CN103195483A

CN103195483A - 新型汽轮机

Info

Publication number: CN103195483A
Application number: CN 201210479018
Authority: CN
Inventors: 袁丽君
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-11-22
Filing date: 2012-11-22
Publication date: 2013-07-10
Also published as: CN103835769B; CN103835769A

Abstract

本发明涉及一种新型汽轮机，其结构包括：圆环涵道缸体(GT)、螺旋筋板(LJ)、转动盘(P)、耦合转子(C)，其中圆环涵道缸体(GT)是一个有圆环形空腔的固定缸体，空腔的轴面剖视图为圆形，螺旋筋板(LJ)位于空腔内，沿空腔的圆弧面分布，并与圆环涵道缸体(GT)联结为一体，空腔的缸体开有缸体环槽，转动盘(P)位于缸体环槽中；耦合转子(C)安装在转动盘(P)上，位于空腔内，其外径边缘与空腔的内表面相接触，其转动轴线与转动盘(P)的转动轴线垂直，并与空腔的圆环轴线相切，耦合转子(C)沿半径方向开有耦合槽，螺旋筋板(LJ)可以穿过耦合槽，当耦合转子(C)和转动盘(P)与圆环涵道缸体(GT)发生相对转动时，螺旋筋板(LJ)与耦合槽的滑动啮合推动耦合转子(C)围绕自身转动轴线自转。

Description

新型汽轮机

发明领域：

本发明涉及一种新型汽轮机。

发明背景：

本发明所涉及的新型汽轮机，可广泛应用于汽车行业、工程机械、发电机、船舶等国民经济各领域。

现有的被广泛使用的，尤其是用在船舶上的汽轮机，为燃气轮机形式以及汽轮机形式，其结构较为复杂，体积庞大，目前汽轮机的动力效率都没有达到理想的水平。而在节能环保要求非常迫切的形势下，汽车行业更加需要高效率的以膨胀介质如蒸汽、压缩气、液化气体等为能量来源的动力装置。

本发明提出了一种全新的汽轮机的设计方案，具有结构简单、运行可靠、效率高的特点，同时还具有高压力输入、无压力排放的特点。膨胀介质的压力能量被全部转换为输出转矩。

关于本发明专利叙述中的名词解释：

1.轴面剖视图：与转动轴线相重合的平面上剖切所得的视图。如图1所示。

2.旋转面视图和旋转面剖视图：与转动轴线相垂直的平面上投影所得的视图。如图2和图3-1所示。

3.转动轴线：转动体或旋转空间的转动轴线。如图1中的转动轴线O和图2中的转动轴线R。

4.圆环轴线：轴面剖视图为圆形的三维体圆环，其圆的环绕轴线。如图1和图2中的轴线Q。

发明内容：

本发明涉及一种新型汽轮机，其结构主要包括：圆环涵道缸体(GT)、螺旋筋板(LJ)、转动盘(P)、耦合转子(C)，其中圆环涵道缸体(GT)是一个有圆环形空腔的固定缸体，圆环形空腔的轴面剖视图形状为圆形；螺旋筋板(LJ)位于圆环形空腔内，沿圆环形空腔的圆弧面分布，并与圆环涵道缸体(GT)联结为一体，圆环形空腔的缸体开有缸体环槽，转动盘(P)位于缸体环槽中；耦合转子(C)安装在转动盘(P)上，位于圆环形空腔内，耦合转子(C)的外径边缘与圆环形空腔的内表面相接触，其转动轴线R与转动盘(P)的转动轴线O垂直，并与圆环形空腔的圆环轴线Q相切；耦合转子(C)沿半径方向开有耦合槽，螺旋筋板(LJ)可以穿过耦合槽，当耦合转子(C)和转动盘(P)与圆环涵道缸体(GT)发生相对转动时，螺旋筋板(LJ)与耦合槽的滑动啮合推动耦合转子(C)围绕自身转动轴线自转；螺旋筋板(LJ)沿圆环形空腔的圆弧表面分布，使得耦合转子(C)随转动盘(P)与圆环涵道缸体(GT)产生相对转动，并以均匀转速转动时，耦合转子(C)因耦合槽与螺旋筋板(LJ)的滑动啮合而围绕自身转动轴线R以均匀转速自转；

