CN113217114A - 一种封闭旋转式环形涡喷蒸汽轮 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种封闭旋转式环形涡喷蒸汽轮，包括外壳、中间轴、密封喷射腔、喷射环、密封环片、排气收集器及进气收集器，在所述外壳的内壁上固装有密封喷射腔，在密封喷射腔内设置有喷射环，在喷射环的内圈密封喷射腔上转动安装有密封环片；在所述外壳的中部同轴安装有中间轴，在外壳的内部中间轴上从下至上依次同轴穿转有排气收集器及进气收集器，在所述排气收集器的外壁上间隔均布有进气分管，该排气分管穿过密封环片与喷射环连接，喷射环上通过间隔均布的排气分管穿过密封环片与进气收集器连接。本封闭旋转式环形涡喷蒸汽轮，有效减少了在喷射过程中蒸汽的散失，提高了蒸汽做功的效率；同时，避免了蒸汽对零部件的腐蚀，延长了蒸汽轮的使用寿命。

Description

一种封闭旋转式环形涡喷蒸汽轮

技术领域

本发明属于发动机领域，涉及一种蒸汽轮，特别是一种封闭旋转式环形涡喷蒸汽轮。

背景技术

蒸汽轮机是利用蒸汽或其他气流作为动力源的一种旋转式原动机，他具有功率大、结构简单、易损件少、振动小、噪音小等优点。蒸汽轮是蒸汽轮机上的旋转做功部分，其主要由蒸汽(气流)喷嘴(也称静叶)、动叶(也称叶片)两大部分构成，喷嘴固定在机壳或隔板上，动叶固定在轮盘上。传统的蒸汽轮机工作原理是：蒸汽(气流)连接在蒸汽轮的喷嘴上，通过喷嘴(静叶)喷出蒸汽作用到固定在轮盘上的叶轮(叶片)上，叶轮带动轮盘旋转，旋转的轮盘通过轮盘中心的传动轴把旋转动力输出到其他设备上(如：发动机)。

传统蒸汽轮机蒸汽为开放式喷射，喷射以后，蒸汽就会散失掉，不但造成蒸汽的浪费，而且，蒸汽在蒸汽轮机内到处飘散，容易造成零部件的腐蚀，影响其使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构设计科学合理、降低蒸汽的耗费量、延长使用寿命、提高做功效率、易于实现的封闭旋转式环形涡喷蒸汽轮。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种封闭旋转式环形涡喷蒸汽轮，其特征在于：包括外壳、中间轴、密封喷射腔、喷射环、密封环片、排气收集器及进气收集器，在所述外壳的内壁上固装有密封喷射腔，在密封喷射腔内设置有喷射环，在喷射环的环壁上设置有与密封喷射腔垂直喷射的喷射孔，在喷射环的内圈密封喷射腔上转动安装有密封环片；在所述外壳的中部同轴安装有中间轴，在外壳的内部中间轴上从下至上依次同轴穿转有排气收集器及进气收集器，在所述排气收集器的外壁上设有一圈进气分流器，该进气分流器将蒸汽输送至喷射环内，喷射环喷出的蒸汽通过进气收集器外壁设置的排气分流器输送至进气收集器内；所述的中间轴为一上下两端均设置气道的结构，上端的气道形成排气气道，下端的气道形成进气气道，在排气气道处对应进气收集器的位置设有进气孔，在进气气道处对应排气收集器的位置设有排气孔。

而且，所述的进气分流器由在排气收集器外壁上间隔均布的进气分管构成，各所述进气分管穿过密封环片与喷射环连接；所述排气分流器由在进气收集器外壁上间隔均布的排气分管构成，该排气分管穿过密封环片与喷射环连接。

而且，所述的排气收集器与进气分流器为一体式的结构，所述的进气收集器与排气分流器为一体式的结构，各一体式的结构均由实心圆饼、盖板及管状气道构成，在实心圆饼中部开有一凹槽，在凹槽的顶面密封设置盖板，盖板与凹槽所形成的空间为进气收集器或排气收集器，在排气收集器及进气收集器的内壁均间隔设置有一圈管状气道，该管状气道沿实心圆饼的径向设置，与排气收集器连接的管状气道形成进气分流器，与进气收集器连接的管状气道形成排气分流器，各管状气道的另一端均穿过密封环片与喷射环对接。

