CN1300446C - 密封轮斗式汽轮机 - Google Patents

Abstract

本发明公开发一种新式汽轮机—一密封轮斗式汽轮机，旨在提供一种结构简单，易于加工制造，效率极高，节能、环保，又具大功率，能把高压过热蒸汽的内能绝大部分转换成机械能的动力装置。本发明同时还公开了密封轮斗式汽轮机与燃煤锅炉联合组装成新型“以煤代油”发动机，以替代柴油机、汽油机发动各种原柴油机、汽油机发动的各种车、船、发电机、工程机械等热效率可达80%的新型发动机。

Description

密封轮斗式汽轮机

技术领域

本发明涉及一种把高压、高温汽体的内能转换成机械能的动力装置，和同燃煤锅炉组装在一起成为“以煤代油”的新型发动机。

背景技术

由于汽轮机的热效率只有40-43％，汽油机的效率25％，柴油机40％，在能源十分紧张的今天和未来，必须研制高效节能的新型能量转换机械装置，以替代结构极其复杂，造价极高、事故多、操作和维修困难，效率很低的汽轮机，以节省能源，造福人类。必须研制以煤代油的新型高效发动机。以解决我国煤、电、油、运紧张问题。

发明内容

本发明的目的是制造一种效率高、节能经济效益好，能把高压、高温汽体的内能绝大部分转换成机械能的动力装置。提供一种结构简单易于加工制造，体积小、重量轻、制造和使用成本低，操作和维修方便，而性能先进的机械——密封轮斗式汽轮机和密封轮斗式汽轮机同燃煤锅炉联合组装的新型发动机。

密封轮斗式汽轮机与涡轮增压机形状和原理相似，但又有本质的区别，密封轮斗式汽轮机是由可申缩的轮斗，可申缩的两侧弹簧密封片与凹形槽相组合的具有良好密封性能的汽轮机，如图1、2。图1是工作原理示意图，当轮斗从A处开始转动，可申缩轮斗开始收缩，到B处时收缩到了顶点，超过B点时，申缩轮斗突然弹出，挡住高压、高温汽流的去路，高压汽体推压轮斗，像推动内燃机的活塞一样，因宏观位移而做工，从而把锅炉内汽体的内能转轮成机械能，当轮斗转到出口C处时，高压、高温汽体澎涨降压、降温，锅炉内的高压(90-165绝对大气压)可降到几个大绝对大气压，温度535℃降至100-200℃，如果不是冬季，余热可再利用，第二次进入密封轮斗式汽轮机，直至高压降为一个多大气压，温度降至常温以上，这样汽轮机的排气热损失就极少，大大提高了效率。图2是组装示意图，图中凹形槽1，凹形槽中部的高压高温汽流的入口2，轮斗左侧密封片3，轮斗右侧密封片4，给左右两侧密封片以弹力的弹簧5，可申缩的轮斗6，轮斗的大轴7，输出功的左右各一个齿轮轴8，轮斗的左右大齿轮9，输出功左右各一个传动齿轮10，本轮斗机22个轮斗中的弹簧11。

附图说明

图1是本发明的工作原理示意图；

图2是本发明的各部件结构和功能组装示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的祥细描述。

当高压、高温蒸汽从入口进入轮斗B处时，(图1)推动轮斗转动，后面的转斗从B处弹出后，又阻挡高压汽流的去路，这样高压汽不断地冲入轮斗，形成连续运转，把高压、高温过热蒸汽的内能转换成机械能。压强乘以轮斗的面积，就是本轮斗所接受到的压力。当可申缩的轮斗从B处“宏观位移”到出口C处时，压力乘以距离，就是本轮斗机所做的功。由于轮斗的弹簧的弹力使轮斗的端部平面与凹形槽底部平面紧密接触，而产生密封性，由于图2中两侧的平面密封片3、4在弹簧5的作用下对凹形槽两侧平面紧密接触而产生密封性，这就相当于内燃机中的气缸与活塞环之间的密封关系，高压高温蒸汽在密封的轮斗中把全部的能量作用到本轮斗机上，从理论上说，就是除了锅炉8-10％的热损失，管道系统损失0.5-1％而外，90％的热能被全部利用。轮斗被压力推动，从A处轮斗开始收缩，凹形槽有相应的润滑油系统的润滑作用下，尽量减小摩擦力，转到B处后申缩轮斗突然弹出，轮斗内部也要有相应的润滑系统，这些摩擦力都是很小的，出口C处的压强如果超过几个绝对大气压，还可以再次利用本轮斗机做功，以达到尽可能多的利用余热，在本机的工作过程中只有B处的初状态90/535(绝对大气压，℃)或135/535或165/535和C处的末状态，1.5/150(绝对大气压，℃)或2/200，在物理学中：“在封闭系统内，不论发生何种变化过程，各种形式的能量可以互相转换，但能量的总和是恒量”。“使一个系统的能量变化时，在本质上是这个系统与另一个系统之间发生的能量的交换，而这个能量的交换在量值上就用功来描述”。在清华大学还有这个说法：“开开门，室外是零度，室内空气就在做功”。

