CN104712431A

CN104712431A - 一种高压火焰水降温气化增压涡轮发动机

Info

Publication number: CN104712431A
Application number: CN201510016791.1A
Authority: CN
Inventors: 李启山; 李容毅
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-11-30
Filing date: 2015-01-14
Publication date: 2015-06-17

Abstract

本发明公开了一种高压火焰水降温气化增压涡轮发动机，属于涡轮发动机加工技术领域。其特征在于：遵循于被动性加热动力学第一定律和第二定律，对于涡轮发动机喷射的高压火焰，以采用对涡轮动、静叶片冷却的冷却水由空腹叶片的顶部喷出或采取其它喷射方式，给予降温的同时，顶替燃料中非燃烧气体材料的低膨胀率获得水气化后的高膨胀率来增加发动机的运转动力，依此制成的高压火焰水降温气化增压涡轮发动机。其创新性和实用性在于：利用水对高压火焰降温获得高压水蒸汽增加发动机的运转动力，不仅降低了制作燃气或燃油涡轮发动机的技术门槛，并且有利于节能减排。

Description

一种高压火焰水降温气化增压涡轮发动机

技术领域

本发明公开的一种高压火焰水降温气化增压涡轮发动机，属于涡轮发动机加工技术领域。

背景技术

现有技术中，对于燃料发动机，通过增加空气量实现增压节能这一技术，已普遍实施，而关于通过高压火焰利用水制作高压水蒸汽来增加发动机的运转动力，是有待于研发的新型节能技术。而燃料涡轮发动机，是以燃料混合空气燃烧产生高压火焰形成的动压来驱动高耐热风扇旋转获取旋转力的一种动力设备，但是由于过去一直以空气混合燃料压缩***理论（简称燃料***理论）来解释燃料涡轮发动机所产生的动力，并没有将燃料氧化裂解燃烧反应形成的自身膨胀力，与燃料燃烧被动性加热非燃烧材料形成的膨胀力，加以区别的来掌握被动性加热产生动力的物理性质和基本规律，故此，在制作这种发动机方面，围绕高耐热风扇的研制，要花费很大的成本，甚至，由于一些国家因无能力生产高强度耐热材料或者无法解决风扇受热变形这方面的技术问题，一直受燃料***理论的局限，却生产不出来这种动力设备。为了打破这种局限，本发明人在理论研究领域引出了一个新的学科，被动性加热动力学。

被动性加热动力学，即以通过，像凹陷了的乒乓球，通过被动性加热鼓了起来，这种对乒乓球内的气体给予被动性加热它要产生动压，所说明的被动性加热产生动力的物理性质，来研究非燃烧液体及气体材料受热产生动压的基本规律，以此提出燃料发动机新的研究方向。

火箭是以燃料燃烧自身膨胀获得高压火焰产生的推动力。然而，通过分析内燃机增压技术实验参数，㈠在发动机活塞吸入一定量空气的前提下，增加氧气量提高的燃料燃烧率所达到的节能效率不到5%，㈡以高压电喷供油技术生产的活塞发动机，其燃料燃烧率一般不低于98%，㈢增压后可达到节能20%以上，即依据这种超出了实际燃料损耗量的节能效果，也就说明了，对于内燃机通过增加空气量进行增压节能，并不是因增加了氧气量提高了燃料的燃烧率加大了火焰推力所实现的节能，主要依靠的是氧化裂解燃烧反应被动性加热高压充入到活塞缸内比靠活塞吸入的空气量增加三倍以上的非燃烧气体材料产生的膨胀力，所实现的增压。进而也说明了。火箭是以燃料燃烧自身膨胀获得高压火焰产生的推动力，利用空气混合燃料经过压缩燃烧产生动力的发动机（以下简称被动性加热动力发动机），除了以燃料燃烧自身膨胀获得动力之外，主要是通过燃料燃烧被动性加热非燃烧气体材料形成膨胀获得的动力。故此，对于这种发动机，在运行中被动性加热非燃烧气体材料的压缩比越高，承受的热量越高、产生的膨胀力越大，获得动力越大这一规律（F=K.m.Q.P），本发明人称之为被动性加热动力学第一定律。通过被动性加热动力学第一规律，也就说明了，被动性加热动力发动机，不是单一靠燃料燃烧产生的推动力，主要是通过燃料燃烧被动性加热非燃烧材料产生体积膨胀所获得的动力。可以说，内燃机没有非燃烧气体材料参与其动力运转，单凭纯粹的燃料燃烧所产生的推力，不能够获得很高的动力，燃料燃烧产生的热能会很快烧毁掉发动机，也正是有了非燃烧气体材料参与的其动力运转，它才能够获得很高的动力，从中起到的降温作用，才使得内燃机不会很快的被烧火掉。那么，既然内燃机属于被动性加热动力发动机，被动性加热非燃烧液体材料有优势，还是被动性加热非燃烧气体材料有优势，对这个问题，通过掌握非燃烧液体材料（由于非燃烧固体材料在发动机的动力方面不能够发挥作用，这里不来考虑）、气体材料体积膨胀率的变化规律，才能够有个明确的选择。

