CN101457656A - 双转向透平式叶轮机及双转向叶轮发动机 - Google Patents

Abstract

一种双转向透平式叶轮机，包括叶轮轴和叶轮，其特征在于：叶轮轴包括正转叶轮轴和反转叶轮轴，叶轮包括数个正转叶轮和数个反转叶轮；正转叶轮与反转叶轮相间排列，每个正转叶轮和每个反转叶轮均经各自的轴承定位在相应的轴承座上，所有的轴承座上都设有正转轴孔和反转轴孔，正转叶轮轴和反转叶轮轴分别穿过正转轴孔和反转轴孔、将轴承座安装于正、反转叶轮轴；正转叶轮轴固装有与正转叶轮数量相等的柱齿轮，反转叶轮轴固装有与反转叶轮数量相等的柱齿轮，各叶轮轮体设有内齿圈，正转叶轮内齿圈与正转叶轮轴的柱齿轮啮合；反转叶轮内齿圈与反转叶轮轴的柱齿轮啮合；正、反转叶轮轴上各设一个相啮合的定转比齿轮。它可应用在各种叶轮发动机。

Description

双转向透平式叶轮机及双转向叶轮发动机

技术领域   本发明涉及一种透平式叶轮机，特别是一种双转向透平式叶轮机；本发明还涉及一种双转向叶轮发动机。

背景技术   现有的透平式叶轮机，都是一组叶片固定于壳体，另一组叶片固定于叶轮，叶轮固定安装于旋转转动的叶轮轴；即采用一组固定叶轮和一组旋转叶轮相间隔的结构，主要用于燃汽叶轮机中。因为是一组叶轮固定、一组叶轮旋转，其效率和输出扭矩比较低。

发明内容   本发明要解决的技术问题在于提供一种效率高、输出扭矩大的双转向透平式叶轮机。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案是：一种双转向透平式叶轮机，包括叶轮轴和叶轮，其特征在于：叶轮轴包括正转叶轮轴和反转叶轮轴，叶轮包括数个正转叶轮和数个反转叶轮；正转叶轮与反转叶轮相间排列，每个正转叶轮和每个反转叶轮均经各自的轴承定位在相应的轴承座上，所有的轴承座上都设有正转轴孔和反转轴孔，正转叶轮轴和反转叶轮轴分别穿过正转轴孔和反转轴孔、将所有的轴承座安装于正转叶轮轴和反转叶轮轴；正转叶轮轴固装有与正转叶轮数量相等的柱齿轮，反转叶轮轴固装有与反转叶轮数量相等的柱齿轮，各叶轮轮体设有内齿圈，正转叶轮内齿圈与正转叶轮轴的柱齿轮啮合；反转叶轮内齿圈与反转叶轮轴的柱齿轮啮合；正转叶轮轴和反转叶轮轴上各设一个相啮合的定转比齿轮。

本发明将现有的透平叶轮机的固定叶片组和旋转轮相间的透平结构改进为两组相向旋转、叶轮组相间的透平结构。本发明可应用在各种叶轮发动机，包括燃烧式叶轮发动机与蒸汽式叶轮发动机的压气装置上和做功装置上，因在不改变叶轮发动机的材质、造价、加工难度、使用寿命、环保等性能的情况下，将一组叶轮固定、一组叶轮旋转的透平叶轮机改为两组叶轮相向旋转的透平叶轮机，故对效率和输出扭矩都有较大的提高。

本发明要解决的另一技术问题在于提供一种效率高、输出扭矩大的双转向叶轮发动机，这种双转向叶轮发动机，包括压气装置、热交换器、燃烧室和做功装置；其特征在于：压气装置和做功装置壳体内安装有双转向透平式叶轮机。

本发明的双转向叶轮发动机，因压气装置和做功装置壳体内安装有双转向透平式叶轮机，即以双转向透平式叶轮机作为压气装置和做功装置，由相间排列的数个正转叶轮和数个反转叶轮组成透平式叶轮机，与现有的透平式叶轮发动机相比，效率和输出扭矩都有较大的提高。

