CN113266425B - 一种封闭固定式环形涡喷蒸汽轮 - Google Patents

一种封闭固定式环形涡喷蒸汽轮 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种封闭固定式环形涡喷蒸汽轮，包括外壳、主轴、密封喷射腔、密封环片及喷射环，在所述外壳的内部沿其轴向转动安装有主轴，在外壳的内部主轴上安装有与其联动的密封喷射腔，在密封喷射腔内包裹安装有喷射环，在密封喷射腔的外侧安装有与其相对转动的密封环片；在外壳内密封喷射腔的上下两端分别设置有回收器及分流器，在分流器上设置有伸出外壳的进气管，该分流器通过进气分管与喷射环内部连通，喷射环再通过排气分管与回收器连通，在所述的回收器上设置有伸出外壳的出气管。本封闭喷射式蒸汽轮，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，避免了蒸汽对零部件的腐蚀，延长了蒸汽轮的使用寿命。

Description

一种封闭固定式环形涡喷蒸汽轮
技术领域
本发明属于发动机领域，涉及一种蒸汽轮，特别是一种封闭固定式环形涡喷蒸汽轮。
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、易于实现的封闭喷射式蒸汽轮。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种封闭固定式环形涡喷蒸汽轮，其特征在于：包括外壳、主轴、密封喷射腔、密封环片及喷射环，在所述外壳的内部沿其轴向转动安装有主轴，主轴的上端由外壳穿出形成输出端，在外壳的内部主轴上安装有与其联动的密封喷射腔，在密封喷射腔内包裹安装有喷射环，在密封喷射腔的外侧安装有与其相对转动的密封环片；在外壳内密封喷射腔的上下两端分别设置有回收器及分流器，在分流器上设置有伸出外壳的进气管，该分流器通过进气分管与喷射环内部连通，喷射环再通过排气分管与回收器连通，在所述的回收器上设置有伸出外壳的出气管，所述的进气分管、排气分管均穿装在固定安装环上，固定安装环固装在外壳的内壁上。
而且，所述的外壳由侧围板、顶板及底板构成，所述的侧围板围成一圆柱形筒体，在圆柱形筒体的上下两端分别设置有顶板及底板。
而且，所述主轴与密封喷射腔之间通过连接板连接或者通过间隔均布的连杆连接。
而且，所述的密封喷射腔为一单级密封喷射腔，其由上下扣装的喷射上涡槽及喷射下涡槽构成，在喷射上涡槽与喷射下涡槽之间设有喷射环，在喷射上涡槽与喷射下涡槽之间的外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；所述的喷射上涡槽及喷射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，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，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，所述的阻力片与槽体为分体式的结构，在槽体内嵌装有阻力片。或者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。
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管与分流器连通，位于最上端的喷射环通过排气分管与回收器连通，各所述的U形连接管、进气分管及排气分管均穿装在固定安装环上。
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。
而且，还包括电磁调压阀，在与所述分流器连接的进气分管上安装有电磁调压阀。
而且，所述的分流器及回收器均由一环形的密封腔体构成，该密封腔体由一体成型或分体成型的侧壁、底壁及顶壁构成，顶壁与底壁上下相对设置，在顶壁与底壁之间设置有侧壁；所述的侧壁、底壁及顶壁均为平直的结构或者弧形的结构，平直的结构构成截面为矩形的密封腔体，弧形的结构构成截面为圆形的密封腔体。
而且，所述进气分管及排气分管为U形结构或L形结构。
本发明的优点和积极效果是：
本封闭喷射式蒸汽轮，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为本发明的结构示意图；
图2为本发明的剖视图；
图3为本发明多级密封喷射腔结构的分解图；