对于液体与气体材料，那个被动性加热体积膨胀率具有优势，围绕这个问题的研究，本发明人集中探讨了液体与气体的导热速度及相关的各项指标，从而认识到了利用水实现被动性加热动力发动机的增压节能相比于空气具有很大的优势。

水加温100℃时的饱和蒸汽压为1.013Kg/cm²，加温200℃时的饱和蒸汽压为15.5536Kg/ cm²，在100℃的基础上热量增加1倍，饱和蒸汽压增加了15倍，说明了液体承受的压力越大，导热的速度越快，单位时间内产生的蒸汽量越大。其二，水的导热系数K=0.54W，空气的导热系数K=0.023W，说明了水的导热速度大于空气20倍以上。所以，氧化裂解燃烧反应以同等的热量被动性加热非燃烧材料，由于液体导热的速度大于气体，又由于气体传递压力的能力小于液体，则在单位时间内被动性加热液体产生蒸汽增加体积的膨胀率要大于通过大小一致的热量被动性加热同等质量的气体增加体积的膨胀率，即：Lv=L _y ＞L _q。对这一规律，本发明人称之为气化不对等膨胀规律或称之为被动性加热动力学第二定律。上式中，Lv为体积不对等膨胀率；L _y为液体体积膨胀率；L _q为气体体积膨胀率。其意义说明了，消耗同等数量的燃料被动性加热水，单位时间内获得的体积膨胀率大于加热同等质量的空气。即利用水对高压火焰给予降温的同时，以顶替燃料中非燃烧气体材料的低膨胀率来获得水气化后的高膨胀率，可以大幅度增加发动机的运转动力实现高效节能。

靠增加空气量实现的内燃机节能技术，其中在压缩高压充入空气时的动力消耗约占总动力消耗的15%，利用水对高压火焰给予降温的同时，以顶替燃料中非燃烧气体材料的低膨胀率来获得水气化后的高膨胀率，增加发动机的运转动力，不需要压缩水，也就不存在这方面动力消耗。而遵循于被动性加热动力学第一定律和第二定律，在涡轮发动机的技术改进方面，通过静、动叶片加入适量的水S _m =R _Q /℃，水得到被动性加热气化后增加发动机运转动力的节能不低于30%。上式中，S _m为加入的水量；R _Q为活塞缸内燃料燃烧的热值；℃为设定的饱和蒸汽压的温度值。另一方面，由于利用水对涡轮发动机叶片进行冷却，大大降低了制作发动机的材料成本。基于上述研究，本发明人经过实验，研制出了高压火焰水降温气化增压涡轮发动机，在此提出以下专利申请。

发明内容

本发明公开的一种高压火焰水降温气化增压涡轮发动机，其目的：遵循于被动性加热动力学第一定律和第二定律，对于涡轮发动机喷射的高压火焰，以采用对涡轮动、静叶片冷却的冷却水由空腹叶片的顶部喷出或采取其它喷射方式，给予降温的同时，顶替燃料中非燃烧气体材料的低膨胀率获得水气化后的高膨胀率来增加发动机的运转动力，依此制成高压火焰水降温气化增压涡轮发动机。

本发明公开的一种高压火焰水降温气化增压涡轮发动机，其创新性和实用性在于：利用水对高压火焰降温获得高压水蒸汽增加发动机的运转动力，不仅降低了制作燃气或燃油涡轮发动机的技术门槛，并且有利于节能减排。