螺旋筋板(LJ)的起始端位于转动盘(P)的一侧，并与耦合转子(C)的耦合槽开始滑动啮合，随着转动盘(P)与圆环涵道缸体(GT)之间的相对转动，耦合转子(C)在螺旋筋板(LJ)的推力作用下自转，到达转动盘(P)的另一侧的螺旋筋板(LJ)的终止端，则螺旋筋板(LJ)与耦合槽脱离啮合，并继续转动，回到螺旋筋板(LJ)起始端的一侧，又开始下一次的滑动啮合；

耦合转子(C)将圆环涵道缸体(GT)的圆弧面、转动盘(P)、螺

筋板(LJ)三者之间的空间分隔成高压区和低压区，膨胀介质进入高压区膨胀产生压力，推动耦合转子(C)在圆环形空腔内围绕转动盘(P)的转动轴线O向低压区一侧转动，从而带动转动盘(P)输出扭矩；

圆环涵道缸体(GT)的转动盘(P)附近的高压区一侧的位置为膨胀介质进入的位置，圆环涵道缸体(GT)的转动盘(P)附近的低压区一侧的位置为排汽的位置；

单个圆环涵道缸体(GT)内装有至少两个螺旋筋板(LJ)和至少两个耦合转子(C)，圆环涵道缸体(GT)内的多个螺旋筋板(LJ)可以并联排布，也可以串联排布，圆环涵道缸体(GT)内的多个耦合转子(C)以转动盘(P)的转动轴线O为对称轴对称排布，螺旋筋板(LJ)上装有筋板环，耦合转子(C)上装有转子环，本发明所述新型汽轮机可以由多个共轴的圆环涵道缸体(GT)组成。

这样设计的新型汽轮机，转动盘(P)在膨胀介质的压力作用下作连续的圆周运动，向机构输出扭矩，整个系统没有作直线往复运动的元件，也没有复杂的蜗轮叶片，机构变得简单，重心也大幅度降低，无转动死角，同时膨胀介质如蒸汽、燃气、压缩气、液化气体等可以持续喷入，因此，膨胀介质的输送及控制变得简单，膨胀介质的膨胀压力全部被转换为输出转矩，并实现无压力排放。

附图说明：

图1本发明实施例之一的轴面剖视图

图2本发明图1所示实施例的转动盘与耦合转子组合体的剖视图

图3耦合转子视图

图4本发明图1所示实施例工作原理简图

图5本发明另一实施例工作原理简图

图6装有筋板环的实施例的局部视图

图7装有转子环的实施例的局部视图

在本发明专利的附图说明中，图示的零部件的结构、尺寸及形状并不代表实际的零部件的结构、尺寸及形状，也不代表零部件之间的实际大小比例关系，图示只是用简明的方式对本发明实施例予以说明。

图1显示了本发明实施例之一的轴面剖视图，从图中可以看出，本发明所述新型汽轮机的结构主要包括：圆环涵道缸体(GT)、螺旋筋板(LJ)、转动盘(P)耦合转子(C)及这些装置的位置。

图2显示了本实施例的转动盘和耦合转子的组合体的剖视图(剖切面为旋转面A-A)，图3显示了耦合转子的视图。

图1所示圆环涵道缸体(GT)是一个有圆环形空腔K的固定缸体，圆环形空腔K的轴面剖视图形状为圆形，螺旋筋板(LJ)位于圆环形空腔K内，沿圆环形空腔K的圆弧面分布，图1所示共有4条螺旋筋板(LJ)，并与圆环涵道缸体(GT)联接成一体，圆环形空腔K的右侧偏向转动轴线O的位置开有缸体环槽，转动盘(P)位于缸体环槽内；

图1和图2所示，耦合转子(C)安装在转动盘(P)上，并位于圆环形空腔K内，4个耦合转子(C)以转动轴线O为对称轴对称排布，耦合转子(C)的外径边缘与圆环形空腔K的内表面相接触，耦合转子(C)的转动轴线R与转动盘(P)的转动轴线O相垂直，并与圆环形空腔K的圆环轴线Q相切；