而且，在所述饼形环的外缘上下端面上设有竖直的立面，该两个立面均通过密封条密封安装在密封喷射腔的安装槽内，所述的两个立面形成密封环片。

而且，还包括调压阀，在各所述的进气分管上设置有调压阀。

而且，所述的密封喷射腔为一单级密封喷射腔，其由上下扣装的上涡槽及下涡槽构成，在上涡槽与下涡槽之间设有喷射环，在上涡槽与下涡槽之间的内圈转动设置有密封环片，该密封环片为一截面为矩形的圆环，其通过上下设置的密封条密封转动安装在喷射上涡槽与喷射下涡槽的外侧端之间，喷射上涡槽与喷射下涡槽的内侧端密封对接；所述的上涡槽及下涡槽均由槽体以及在槽体上间隔均布的阻力片构成，各阻力片在槽体上呈45°倾斜设置，上涡槽与下涡槽扣合后，上下的阻力片形成一端开口小另一端开口大的喇叭状结构，所述的喷射环为在其环壁四周设置喷射孔的结构，各喷射孔在环壁上呈45°设置，蒸汽由喷射孔喷出后垂直射到阻力片上。

而且，所述的阻力片还可以为平直的板体结构，在所述槽体三个方向的槽壁上均设置有呈45度倾斜设置的阻力片。

而且，所述的阻力片与槽体为分体式的结构，在槽体内嵌装有阻力片；所述的阻力片与槽体为一体式的结构，在槽体内一体成型有阻力片。

而且，所述的密封喷射腔为一多级密封喷射腔，其由多组上下同轴设置的单级密封喷射腔构成，每一级密封喷射腔内的喷射环由U形连接管连通，位于最下端的喷射环通过进气分流器与排气收集器连通，位于最上端的喷射环通过排气分流器与进气收集器连通。

而且，在所述外壳的底部设置有气源接嘴，该气源接嘴为截面为T形的结构，在T形结构的下方设有连接气源设备的法兰，在外壳的上下两端均设置有安装孔，所述的中间轴均通过密封圈转动安装在外壳的安装孔处，中间轴的上端由上端的安装孔处穿出，中间轴的下端位于下端安装孔的内部，中间轴的下端面与下端安装孔的下端面之间留有一定的间隙，所述气源接嘴的水平部安装在下端的安装孔处，气源接嘴的竖直部与下端的安装孔相对接。

而且，所述的喷射环为内部相互连通的环形结构。

而且，所述的喷射环为由多段弧形分体拼接而成的环形结构，各段弧形分体互不相通。

本发明的优点和积极效果是：

本封闭旋转式环形涡喷蒸汽轮，通过将之前开放喷气式蒸汽轮设计为封闭式蒸汽轮，有效减少了在喷射过程中蒸汽的散失，提高了蒸汽做功的效率；同时，由于减少了蒸汽在蒸汽轮内的流窜，也从一定程度上避免了蒸汽对零部件的腐蚀，延长了蒸汽轮的使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为本发明实施例1的剖视图；

图3为本发明实施例2的结构示意图；

图4为本发明实施例2的剖视图；

图5为本发明实施例2另一种结构的结构示意图；

图6为本发明实施例2另一种结构的剖视图；

图7为本发明二级密封喷射腔的结构示意图(分解图)；

图8为本发明多段弧形分体拼接而成喷射环的结构示意图(剖面为圆形)；

图9为本发明多段弧形分体拼接而成喷射环另一种实施方式的结构示意图(剖面为矩形)；

图10为本发明饼形环状排气分流器及进气分流器与一级喷射环、二级喷射环装配的结构示意图；

图11为示意饼形环与排气收集器或进气收集器一体式的结构示意图(盖板打开)；

图12为示意饼形环与排气收集器或进气收集器一体式的剖视图。

附图标记说明

1-中间轴、2-外壳、3-气源接嘴、4-上涡槽、5-中间涡槽、6-下涡槽、7-二级喷射环、8-一级喷射环、9-U形连接管、10-排气气道、11-进气孔、12-排气孔、13-排气分管、14-调压阀、15-进气分管、16-进气收集器、17-进气气道、18-排气收集器、19-密封环片、20-输出头、21-阻力片、22-弧形分体、23-实心圆饼、24-竖管、25-盖板、26-气道、27-接头横管。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例做进一步详述：

一种封闭旋转式环形涡喷蒸汽轮，其创新之处在于：包括外壳2、中间轴1、密封喷射腔、喷射环、密封环片19、排气收集器及进气收集器，在所述外壳的内壁上固装有密封喷射腔，在密封喷射腔内设置有喷射环，在喷射环的环壁上设置有与密封喷射腔垂直喷射的喷射孔，在喷射环的内圈密封喷射腔上转动安装有密封环片；