图4为本发明与多级密封喷射腔结构相适配的蒸汽轮内部的结构示意图(省略多级密封喷射腔)；
图5为本发明喷射环的结构示意图(截面为圆形)；
图6为本发明喷射环另一种实施方式的结构示意图(截面为矩形)；
图7为本发明L形进气分管在分流器上装配的结构示意图(分流器截面为圆形)；
图8为本发明L形进气分管在分流器上装配的结构示意图(分流器截面为矩形)；
图9为本发明L形排气分管在回收器上装配的结构示意图(回收器截面为圆形)；
图10为本发明L形排气分管在回收器上装配的结构示意图(回收器截面为矩形)。
附图标记说明
1-主轴、2-外壳、3-进气管、4-出气管、5-回收器、6-喷射上涡槽、7-喷射中间涡槽、8-连接板、9-密封环片、10-U形连接管、11-喷射环、12-喷射下涡槽、13-分流器、14-固定安装环、15-阻力片、16-弧形分体、17-进气分管、18-排气分管。
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：
一种封闭固定式环形涡喷汽轮，其创新之处在于：包括外壳2、主轴1、密封喷射腔、密封环片9及喷射环11，所述的外壳由侧围板、顶板及底板构成，所述的侧围板围成一圆柱形筒体，在圆柱形筒体的上下两端分别设置有顶板及底板，在所述外壳的内部沿其轴向转动安装有主轴，主轴的上端由外壳的顶板穿出形成输出端，在外壳的内部主轴上安装有与其联动的密封喷射腔，在密封喷射腔内包裹安装有喷射环，在密封喷射腔的外侧安装有与其相对转动的密封环片；在外壳内密封喷射腔的上下两端分别设置有回收器5及分流器13，在分流器上设置有伸出外壳的进气管3，该分流器通过进气分管与喷射环内部连通，喷射环再通过排气分管与回收器连通，在所述的回收器上设置有伸出外壳的出气管4。所述的排气分管用于末级喷射环做功后的蒸汽排出，避免蒸汽排出不均匀，影响整体做功效率和抖动情况发生。分流器用于蒸汽回收，统一从回收器排出，防止蒸汽外溢腐蚀整体部件。
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。
所述的密封喷射腔为一单级密封喷射腔，其由上下扣装的喷射上涡槽及喷射下涡槽构成，在喷射上涡槽与喷射下涡槽之间设有喷射环，在喷射上涡槽与喷射下涡槽之间的外圈通过密封圈转动设置有密封环片，该密封环片与喷射上涡槽及喷射下涡槽共同构成一个密闭的空间，以防止蒸汽的外溢，以及防止蒸汽流体发生紊乱形成阻力降低能量转换效率。该密封环片为一截面为矩形的圆环；所述的喷射上涡槽及喷射下涡槽均由槽体以及在槽体上间隔均布的阻力片15构成，各阻力片在槽体上呈45°倾斜设置，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，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。
阻力片包含两种结构，其可以是由上半圆与下半圆组成的中间小末端大的喇叭状，且向前或者向后倾斜与槽体成45度夹角；也可以是在槽体三个方向的内壁上，设置与槽体底部水平方向成45度夹角的平直板体结构。
该阻力片可以是多个分体嵌入在上下槽体内，也可以是与槽体加工一体成型的结构。
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10连通，位于最下端的喷射环通过进气分管与分流器连通，位于最上端的喷射环通过排气分管与回收器连通。
在所述的进气分管上安装有电磁调压阀，该电磁调压阀用于控制进气分管内气压的大小，有效的控制蒸汽轮转速和扭矩。
由附图1-4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喷射下涡槽与下部单级密封喷射腔的喷射上涡槽设计为一体的结构，其共同形成喷射中间涡槽，
具体的，该二级密封喷射腔结构，包括喷射上涡槽6、喷射中间涡槽7及喷射下涡槽12，所述的主轴固定穿装在喷射中间涡槽中部的连接板8上，喷射中间涡槽与喷射下涡槽扣合后形成一级喷射空间，喷射上涡槽与喷射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及二级喷射环，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，在所述的外壳内壁上间隔均布有上中下三个固定安装环14，在中部的固定安装环上间隔均布有U形连接管，U形连接管一端穿过一级密封环片连接在一级喷射环上，另一端穿过二级密封环片连接在二级喷射环上；下部的固定安装环上间隔均布进气分管，该进气分管的一端连接在分流器上，另一端穿过一级密封环片连接在一级喷射环上；上部的固定环上间隔均布排气分管，排气分管的一端穿过二级密封环片连接在二级喷射环上，另一端连接在回收器上。
