(huán)做功的原動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，熱效率由原來的40.2%進(jìn)一步提高到了43%-45%，即其耗油量從原來的160克/馬力·小時(shí)下降到了145克/馬力·小時(shí)，因而較原機(jī)更為實(shí)用，節(jié)能效果也更為顯著。
下列附圖提供了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例

圖1是本發(fā)明的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意2是本發(fā)明正面氣流過程示意圖下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步描述改進(jìn)的蒸氣、燃?xì)怆p工質(zhì)氣輪機(jī)，由空壓機(jī)、氣輪機(jī)、燃燒室，蒸氣發(fā)生器、行星減速器、副減速器等組成。
空壓機(jī)渦殼[1]和氣輪機(jī)渦殼[2]背靠相聯(lián)安裝，空壓機(jī)有無葉擴(kuò)壓[3]和有葉擴(kuò)壓[4]，端蓋與渦殼[1]相聯(lián)，端蓋上用八片筋板支承軸承座，構(gòu)成一體化的端蓋支承座[5]，筋板之間的孔隙為空壓機(jī)進(jìn)氣口，軸承[6]為靜壓軸承，用迷宮油封[7]封油。
氣輪機(jī)渦殼[2]有一圈導(dǎo)向葉片，組成噴管[8]，端蓋與渦殼[2]相接，以八片筋板支承軸承座，構(gòu)成端蓋軸承座[9]，筋板之間的孔隙為氣輪機(jī)排氣口，軸承[10]為靜壓軸承，用迷宮油封[11]封油。氣輪機(jī)排氣管[12]為環(huán)狀，罩在排氣口四周，導(dǎo)向廢氣出排氣口[13]。
空壓機(jī)葉輪[14]和氣輪機(jī)葉輪[15]背靠同裝在主軸[16]上，主軸[16]由空壓機(jī)進(jìn)氣口端的靜壓軸承[6]和氣輪機(jī)端的靜壓軸承[10]兩支點(diǎn)支承，背靠的葉輪處于兩個(gè)渦殼[1、2]相聯(lián)處的正中位置。
燃燒室[17]橫臥在空壓機(jī)渦殼[1]和氣輪機(jī)渦殼[2]上方，其進(jìn)氣口[18]可作成90°折角形，與空壓機(jī)出氣口聯(lián)通，燃燒室出口[19]為90°大彎形，與氣輪機(jī)進(jìn)口聯(lián)接，燃燒室[17]為內(nèi)外兩層，內(nèi)層為焰管[21]，焰管[21]分三節(jié)由筋板焊接或鉚接而成，每節(jié)相聯(lián)間有空隙可進(jìn)空氣入內(nèi)。焰管[21]進(jìn)氣一端接旋流器[22]，噴油嘴[23]裝在燃燒室[17]外殼上，由旋流器中心管[24]將其與焰管[21]連通，噴油孔對(duì)準(zhǔn)旋流器中心管[24]。點(diǎn)火器裝在旋流器前窗口[25]處，旋流器[22]外圍焰管底部，有一周小孔進(jìn)空氣入焰管內(nèi)供燃燒，燃燒室內(nèi)外層之間，有環(huán)狀空氣流道。
蒸氣發(fā)生器為螺旋蒸發(fā)管[26]，裝在燃燒室[17]出口與氣輪機(jī)進(jìn)口之間的大彎管內(nèi)，其進(jìn)水口端伸出燃燒室殼外，由焊接螺栓[27]固定在燃燒室殼體上，與供水管相接，螺旋蒸發(fā)管[26]的另一端接蒸氣噴嘴[28]，蒸氣噴嘴[28]直伸入氣輪機(jī)進(jìn)口內(nèi)的正中位置。由蒸氣噴嘴[28]噴出的蒸氣與燃燒室噴出的燃?xì)饣旌瞎餐?qū)動(dòng)氣輪機(jī)，向外輸出動(dòng)力。
其起動(dòng)裝置可選用電起動(dòng)器[29]，它與空壓機(jī)一端主軸[16]，用牙嵌離合器[30]接合，起動(dòng)時(shí)帶動(dòng)主軸[16]旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明的主要改進(jìn)之處在于1、在燃燒室[17]的進(jìn)氣口處設(shè)置一塊分氣隔板[20]，將空壓機(jī)的供氣分成相互隔離的兩部分，一部分通過燃燒室內(nèi)外層之間的環(huán)狀空氣流道，冷卻焰管壁并分次補(bǔ)償焰管內(nèi)空氣的不足，一部分通過旋流器[22]。旋流進(jìn)入焰管[21]內(nèi)供燃燒用，這樣由于供給焰管內(nèi)的空氣不受負(fù)壓的影響，從而提高了燃燒效率的平穩(wěn)性。