本发明的双转向叶轮发动机，可用于发电机组或给空调压缩机等直接提供动能，也可用于车、船等运输工具为其提供动力，其燃料使用范围非常广泛，包括沼气、氢气、天然气、干冰等气态能源，及生物柴油、乙醇、汽油、柴油等石油类液态能源。

为了利用太阳能为本发动机提供热量，可在热交换器与燃烧室之间装有光热转换器；由太阳能采集装置为光热转换器提供能量。这样，可根据不同的使用场所，将本发明与太阳能采集装置联合使用或单独使用。

附图说明

图1为双转向透平式叶轮机的结构示意图，

图2为双转向透平式叶轮机装配关系示意图，

图3为双转向叶轮发动机结构示意图，

图4为图3中双转向透平式叶轮机结构的压气装置和做功装置的结构示意图，

图5为双转向透平式叶轮机结构的压气装置的装配关系示意图，

图6为凸透镜太阳能采集利用装置的结构示意图

图7为凸透镜、渐变型光纤采光器、传输光纤的关系示意图。

图中：1—正转叶轮轴，2—反转叶轮轴，3—正转叶轮，4—反转叶轮，5—轴承，6—轴承座，601—正转轴孔，602—反转轴孔，7—柱齿轮，8—内齿圈，9—定转比齿轮，10—压气装置，11—热交换器，12—燃烧室，13—做功装置，14—压气正转叶轮，15—压气反转叶轮，16—做功正转叶轮，17—做功反转叶轮，18—油、气密封环，19—进气口，20—压缩气体导管，21—光热转换器，2101—外壳，2102—三棱镜内芯，2103—散热片，22—燃料喷嘴，23—支架，24—光导纤维，25—渐变型光纤采光器，26—太阳能采集箱，27—箱体，28—凸透镜面板，29—凸透镜，30—传输光纤，31—发动机。

具体实施方式   实施例1   如图1所示：一种双转向透平式叶轮机，包括叶轮轴和叶轮，叶轮轴包括正转叶轮轴1和反转叶轮轴2，叶轮包括二个正转叶轮3和二个反转叶轮4，正转叶轮3和反转叶轮4侧面固设的叶片倾斜方向相反；参见图2，为使图面清楚起见，图2所示的正转叶轮轴1和反转叶轮轴2安装了一个正转叶轮3和一个反转叶轮4；正转叶轮3与反转叶轮4相间排列；每个正转叶轮3和每个反转叶轮4均经各自的轴承5定位在相应的轴承座6，所有的轴承座6上都设有正转轴孔601和反转轴孔602，正转叶轮轴1和反转叶轮轴2分别穿过正转轴孔601和反转轴孔602、将所有的轴承座6安装于正转叶轮轴1和反转叶轮轴2上；正转叶轮轴1固装有与正转叶轮3数量相等的柱齿轮7，(图2所示的正转叶轮轴1固装有一个柱齿轮7)，反转叶轮轴2固装有与反转叶轮4数量相等的柱齿轮7，(图2所示的反转叶轮轴1固装有一个柱齿轮7)，正转叶轮3与反转叶轮4的各个叶轮轮体均设有内齿圈8，正转叶轮3的内齿圈8与正转叶轮轴1的柱齿轮7啮合；反转叶轮4的内齿圈8与反转叶轮轴2的柱齿轮7啮合；使正转叶轮3随着正转叶轮轴1高速旋转，反转叶轮4随着反转叶轮轴2高速旋转；正转叶轮轴1和反转叶轮轴2的轴端各设一个相啮合的定转比齿轮9。为阻止叶轮机处于的工作介质泄漏而进入叶轮轮体内，在相邻的各个叶轮之间，即相邻的正转叶轮3与反转叶轮4之间都装有油、气密封环18。

实施例2   如图3和图4所示：一种双转向叶轮发动机，包括压气装置10、热交换器11、燃烧室12和做功装置13；压气装置10和做功装置13壳体内安装有双转向透平式叶轮机。

