CN101550873B - 一种使用生物燃料的内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种使用生物燃料的内燃机。该内燃机包括：压气机、燃烧炉、反作用力推力器和转轴；压气机的出气口与燃烧炉的进气口连通，所述燃烧炉上设有燃料喷入口，所述燃料喷入口与燃料输送装置连接，燃烧炉的高温出气口与反作用力推力器的转子的进气口连通，反作力推力器的转子与转轴固定连接。该内燃机结构简单，燃烧炉在初次运转时需要汽油、柴油等燃料，运转后使用农业中秸杆和沙柳等生物燃料即可，该内燃机可作为发电机组的驱动设备，利用秸杆、沙柳植物等生物燃料进行发电，具有燃料成本低、污染小的特点。

Description

一种使用生物燃料的内燃机

技术领域

本发明涉及内燃机，尤其涉及一种使用生物燃料的内燃机。

背景技术

现有农业生产中会产生大量的生物材料，如秸杆和抗旱能力较好的植物沙柳等，一般这些生物材料大多作为废弃物，或作为家庭取暖或生活用的生物燃料，但目前还未见将这些生物燃料作为火力电厂发电用的燃料，分析其原因，主要是受到下述几方面的限制，才导致其不能未作为现有火电厂发电用的燃料：

(1)由于上述的生物燃料具有体积大、重量轻的特点，每次运输量受限，若运输路程过远，则导致运输成本过高，进而大幅增加了生物燃料的成本，从而失去了其实际的利用价值；

(2)大型火力发电厂不适用生物燃料，因为现有的大型火力发电厂多采用外燃型的锅炉作为主要设备，来带动发电机组进行发电，但这种外燃型的锅炉体积较大，并多以煤炭为燃料，运行时，需要较多的操作人员，并且这种外燃型锅炉不具备可随时停机性(对燃料可持续性要求较高)和对水的依赖性很强，因此，利用这种设备在村镇上建火力发电厂从经济角度而言也不具有可行性。

因此如何开发一种体积小、占地小，并可以应用农业生产中得到的生物燃料作为燃料，具有可随时停机性，且对水源的依赖性不大的内燃机，作为建设在村镇的小型火电厂的驱动设备，以实现发电下乡的目的是个急需解决的问题。

发明内容

基于上述现有技术所存在的问题，本发明实施例提供一种使用生物燃料的内燃机，具有体积小、可随时停机、对水源依赖性小及可使用生物燃料的特点。

本发明实施例是通过下述技术方案实现的：

本发明实施例提供一种使用生物燃料的内燃机，包括：

压气机、燃烧炉、反作用力推力器和转轴；

所述压气机的出气口与燃烧炉的进气口连通，所述燃烧炉上设有燃料喷入口，所述燃料喷入口与燃料输送装置连接，燃烧炉的高温出气口与反作用力推力器的转子的进气口连通，反作力推力器的转子与转轴连接。

由上述本实用新型实施方式提供的技术方案可以看出，本实用新型实施方式通过在压气机与燃烧炉后设置反作用力推力器，通过反作用力推力器的使压气机与燃烧炉产生的含有高灰分的高压空气及燃烧废气势能高速排出，在反作用力下将高压空气及燃烧废气势能转换为机械能，并由反作用力推力器的转子带动转轴转动。该内燃机结构简单，燃烧炉在初次运转时需要汽油、柴油等燃料，运转后使用农业中秸杆和沙柳植物等生物燃料即可，该内燃机可作为发电机组的驱动设备，利用秸杆、沙柳植物等生物燃料进行发电，具有燃料成本低、污染小的特点。

附图说明

图1为本发明实施例提供的内燃机的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的反作用力推力器的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的反作用力推力器的外罩结构示意图；

图4为本发明实施例提供的反作用力推力器的转子的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的反作用力推力器的压盘的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的反作用力推力器的压盘的后面结构示意图；

图7为本发明实施例提供的内燃机与发电机组连接的结构示意图。

具体实施方式

为便于理解，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例

本实施例提供一种使用生物燃料的内燃机，可作为发电机组的驱动设备，如图1所示，该内燃机包括：

压气机2、燃烧炉1、转轴4和反作用力推力器3；

其中，压气机2的出气口与燃烧炉1的进气口连接，所述燃烧炉1上设有燃料喷入口11、12，所述燃料喷入口11与燃料输送装置连接，燃烧炉1的高温出气口与反作用力推力器3的转子的进气口连接，反作力推力器3输出动力的转子31与转轴4连接。

上述内燃机中，压气机2可采用普通的涡轮压气机，也可采用现有的燃气轮机中使用的压气机，如离心压气机等，它的主要目的是吸入空气压缩后输出至燃烧炉。

上述内燃机的燃烧炉1可采用普通的密闭增压煤粉燃烧炉。该燃烧炉的燃烧室要适合粉状(固体燃料)燃料充分燃烧，有耐结垢性，耐腐蚀性、耐灰粉的功能，其具体结构与现有的增压煤粉燃烧炉基本相同。为使该燃烧炉燃烧稳定，可以其上设置一个值班喷嘴13，当燃烧不稳定时，通过值班喷嘴13喷入油类的液体燃料，以使燃烧炉1的燃烧稳定。

