CN102072071A - 蒸汽发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明给出一种简单的蒸汽发电装置，它包括常规的蒸汽发生器、发电机，它还包括蒸汽引水器、循环水箱、蒸汽引水控制器和水轮机；蒸汽引水器的外形为竖管状，上端口有封头，下端口是敞口，上端口封头有蒸汽管接到蒸汽发生器，下端口插入循环水箱水中；一个轴流式水轮机，位于竖管状的蒸汽引水器中，比循环水箱水面稍高，竖放的水轮机轴，通过传动机构，水平地穿出蒸汽引水器的器壁，连接发电机；在蒸汽引水控制器的控制下，蒸汽发生器生产的蒸汽输送到蒸汽引水器，并引发蒸汽水击，使循环水箱的水从下向上进入蒸汽引水器后，又被蒸汽从上向下推出，下行水流推动水轮机，水轮机带动发电机发电。

Description

蒸汽发电装置

技术领域

本发明涉及发电装置，特别是涉及到一种以水蒸气为做功媒质的蒸汽发电装置。   

背景技术

燃煤发电对环境最大的冲击来自于煤燃烧所释放出的硫化物、氮氧化物、及微尘，其排放量与使用的煤、电厂的除污设备、及电厂容量有关。燃煤电厂会释放大量的二氧化碳气体到外界环境，二氧化碳被认为是地球大气温室效应转强的主要原因。燃煤是不可再生的能源。

燃油发电所用燃油的开采也会对环境带来冲击，但相对于煤矿开采，其影响较小。燃油的运输也有可能对环境带来冲击。燃油的燃烧亦会排放氮化物及硫化物。燃油在使用前的提炼过程亦会污染环境，释放有毒化学物质，如铅、水银、镉、及砷到外界环境，这些污染物质会进入水源及食物链，对人体的健康造成影响。燃油也是不可再生的能源。

使用天然气发电确实较燃煤及燃油为干净，但是氮化物及硫化物的排放仍然不可避免。天然气也是不可再生的能源。

水力发电虽然不会排放污染物到环境，但水坝的建造会淹没大片的土地，必须迁移许多居民与野生动物，水库也会影响到附近，以及下游河川的生态。

用生物质能发电将需要大片的土地，这是因为生物质能来源于生物质。所谓生物质，就是所有来源于植物、动物和微生物的可再生的物质。生物质转化为能量形式，如燃气、燃油、酒精等，再按照通用的发电技术发电。植物的种植需要大量的肥料与杀虫剂，植物的燃烧虽不会产生二氧化硫，但会产生微尘，也会产生二氧化碳。

核能发电的热能来自核分裂，因此不会有空气污染的问题，可是核分裂的过程中会产生大量的放射性物质。正常运转的核电厂，将不可避免排放非常微量的放射性物质到外界环境。但是如果核能电厂发生严重的事故时，会有较大量的放射性物质释放到外界环境，对环境及民众造成伤害。

对于风力发电，由于风能是随机性的，风力的大小时刻变化，必须根据风力大小及电能需要量的变化及时通过控制装置来实现对风力发电机组的控制。

尽管如此，风力发电很难实现稳定供电。风力发电不会造成空气污染，但有可能会对发电装置附近的鸟类造成伤害。

太阳是地球永恒的能源，它以光辐射的形式每秒钟向太空发射约3.8×1020MW能量，其中有22亿分之一投射到地球上。巨大的太阳能是地球上万物生长之源，充分利用太阳能具有持续供能和环保双重伟大的意义。

煤、石油等常规能源储量有限，人们不能过分依赖常规能源集中供电这种方式，应充分利用太阳能的分布式能源系统，″到处阳光到处电″是倡导利用绿色能源的永恒主题。

太阳能发电的方式主要有太阳能热发电的聚光发电和不通过热过程发电的光伏发电。太阳能发电装置在发电过程中，不会造成空气污染。但是在光伏发电中，太阳能电池板所用的光电芯片的制造过程中，会产生大量的有毒废弃物。目前，相对便宜的太阳能电池板往往效率很低，无法生产出足够的电能；而高效的太阳能电池板十分昂贵，无法在普通消费者中推广。