在所述外壳的中部同轴安装有中间轴，在外壳的内部中间轴上从下至上依次同轴穿转有排气收集器及进气收集器，在所述排气收集器的外壁上设有一圈进气分流器，该进气分流器将蒸汽输送至喷射环内，喷射环喷出的蒸汽通过进气收集器外壁设置的排气分流器输送至进气收集器内；所述的中间轴为一上下两端均设置气道的结构，上端的气道形成排气气道，下端的气道形成进气气道，在排气气道处对应进气收集器的位置设有进气孔11，在进气气道处对应排气收集器的位置设有排气孔12。

所述的排气分流器及进气分流器包括两种实施形式，一种直接由管实现，即在所述排气收集器的外壁上间隔均布有进气分管，该进气分管穿过密封环片与喷射环连接，喷射环上再通过间隔均布的排气分管穿过密封环片与进气收集器连接；另一种为在一饼形的圆环上径向间隔设置管状气道的形式，即所述的排气分流器及进气分流器均由饼形环以及在饼形环内沿其径向圆周均布的管状气道构成，该气道的一端与排气收集器或进气收集器的内部连通，气道的另一端穿过密封环片后对接在喷射环上。

为了方便装配，所述的饼形环为与排气分流器或进气分流器一体成型的结构。即在一实心圆饼的中部开有一凹槽，在凹槽的顶面设置盖板，该盖板与凹槽的空间形成进气收集器或排气收集器。在凹槽的槽壁上设置有向外延伸的管状气道，气道的一端对接在进气收集器或排气收集器内，气道的另一端对接在喷射环内。

还包括调压阀，在各所述的进气分管上设置有调压阀14。该调压阀可以是弹簧机械式也可以为电磁控制式。

所述的密封喷射腔为一单级密封喷射腔，其由上下扣装的上涡槽及下涡槽构成，在上涡槽与下涡槽之间设有喷射环，在上涡槽与下涡槽之间的内圈转动设置有密封环片，该密封环片为一截面为矩形的圆环；所述的上涡槽及下涡槽均由槽体以及在槽体上间隔均布的阻力片构成，各阻力片在槽体上呈45°倾斜设置，上涡槽与下涡槽扣合后，上下的阻力片形成一端开口小另一端开口大的喇叭状结构，所述的喷射环为在其环壁四周设置喷射孔的结构，各喷射孔在环壁上呈45°设置，蒸汽由喷射孔喷出后垂直射到阻力片上。

所述的密封喷射腔为一多级密封喷射腔，其由多组上下同轴设置的单级密封喷射腔构成，每一级密封喷射腔内的喷射环由U形连接管9连通，位于最下端的喷射环通过进气分流器与排气收集器连通，位于最上端的喷射环通过排气分流器与进气收集器连通。

所述的密封环片为一截面为矩形的圆环，其通过上下设置的密封条密封转动安装在上涡槽与下涡槽的外侧端之间，上涡槽与下涡槽的内侧端密封对接。密封环片用于上涡槽与下涡槽之间，起到密封的作用，防止喷射环喷出的蒸汽外溢，防止蒸汽流体发生紊乱形成阻力降低能量转换效率。

本发明的封闭旋转式环形涡喷蒸汽轮包括两种实施方式，一种为中间轴为动力输出轴的实施方式，另一种为外壳为动力输出的实施方式。

实施例1，中间轴为动力输出轴的实施方式

由附图1-2所示，

所述的密封喷射腔为一二级密封喷射腔结构，为了方便装配，可将上部单级密封喷射腔的下涡槽与下部单级密封喷射腔的上涡槽设计为一体的结构，其共同形成中间涡槽，

具体的，该二级密封喷射腔结构，包括分别固装在外壳内壁上的上涡槽4、中间涡槽5及下涡槽6，中间涡槽与下涡槽扣合后形成一级喷射空间，上涡槽与中间涡槽扣合后形成二级喷射空间，在一级喷射空间及二级喷射空间内分别安装有一级喷射环8及二级喷射环7，在一级喷射空间及二级喷射空间的外圈处分别设有与其相对转动的一级密封环片及二级密封环片，所述的一级喷射环通过在一级密封环片及二级密封环片上穿过的U形连接管连接至二级喷射环上；

一级喷射环通过间隔均布的进气分管15连接至排气收集器18上，二级喷射环通过间隔均布的排气分管13连接至进气收集器16上。

该中间轴为动力输出轴的实施方式，其中间轴为转动设置的结构，为了保证动力气源的稳定输入，在外壳的底部设置了气源接嘴3，该气源接嘴为截面为T形的结构，在T形结构的下方设有连接气源设备的法兰，在外壳的上下两端均设置有安装孔，所述的中间轴均通过密封圈转动安装在外壳的安装孔处，中间轴的上端由上端的安装孔处穿出，中间轴的下端位于下端安装孔的内部，中间轴的下端面与下端安装孔的下端面之间留有一定的间隙，所述气源接嘴的水平部安装在下端的安装孔处，气源接嘴的竖直部与下端的安装孔相对接。