上述内燃机中的反作用力推力器3的结构如图2-图4所示，具体包括：

外罩30、转子31、连接轴39、压盘37和轴向滑动密封件32；

转子31活动设置在外罩30内，转子30一端固定设置连接轴39，转子31内固定设有螺旋管33，螺旋管33一端为进气口，另一端为出气口，进气口可与转子31的中心轴线重合，出气口与转子31的中心轴线呈一定角度伸出转子31外，转子31外壁与外罩30内壁之间设置轴向滑动密封件32，外罩30两端设置阻挡压紧该轴向滑动密封件32的压盘37。其中，转子31的进气口端的外罩30处可通过法兰38与燃烧炉1的高温出气口连通，以向转子31内引入燃烧炉1输出的高温燃气。轴向滑动密封件32可采用由石墨和石棉制成的盘根作为轴向滑动密封件，也可以采用其它的轴向滑动密封件，只要保证转子31与外罩30之间实现很好的滑动密封即可。如图5、6所示，上述反作用力推力器3中的压盘37可采用中空圆柱体结构，压盘37一端为压缩、压紧轴向滑动密封件的密封压紧部370，密封压紧部370后端的压盘37上设有连接法兰371，压盘37另一端内壁上设有多个突起叶片372形成的叶扇轮。叶扇轮的突起叶片372可以采用加厚的叶片，这样当压盘37的密封压紧部370压紧轴向滑动密封件32后，当转子31中的螺旋管33喷出的燃气时，燃气喷到突起叶片372形成的叶扇轮上产生一个反作用力，从而增大了燃气对反作用力推力器的转子31的反作用力，而这种加厚的突起叶片372可以在高温、高流速和高灰分燃气喷射的状态下有较长的工作时间。

实际中，转子31为一个中空圆柱体，螺旋管33通过支架391固定设置在转子31的中空圆柱体内，螺旋管33的进气口36可与转子中空圆柱体的中心轴线重合，出气口与转子31中空圆柱体的中心轴线呈一定角度伸出转子31外，具体可以是在转子底面设置一个与转子中心轴线呈一定角度的出气口331作为螺旋管33的出气口，这样就可以保证从螺旋管33进气口进入的高温燃气，以一定角度从螺旋管33的出气口喷出(图4中示意的方向A)，喷气后向转子31施加一个反作用力，从而可以推动转子31转动。而连接轴39也通过支架391固定在转子31中空圆柱体的一端，连接轴39及支架391内均设有冷却空气导管392，冷却空气导管392与转子31内壁与螺旋管33外壁之间的冷却空间连通，冷却空间与转子31底面上设置的冷却空气出口332连通，通过连接轴39及支架391可向转子31内的冷却空间引入冷却空气，以对螺旋管33进行冷却，冷却后的空气从冷却空气出口332喷出，也起到推动转子的作用，转动方向如图4中示意的方向B。

实际中上述反作用推力器转子中的螺旋管33不限于上述图示中的结构，可以采用其它结构形式，只要能实现向一定角度喷出高温燃气，推动转子转动，将高温燃气势能转化为机械能即可。

上述内燃机中还可以设置变速箱5，变速箱5与内燃机的转轴4连接。

上述的内燃机的工作过程为：压气机2输送压缩空气至燃料炉1，燃烧炉1内的燃料燃烧产生高温高压的燃气，燃气进入反作用力推力器3，燃气势能从反作用力推力器3中高速喷出，由于喷出气体的螺旋管33的出气口与转子的中中心轴线呈一定角度，喷出后的气体的反作用力作用在转子31上，推动转子31转动，进而带动与转子31连接的转轴4转动，将燃气势能转化成机械能输出。

上述内燃机中的压气机与燃烧炉部分的工作原理及结构与现有的燃气轮机相类似，与燃气轮机相区别的是在压气机与燃烧炉后设置的反作用力推力器，该反作用力推力器可将燃烧炉输出的含有高灰分的燃气势能转化为机械能。反作用力推力器的工作原理是通过一个螺旋管或导向管，改变燃烧炉输出燃气的气流方向，使高温、高压、高灰分的燃气势能在螺旋管的管道中产生具有很高动能的流速(参见图2中的空心箭头为高温燃气在螺旋管33中流动的方向)，从螺旋管的出气口高速喷出产生反作用力，并且由于螺旋管与反作用力的转子相固定，产生的反作力则作用在反作用力推力器的转子上，使转子沿一个方向进行高速旋转，靠推力做功，将燃气势能转化为机械能。并且，由于反作用力推力器的转子内部是中空结构，可将该中空部分作为冷却螺旋管的冷却空间(参见图2中的实心箭头为冷却气体在转子31的冷却空间36中流动，对螺旋管33和转子体进行冷却，冷却空气可从图4所示转子上的冷却空气出口332中流出)，具体冷却方法可参见现有燃气轮机的冷却办法，在此不再一一说明。反作用力推力器的各部件可采用金属材料来制备，以保证在高温、高压、高流速、高灰分和结结垢等恶劣环境中有较强的耐受力，从而保证有较强的工作时间和有效转换率。该反作用力推力器的推力＝推进济流量×喷气速度+(喷气出口压力-外界压力)乘以喷管出口面积。