在压气装置10与做功装置13的壳体内，安装有压气装置10与做功装置13共用的叶轮轴，叶轮轴有正转叶轮轴1和反转叶轮轴2，位于压气装置10的壳体内的这部分正转叶轮轴1和反转叶轮轴2上安装有相间排列的三组压气正转叶轮14和压气反转叶轮15，压气正转叶轮14和压气反转叶轮15侧面固设的叶片倾斜方向相反；参见图5：这些压气叶轮14、15用轴承5定位在轴承座6上；为使图面清楚起见，图5所示的正转叶轮轴1和反转叶轮轴2安装了一个压气正转叶轮14和一个压气反转叶轮15；压气叶轮的轴承座6定位在压气装置10的外壳上(图中未示出)；位于做功装置13的壳体内的这部分正转叶轮轴1和反转叶轮轴2上安装有相间排列的两组做功正转叶轮16和做功反转叶轮17，做功正转叶轮16和做功反转叶轮17侧面固设的叶片倾斜方向相反；做功正转叶轮16和做功反转叶轮17相间排列；与压气正转叶轮14和压气反转叶轮15的定位方式相同，这些做功叶轮16、17也用轴承5定位在轴承座6上；做功叶轮的轴承座6定位在做功装置13的外壳上(图中未示出)。

如图5所示：压气叶轮的轴承座6和做功叶轮的轴承座6上都设有正转轴孔601和反转轴孔602二个轴孔；压气正转叶轮14和压气反转叶轮15相间排列，做功正转叶轮16与做功反转叶轮17相间排列；正转叶轮轴1和反转叶轮轴2分别穿过正转轴孔601和反转轴孔602、将所有压气叶轮的轴承座6安装在位于压气装置10的壳体内的这部分正转叶轮轴1和反转叶轮轴2上，将所有做功叶轮的轴承座6安装在位于做功装置13的壳体内的这部分正转叶轮轴1和反转叶轮轴2上(图中未示出做功叶轮)；也就是说：正转叶轮轴1和反转叶轮轴2从这二个轴孔601、602内穿过，将相间排列的压气正转叶轮14与压气反转叶轮15以及做功正转叶轮16与做功反转叶轮17安装于正转叶轮轴1和反转叶轮轴2；因为压气正转叶轮14、压气反转叶轮15、做功正转叶轮16与做功反转叶轮17都是经各自的轴承5定位于其轴承座6上，而正转叶轮轴1和反转叶轮轴2分别穿过轴承座6上正转轴孔601和反转轴孔602。

如图5所示：所有的压气正转叶轮14和压气反转叶轮15轮体上设有内齿圈8，正转叶轮轴1设有数个柱齿轮7，正转叶轮轴1设有的柱齿轮7的数量等于压气正转叶轮14与做功正转叶轮16之和，正转叶轮轴1的柱齿轮7与相对应的压气正转叶轮14和做功正转叶轮16上的内齿圈8啮合，使压气正转叶轮14和做功正转叶轮16与正转叶轮轴1之间实现动能传递，使压气正转叶轮14和做功正转叶轮16随着正转叶轮轴1高速旋转。

与压气装置一样：所有的做功正转叶轮16与做功反转叶轮17轮体上也设有内齿圈8；反转叶轮轴2上也设有数个柱齿轮7，反转叶轮轴2设有的柱齿轮7的数量等于压气反转叶轮15与做功反转叶轮17之和，反转叶轮轴2的柱齿轮7与相对应的压气反转叶轮15和做功反转叶轮17上的内齿圈8啮合，使压气反转叶轮15和做功反转叶轮17与反转叶轮轴1之间实现动能传递，使压气反转叶轮15和做功反转叶轮17随着反转叶轮轴2高速旋转。

如图4和图5所示：正转叶轮轴1和反转叶轮轴2的轴端各设一个相啮合的定转比齿轮9，从而保证所有的正转叶轮与所有的反转叶轮转速比恒定；即所有压气正转叶轮14、做功正转叶轮16和所有压气反转叶轮15、做功反转叶轮17的转速比恒定；在相邻的各个叶轮之间，即相邻的压气正转叶轮14与压气反转叶轮15之间装有油、气密封环18，相邻的做功正转叶轮16与做功反转叶轮17之间装有油、气密封环18；用以阻止发动机内部的润滑油和工作气体泄漏进入叶轮轮体。

