CN111810242A - 高压旋转活塞叶轮蒸汽动力机 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种高压旋转活塞叶轮蒸汽动力机，属于将高压蒸汽的热能转化为机械能的旋转机械领域；解决如何充分利用高温高压蒸汽进而提高蒸汽动力机的热机效率，具体包括汽缸，汽缸包括机壳、底板和设置在底板上的多层环形隔板，隔板由内向外同心布置，主轴设置在隔板中心处的底板上，机壳通过主轴与隔板活动连接，最内层隔板内侧设置有进汽口，供汽机构与进汽口相连；隔板上设有汽门，汽门处设有挡板，挡板与一回弹联动机构相连接，用于对挡板的同时开启或闭合；机壳内侧面固定连接有与各个环形轨道位置相应的活塞，活塞位于环形轨道内；本发明实现了蒸汽的充分利用，提高了热机效率，增大了输出功率。

Description

高压旋转活塞叶轮蒸汽动力机

技术领域

本发明涉及一种将高压蒸汽的热能转化为机械能的旋转机械，尤其涉及一种高雅旋转活塞叶轮蒸汽动力机。

背景技术

蒸汽机将蒸汽作为工作介质，利用蒸汽在气缸内膨胀推动活塞做功，热机效率很低，将具有很高热能的蒸汽排出是一种能量的浪费，而蒸汽轮机是利用蒸汽在涡轮内膨胀推动涡轮做功，当蒸汽轮机停用后再启动还需要重新提供高温高压的蒸汽，将水加热成为高温蒸汽，每次启动都需要外力辅助，且无法达到火车蒸汽机的强推力，重复这个过程对能源的消耗很大。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提出了一种能够充分利用高温高压蒸汽进而提高热机效率的高压旋转活塞叶轮蒸汽动力机。

为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的。

高压旋转活塞叶轮蒸汽动力机，包括汽缸，所述汽缸与供汽机构相连，汽缸连接有用于动力输出的主轴，所述汽缸包括机壳、底板和设置在底板上的多层环形隔板，所述隔板由内向外同心布置，主轴设置在隔板中心处的底板上，机壳与相邻两个隔板、底板之间形成密闭的环形轨道；最内层隔板内侧设置有进汽口，供汽机构与进汽口相连。

所述隔板上设置有汽门，汽门处设置有用于封堵汽门的挡板，所有挡板与一回弹联动机构相连接，用于对挡板同时开启或闭合；隔板上设置有限位机构，用于对开启挡板的限位，在回弹联动机构的作用下汽门处于常开状态；所述机壳内侧面固定连接有与各个环形轨道位置相应的活塞，所述活塞位于环形轨道内。

进一步的，所述回弹联动机构包括连杆机构和凸轮，所述凸轮与主轴同心连接，凸轮与所述连杆机构咬合推动连杆机构运动，连杆机构包括主连杆、弹簧和与多个分支连杆，所述分支连杆与挡板对应设置，分支连杆的一端与主连杆相铰接，另一端与挡板相铰接，所述弹簧与分支连杆连接。

更进一步，所述隔板上设置有限位孔，所述限位孔内设置有销轴，挡板通过所述销轴与分支连杆相连接。

进一步的，所述分支连杆设置在底板的背部，所述主连杆和凸轮设置在底板的上部。

更进一步的，两个所述的连杆机构对称设置在机壳垂直轴向两侧，所述机壳的轴向两侧分别设置两个汽缸，连杆机构分别与一汽缸的挡板连接。

所述隔板上对称设置有两个汽门，所述机壳内侧面对应每个环形轨道设置有两个活塞。

进一步，所述机壳内侧固定连接有第一飞轮，所述第一飞轮与隔板同心设置并位于最外层的隔板外部。

更进一步，所述机壳固定连接有第二飞轮，所述第二飞轮与隔板同心设置并位于第一飞轮的外部，所述第一飞轮和第二飞轮之间设置有L形隔板，所述L隔板上设置有多个径向喷汽口。

进一步的，还包括底座，所述底板固定连接在底座上。

本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：

通过利用上一个环形轨道的排汽对位于下一个环形轨道内的活塞做功，实现了蒸汽的充分利用，提高了热机效率，增大了输出功率，通过将排汽作用到叶轮上对叶轮做功，又进一步提高了热机效率增大了输出的功率。由于最终排出的高压蒸汽温度较高还可以作为它用，节约能源。