上述内燃机的工作流程为：先由外力机械带动内燃机高速运转起来，压气机把压缩空气输送到燃烧炉内，这时燃烧炉的点火器用点燃的方式，把由燃料喷入口喷入燃烧炉内的燃料汽油或柴油点燃产生高温、高压的燃气，再由反作力推力器把燃气势能转化为机械能，这时内燃机也正常运转起来，在运转正常后，再由另一燃料喷入口喷入固体燃料来代替汽油、柴油成为借用燃料，并且在运行过程中，由于固定燃料燃烧连续性差，在工作时可能会在某个燃烧区出现断火现象，使燃烧炉燃烧不稳定，则通过燃烧炉上的外设的值班喷嘴喷入油类的液体燃料，来保持燃烧室中火焰的稳定性，从而保持内燃机的正常运转。

本发明实施例中的内燃机可作为发电机组的驱动设备，具有耗能低、使用方便，对水源依赖性小的特点，该内燃机与发电机组6连接的结构示意如图7所示。

由于上述内燃机具备低成本，易操作，维修成本较低，对水源依赖性不大、随时停机性及停机后后期保养费用少的优点。可将该内燃机作为驱动设备，以农村的村为单位成立小型火力发电厂，使用农业中秸杆和沙柳植物等生物燃料作为燃料进行火力发电，使秸杆和沙柳植物等变成有价值的商品，使农民手里秸杆、沙柳植物等生物燃料不出家门就能发电换成钱，减少了运输距离，以免因长途远输增加秸杆和沙柳等生物燃料成本，减小了其使用价值的问题。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种使用生物燃料的内燃机，其特征在于，包括：

压气机、燃烧炉、反作用力推力器和转轴；

所述压气机的出气口与燃烧炉的进气口连通，所述燃烧炉上设有燃料喷入口，所述燃料喷入口与燃料输送装置连接，燃烧炉的高温出气口与反作用力推力器的转子的进气口连通，反作用力推力器的转子与转轴固定连接；

所述反作用力推力器包括：外罩、转子、连接轴、压盘和轴向滑动密封件；

转子活动设置在外罩内，转子一端固定设置连接轴，转子内固定设置螺旋管，螺旋管的一端为进气口，另一端为出气口，所述螺旋管的出气口与转子的中心轴线呈一定角度伸出转子外，所述螺旋管的进气口与转子的中心轴线重合，转子外壁与外罩内壁之间设置轴向滑动密封件，外罩两端设置阻挡所述轴向滑动密封件的压盘。

2.根据权利要求1所述的一种使用生物燃料的内燃机，其特征在于，所述压气机采用涡轮压气机。

3.根据权利要求1所述的一种使用生物燃料的内燃机，其特征在于，所述燃烧炉采用密闭增压煤粉燃烧炉。

4.根据权利要求1或3所述的一种使用生物燃料的内燃机，其特征在于，所述燃烧炉上还设有值班喷嘴。

5.根据权利要求1所述的一种使用生物燃料的内燃机，其特征在于，所述转子为一个中空圆柱体，螺旋管通过支架固定设置在转子的中空圆柱体内，连接轴也通过所述支架固定在转子中空圆柱体的一端，所述连接轴和支架内均设有冷却空气导管，冷却空气导管与转子内壁与螺旋管外壁之间的冷却空间连通，冷却空间与转子另一端设置的冷却空气出口连通。

6.根据权利要求1或5所述的一种使用生物燃料的内燃机，其特征在 于，所述转子的螺旋管采用金属材料制备而成。

7.根据权利要求1所述的一种使用生物燃料的内燃机，其特征在于，所述轴向滑动密封件为由石墨和石棉制成的盘根。

8.根据权利要求1所述的一种使用生物燃料的内燃机，其特征在于，所述压盘为中空圆柱体结构，压盘一端为压紧轴向滑动密封件的密封压紧部，密封压紧部后端的压盘上设有连接法兰，压盘另一端内壁上设有多个突起叶片形成的叶扇轮。

9.根据权利要求1所述的一种使用生物燃料的内燃机，其特征在于，所述内燃机还包括：

变速箱，该变速箱与所述转轴连接。 

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