太阳能热发电对环境没有任何污染，它基本工作原理是利用太阳能集热器将太阳能收集起来，通过蒸汽发生器加热工质，产生高压高温蒸汽，驱动热动力装置，带动发电机发电，从而将太阳能转换为电能。

由于太阳能可以被贮存在具有热贮功能的蓄热装置里，因此，比起太阳能电池板来，太阳热能发电系统可以利用储热，晚上也可以发电；或是白天，在太阳被乌云遮住的情况下，太阳能热发电站仍然能够继续工作。

现在一些地区的人用太阳灶做饭烧水，太阳灶的主体是抛物面形状的镜面，把阳光反射以后再聚焦，焦点就是放锅烧水的地方。太阳能热发电的蒸汽发生器原理就和太阳灶一样，但其规模要大很多。

总的说来，至今还没有一种可以利用任何能源的简单的发电装置。

大型的火电站、热电站、水电站，更不用说核电站，不是轻而易举地就可以在任何地方建成的。常见的汽油发电机和柴油发电机，结构都比较复杂，一旦出了问题，非专业人士难以解决。汽油发电机和柴油发电机，只能使用汽油或柴油作燃料。

如果能有一种简单的可以利用任何燃料的发电装置，就可以大大改善人们的生产、生活条件。例如：当人们用太阳灶做饭烧水时，太阳灶产生的水蒸气就可以利用来发电；工厂企业生产过程中，产生的大量废蒸汽，也可以回收利用来发电；在海岛、边防哨所、草原、大山深处、偏僻乡村等无电地区，利用简易或既有蒸汽发生器，甚至利用家用的高压锅，可以自建蒸汽发电站。

上述有关发电装置的背景技术，在以下专著中有详细描述：

1、邢运民，陶永红，现代能源与发电技术，西安：西安电子科技大学出版社，2007

2、蔡兆麟，刘华堂，何国庚，能源与动力装置基础，北京：中国电力出版社，2004

发明内容

本发明的目的是要给出一种可以利用任何能源的简单的蒸汽发电装置。

本发明的蒸汽发电装置的具体发电过程是：利用任何燃料燃烧，对水加热产生蒸汽，蒸汽通过热力过程作用于水，使水流动，水流推动水轮机，水轮机带动发电机发电。它是通过蒸汽与水两级做功媒质，实现热能向电能的转变。这种发电装置，可以使用任何能源，能量转换机构简单，制造容易，投资小，操作简便，工作可靠。

为达到上述目的，本发明给出的蒸汽发电装置，它由蒸汽发生器、蒸汽引水器、循环水箱、蒸汽引水控制器、水轮机、发电机共六部分组成。

本发明的蒸汽发电装置，它包括蒸汽发生器、发电机，蒸汽发生器生产蒸汽，发电机对外发电；它还包括蒸汽引水器、循环水箱、蒸汽引水控制器和水轮机；蒸汽引水器，它的外形为竖管状，上端口有封头，下端口是敞口，上端口封头有蒸汽管接到蒸汽发生器，下端口插入循环水箱水中；水轮机是轴流式水轮机，它位于竖管状的蒸汽引水器中，比循环水箱水面稍高，竖放的水轮机轴，通过传动机构，水平地穿过蒸汽引水器的器壁，连接发电机；在蒸汽引水控制器的控制下，蒸汽发生器生产的蒸汽输送到蒸汽引水器，循环水箱的水从下向上进入蒸汽引水器后，又被蒸汽从上向下推出，下行水流推动水轮机，水轮机带动发电机发电。

蒸汽发生器可以是任何能产生蒸汽的装置，大到可以是蒸汽锅炉，小到可以是家用的高压锅。蒸汽引水器、循环水箱和蒸汽引水控制器的组合又称作蒸汽引水装置。水轮机和发电机的组合称作水轮发电机。

