专利名称：反作用式涡轮机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种反作用式涡轮机，该涡轮机利用蒸汽、气体或压缩空气的喷射时产生的反作用。
背景技术：
—般来说,蒸汽润轮机(steam turbine)是一种将蒸汽所具有的热能转换成机械能的原动机方式的一种。上述蒸汽涡轮机由于振动少、效率高，能获得高速、大马力而广泛使用于火力发电或船舶的主机关。上述蒸汽涡轮机将锅炉中产生的高温高压的蒸汽从喷嘴或固定的叶片进行喷出、膨胀，从而产生高速的蒸汽流动，并将这一高速的蒸汽流动向涡轮机叶片进行引导，通过与涡轮机叶片碰撞时产生的冲击作用或反作用来对轴进行旋转。因此，上述蒸汽涡轮机包括多个喷嘴和多个涡轮机叶片，上述多个喷嘴将蒸汽所具有的热能转换成速度能，上述多个涡轮机叶片与上述多个喷嘴并排地进行配置，并将速度能转换成机械性工作。在如上所述的蒸汽涡轮机中，高压蒸汽从锅炉流向蒸汽室而膨胀，这一高压蒸汽通过上述蒸汽室的每个喷嘴和涡轮机叶片，来旋转与上述涡轮机叶片相结合的涡轮轴后，向排气室移动。上述高压蒸汽在通过每个喷嘴和涡轮机叶片的过程中进行膨胀，从而转换成低压状态，这一低压状态的蒸汽在排气室流向冷凝器而被冷却，并重新通过供水泵返回到锅炉或向大气中排出。但是，如上所述的现有的蒸汽涡轮机，在特性上由高速的蒸汽流动与高速旋转的涡轮机叶片相撞来产生旋转力，因此，在蒸汽中混入冷凝水的情况下，涡轮机叶片会受损。所以，为了防止向上述涡轮机叶片流入的蒸汽中产生冷凝水而需要进行管理的同时，上述涡轮机叶片需要利用具有高硬度的高价材质进行制备，因此，存在制造费用上升的问题。并且，旋转上述涡轮轴的力与向涡轮机叶片入射的蒸汽的运动量成正比，而上述蒸汽的运动量由上述涡轮机叶片的数量及表面积、蒸汽的入射角度等多种因素决定。但是，与上述涡轮机叶片相撞的蒸汽由于速度和方向都会改变，因此考虑这些所有因素来适当地设计上述叶片的形状、角度等是相当困难的，因此，制备高效率的涡轮机是有限的。并且，多个涡轮机叶片由外壳包围而旋转，因此，在上述涡轮机叶片的末端部分和上述外壳的内周面之间，考虑上述涡轮机叶片的热膨胀而需要留出富余空间。但是，蒸汽会从上述富余空间泄漏，从而增加压力损失，并由此存在涡轮机的热效率降低的问题。
发明内容
本发明的目的在于，在制作容量不同的涡轮机时，通过使部件共享容易，来提供多种容量的反作用式涡轮机。本发明的另一目的在于，通过使各部件的组装容易，并将涡轮轴的偏心旋转防患于未然，来提供半永久性的反作用式涡轮机。本发明的目的在于，提供一种各部件的组装容易，效率高，从而能够缩小涡轮机的大小的反作用式涡轮机。本发明的另一目的在于，提供一种通过抵消蒸汽的轴向负载，能够削减轴向摩擦的反作用式涡轮机。本发明的又一目的在于，提供一种通过转换蒸汽的喷射方向，能够使涡轮轴正转或反转的反作用式涡轮机。为了达成本发明的目的，提供反作用式涡轮机，该涡轮机包括:涡轮轴；以及在内部形成至少一个喷射孔以喷射工作流体的同时旋转，并且沿着上述涡轮轴的轴向层叠并结合成一体的多个喷嘴组装体。为了达成本发明的目的，提供反作用式涡轮机，上述涡轮机包括:外壳，该外壳形成有外壳入口和外壳出口，并且形成有使上述外壳入口与外壳出口之间连通的外壳流路以供从上述外壳入口流入的高压工作流体能够向上述外壳出口方向移动；涡轮轴，该涡轮轴能够旋转地结合于上述外壳；以及能够旋转地收纳于上述外壳流路中，与上述涡轮轴结合成一体，具有至少一个喷射孔以喷射上述工作流体的同时旋转的至少一个喷嘴组装体，上述喷嘴组装体由多个板重叠结合而成，并在其重叠的面形成上述喷射孔。为了达成本发明的目的，提供反作用式涡轮机，上述涡轮机包括:外壳，该外壳形成有外壳入口和外壳出口，并且形成有使上述外壳入口与外壳出口之间连通的外壳流路以供从上述外壳入口流入的高压工作流体能够向上述外壳出口方向移动；涡轮轴，该涡轮轴能够旋转地结合于上述外壳；以及能够旋转地收纳于上述外壳流路中，与上述涡轮轴结合成一体，具有至少一个喷射孔以喷射上述工作流体的同时旋转的至少一个喷嘴组装体，上述外壳入口和外壳出口这两者中的至少任意一方设有多个，并沿着上述涡轮轴的轴向相对称地形成。