图3所示，耦合转子(C)沿半径方向开有耦合槽，本实施例有4道耦合槽与4个螺旋筋板(LJ)相对应，螺旋筋板(LJ)可以穿过耦合槽，当耦合转子(C)和转动盘(P)与圆环涵道缸体(GT)发生相对转动时，螺旋筋板(LJ)与耦合槽的滑动啮合，推动耦合转子(C)围绕自身转动轴线R自转；螺旋筋板(LJ)沿圆环形空腔K的圆弧面分布，使得耦合转子(C)随转动盘(P)与圆环涵道缸体(GT)产生相对转动，并以均匀速度公转时，耦合转子(C)因耦合槽与螺旋筋板(LJ)的滑动啮合而围绕自身转动轴线R以均匀转速自转；在本实施例中，耦合转子(C)按照从转动盘(P)的内侧，即靠近转动轴线O的一侧开始向圆环涵道缸体(GT)的内侧，即圆环涵道缸体(GT)的直径最小处转动，再向圆环涵道缸体(GT)的外侧，即圆环涵道缸体(GT)的直径最大处转，再转到转动盘(P)的外侧，如此循环转动。螺旋筋板(LJ)的起始端位于转动盘(P)的内侧，并与内侧保持接触，耦合转子(C)的耦合槽与螺旋筋板(LJ)的起始端开始滑动啮合，随着转动盘(P)在圆环涵道缸体(GT)内的转动，耦合转子(C)在螺旋筋板(LJ)的推力作用下自转，到达转动盘(P)的外侧的螺旋筋板(LJ)的终止端，则螺旋筋板(LJ)与耦合转子(C)的耦合槽脱离啮合，继续转动回到螺旋筋板(LJ)的起始端一侧，又开始下一个滑动啮合。上述的啮合过程是其中一个耦合转子(C)的其中一个耦合槽与其中之一的螺旋筋板(LJ)的啮合过程，其它每个耦合转子(C)、每个耦合槽与任何一个螺旋筋板(LJ)的啮合过程与此相同。

耦合转子(C)将圆环涵道缸体(GT)的圆弧面、转动盘(P)和螺旋筋板(LJ)三者之间的空间分隔成高压区和低压区，膨胀介质进入高压区膨胀产生压力，推动耦合转子(C)在圆环形空腔K内围绕转动盘(P)的转动轴线O向低压区一侧转动，从而带动转动盘(P)输出扭矩。

为了说明上述过程，用图4显示了螺旋筋板(LJ)在圆环形空腔K的圆弧面n～m～e～m′～n′上沿周向展开一周的平面图，将空间的圆弧面展开为一个圆形的平面图，尽管空间的圆弧面展开为一个圆形的平面会缺乏精确性，但可简明地显示其工作原理。