本发明的蒸汽发电装置，它的详细工作过程是：由蒸汽发生器生产水蒸气，在蒸汽引水控制器对相关阀门的控制下，蒸汽从上向下进入蒸汽引水器，水由循环水箱进入蒸汽引水器的底部。在蒸汽引水器中，通过对蒸汽流动过程的控制，可以产生蒸汽与水的对流水击过程，蒸汽引水器的底部的水，向上迎面高速冲击蒸汽；对流水击完成后，蒸汽推水向下运动，水回到循环水箱；由于对流水击和蒸汽推动作用，蒸汽引水器内部的水上下循环流动，通过设置在蒸汽引水器下部的水轮机，流经水轮机的转轮；由于蒸汽推动，向下运动的水流与转轮进行能量传递，推动转轮，带动水轮机主轴旋转；水轮机带动发电机，发电机对外发电。

基本过程为：蒸汽发生器生产的蒸汽输送到蒸汽引水器，在蒸汽引水控制器的控制下，发生汽水对流水击，循环水箱的水向上进入蒸汽引水器后，蒸汽再向下推动水流，水流推动水轮机，水轮机带动发电机发电。

蒸汽引水器是本发明的一个核心设备，在蒸汽引水器中实现蒸汽与水之间的能量传递，蒸汽的热能转换成水的压能和动能。蒸汽引水器的主体结构是一个竖管，在竖管上部有蒸汽口和空气口，在竖管底部有水口。循环水箱是一个部分敞口的箱体，内装动力循环用水。蒸汽引水器的竖管被固定在循环水箱中，竖管与水面垂直，其水口伸到循环水箱水面以下。

蒸汽引水器蒸汽管上的电磁阀，受蒸汽引水控制器控制。在蒸汽引水控制器内部，有控制电磁阀开闭的控制电路。电磁阀开闭的时序是固定的，而电磁阀开闭时间的长短，可通过改变蒸汽引水控制器内部电路中元件的参数进行调整。

当蒸汽引水器内的高温蒸汽，与蒸汽引水器水口处的循环水箱的常温水接触，蒸汽溶于水，蒸汽引水器内蒸汽量减少，蒸汽引水器内压力降低，循环水箱的常温水进入蒸汽引水器，由于水口处水流扰动作用，产生波动的水流，及飞溅的水滴，扩大了与蒸汽接触的水的表面积，蒸汽溶于水的速度加快，更进一步促进蒸汽引水器内压力降低，循环水箱的常温水快速进入蒸汽引水器，如此循环叠加作用，终于激起了蒸汽引水器内部的汽水对流水击，循环水箱的常温水爆炸式的从下向上进入蒸汽引水器，并占据蒸汽引水器内部全部空间。然后，通过空气口向蒸汽引水器内常温水的上部供给少量空气，在常温水的上方形成一个薄空气层。从蒸汽引水器的顶部向蒸汽引水器内注入蒸汽，由于空气层的隔离作用，仅有极少量蒸汽溶入水中；在蒸汽引水器内，蒸汽推动水体向下运动，推动水体从蒸汽引水器水口流出。

水轮机转轮放在蒸汽引水器内部，水轮机转轮利用水流的压能和动能做功。水流经过水轮机时充满整个流道，压力水流绕流水轮机转轮叶片时，水的动能和压能变小，而水轮机获得旋转机械能。水轮机与发电机搭配，水轮机获得的机械能，转换成发电机的电能向外输出。