为了达成本发明的目的，提供反作用式涡轮机，上述涡轮机包括:外壳，该外壳形成有外壳入口和外壳出口，并且形成有使上述外壳入口与外壳出口之间连通的外壳流路以供从上述外壳入口流入的高压工作流体能够向上述外壳出口方向移动；涡轮轴，该涡轮轴能够旋转地结合于上述外壳；以及能够旋转地收纳于上述外壳流路中，与上述涡轮轴结合成一体，具有至少一个喷射孔以喷射上述工作流体的同时旋转的至少一个喷嘴组装体，上述外壳入口在喷嘴组装体的旋转中心部位置沿着轴向形成，上述外壳出口在上述喷嘴组装体的与外周缘对应的位置沿着圆周方向缠绕而形成。本发明的反作用式涡轮机在制作容量不同的涡轮机时，容易地共享部件，除此之外各部件的组装容易，将涡轮轴的偏心旋转防患于未然，从而大大提高反作用式涡轮机的耐久性。并且，由于各部件的组装容易，且喷射孔的长度长，从而效率提高，因此能够实现涡轮机的小型化及高效率化。并且，能够在喷射孔的末端选择性地拆装大小不同的喷嘴，从而能够容易地变换涡轮机的容量。
图1是本发明反作用式涡轮机的外观的立体图。图2是图1的反作用式涡轮机的中间的分离后的立体图。图3是图1的反作用式涡轮机的分解后的立体图。图4是图1的反作用式涡轮机的组装后的剖视图。
图5是图1的反作用式涡轮机的第三外壳的内周面的放大图。图6是图1的反作用式涡轮机的第三外壳的内周面的其他实施例的放大图。图7是图1的反作用式涡轮机的单个喷嘴组装体的分解后的立体图。图8是图7的单个喷嘴组装体的组装后的剖视图。图9是图7的喷嘴组装体中的喷嘴盖的俯视图。图10是图9的“ I — I ”线剖视图。图11是图7的单个喷嘴组装体中的喷嘴板的俯视图。图12至图15是图1的喷嘴组装体的喷嘴板中的按照蒸汽的流动顺序表示的喷射连通口的数量(截面积)变化的俯视图。图16是图1的反作用式涡轮机中的喷嘴组装体的其他实施例的分解后的立体图。图17是图16的喷嘴组装体的俯视图。图18是本发明的反作用式涡轮机的其他实施例的剖视图。图19是本发明的反作用式涡轮机中的能双向旋转的反作用式涡轮机的剖视图。图20是本发明的单级式反作用式涡轮机的一实施例的立体图。图21是沿着图20的II 一 II线剖开的单级式反作用式涡轮机的剖视图。
具体实施例方式以下，根据附图所图示的实施例，对本发明的反作用式涡轮机进行详细说明。图1是本发明反作用式涡轮机的外观的立体图，图2是图1的反作用式涡轮机的中间的分离后的立体图，图3是图1的反作用式涡轮机的分解后的立体图，图4是图1的反作用式涡轮机的组装后的剖视图。如图所示，本发明的反作用式涡轮机将涡轮轴20能够旋转地结合于外壳10，在上述涡轮轴20形成至少一个喷嘴组装体30，上述喷嘴组装体在上述外壳的内部沿着轴方向层叠而构成，具有喷射孔301以供作为工作流体的高压蒸汽膨胀的同时旋转。上述外壳10由入口侧外壳110、出口侧外壳120及至少一个中间外壳130构成，上述入口侧外壳(以下,称为“第一外壳”)110具有至少一个外壳入口 101以供蒸汽流入,上述出口侧外壳(以下，称为“第二外壳”)120在上述第一外壳110的另一侧拉开规定间距配置，具有至少一个外壳出口 102，以将膨胀的低压蒸汽向大气中排出或为了再循环而排出，上述中间外壳(以下，称为“第三外壳”)130设在上述第一外壳110和第二外壳120之间，形成外壳流路(或者膨胀空间)103以供上述喷嘴组装体30旋转。上述第一外壳110可以形成为，在它的一侧面设有吸入流路槽，并在该吸入流路槽的中央为了支撑涡轮轴而设有轴承孔的单一体，但如图所示，由吸入外壳(suctionhousing) 111、前盖(front cover) 112 及轴承盖(bearing cover) 113 构成,上述吸入外壳111形成具有吸入空间1111的环形，并在该吸入空间1111的一侧以贯通的方式形成有上述外壳入口 101，上述前盖112覆盖上述吸入外壳111的一侧来形成上述吸入空间111，并在其中央形成轴承孔1121，上述轴承盖113紧固于上述前盖112的一侧面，供后述的第一轴承51紧固固定。上述吸入外壳111优选为，为了使上述吸入空间1111形成圆形空间而以环形形成，并且上述外壳入口 101的截面积形成为比上述外壳出口 102的整个截面积小。