动力气源(蒸汽)由进气管接入，进入分流器，通过下部的进气分管将其送入一级喷射环内，蒸汽由一级喷射环的喷射孔喷出作用到下部密封喷射腔的阻力片上，推动密封喷射腔转动，从而带动主轴转动；一级喷射环内过多的蒸汽由U形连接管输送至二级喷射环内，二级喷射环继续喷出蒸汽作用在上部的密封喷射腔上，推动密封喷射腔旋转；最后由回收器回收经回收器排出。
整个蒸汽在管道内流窜，一方面避免了蒸汽的散失，另一方面避免了蒸汽对蒸汽轮内部件的腐蚀，保证其正常运转的可靠性。
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16拼接而成的环形结构，各段弧形分体互不相通，在各段弧形分体上均连接有进气分管、U形连接管及排气分管，独立喷射，保证每段弧形分体的喷射力。喷射环的环体截面不限于圆形、长方形。
如图7-10所示，所述的分流器及回收器的截面可以为圆形也可以为矩形，其均由一环形的密封腔体构成，该密封腔体由一体成型的侧壁、底壁及顶壁构成，顶壁与底壁上下相对设置，在顶壁与底壁之间设置有侧壁；所述进气分管及排气分管为U形结构或L形结构。
本发明的封闭固定式环形涡喷蒸汽轮，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 (8)

1.一种封闭固定式环形涡喷蒸汽轮，其特征在于：包括外壳、主轴、密封喷射腔、密封环片及喷射环，在所述外壳的内部沿其轴向转动安装有主轴，主轴的上端由外壳穿出形成输出端，在外壳的内部主轴上安装有与其联动的密封喷射腔，在密封喷射腔内包裹安装有喷射环，在密封喷射腔的外侧安装有与其相对转动的密封环片；在外壳内密封喷射腔的上下两端分别设置有回收器及分流器，在分流器上设置有伸出外壳的进气管，该分流器通过进气分管与喷射环内部连通，喷射环再通过排气分管与回收器连通，在所述的回收器上设置有伸出外壳的出气管，所述的进气分管、排气分管均穿装在固定安装环上，固定安装环固装在外壳的内壁上；
所述的密封喷射腔由上下扣装的喷射上涡槽及喷射下涡槽构成，在喷射上涡槽与喷射下涡槽之间设有喷射环，在喷射上涡槽与喷射下涡槽之间的外圈转动设置有密封环片；
所述的喷射上涡槽及喷射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；
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。
2.根据权利要求1所述的一种封闭固定式环形涡喷蒸汽轮，其特征在于：所述的密封喷射腔为一单级密封喷射腔。
3.根据权利要求1所述的一种封闭固定式环形涡喷蒸汽轮，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。
4.根据权利要求1所述的一种封闭固定式环形涡喷蒸汽轮，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管与分流器连通，位于最上端的喷射环通过排气分管与回收器连通，各所述的U形连接管、进气分管及排气分管均穿装在固定安装环上，该固定安装环安装在外壳内壁上。
5.根据权利要求1所述的一种封闭固定式环形涡喷蒸汽轮，其特征在于：所述的喷射环分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结构，各段弧形分体互不相通。
6.根据权利要求1所述的一种封闭固定式环形涡喷蒸汽轮，其特征在于：还包括电磁调压阀，在与所述分流器连接的进气分管上安装有电磁调压阀。
7.根据权利要求1所述的一种封闭固定式环形涡喷蒸汽轮，其特征在于：所述的分流器及回收器均由一环形的密封腔体构成，该密封腔体由一体成型或分体成型的侧壁、底壁及顶壁构成，顶壁与底壁上下相对设置，在顶壁与底壁之间设置有侧壁；所述的侧壁、底壁及顶壁均为平直的结构或者弧形的结构，平直的结构构成截面为矩形的密封腔体，弧形的结构构成截面为圆形的密封腔体。
8.根据权利要求1所述的一种封闭固定式环形涡喷蒸汽轮，其特征在于：所述进气分管及排气分管为U形结构或L形结构。
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