本发明的优点是：

1、用本发明的蒸汽发电装置，大到可以为地区建电厂，为企业建电站，小到可以为一家一户发电，可以使用任何能源，可以建在任何需要电的地方。

2、本发明蒸汽发电装置，设备少，不需要庞大的凝汽器，发电装置体积小，重量轻，便于维护。

3、本发明的蒸汽发电装置的水轮机是在常温下工作，不需要昂贵的耐高温合金材料；水轮机转速低，震动较小；水轮机壳体内的水压低，壳体抗压强度要求低。

4、本发明的蒸汽发电装置，能量转换机构简单，制造容易，投资小，操作简便，工作可靠。

附图说明

图1是本发明蒸汽发电装置实施例的总体组成图；

图2是本发明蒸汽发电装置实施例的蒸汽发生器结构图；

图3是本发明蒸汽发电装置实施例的蒸汽引水装置组成图；

图4是本发明蒸汽发电装置实施例的蒸汽引水器结构图；

图5是本发明蒸汽发电装置实施例的蒸汽引水器工作原理图；

图6是本发明蒸汽发电装置实施例的蒸汽引水控制器电路图；

图7是本发明蒸汽发电装置实施例的水轮机结构图；

图8是本发明蒸汽发电装置实施例的发电机结构图；

图9是本发明蒸汽发电装置实施例的齿轮传动机构结构图；

图10是本发明蒸汽发电装置实施例在发电厂中的布置方案。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细描述。

图1是本发明蒸汽发电装置实施例的总体组成图。

蒸汽发电装置实施例的总体组成由蒸汽发生器、蒸汽引水器、循环水箱、蒸汽引水控制器、水轮机、发电机共六部分组成。

蒸汽发生器4是能源设备，它生产蒸汽；蒸汽引水器100、蒸汽引水控制器102和循环水箱103的组合称为蒸汽引水装置，为能量转换单元，这是本发明的核心部分；水轮机230和发电机210的组合，又称作水轮发电机。

基本的工作过程是：

给水箱3向蒸汽发生器4供应动力循环水，在蒸汽发生器4中，燃料燃烧对水加热，产生蒸汽；

在蒸汽引水控制器102的控制下，蒸汽进入蒸汽引水器100，由于蒸汽在水中的溶解作用，循环水箱103的水进入并充满蒸汽引水器100；

在蒸汽引水器100中，蒸汽膨胀做功，推水下行，流过水轮机230的转轮，水流的能量转换成转轮的旋转机械能，推动水轮机230工作。水轮机230输出轴通过齿轮传动机构233，带动发电机210，发电机210向外输出电力；

通过水轮机做过功的动力循环水，再流入循环水箱103。在循环水箱103内有一个盘管式散热器239，带走由于蒸汽凝结使水增加的热量，使循环水箱103内的动力循环水维持常温。

图2给出了本发明蒸汽发电装置实施例的蒸汽发生器的结构图。

本发明蒸汽发电装置实施例的蒸汽发生器，可以是任何能产生蒸汽的装置，大到可以是蒸汽锅炉，小到可以是家用的高压锅。本图给出蒸汽锅炉，它向蒸汽引水器供应做功用的蒸汽。所述蒸汽发生器包括：省煤器、汽包、燃烧器、炉膛、受热管、过热器和蒸汽管，受热管包括对流管和水冷壁。

蒸汽发生器4的给水泵11，通过省煤器16连接汽包14，向蒸汽发生器提供给水。燃烧器10向蒸汽发生器炉膛93内喷进燃料并燃烧，燃烧火焰对受热管73加热，受热管73包括对流管和水冷壁。蒸汽发生器4的受热管73中的水，被加热产生蒸汽，汇入到汽包14。汽包14输出的饱和蒸汽进入过热器91，从过热器91出口得到的过热蒸汽经过蒸汽管92输出。

图3给出了本发明蒸汽发电装置实施例的蒸汽引水装置的组成图。

蒸汽引水装置包括：蒸汽引水器100、蒸汽引水控制器102、循环水箱103。

蒸汽引水器100的本体，是一个由上下两段不同直径的上竖管和下竖管相接构成的，上竖管较细，下竖管较粗。上竖管上头的端板外接两个管，一个是空气管，其上有空气阀和逆止阀，另一个蒸汽管，其上蒸汽阀。空气阀是手动的，蒸汽阀是电动的。下竖管的下端口是竖管水口，竖管水口垂直向下浸入循环水箱103的循环水中。

循环水箱103是一个装水的箱体，箱体内部装有动力循环用水，箱体水面上部与环境空气相通。蒸汽引水器100被固定在循环水箱103中，与水面垂直。循环水箱103箱体内部的动力循环用水中，设有冷却盘管，以维持动力循环用水保持常温。