附图说明

图1 为汽缸的正视图；

图2为挡板开启时汽缸沿A方向的剖视图；

图3为挡板闭合时汽缸沿A方向的剖视图，图中排汽管位置与图2相同，故省略；

图4为连杆机构的结构示意图；

其中，1为左底板，2为机壳，3为右底板，4为连杆机构，6为凸轮，7为主轴，8为轴承压盖，9为轴承，11为普通平键，14为第一挡板，15为第二挡板，16为挡板三， 29为第一飞轮，30为第二飞轮，31为第三飞轮，32为L型隔板，33为环形隔板一，34为环形隔板二，35为环形隔板三，36为环形隔板四，37为活塞，38为主连杆一，39为进汽口，40为限位槽，41为限位孔，42为销轴，43为分支连杆，44为弹簧，45为汽门，46为排汽管，60为底座。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例和附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例及附图详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。

如图1、图2、图3所示，是一种高压旋转活塞叶轮蒸汽动力机，包括左汽缸和右汽缸，左汽缸和右汽缸共用一个机壳2并对称分布，左底板1和机壳2密封连接构成了左汽缸，右底板3和机壳2密封连接构成了右汽缸，左底板1和右底板3均固定连接在底座60上，机壳2在高压蒸汽的推动下通过普通平键11带动主轴7旋转，用于输出动力。

左底板1和右底板3分别由内向外布置了与主轴7同心的四层环形隔板，分别是环形隔板一33、环形隔板二34、环形隔板三35和环形隔板四36，机壳2和相邻两个环形隔板形成密闭的环形轨道，环形隔板一33、环形隔板二34和环形隔板三35上沿主轴径向对称设置两个汽门45，环形隔板四36上设置多个径向喷汽口，在左底板1和右底板3上分别对称设置两个进汽口39，进汽口39与供汽装置（图中未示出）连接用于提供高温高压蒸汽，每个汽门处设置一个用于封堵汽门的挡板，第一挡板13呈L型，其侧面用于封堵汽门45，其底部用于封堵进汽口39，第二挡板14和第三挡板15只有用于封堵汽门的结构，隔板上设置有用于限制挡板过度开启位置的限位槽40以及设置有限位孔41，限位孔41内设置有销轴42，销轴42与挡板连接并带动挡板开启或闭合。

机壳内侧面对应每个环形轨道固定连接有两个活塞37，活塞37位于环形轨道内且位于开启后的汽门一侧，活塞37在环形轨道内受高压蒸汽的推动做圆周运动，从而带动机壳2旋转，在机壳2内侧还固定连接有与主轴7同心设置的三个飞轮，由内而外分别是第一飞轮29、第二飞轮30和第三飞轮31，第一飞轮29位于环形隔板四36的外部，每两个飞轮之间设置有多个呈环状间隔分布的L型隔板32，用于将蒸汽引导到下一个飞轮上，L型隔板32一端固定连接在左底板1或右底板3上，另一端与机壳2密封。

左底板1上设置回弹联动机构，用于对挡板的同时开启或闭合，回弹联动机构包括连杆机构和左凸轮6，如图4所示，连杆机构包括主连杆38、分支连杆43、和弹簧44，主连杆38与分支连杆43相连接并分别位于左底板1的两侧，弹簧44一端与左底板1固定连接，另一端与分支连杆43相连接，左凸轮6与主轴7连接并随主轴7一起旋转，左凸轮6通过与主连杆38咬合带动分支连杆43运动，进而通过销轴42使挡板同时闭合供活塞37通过，此时汽门45被封堵关闭进汽，弹簧44处于拉伸状态，当活塞37通过后弹簧44回位通过拉动分支连杆43使挡板同时开启，汽门打开开启进汽。

左汽缸和右汽缸中底板上设置的结构对应相同，其中回弹联动机构、环形隔板上汽门以及挡板的位置相对于主轴7的轴心呈90°分布。

高压旋转活塞叶轮蒸汽动力机具体的工作工程描述如下。挡板在连杆机构的作用下处于常开状态，当凸轮旋转到与主连杆38咬合的位置时挡板关闭供活塞37通过，此时挡板通过与其连接的分支连杆拉动主连杆运动，进而使连杆机构中的弹簧44处于拉伸状态，当活塞37通过后，弹簧44回位使挡板在连杆机构的作用下开启，所有的挡板在连杆机构的作用下是同时开启和关闭的。