附图说明

附图1为本发明公开的一种高压火焰水降温气化增压涡轮发动机实施例产品结构示意图；

附图2为附图1的K部放大示意图；

附图3为本发明公开的一种高压火焰水降温气化增压涡轮发动机实施例涉及到的动叶片骨架产品结构示意图；

附图4为附图3的左视图；

附图5为本发明公开的一种高压火焰水降温气化增压涡轮发动机实施例涉及到的或将动、静叶片制成三角内凹空腹型的产品横断面示意图；

附图6为本发明公开的一种高压火焰水降温气化增压涡轮发动机实施例涉及到的静叶片骨架产品结构示意图；

附图7为附图6的左视图；

附图8本发明公开的一种高压火焰水降温气化增压涡轮发动机实施例涉及到的过渡法兰套产品结构示意图；

附图9为附图8的左视图；

附图10本发明公开的一种高压火焰水降温气化增压涡轮发动机实施例涉及到的改进后生产的高压蒸气发生器产品结构示意图。

在附图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10中，1为燃烧器接口；2为点火器；3为高火焰腔固定壳；4为水套；5为高压火焰腔；6为导热片； 7为联接法兰螺栓；8为静叶片法兰套；9为过渡法兰套；10为水冷却外接法兰管接头；11为固定动叶片法兰套螺栓或铆钉；12为尾气排放壳；13为轴输水器；14为A端轴承；15为轴承盒固定螺栓；16为轴承盒；17为主轴；18为B端轴承及轴承盒；19为动叶片；20为静叶片；21为法兰套；22为轮盘； 23为水道；24为轮毂；25为隔板；26为蒸汽输送管法兰接口；a为短弧面板；b为长弧面板；c为平面板。

具体实施方式

见附图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10，本发明公开的一种高压火焰水降温气化增压涡轮发动机，其原理在于：遵循于被动性加热动力学第一定律和第二定律，对于涡轮发动机喷射的高压火焰，以采用对涡轮动、静叶片冷却的冷却水由空腹叶片的顶部喷出或采取其它喷射方式，给予降温的同时，顶替燃料中非燃烧气体材料的低膨胀率获得水气化后的高膨胀率来增加发动机的运转动力，依此制成的高压火焰水降温气化增压涡轮发动机；所涉到的高压火焰水降温气化增压涡轮发动机，其结构技术特征在于：在高火焰腔固定壳3对应高压火焰腔5设置有若干个燃烧器接口1和点火器2，高压火焰腔5***制有可以通入冷却水的水套4，在高压火焰腔5内固定有导热板，高压火焰，通过燃烧器接口1固定的燃烧器，靠燃料燃烧和高压空气在高压火焰腔内形成，形成的高压火焰顺着高压火焰腔5对通过主轴17固定的动叶片19产生推力，从而使动叶片19作用主轴17在静叶片20的辅助下获得旋转动力，其中在主轴17上面固定的动叶片19，是在主轴17上面固定的轮毂24上面，通过固定动叶片法兰套螺栓或铆钉12或焊接将焊接固定有若干个动叶片19的法兰套21使之与轮毂24为一体的轮盘22联接固定在一起，并通过主轴17疏通在轮盘22内设置有可以向动叶片19内供给冷却水的水道23，水经过空腹或为三角内凹空腹型的动叶片19由其顶尖处设置的若干小孔喷出，喷出的水遇到高压火焰得到气化，高火焰腔固定壳3法兰接口位置，通过联接法兰螺栓7固定静叶片法兰套8，在静叶片法兰套8内侧焊接固定有若干个静叶片20，静叶片20也为空腹或为三角内凹空腹形式，经水冷却外接法兰管接头10通过静叶片法兰套8向静叶片20内提供冷却水，冷却水由叶片顶尖处设置的若干小孔喷出，喷出的水遇到高压火焰得到气化，与静叶片法兰套8联接固定有过渡法兰套9，与过渡法兰套9联接固定静叶片法兰套8，以此搭配的联接成发动机的涡轮机部位的壳体，最后联接固定带有B端轴承和轴承盒18的尾气排放壳13，主轴17的A端通过A端轴承14、轴承盒16和轴承盒固定螺栓15与高火焰腔固定壳3的侧面板进行安装与固定，与轴承盒16联接设置有轴输水器13，运行时，将预存储的高压空气供给燃烧器，通过燃烧燃料初步获得高压火焰推动固定在主轴17上面的动叶片19带动主轴17运转，随之通过主轴A端带动涡轮空气压缩机或螺杆空气压缩机或离心空气压缩机或活塞空气压缩能够连续性供给燃烧器高压空气，以及随之动、静叶片受热后温度的提高，通过叶片顶尖处的喷水孔向高压火焰内喷水，水遇到高压火焰迅速气化，通过气化获得的水蒸汽来增加涡轮发动机的旋转动力，由此所制作的高压火焰水降温气化增压涡轮发动机。