蒸汽引水控制器102用来控制蒸汽引水器100。蒸汽引水控制器102的输出信号，用来控制蒸汽引水器100蒸汽管的蒸汽阀的开闭时序。

图4给出了本发明蒸汽发电装置实施例的蒸汽引水器的结构图。

本发明蒸汽发电装置实施例的蒸汽引水器100的本体，是一个由上下两段不同直径的上下竖管相接构成的，上竖管111较细，下竖管112较粗，上竖管和下竖管相接处的连管114是个上小下大的锥管。上竖管111上头的端板外接两个管，一个是空气管119，其上有空气阀43和逆止阀115，另一个蒸汽管110，与蒸汽发生器连通，其上蒸汽阀41。下竖管的下端口是竖管水口113，竖管水口113垂直向下浸入循环水箱的循环水中。

蒸汽阀是电磁阀，有全开和全闭两个状态，受蒸汽引水控制器控制。当电磁阀处于全开状态时，阀孔内通流面积与阀孔前后管道通流面积相等。

蒸汽引水器上竖管和下竖管的内径及长度，是蒸汽引水器的关键结构尺寸，它与蒸汽引水器的蒸汽消耗量、贮水容积和水轮机尺寸、功率有关，需要根据蒸汽引水器的输出功率和蒸汽参数来综合考虑。一般说来，下竖管长度约为1.5m～2.0m，其直径根据选用的水轮机的外径确定。上竖管长度不超过9m，因为一个大气压约为11米水柱，其直径根据选用的水轮机的功率确定。

图5给出了本发明蒸汽发电装置实施例的蒸汽引水器的工作原理图。

蒸汽引水器100的工作原理可分解为四个过程来说明，对应地用5-1、5-2、5-3、5-4等四个图来表示。

5-1图表示的是吹扫过程。打开蒸汽阀41，通过蒸汽管110向蒸汽引水器100内注入高温蒸汽，吹扫蒸汽引水器竖管内漏入的空气，通过水轮机230，从蒸汽引水器的竖管水口113排出。关闭蒸汽阀41。

5-2图表示的蒸汽引水过程。蒸汽阀41处于关闭状态，蒸汽引水器内充满高温蒸汽。在竖管水口处，下面是循环水箱内的常温水，竖管内部是高温蒸汽，竖管内的高温蒸汽迅速溶入竖管水口下边的常温水，竖管水口下边的水向竖管水口内涌入。由于蒸汽溶于水，造成蒸汽引水器内蒸汽压力下降，水迅速涌入，从下向上流过水轮机，紊乱的水流扩大了与蒸汽的接触表面积，加快了蒸汽溶于水速度。由于蒸汽与水的循环互动，很快引发蒸汽水击，循环水箱内的常温水迅速冲进蒸汽引水器，几乎瞬间就占据了竖管内的全部空间。

5-3图表示的是进空气过程。当蒸汽与水循环互动，引发蒸汽水击，循环水箱内的常温水迅速冲进蒸汽引水器的时候，竖管的管内空间为负压状态，外界空气通过微启的空气阀43，和逆止阀，通过空气管119，向蒸汽引水器内流入少量空气，在竖管的上端板的下表面和进水的上表面之间，形成一个薄空气层。在此过程中，蒸汽管110的蒸汽阀41处于关闭状态。

5-4图表示的是蒸汽推水过程。打开蒸汽阀41，通过蒸汽阀41，向蒸汽引水器内注入定量高温蒸汽后，关闭蒸汽阀41。由于空气层的阻碍作用，仅有极少量高温蒸汽溶入竖管内的常温水。高温蒸汽的进汽和膨胀过程做功，推动空气层和竖管内的常温水加压、加速流动，从上向下流过水轮机，再通过竖管水口流出，进入循环水箱。

本发明蒸汽发电装置实施例的蒸汽引水器的蒸汽阀是依靠电磁力动作的电磁阀，通电时开启，断电时关闭。上述5-1图表示的吹扫过程，是利用手动电开关控制阀门进行的；而从5-2图表示的进水，5-3图表示的进空气，和5-4图表示的开闭蒸汽阀，蒸汽推水过程，开始循环做功，即反复地进行从5-2图到5-4图的过程，是由蒸汽引水控制器自动控制唯一的蒸汽阀来完成的。