图4所示，内圆1-2-3-4表示与转动盘(P)内侧相邻的螺旋筋板(LJ)开始端的圆弧n，外圆8-12-16-20表示与转动盘(P)外侧相邻的螺旋筋板(LJ)的终止端的圆弧n′，4条螺旋筋板LJ₁、LJ₂、LJ₃、LJ₄分别从点位1、2、3、4开始，终止于点位8、12、16、20，每两条相邻的螺旋筋板(LJ)之间的角度分别占有90°的圆弧空间，也就是耦合转子(C)上的两个相邻的耦合槽的径向夹角为90。，因此，例如1～17、17～14、14～11、11～8分别占有1～8线段的1/4长度，其它如2～12、3～16、4～20之间依此相同。假如设定开始时，耦合转子(C₁)位于1～8位置，耦合转子(C₂)位于2～12位置，耦合转子(C₃)位于3～16位置，耦合转子(C₄)位于4～20位置，以螺旋筋板(LJ₁)和螺旋筋板(LJ₂)之间的高压区和低压区的变化来说明本发明所述新型汽轮机的工作原理：耦合转子(C₁)从点位1～8转到点位2～12，相应的耦合转子(C₄)从点位4～20转到点位1～8，此时，1-2-5区域为膨胀介质进入的过程，仅有耦合转子(C₂)受到膨胀介质的推力作用，当耦合转子(C₁)和耦合转子(C₄)转到点位3和点位2时，耦合转子(C₁)和耦合转子(C₄)之间的2-9-6-5区域充满了膨胀介质，同时，膨胀介质也停止喷入该区域，此时，因耦合转子(C₁)的9-6的受力区的半径比耦合转子(C₄)的2-5受力区的半径大，因此，耦合转子(C₁)受到顺时针方向的推力，而耦合转子(C₁)从点位2到点位3的过程一直受到膨胀介质的推力；当耦合转子(C₁)和耦合转子(C₄)转到点位4和点位3时，该压力区的面积从2-9-6-5增大并转至9-10-7-6，因耦合转子(C₁)的10-7受力面积的半径大于耦合转子(C₄)的9-6的受力区半径，因此耦合转子(C₁)受到顺时针方向的推力，当耦合转子(C₁)和耦合转子(C₄)转到点位1和点位4时，和上述受力情况相同，耦合转子(C₁)依然受到顺指针方向的推力，当耦合转子(C₁)从点位8向点位12转动时，也就是耦合槽从m′向n′弧位转动时，该压力区尽管将从最大受力半径向小转变，但排汽口已经位于该压力区，并使该区进入排汽状态。

上述过程为耦合转子(C₁)和耦合转子(C₄)之间的一个压力区从高压向低压转变的过程，其它的压力区也是同样的方式转变，这个转变过程是膨胀介质持续从1-2-3-4圆弧位喷入并持续在8-12-16-20圆弧位排出的过程，在这个过程中，每个压力区的膨胀介质都在持续地推动耦合转子(C)转动并通过转动盘(P)输出扭矩，在上述耦合转子(C₁)和耦合转子(C₄)之间压力区的例子中，1～2圆弧位喷入膨胀介质，也可以在圆弧位1和2之间取点2′，这样喷入膨胀介质的圆弧位为1～2′，同样道理，可以将排汽的圆弧位改为8′～12，这样可以找出喷入膨胀介质和排汽的适当时间，使得膨胀介质的压力转变为最大的有效功率。

通过调整圆环涵道缸体(GT)的圆环形空腔K的最大直径和最小直径，或者耦合转子(C)的直径和圆环形空腔K的圆环轴线Q的直径，以及选择合理的耦合转子(C)的数量以及螺旋筋板(LJ)的数量，可以将膨胀介质的能量完全转变为有效的功率，最终使本发明所述新型汽轮机无压力排放。

图5显示了本发明另一实施例的工作原理简图，其工作原理与图4所示实施例相同，不同的是：4个螺旋筋板(LJ)之中，螺旋筋板(LJ₁₁)和螺旋筋板(LJ₂₁)为串联，螺旋筋板(LJ₁₂)与螺旋筋板(LJ₂₂)为串联，也就是螺旋筋板(LJ₁₁)和螺旋筋板(LJ₁₂)的起始端或终止端分别与转动盘(P)另一侧的螺旋筋板(LJ₂₁)和螺旋筋板(LJ₂₂)的终止端或起始端相对应，每个耦合转子(C)围绕转动轴O公转一周，耦合转子(C)的同一个耦合槽与前后两个螺旋筋板(LJ)滑动啮合，也就是耦合转子(C)要自转2周，而螺旋筋板(LJ₁₁)和螺旋筋板(LJ₁₂)为并联，螺旋筋板(LJ₂₁)与螺旋筋板(LJ₂₂)并联，也就是本实施例中有4个螺旋筋板(LJ)，也有若干个耦合转子(C)，但每个耦合转子(C)只有两个耦合槽。

图6所示为螺旋筋板(LJ)上装有筋板环的实施例的局部轴面剖视图，图示的筋板环安装在螺旋筋板(LJ)的凹槽中，螺旋筋板(LJ)与筋板环之间装有弹性装置，以保持筋板环与转动盘(P)之间的接触，用以提高压力区的密封性能。