使用时，通过气源接嘴连接到动力气源上，动力气源(蒸汽)由中间轴的进气气道17进入排气收集器内，排气收集器内的蒸汽由进气分管进入一级喷射环内，一级喷射环喷射蒸汽至密封喷射腔的阻力片21上，利用反作用力，使自身旋转，从而带动中间轴旋转；

一级喷射环内过多的蒸汽经U形连接管排至二级喷射环内继续喷射做功，最后经排气分管进入进气收集器内，经排气气道10排出。

此结构实现了蒸汽的多级利用，有效避免了蒸汽的散失，能够使输入的蒸汽得到充分的利用。

调压阀的设计可以根据需要选择开启的数量，从而实现控制蒸汽通入量的目的，进而实现对蒸汽轮旋转快慢的控制。

实施例2，外壳为动力输出的实施方式

本实施例2与实施例1的不同之处在于，本实施例2的中间轴为固定不动的实施方式，相较为实施例1的结构更简单，扭矩也更大。

该实施方式的中间轴为一上下两端分别从外壳的上下两端穿出的结构，外壳通过轴承围绕中间轴转动。

使用时，动力气源(蒸汽)直接连接在中间轴底部的进气气道上，蒸汽进入排气收集器内，排气收集器内的蒸汽由进气分管进入一级喷射环内，一级喷射环喷射蒸汽至密封喷射腔的阻力片上，利用喷射力推动密封喷射腔转动，从而带动外壳旋转；

一级喷射环内过多的蒸汽经U形连接管排至二级喷射环内继续喷射做功，然后经排气分管进入进气收集器内，最后经排气气道排出。

使用时，可在外壳的外部连接要驱动的装置，也可通过在外壳上设置一个与其一体的输出头20，该输出头转动安装在中间轴上，在该输出头上连接要驱动的装置。

如附图10所示，所述的排气分流器及进气分流器均为饼形环的结构，为了方便装配，所述的饼形环为与排气分流器或进气分流器一体成型的结构。即在上下相对设置的实心圆饼23中部均开有一凹槽，在各凹槽的顶面均设置盖板25，下端盖板与下端凹槽所形成的空间为排气收集器，上端盖板与上端凹槽所形成的空间为进气收集器。在上下的凹槽槽壁上均设置有向喷射环方向延伸的管状气道26，下方的气道一端与排气收集器连通，下方气道的另一端与一级喷射环连通，在一级喷射环与二级喷射环上均对应连接有设置在实心圆饼内的接头横管27，两接头横管之间连接有竖管24(两接头横管与竖管相当于U形连接管)，从而实现一级喷射环内蒸汽与二级喷射环内蒸汽的连通，所述位于上端的气道一端连通在二级喷射环上，上端气道的另一端与进气收集器的内部连通，而后顺着中间轴的排气气道将多余的蒸汽排出。

本发明的喷射环为两种结构，一种为内部相互连通的环形结构，一种为由多段弧形分体22拼接而成的环形结构，各段弧形分体互不相通，独立喷射，保证每段弧形分体的喷射力。在每个弧形分体上连接进气分管或排气分管，在进气分管上装配有调压阀，该调压阀的作用为控制喷射环上的喷射孔气压大小，从而调控整体蒸汽轮旋转速度与扭矩大小的变化。

喷射环的环体截面不限于圆形、长方形。

本发明所公开的附图中，U形连接管其结构为U形，但是本发明对其结构不做具体限定，只要是能实现连接以及输气功能即可，任何结构都是有可能的。

本发明的封闭旋转式环形涡喷蒸汽轮，不仅限于蒸汽驱动，可以是压缩的低温高压气体，也可以是带压液体或者是燃烧后的高温高压气体。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (11)

1.一种封闭旋转式环形涡喷蒸汽轮，其特征在于：包括外壳、中间轴、密封喷射腔、喷射环、密封环片、排气收集器及进气收集器，在所述外壳的内壁上固装有密封喷射腔，在密封喷射腔内设置有喷射环，在喷射环的环壁上设置有与密封喷射腔垂直喷射的喷射孔，在喷射环的内圈密封喷射腔上转动安装有密封环片；在所述外壳的中部同轴安装有中间轴，在外壳的内部中间轴上从下至上依次同轴穿转有排气收集器及进气收集器，在所述排气收集器的外壁上设有一圈进气分流器，该进气分流器将蒸汽输送至喷射环内，喷射环喷出的蒸汽通过进气收集器外壁设置的排气分流器输送至进气收集器内；所述的中间轴为一上下两端均设置气道的结构，上端的气道形成排气气道，下端的气道形成进气气道，在排气气道处对应进气收集器的位置设有进气孔，在进气气道处对应排气收集器的位置设有排气孔。