图6给出了本发明蒸汽发电装置实施例的蒸汽引水控制器的电路图。

这是利用一个两级时序定时器，按定时驱动一个磁力电开关，控制蒸汽阀的电磁阀的电路。采用两个555集成电路，产生两个顺序脉冲，第二个555集成电路的输出端接到第一个555集成电路的触发端，实现非稳态工作。

第一个555集成电路120，为了能可靠复位，防止干扰的影响，其复位端(管脚4)和电源端(管脚8)都直接与V+电源相接。集成电路120的接地端(管脚1)接地，控制端125(管脚5)通过一个电容接地，防止干扰信号影响脉冲的脉宽。其触发端122(管脚2)的触发信号，来自第四个555集成电路150的输出信号，经由电阻121和电容124所组成的微分电路产生的触发脉冲，脉宽约1微秒，下跳沿起作用。当触发端122(管脚2)被触发，且脉冲电压低于V+/3时，内部触发比较器翻转，输出端(管脚3)输出高电平。放电端127(管脚7)内部开路，电源V+开始通过定时电阻128向定时电容129充电。定时电容129上充电到2V+/3时，阈值端126(管脚6)内部的阈值比较器翻转，定时电容129迅速放电到地电位，输出端回到低电平。定时时间约为1.1*定时电阻*定时电容。定时电阻128为1兆欧姆，定时电容129为1微法拉，定时时间约为1秒。其输出端123的输出信号通过电阻162接到电流放大管160的基极，这是一个3DK4管，它的集电极回路中，有一个磁力电开关161，控制蒸汽引水器的蒸汽阀，进水蒸气1秒钟。

第二个555集成电路130，其触发端132(管脚2)的触发信号，来自第一个555集成电路120的输出信号，经由电阻和电容所组成的微分电路产生的触发脉冲。定时时间为2秒。第二个555集成电路130，其输出端133的输出信号接到第一个555集成电路的触发端，实现非稳态工作。

2秒钟定时是用于延时，在这2秒时间内完成：

1、蒸汽在蒸汽引水器内膨胀推水。在水面上有一薄空气层，由于空气层的阻碍作用，仅有极少量高温蒸汽溶入竖管内的常温水。高温蒸汽的进汽和膨胀过程做功，推动空气层和竖管内的常温水加压、加速流动，从上向下流过水轮机做功，再通过竖管水口流出，进入循环水箱。

2、蒸汽排完水，停止流动，立刻引发蒸汽水击。循环水箱的水，向蒸汽引水器进水。水流由下而上地经过水轮机，但水轮机不能反向转，从下向上进水时水轮机不做功。

3、在此期间，蒸汽引水器内部空间是负压状态，少量的环境空气，通过微启的空气阀和逆止阀，通过空气管进入蒸汽引水器内，聚集在水面上，形成一个空气薄层。

图7给出了本发明蒸汽发电装置实施例的水轮机的结构图。

本图为轴流式水轮机结构简图。

轴流式水轮机是利用水流的压力能和动能做功的反击式水轮机。其工作特点是：轴流式水轮机的转轮与沿轴向流动的水流，进行能量的转换。它在下竖管112内，它是由转轴235、叶片232、齿轮传动机构233、固定架234、输出轴231等组成。从下竖管112向下的水流，均匀地流经由转轴235和叶片232构成的转轮，转轮又称工作轮，它是水轮机的核心，其作用是将水流的能量转换为水轮机的旋转机械能。转轮的叶片的断面形状为翼形，在转轮转动过程中，其叶片完成与轴向水流间的能量转换，水轮机的主轴旋转时，它就带动齿轮传动机构233和输出轴231，向外做功。齿轮传动机构233包含两部分：变速器、棘轮机构。齿轮传动机构233的输出轴和输入轴转速不同，而且是双向输入单向输出。输入轴随着转轮可以正反转，但输出轴只能一个方向转。