作为双转向叶轮发动机的完善，参见图3：在热交换器11与燃烧室12之间装有光热转换器21；由凸透镜太阳能采集利用装置为光热转换器21提供光能，并经光热转换器21来加热热交换器11导出的空气。

如图6与图7所示：这种凸透镜太阳能采集利用装置，由支架23、数十个渐变型光纤采光器25、太阳能采集箱26、光导纤维24、光热转换器21组成；太阳能采集箱26的安装于支架23；太阳能采集箱26包括箱体27和凸透镜面板28，凸透镜面板28由数十块排列在同一平面的凸透镜29构成；每个凸透镜29的几何中心位置正下方安装一个渐变型光纤采光器25，每个渐变型光纤采光器25的末端连接有传输光纤30，数十根传输光纤30集束为一体组成光导纤维24，光导纤维24的输出端固定于光热转换器21。光热转换器21由外壳2101和三棱镜内芯2102组成，外壳2101和三棱镜内芯2102的内壁设有散热片2103。凸透镜29将太阳光能聚集至渐变型光纤采光器25，数十块凸透镜29采集的光能经数十根传输光纤30集束的光导纤维24，输送至光热转换器21，将光导纤维24传输过来的光能转换成热能，为发动机31提供能量。

作为双转向叶轮发动机的进一步完善，该发动机装有用于实现耗能转换的控制系统，该控制系统可实现利用太阳能或其它燃料的转换功能，属于现有的常规手段，故不再对控制系统详述。

装有光热转换器21的双转向叶轮发动机工作时，空气从进气口19吸入到压气装置10中，在压气反转叶轮15和压气正转叶轮14的共同作用下，空气被压缩并通过压缩气体导管20进入热交换器11中利用废气余热进行预热，预热后的空气通过连接导管进入光热转换器21中，空气经光热转换器21被高度聚集的太阳能迅速加热膨胀，膨胀的空气穿过燃烧室12进入做功装置13的壳体内，推动做功正转叶轮16和做功反转叶轮17产生动能从正转叶轮轴1和反转叶轮轴2对外输出；当光线变弱或无光线时，控制系统如得到指令必须输出动能时，控制系统起动其它燃料开关，将其它燃料通过燃料喷嘴22喷入燃烧室12内，燃料燃烧产生的热量加热空气推动双转向叶轮发动机产生动能以满足用户的需求。当双转向叶轮发动机作为独立的发动机使用时，使用导气管替换掉光热转换器21，将燃料从燃料喷嘴22喷入燃烧室12，燃料燃烧产生的热量加热空气推动双转向叶轮发动机产生动能。

Claims (7)

1、一种双转向透平式叶轮机，包括叶轮轴和叶轮，其特征在于：所述叶轮轴包括正转叶轮轴(1)和反转叶轮轴(2)，所述叶轮包括数个正转叶轮(3)和数个反转叶轮(4)，所述正转叶轮(3)与所述反转叶轮(4)相间排列；每个所述正转叶轮(3)和每个所述反转叶轮(4)均经各自的轴承(5)定位在相应的轴承座(6)，所有的所述轴承座(6)上都设有正转轴孔(601)和反转轴孔(602)，所述正转叶轮轴(1)和所述反转叶轮轴(2)分别穿过所述正转轴孔(601)和所述反转轴孔(602)、将所有的所述轴承座(6)安装于所述正转叶轮轴(1)和所述反转叶轮轴(2)上；所述正转叶轮轴(1)固装有与所述正转叶轮(3)数量相等的柱齿轮(7)，所述反转叶轮轴(2)固装有与所述反转叶轮(4)数量相等的柱齿轮(7)，所述正转叶轮(3)与所述反转叶轮(4)的各个叶轮轮体均设有内齿圈(8)，所述正转叶轮(3)的所述内齿圈(8)与所述正转叶轮轴(1)的所述柱齿轮(7)啮合；所述反转叶轮(4)的所述内齿圈(8)与所述反转叶轮轴(2)的所述柱齿轮(7)啮合；所述正转叶轮轴(1)和所述反转叶轮轴(2)上各设一个相啮合的定转比齿轮(9)。