其中，所涉及到的三角内凹空腹型叶片，其特征在于：由长弧面板b和短弧面板a与平面板c焊接在一起所制成的三角内凹空腹型叶片；所涉及到的高压蒸气发生器，其特征在于：去掉主轴及涡扇，增设隔板25和蒸汽输送管法兰接口26，由其它设备被动性供给燃烧器高压空气，经过水冷却外接法兰管接头10向高压火焰内喷射水来获得高压水蒸汽，由此所制作的高压蒸气发生器。

Claims

1.本发明公开的一种高压火焰水降温气化增压涡轮发动机，其原理在于：遵循于被动性加热动力学第一定律和第二定律，对于涡轮发动机喷射的高压火焰，以采用对涡轮动、静叶片冷却的冷却水由空腹叶片的顶部喷出或采取其它喷射方式，给予降温的同时，顶替燃料中非燃烧气体材料的低膨胀率获得水气化后的高膨胀率来增加发动机的运转动力，依此制成的高压火焰水降温气化增压涡轮发动机。

2.依据权利要1所述的一种高压火焰水降温气化增压涡轮发动机，其结构技术特征在于：在高火焰腔固定壳（3）对应高压火焰腔（5）设置有若干个燃烧器接口（1）和点火器（2），高压火焰腔（5）***制有可以通入冷却水的水套（4），在高压火焰腔（5）内固定有导热板，高压火焰，通过燃烧器接口（1）固定的燃烧器，靠燃料燃烧和高压空气在高压火焰腔内形成，形成的高压火焰顺着高压火焰腔（5）对通过主轴（17）固定的动叶片（19）产生推力，从而使动叶片（19）作用主轴（17）在静叶片（20）的辅助下获得旋转动力，其中在主轴（17）上面固定的动叶片（19），是在主轴（17）上面固定的轮毂（24）上面，通过固定动叶片法兰套螺栓或铆钉（12）或焊接将焊接固定有若干个动叶片（19）的法兰套（21）使之与轮毂（24）为一体的轮盘（22）联接固定在一起，并通过主轴（17）疏通在轮盘（22）内设置有可以向动叶片（19）内供给冷却水的水道（23），水经过空腹或为三角内凹空腹型的动叶片（19）由其顶尖处设置的若干小孔喷出，喷出的水遇到高压火焰得到气化，高火焰腔固定壳（3）法兰接口位置，通过联接法兰螺栓7固定静叶片法兰套（8），在静叶片法兰套（8）内侧焊接固定有若干个静叶片（20），静叶片（20）也为空腹或为三角内凹空腹形式，经水冷却外接法兰管接头（10）通过静叶片法兰套（8）向静叶片（20）内提供冷却水，冷却水由叶片顶尖处设置的若干小孔喷出，喷出的水遇到高压火焰得到气化，与静叶片法兰套（8）联接固定有过渡法兰套（9），与过渡法兰套（9）联接固定静叶片法兰套（8），以此搭配的联接成发动机的涡轮机部位的壳体，最后联接固定带有B端轴承和轴承盒（18）的尾气排放壳（13），主轴（17）的A端通过A端轴承（14）、轴承盒（16）和轴承盒固定螺栓（15）与高火焰腔固定壳（3）的侧面板进行安装与固定，与轴承盒（16）联接设置有轴输水器（13），运行时，将预存储的高压空气供给燃烧器，通过燃烧燃料初步获得高压火焰推动固定在主轴（17）上面的动叶片（19）带动主轴（17）运转，随之通过主轴A端带动涡轮空气压缩机或螺杆空气压缩机或离心空气压缩机或活塞空气压缩能够连续性供给燃烧器高压空气，以及随之动、静叶片受热后温度的提高，通过叶片顶尖处的喷水孔向高压火焰内喷水，水遇到高压火焰迅速气化，通过气化获得的水蒸汽来增加涡轮发动机的旋转动力，由此所制作的高压火焰水降温气化增压涡轮发动机。

3.依据权利要1和2所述的一种高压火焰水降温气化增压涡轮发动机，所涉及到的三角内凹空腹型叶片，其特征在于：由长弧面板（b）和短弧面板（a）与直板（c）焊接在一起所制成的三角内凹空腹型叶片。

4.依据权利要1和2所述的一种高压火焰水降温气化增压涡轮发动机，在此基础上，经过改进制成的高压蒸气发生器，其特征在于：去掉主轴及涡扇，增设隔板（25）和蒸汽输送管法兰接口（26），由其它设备被动性供给燃烧器高压空气，经过水冷却外界法兰管接头（10）向高压火焰内喷射水来获得高压水蒸汽，由此所制作的高压蒸气发生器。