机壳2与相邻两个环形隔板、底板之间形成密闭的环形轨道，当挡板开启时高温高压蒸汽通过底板上设置的进汽口39进入第一个环形轨道中，高温高压蒸汽推动活塞37做圆周运动，活塞37推动位于其前侧密闭空间中的上一圈剩余的高温高压蒸汽通过环形隔板一33上设置的汽门进入到第二个环形轨道中，活塞37带动机壳2旋转，机壳2带动主轴7旋转，从而将高温高压蒸汽的热能转化为机械能输出，由于位于第一个环形轨道中的活塞37将位于其前侧的高温高压蒸汽推入到了第二个环形轨道，这些高温高压蒸汽又会推动位于第二个环形轨道中的活塞37做圆周运动并对其做功，同样的，第二个环形轨道中的活塞37将上一圈剩余的高温高压蒸汽推动到下一个环形轨道，依次类推，这样可以充分利用上一个环形轨道排出的高温高压蒸汽对位于下一个环形轨道中的活塞37做功，当活塞37推动高温高压蒸汽进入到第三个环形轨道中时，高温高压蒸汽通过环形隔板四36上设置的汽门作用到第一飞轮29上，通过L型隔板32的引导部分蒸汽作用到第二飞轮30上，同样的，通过位于第二飞轮30和第三飞轮31之间的L型隔板32的引导蒸汽作用到第三飞轮31上，排出的汽体能量被逐级利用，最终通过排汽管46排出，由于飞轮的一端固定在机壳2上，所以可以进一步带动机壳2旋转，从而增加功率的输出，随着高温高压蒸汽的不断输入，通过上述过程就可以实现机械能的不断输出。

上述过程利用上一个环形轨道的排汽对位于下一个环形轨道中的活塞37和飞轮做功，使高温高压蒸汽得到充分的利用，从而增加了功率的输出，从最后一个环形轨道排出的蒸汽，一方面启动了飞轮，另一方面通过推动飞轮做功进一步增加了功率，由于相邻两个环形隔板的距离不大，高温高压蒸汽从最初进入到最终排出整个过程膨胀后压力有所降低，但温度变化不大，这样最终的排出的蒸汽还可以作为它用，比如取暖，节约能源，本申请中环形隔板和飞轮的个数可以根据所需要输出的功率大小做适应性调整。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (9)

1.高压旋转活塞叶轮蒸汽动力机，包括汽缸，所述汽缸与供汽机构相连，汽缸连接有用于动力输出的主轴（7），其特征在于，所述汽缸包括机壳（2）、底板和设置在底板上的多层环形隔板，所述隔板由内向外同心布置，主轴（7）设置在隔板中心处的底板上，机壳（2）与相邻两个隔板、底板之间形成密闭的环形轨道；最内层隔板内侧设置有进汽口（39），供汽机构与进汽口（39）相连；

所述隔板上设置有汽门，汽门处设置有用于封堵汽门的挡板，所有挡板与一回弹联动机构相连接，用于对挡板同时开启或闭合；隔板上设置有限位机构，用于对开启挡板的限位，在回弹联动机构的作用下汽门处于常开状态；所述机壳内侧面固定连接有与各个环形轨道位置相应的活塞（37），所述活塞（37）位于环形轨道内。

2.根据权利要求1所述的高压旋转活塞叶轮蒸汽动力机，其特征在于，所述回弹联动机构包括连杆机构和凸轮，所述凸轮与主轴同心连接，凸轮与所述连杆机构咬合推动连杆机构运动，连杆机构包括主连杆、弹簧和与多个分支连杆，所述分支连杆与挡板对应设置，分支连杆的一端与主连杆相铰接，另一端与挡板相铰接，所述弹簧与分支连杆连接。

3.根据权利要求2所述的高压旋转活塞叶轮蒸汽动力机，其特征在于，所述隔板上设置有限位孔，所述限位孔内设置有销轴，挡板通过所述销轴与分支连杆相连接。

4.根据权利要求2或3所述的高压旋转活塞叶轮蒸汽动力机，其特征在于，所述分支连杆设置在底板的背部，所述主连杆和凸轮设置在底板的上部。

5.根据权利要求4所述的高压旋转活塞叶轮蒸汽动力机，其特征在于，两个所述的连杆机构对称设置在机壳（2）垂直轴向两侧，所述机壳（2）的轴向两侧分别设置两个汽缸，连杆机构分别与一汽缸的挡板连接。

6.根据权利要求1-3任意一项所述的高压旋转活塞叶轮蒸汽动力机，其特征在于，所述隔板上对称设置有两个汽门，所述机壳内侧面对应每个环形轨道设置有两个活塞（37）。

7.根据权利要求1所述的高压旋转活塞叶轮蒸汽动力机，其特征在于，所述机壳内侧固定连接有第一飞轮，所述第一飞轮与隔板同心设置并位于最外层的隔板外部。

8.根据权利要求7所述的高压旋转活塞叶轮蒸汽动力机，其特征在于，所述机壳固定连接有第二飞轮，所述第二飞轮与隔板同心设置并位于第一飞轮的外部，所述第一飞轮和第二飞轮之间设置有L形隔板，所述L隔板上设置有多个径向喷汽口。

9.根据权利要求1所述的高压旋转活塞叶轮蒸汽动力机，其特征在于，还包括底座（60），所述底板固定连接在底座（60）上。

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