2、將旋流器[22]的葉片設(shè)計(jì)成瓦槽形并以45°向中心傾斜，與噴油嘴[23]相通的旋流器中心管[24]前端不直接越過旋流器[22]的中心進(jìn)入焰管[21]，而是將旋流器中心管[24]的前端位置是在旋流器[22]后段，并在旋流器中管[24]前方的旋流器中空處設(shè)置一塊擋板[52]。這樣就將旋流器[22]原來只旋流空氣改變成將空氣與油霧混合旋流，擋板[52]的作用就在于更好地強(qiáng)制空氣與油霧混合旋流，在混合旋流時(shí)開始燃燒，可提高燃油的溫度，使混合油氣在出旋流器[22]后，化氣乃至分解，加劇燃燒。旋流器[22]的葉片設(shè)計(jì)成瓦槽形并以45°向中心傾斜，可使?jié)舛却蟮幕旌嫌蜌馔ㄟ^旋流器[22]后，能聚集在焰管[21]內(nèi)中心處多次翻滾，提高溫度，加劇燃燒。這樣，旋流器[22]的作用，就由原來單獨(dú)旋流空氣，變成了將空氣與油霧混合旋流;儲(chǔ)熱加熱燃油;聚集濃度大的混合油氣，形成核心高溫火焰炬三大作用，達(dá)到了變工況時(shí)的穩(wěn)定燃燒。
通過這些改進(jìn)后，不僅穩(wěn)定了變工況時(shí)的效率，而且也將其熱效率由原來的40.2%提高到43%-45%，即其耗油量由160克/馬力·小時(shí)進(jìn)一步下降到145克/馬力·小時(shí)，節(jié)能效果極為明顯。
原來采用的蒸氣噴嘴[28]為單孔噴嘴，實(shí)驗(yàn)證明它會(huì)出現(xiàn)蒸氣與燃?xì)饣旌喜痪鶆颥F(xiàn)象而影響其性能的提高，現(xiàn)可采用雙孔或呈“品”字形排列的三孔噴嘴，這樣，這種現(xiàn)象即可得到克服。
由于本發(fā)明的主軸[16]轉(zhuǎn)速高達(dá)3.3萬-4萬轉(zhuǎn)/分，因而需采用行星減速器和副減速器對(duì)其進(jìn)行減速。行星減速器采用67型圓弧齒廓齒輪。減速器外殼[31]與氣輪機(jī)端蓋軸承座[9]相接，主軸[16]與太陽(yáng)齒輪[32]用漸開線花鍵聯(lián)軸器[33]聯(lián)接。行星齒輪[34]與軸[35]為漸開線花鍵配合，成為兩級(jí)浮動(dòng)。軸[35]的兩端用高速滾動(dòng)軸承[36]裝在齒輪架[37]上。齒輪架[37]兩端用滾動(dòng)軸承[38]支承，裝在殼體上。行星內(nèi)齒輪圈[39]裝在殼體內(nèi)壁上，用螺栓[40]固定止動(dòng)。齒輪架[37]一端為動(dòng)力輸出軸[41]。
副減速器為兩級(jí)降速。箱體[43]與行星減速箱端面相聯(lián)，第一級(jí)齒輪[42]裝在輸出軸上，第二級(jí)齒輪[44、45]、軸[46]，滾動(dòng)軸承[47]裝在箱體上，第三級(jí)齒輪[48]、軸[49]，滾動(dòng)軸承[50]裝在箱體上部，軸[49]的兩端均伸出箱體外，一端裝三角皮帶輪，帶動(dòng)發(fā)電機(jī);另一端為花鍵，與三泵(機(jī)油泵、燃油泵、水泵)一體件聯(lián)接，機(jī)油濾清器[51]裝在副減速箱底部，用空心螺栓裝出箱體外，與機(jī)油泵進(jìn)油孔管道聯(lián)接。
本發(fā)明的工作過程如下馬達(dá)起動(dòng)帶動(dòng)主軸運(yùn)轉(zhuǎn)，空氣從進(jìn)氣口入空壓機(jī)，經(jīng)葉輪壓縮，通過擴(kuò)壓后，經(jīng)過渦殼管道，送入燃燒室，燃燒室入口處的分氣隔板，將一部分空氣通過旋流器及焰管周圍小孔，送入焰管內(nèi)供燃燒用;另一部分空氣，經(jīng)過燃燒室兩層之間的環(huán)狀空氣流道，冷卻焰管壁并分次補(bǔ)償焰管內(nèi)空氣。燃料可采用柴油，用噴油嘴將其噴入旋流器中心管，導(dǎo)至旋流器中，與空氣同時(shí)旋流入焰管內(nèi)燃燒，旋流器既返回旋流，又向中心聚集油氣混合氣，促使在旋流器出口處聚集成高溫火焰炬，提高核心火焰溫度。起動(dòng)供油的同時(shí)，用電子火焰點(diǎn)火器將火焰噴入焰管內(nèi)點(diǎn)火，一次點(diǎn)火，連續(xù)供油燃燒。