本图表示的轴流式水轮机的转轮与水之间的能量交换，与通常的情况不同，那就是水流方向不是固定一个方向，而是交变地上下来回流动，反复地从不同的方向冲刷水轮机的转轮。但输出轴配合发电机，只能一个方向转。

轴流式水轮机结构简单，强度高，效率高。

图8给出了本发明蒸汽发电装置实施例的发电机的结构图。

本发明的发电机是交流无刷旋转磁极式同步发电机，旋转磁极式发电机的电枢是固定的，而磁极是旋转的。磁极绕组在转子铁心槽内，电枢绕组均匀分布在整个定子铁心槽内，电枢绕组输出的交流电流可直接送往负载。

交流无刷旋转磁极式同步发电机的具体结构，主要有：发电机转子211、发电机定子212和发电机主轴215。发电机转子211包括发电机转子铁心、转子磁极绕组、转轴、励磁机转子213、旋转整流器216。发电机定子212包括机座、定子铁心、定子电枢绕组、端盖、轴承盖、励磁机定子214。

交流励磁机产生的交流电，经过旋转整流器整流后，供同步发电机的转子磁极励磁用。交流励磁机的定子为磁极，而转子为电枢。

发电机运行时会产生多种损耗而引起发热，在发电机转子上，装有风扇217对发电机进行通风冷却，以保证发电机的温升控制在允许的范围内。

图9给出了本发明蒸汽发电装置实施例的齿轮传动机构结构图。

本发明的齿轮传动机构是水轮机的一部分，齿轮传动机构的壳体内有变速器236和棘轮机构237。

齿轮传动机构的输出轴231和输入轴即转轴235的转速不同，输出轴231配合发电机，应该转得更快，输入轴即转轴235转速较慢。变速器236完成输入输出的转速变换，最简单的变速器，如图所示，就是一对啮合的大小伞齿轮。

由于在本发明的蒸汽引水器内部，水流上下方向变换，所以转轮正反转，转轴235随着转轮正反转，但输出轴231配合发电机，只允许沿着一个方向转。也就是说对于齿轮传动机构，是双向输入单向输出，这个任务由棘轮机构237来完成。棘轮机构237的结构，是圆管内置棘轮。棘轮连接转轴235，随着转轮正反转。圆管连接变速器236的大伞齿轮的轴，只能沿着一个方向旋转，输出轴231也就只沿着一个方向转。

图10给出了本发明蒸汽发电装置实施例在发电厂中的布置方案。

蒸汽发生器4生产的蒸汽，输送到蒸汽引水器100。循环水箱103的水，由于蒸汽水击而进入蒸汽引水器100后，又被高压蒸汽推动向下流动，水流推动水轮机230旋转，水轮机带动发电机210发电。流过水轮机做过功的水，流回循环水箱。散热塔8连接循环水箱内的盘管式散热器，用来冷却动力循环用水。对于小型发电站，可以不用散热塔，用小型的空冷散热器，或晾水池散热。在发电机210的输入轴上，也可以加装一个惯性轮，使发电机210的输入轴旋转更均匀，发电机210对外输电更平稳。

Claims (7)

1.一种蒸汽发电装置，它包括蒸汽发生器、发电机，蒸汽发生器生产蒸汽，发电机对外发电，其特征在于：

(1)它还包括蒸汽引水器、循环水箱、蒸汽引水控制器和水轮机；

(2)所述蒸汽引水器，它的外形为竖管状，上端口有封头，下端口是敞口，上端口封头有蒸汽管接到蒸汽发生器，下端口插入循环水箱水中；

(3)所述水轮机，它位于竖管状的蒸汽引水器中，比循环水箱水面稍高，竖放的水轮机轴，通过传动机构，水平地穿过蒸汽引水器的器壁，连接发电机；

(4)在蒸汽引水控制器的控制下，蒸汽发生器生产的蒸汽输送到蒸汽引水器，循环水箱的水从下向上进入蒸汽引水器后，又被蒸汽从上向下推出，下行水流推动水轮机，水轮机带动发电机发电。