综上所述，密封轮斗式汽轮机的能量转换效率在95％以上，在燃煤发电厂用密封轮斗式汽轮机发电，它的热效率只少在80％以上。

本发明的目的，在于以密封轮斗式汽轮机替代现时通用的汽轮机，发明人当然知道，全世界都在使用汽轮机发电，而且中国从美欧、日本、先后高价进口多台汽轮机组，那为什么还敢如此大但呢？为什么竟敢同先进国家的先进技术挑战呢？一、汽轮机不密封，这有违发动机之大忌，以内燃机的活塞和活塞环为例，活塞和活塞环摩损程度大了与气缸的间隙大了一点点，就十分明显的表现为没有劲了，功率大幅下降，司机立即要更换新的活塞环和活塞，这就表明密封在动力机械中十分重要，而汽轮机几百个叶片全部是半开口的，没有任何密封性，靠高压汽体吹动叶片，大部分动能只不过是路过而已，对叶片起不了多少作用。所以它的效率很低。二、从物理学理论上来分析：高压高温汽流离开汽嘴进入汽轮机，体积立即扩大了许多倍，压强当然要下降许多倍，根据玻意耳—马略特定律：“一定质量的气体，在温度不变时，气体的压强跟它的体积成反比”此时在汽轮机里，不仅体积扩大，压强下降，温度也同时下降，所以说，汽轮机的原理不科学，是它效率低的根本原因。三、再来看看密封轮斗式汽轮机是如何工作的，如图1，高压过热蒸气沿着箭头的方向直指B处轮斗右面，它的压强是90-165个绝对大气压，这是每平方厘米的压力，在出口C处，也就是轮斗的左侧面，它的压力是一个或不足一个绝对大气压的大气层，强大的推力、压力令轮斗不得不依照高压过热蒸汽所具有的能量“如实地”去作功，根据盖·吕萨克定律：“一定质量的气体，体积不变，压强与热力学温度成正比”。良好的密封就是保持体积不变，体积不变，就是能量没有损失，能量没有损失，就是100％的效率，(当然，在工程化中不可能没有一点点漏气)，有教授提出强大的压力，是否使轮斗的摩擦力极大，而损失大量的能量？不可能，因为高压过热蒸汽的作用力是垂直或近似垂直于轮斗，而轮斗密封装置的弹力作用力是分别垂直于凹形槽的三个面，两个作用力是相互垂直关系，而不是叠加关系。由于高压汽体是无孔不入的，尽管密封得再好，也是有非常小的小小间隙，高压汽体钻入此小间隙中而成为润滑剂，弹簧的张力和气流压力基本平衡时，即能起到密封作用，又能起到润滑作用。四、现代汽轮机依靠吹动的几百个叶片，每个叶片到底受到了多大的压力？做了多少功？无法计算！假如叶片吹不动，或转动的速度很慢，高压过热蒸气不是照样从半开口的叶片中畅通无阴吗？这就是它的浪费，这就是它的致命缺陷，这就是它效率低的根本原因。而密封轮斗式汽轮机，由于它有良好的密封结构、高压汽流必须在此做功方可通过，必须把高压汽流的全部能量交给轮斗做功后排出，每个轮斗接受到了多少力，做了多少功都有精确计算。功的定义量：“力对物体所作的功，等于力在作用点位移方向的分量和作用点位移大小的乘积”。轮斗的面积乘以压强等于力，设轮斗的面积为V，压强为P，轮斗沿力的方向做“宏观位移”的距离为S，功为A。有：

                       A＝V·P·S

所以从理论上分析，密封轮斗式汽轮机的机械效率应该是100％，当然密封再好，也有点漏汽，润滑得再好也有点摩擦力，蒸汽排出到冷却塔或大气的焓降，也不是一个绝对大气压难勉有少量排气热损失，但足以说明十九世纪的先进技术到二十一世纪能源十分紧张时，40％热效率的现代汽轮机应该考虑它的去留。

Claims (4)

1、一种密封轮斗式汽轮机，它由可伸缩转动的轮斗，轮斗两侧有可伸缩的密封片和凹形槽组成，其特征在于，弹簧伸缩轮斗片平面与凹形槽底部平面紧密接触，因有弹力而密封，两侧有弹簧伸缩片的端部平面与凹形槽两侧平面紧密接触，因此形成有弹力而密封的能量转换装置。

2、根据权力要求1所述的密封轮斗式汽轮机，其特征在于，同燃煤锅炉组装在一起，成为用于发电的发动机。

3、根据权力要求1所述的密封轮斗式汽轮机，其特征在于，同燃煤锅炉组装成发动机，用于发动陆地、空中的车辆、飞机、工程机械。

4、根据权力要求1所述的密封轮斗式汽轮机，其特征在于，同燃煤锅炉组装成发动机，用于发动水面、水下各种大小动力机械。