處在高溫燃?xì)庵械穆菪舭l(fā)管，水泵壓入的水，成霧狀進(jìn)入管內(nèi)化氣，蒸氣以3.5-5kgf/cm2的壓力，在氣輪機(jī)進(jìn)氣管中與燃?xì)饣旌希旌蠚膺M(jìn)入氣輪機(jī)，經(jīng)導(dǎo)向葉片導(dǎo)向噴向葉輪葉片上做功，然后排出。
主軸的轉(zhuǎn)速達(dá)3.3萬-4萬轉(zhuǎn)/分，通過行星減速器降至4000-5000轉(zhuǎn)/分，輸出動(dòng)力，附件軸由副減速器降速至1000-1300轉(zhuǎn)/分工作。
本實(shí)用新型的基本數(shù)據(jù)如下主軸轉(zhuǎn)速3.3萬-4萬轉(zhuǎn)/分動(dòng)力輸出軸轉(zhuǎn)速4000-5000轉(zhuǎn)/分附件軸轉(zhuǎn)速1000-1300轉(zhuǎn)/分起動(dòng)主軸轉(zhuǎn)速2000-3000轉(zhuǎn)/分空壓機(jī)供氣壓1.5-2.5kgf/Cm2蒸氣壓3.5-5kgf/cm2供燃油壓5-10kgf/cm2機(jī)油壓力2.5-4kgf/cm2燃油消耗140-150克/馬力·小時(shí)核心火焰溫度1500℃-1800℃
混合氣初溫約550℃排氣溫度約200℃供油供水比例約1∶1本發(fā)明對(duì)材料及工藝要求氣輪機(jī)葉輪是關(guān)鍵件，處在高溫、高速、受力情況下工作，葉片曲線復(fù)雜，葉輪要求輕，葉片薄，材料選用1Cr12WMoV，工藝采用精密鑄造。
高速主軸選用低合金超高強(qiáng)度鋼40CrNiMoA材料，調(diào)質(zhì)處理。
行星減速器齒輪，要求為6級(jí)精度。
權(quán)利要求
1.一種改進(jìn)的蒸氣、燃?xì)怆p工質(zhì)氣輪機(jī)，包括空壓機(jī)、氣輪機(jī)、燃燒室和蒸氣發(fā)生器，空壓機(jī)與氣輪機(jī)同軸，其渦殼背靠安裝，燃燒室橫臥于空壓機(jī)與氣輪機(jī)渦殼上方，空壓機(jī)出氣口與燃燒室進(jìn)氣口相通，燃燒室出口與氣輪機(jī)進(jìn)口相通，燃燒室包括保溫罩、焰管和旋流器，燃燒室由旋流器中心管與噴油嘴連通，蒸氣發(fā)生器為螺旋蒸發(fā)管，設(shè)置于燃燒室焰管出口與氣輪機(jī)進(jìn)口之間，其特征在于A、在燃燒室[17]進(jìn)氣口處設(shè)置了一塊分氣隔板[20]。B、旋流器[22]葉片成瓦槽形并向中心傾斜，與噴油嘴[23]相通的旋流器中心管[24]前端位于旋流器[22]后段，在旋流器中心管[24]前方的旋流器[22]中空處設(shè)置了一塊擋板[52]。
2.如權(quán)利要求1所述的蒸氣、燃?xì)怆p工質(zhì)氣輪機(jī)，其特征在于螺旋蒸發(fā)管[26]的蒸氣噴嘴[28]為雙孔或呈“品”字形排列的三孔噴嘴。
全文摘要
一種改進(jìn)的蒸汽、燃?xì)怆p工質(zhì)氣輪機(jī)，由空壓機(jī)、氣輪機(jī)、燃燒室、蒸汽發(fā)生器、行星減速器及副減速器等組成。其改進(jìn)點(diǎn)在于1、在燃燒室進(jìn)氣口處設(shè)置一塊分氣隔板；2、將旋流器葉片設(shè)計(jì)成瓦槽形并向中心傾斜，將旋流器中心管前端定位于旋流器后段，并在其前方的旋流器中空處設(shè)置一塊擋板，經(jīng)改進(jìn)后，提高了氣輪機(jī)變工況時(shí)的燃燒效率，同時(shí)其熱效率也由原來的40.2％提高到43—45％，即其耗油從160克/馬力·小時(shí)下降到145克/馬力·小時(shí)。
文檔編號(hào)F01D1/04GK1074972SQ9210683
公開日1993年8月4日 申請(qǐng)日期1992年1月31日 優(yōu)先權(quán)日1992年1月31日
發(fā)明者蘇艾今 申請(qǐng)人:蘇艾今