2、如权利要求1所述的一种双转向透平式叶轮机，其特征在于：相邻的所述正转叶轮(3)与所述反转叶轮(4)之间装有油、气密封环(18)。

3、一种双转向叶轮发动机，包括压气装置、热交换器、燃烧室和做功装置；其特征在于：所述压气装置(10)和所述做功装置(13)壳体内安装有双转向透平式叶轮机。

4、如权利要求3所述的一种双转向叶轮发动机，其特征在于：所述压气装置(10)与所述做功装置(13)的壳体内，安装有所述压气装置(10)与所述做功装置(13)共用的叶轮轴，所述叶轮轴有正转叶轮轴(1)和反转叶轮轴(2)，位于所述压气装置(10)的壳体内的所述正转叶轮轴(1)和所述反转叶轮轴(2)上安装有相间排列的数组压气正转叶轮(14)和压气反转叶轮(15)，所述压气叶轮(14、15)用轴承(5)定位在轴承座(6)上；压气叶轮的所述轴承座(6)定位在所述压气装置(10)的外壳上；位于所述做功装置(13)的壳体内的所述正转叶轮轴(1)和所述反转叶轮轴(2)上安装有相间排列的数组做功正转叶轮(16)和做功反转叶轮(17)，所述做功叶轮(16、17)用轴承(5)定位在轴承座(6)上；做功叶轮的所述轴承座(6)定位在所述做功装置(13)的外壳上；

压气叶轮的所述轴承座(6)和做功叶轮的所述轴承座(6)上都设有正转轴孔(601)和反转轴孔(602)二个轴孔；所述正转叶轮轴(1)和所述反转叶轮轴(2)分别穿过所述正转轴孔(601)和所述反转轴孔(602)、将所有压气叶轮的所述轴承座(6)安装在位于所述压气装置(10)的壳体内的这部分所述正转叶轮轴(1)和所述反转叶轮轴(2)上，将所有做功叶轮的所述轴承座(6)安装在位于所述做功装置(13)的壳体内的这部分所述正转叶轮轴(1)和所述反转叶轮轴(2)上；

所有的所述压气正转叶轮(14)和所述压气反转叶轮(15)轮体上设有内齿圈(8)，所述正转叶轮轴(1)设有数个柱齿轮(7)，所述正转叶轮轴(1)设有的所述柱齿轮(7)的数量等于所述压气正转叶轮(14)与所述做功正转叶轮(16)之和，所述正转叶轮轴(1)的所述柱齿轮(7)与相对应的所述压气正转叶轮(14)和所述做功正转叶轮(16)上的所述内齿圈(8)啮合；

所有的所述做功正转叶轮(16)与所述做功反转叶轮(17)轮体上也设有内齿圈(8)；所述反转叶轮轴(2)上也设有数个柱齿轮(7)，所述反转叶轮轴(2)设有的所述柱齿轮(7)的数量等于所述压气反转叶轮(15)与所述做功反转叶轮(17)之和，所述反转叶轮轴(2)的所述柱齿轮(7)与相对应的所述压气反转叶轮(15)和所述做功反转叶轮(17)上的所述内齿圈(8)啮合；

所述正转叶轮轴(1)和所述反转叶轮轴(2)的轴端各设一个相啮合的定转比齿轮(9)。

5、如权利要求4所述的一种双转向叶轮发动机，其特征在于：相邻的所述压气正转叶轮(14)与所述压气反转叶轮(15)之间装有油、气密封环(18)，相邻的所述做功正转叶轮(16)与所述做功反转叶轮(17)之间装有油、气密封环(18)。

6、如权利要求3、4或5所述的一种双转向叶轮发动机，其特征在于：所述热交换器(11)与所述燃烧室(12)之间装有光热转换器(21)。

7、如权利要求6所述的一种双转向叶轮发动机，其特征在于：所述发动机装有耗能转换的控制系统。

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