2.根据权利要求1所述的一种封闭旋转式环形涡喷蒸汽轮，其特征在于：所述的进气分流器由在排气收集器外壁上间隔均布的进气分管构成，各所述进气分管穿过密封环片与喷射环连接；所述排气分流器由在进气收集器外壁上间隔均布的排气分管构成，该排气分管穿过密封环片与喷射环连接。

3.根据权利要求1所述的一种封闭旋转式环形涡喷蒸汽轮，其特征在于：所述的排气收集器与进气分流器为一体式的结构，所述的进气收集器与排气分流器为一体式的结构，各一体式的结构均由实心圆饼、盖板及管状气道构成，在实心圆饼中部开有一凹槽，在凹槽的顶面密封设置盖板，盖板与凹槽所形成的空间为进气收集器或排气收集器，在排气收集器及进气收集器的内壁均间隔设置有一圈管状气道，该管状气道沿实心圆饼的径向设置，与排气收集器连接的管状气道形成进气分流器，与进气收集器连接的管状气道形成排气分流器，各管状气道的另一端均穿过密封环片与喷射环对接；

所述饼形环的外缘上下端面上均设有竖直的立面，该两个立面均通过密封条密封安装在密封喷射腔的安装槽内，所述的两个立面形成密封环片。

4.根据权利要求2所述的一种封闭旋转式环形涡喷蒸汽轮，其特征在于：还包括调压阀，在各所述的进气分管上设置有调压阀。

5.根据权利要求1所述的一种封闭旋转式环形涡喷蒸汽轮，其特征在于：所述的密封喷射腔为一单级密封喷射腔，其由上下扣装的上涡槽及下涡槽构成，在上涡槽与下涡槽之间设有喷射环，在上涡槽与下涡槽之间的内圈转动设置有密封环片。

6.根据权利要求5所述的一种封闭旋转式环形涡喷蒸汽轮，其特征在于：所述的上涡槽及下涡槽均由槽体以及在槽体上间隔均布的阻力片构成，各阻力片在槽体上呈45°倾斜设置，所述的喷射环为在其环壁四周设置喷射孔的结构，各喷射孔在环壁上呈45°设置，蒸汽由喷射孔喷出后垂直射到阻力片上。

7.根据权利要求6所述的一种封闭旋转式环形涡喷蒸汽轮，其特征在于：所述的阻力片为半喇叭状结构，喷射上涡槽与喷射下涡槽扣合后，上下的阻力片形成一端开口小另一端开口大的喇叭状结构。

8.根据权利要求5所述的一种旋转环形封闭旋转式环形涡喷蒸汽轮，其特征在于：所述的密封环片为一截面为矩形的圆环，其通过上下设置的密封条密封转动安装在喷射上涡槽与喷射下涡槽的外侧端之间，喷射上涡槽与喷射下涡槽的内侧端密封对接。

9.根据权利要求1所述的一种封闭旋转式环形涡喷蒸汽轮，其特征在于：所述的密封喷射腔为一多级密封喷射腔，其由多组上下同轴设置的单级密封喷射腔构成，每一级密封喷射腔内的喷射环由U形连接管连通，位于最下端的喷射环通过进气分流器与排气收集器连通，位于最上端的喷射环通过排气分流器与进气收集器连通。

10.根据权利要求1所述的一种封闭旋转式环形涡喷蒸汽轮，其特征在于：在所述外壳的底部设置有气源接嘴，该气源接嘴为截面为T形的结构，在T形结构的下方设有连接气源设备的法兰，在外壳的上下两端均设置有安装孔，所述的中间轴均通过密封圈转动安装在外壳的安装孔处，中间轴的上端由上端的安装孔处穿出，中间轴的下端位于下端安装孔的内部，中间轴的下端面与下端安装孔的下端面之间留有一定的间隙，所述气源接嘴的水平部安装在下端的安装孔处，气源接嘴的竖直部与下端的安装孔相对接。

11.根据权利要求1所述的一种封闭旋转式环形涡喷蒸汽轮，其特征在于：所述的喷射环为内部相互连通的环形结构或由多段弧形分体拼接而成的环形整体，各段弧形分体互不相通。

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