图7所示为耦合转子(C)上装有转子环的实施例的转子轴面局部剖视图，其安装方式、使用原理与直线往复式活塞发动机的活塞环相同，在此不再一一赘述。

本发明所述的新型汽轮机可以用多个共轴圆环涵道缸体(GT)组成，每个缸体的耦合转子(C)相互错开并处于等分角度的状态，使得每个圆环涵道缸体(GT)处于相互补偿的受力状态，这样可以使本发明所述新型汽轮机输出的转矩更为稳定连续。

关于喷射装置、排汽装置、膨胀介质的供应系统及控制系统，密封系统、润滑系统、支承装置、安全保护装置等等，本领域的技术人员均已知晓，并在本领域广泛应用，不再在此一一赘述。

上述实施例以图示的方式说明了本发明，但是以图示方式说明的上述实施例不是对本发明的限制，本发明由权利要求限定。

Claims

1.本发明涉及一种新型汽轮机，其结构包括：圆环涵道缸体、螺旋筋板、转动盘、耦合转子，其特征在于：所述圆环涵道缸体是一个有圆环形空腔的固定缸体，所述圆环形空腔的轴面剖视图形状为圆形，所述螺旋筋板位于所述圆环形空腔内，沿圆环形空腔的圆弧面分布，并与所述圆环涵道缸体联结为一体，所述圆环形空腔的缸体开有缸体环槽，所述转动盘位于缸体环槽中；

所述耦合转子安装在转动盘上，位于所述圆环形空腔内，耦合转子的外径边缘与圆环形空腔的内表面相接触，其转动轴线与转动盘转动轴线垂直，并与圆环形空腔的圆环轴线相切，所述耦合转子沿半径方向开有耦合槽，螺旋筋板可以穿过耦合槽，当耦合转子和转动盘与圆环涵道缸体发生相对转动时，螺旋筋板与耦合槽的滑动啮合推动耦合转子围绕自身转动轴线自转；

所述螺旋筋板沿所述圆环形空腔的圆弧表面分布，使得耦合转子随转动盘与圆环涵道缸体产生相对转动并以均匀转速转动时，耦合转子因耦合槽与螺旋筋板的滑动啮合而围绕自身转动轴线以均匀转速自转；

所述螺旋筋板的起始端位于转动盘的一侧，并与耦合转子的耦合槽开始滑动啮合，随着转动盘与圆环涵道缸体之间的相对转动，耦合转子在螺旋筋板的推力作用下自转，到达转动盘的另一侧的螺旋筋板的终止端，则螺旋筋板与耦合槽脱离啮合，并继续转动，回到螺旋筋板起始端的一侧，又开始下一次的滑动啮合；

所述耦合转子将圆环涵道缸体的圆弧面、转动盘、螺旋筋板三者之间的空间分隔成高压区和低压区，膨胀介质进入高压区膨胀产生压力，推动耦合转子在所述圆环形空腔内围绕转动盘的转动轴心向低压区一侧转动，从而带动转动盘输出扭矩。

2.根据权利要求1所述的新型汽轮机，其特征在于：所述圆环涵道缸体的转动盘附近的高压区一侧的位置，为膨胀介质进入的位置，所述圆环涵道缸体的转动盘附近的低压区一侧的位置，为排汽的位置。

3.根据权利要求1所述的新型汽轮机，其特征在于：所述单个的圆环涵道缸体内，装有至少两个螺旋筋板和至少两个耦合转子。

4.根据权利要求3所述的新型汽轮机，其特征在于：所述单个的圆环涵道缸体内的多个螺旋筋板，可以并联排布，也可以串联排布。

5.根据权利要求3所述的新型汽轮机，其特征在于：所述圆环涵道缸体内的多个耦合转子，以转动盘的转动轴线为对称轴对称排布。

6.根据权利要求1所述的新型汽轮机，其特征在于：所述螺旋筋板上装有筋板环。

7.根据权利要求1所述的新型汽轮机，其特征在于：所述耦合转子上装有转子环。

8.根据权利要求1所述的新型汽轮机，其特征在于：所述新型汽轮机可以由多个共轴圆环涵道缸体组成。