2.按照权利要求1所述的一种蒸汽发电装置，其特征在于：

所述蒸汽发生器包括：省煤器、汽包、燃烧器、炉膛、受热管、过热器、蒸汽管；

蒸汽发生器的给水泵，通过省煤器连接汽包，向蒸汽发生器提供给水；燃烧器向蒸汽发生器炉膛内喷进燃料并燃烧，燃烧火焰对受热管加热，受热管包括对流管和水冷壁；蒸汽发生器的受热管中的水，被加热产生蒸汽，汇入到汽包；汽包输出的饱和蒸汽进入过热器，从过热器出口得到过热蒸汽，再经过蒸汽管输出。

3.按照权利要求1所述的一种蒸汽发电装置，其特征在于：

所述蒸汽引水器，它的本体是一个由上下两段不同直径的上下竖管相接构成的，上竖管较细，下竖管较粗，上竖管和下竖管相接处的连管是个上小下大的锥管；上竖管上头的端板外接两个管，一个是空气管，其上有空气阀和逆止阀，另一个蒸汽管，与蒸汽发生器连通，其上蒸汽阀；下竖管的下端口是竖管水口，竖管水口垂直向下浸入循环水箱的循环水中。

4.按照权利要求1所述的一种蒸汽发电装置，其特征在于：

所述循环水箱是一个装水的箱体，箱体内部装有动力循环用水，箱体水面上部与环境空气相通；蒸汽引水器被固定在循环水箱中，与水面垂直；循环水箱箱体内部的动力循环用水中，设有冷却盘管，以维持动力循环用水保持常温。

5.按照权利要求1所述的一种蒸汽发电装置，其特征在于：

所述蒸汽引水控制器，是一个利用两级时序定时器，按定时驱动一个磁力电开关，控制蒸汽阀的电磁阀的电路；采用两个555集成电路，产生两个顺序脉冲，第二个555集成电路的输出端接到第一个555集成电路的触发端，实现非稳态工作；

第一个555集成电路，为了能可靠复位，防止干扰的影响，其复位端和电源端都直接与V+电源相接。集成电路的接地端接地，控制端通过一个电容接地，其触发端的触发信号，来自第二个555集成电路的输出信号，定时时间约为1.1*定时电阻*定时电容，定时时间1秒，其输出端的输出信号，通过电阻接到电流放大管的基极，启动磁力电开关，控制蒸汽引水器的蒸汽阀，进水蒸气1秒钟；

第二个555集成电路，其触发端的触发信号，来自第一个555集成电路的输出信号，定时时间为2秒，第二个555集成电路输出端的输出信号，接到第一个555集成电路的触发端，实现非稳态工作。

6.按照权利要求1所述的一种蒸汽发电装置，其特征在于：

所述水轮机是轴流式水轮机，它在下竖管内，它由转轴、叶片、齿轮传动机构、固定架和输出轴等组成；从下竖管向下的水流，均匀地流经由转轴和叶片构成的转轮，水流的能量转换为转轮的旋转机械能，转轮带动齿轮传动机构和输出轴，向外做功；齿轮传动机构包含两部分：变速器、棘轮机构，齿轮传动机构的输入轴随着转轮可以正反转，但输出轴只能一个方向转。

7.按照权利要求1所述的一种蒸汽发电装置，其特征在于：

所述发电机是交流无刷旋转磁极式同步发电机，旋转磁极式发电机的电枢是固定的，而磁极是旋转的，磁极绕组在转子铁心槽内，电枢绕组均匀分布在整个定子铁心槽内，电枢绕组输出交流电流送往负载；

交流无刷旋转磁极式同步发电机的具体结构，主要有：发电机转子、发电机定子和发电机主轴，发电机转子包括发电机转子铁心、转子磁极绕组、转轴、励磁机转子、旋转整流器、风扇，发电机定子包括机座、定子铁心、定子电枢绕组、端盖、轴承盖、励磁机定子；

交流励磁机产生的交流电，经过旋转整流器整流后，供同步发电机的转子磁极励磁用，交流励磁机的定子为磁极，而转子为电枢。

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