上述前盖112以圆盘形形成，具有能够覆盖上述吸入外壳111的吸入空间1111的程度的宽度，并在其中央以贯通的方式形成上述轴承孔1121。在上述轴承孔1121的内周面结合第一密封部件41，以对上述吸入空间1111和涡轮轴20的外周面之间进行密封。上述第一密封部件41可以由具有自润滑性的材质形成，在其内周面优选形成迷宫式密封件(labyrinth seal) 411以切断向上述吸入空间1111流入的高压蒸汽的泄漏。上述轴承盖113形成得大于上述前盖112的轴承孔1121，以能够紧固于该前盖112的一侧，在上述轴承盖113的内周面固定设置第一轴承51，该第一轴承51对上述涡轮轴20的一端在径向(radial)上进行支撑。上述第二外壳120 由排气盖(discharge cover) 121 和后盖(rear cover) 122 构成，上述排气盖121具有至少一个外壳出口 102，并且在其中央形成轴承孔1211，上述后盖122结合于上述排气盖121的一侧面，对上述涡轮轴20在轴向(thrust)上进行支撑。上述排气盖121以圆盘形形成，并在其中央形成上述轴承孔1211，在上述轴承孔1211的周边形成至少一个外壳出口 102。在上述轴承孔1211的内周面结合第二密封部件42，该第二密封部件42将上述外壳流路(膨胀空间)103和涡轮轴20的外周面之间进行密封。上述第二密封部件42可以由具有自润滑性的材质形成，并且在其内周面可以形成迷宫式密封件(labyrinth seal) 421以切断沿上述膨胀空间103流动的高压蒸汽的泄漏。而且，在上述排气盖121的一侧，即上述密封部件42的外侧固定设置第二轴承52，该第二轴承52对上述涡轮轴20的另一端在径向(radial)上进行支撑。上述后盖122形成得大于上述排气盖121的轴承孔1211，以能够紧固于上述排气盖121的一侧面，并且在上述后盖122的内侧面固定设置第三轴承53，该第三轴承53对上述涡轮轴20在轴向(thrust)上进行支撑。上述第三外壳130以环形形成，与后述的分离板140 —起借助螺栓紧固于上述前盖112及排气盖121。而且，在上述第三外壳130的中央部，形成比上述喷嘴组装体30的外径大的外壳流路103，以在收容上述喷嘴组装体30的同时供工作流体流动。上述外壳流路103优选为在下游侧喷嘴组装体的体积比起上游侧喷嘴组装体的体积逐渐增加，因此，优选为上述第三外壳130的轴向厚度从第一外壳110朝向第二外壳120逐渐变厚。而且，在上述外壳流路131的内周面，即上述第三外壳130的内周面，如图5所示沿着圆周方向连续形成多个碰撞面1311，这些碰撞面1311供通过上述喷嘴组装体30的喷射孔301喷射的流体相撞而产生反作用力。上述碰撞面1311虽然可以由具有比上述外壳流路103的曲率半径小的曲率半径的曲面形成，但也可以形成为阶梯状或如图6所示具有曲面部1312、和从该曲面部1312的至少一侧端(附图中是一侧端)延长的直线面部1313的形状等多种形状。在此,若上述碰撞面1311由曲面部1312和直线面部1313构成，则优选上述直线面部1313形成在喷嘴组装体30的旋转方向侧。而且，上述碰撞面1311的曲面部1312虽然可以像图5所示那样形成为，具有与第三外壳130的中心一致的中心，但也可以像图6所示那样，曲面部1312的中心不与第三外壳130的中心一致，而是考虑喷嘴组装体30的喷射孔301，而向喷嘴组装体30的旋转方向偏心。
若上述碰撞面1311的曲率半径过小，则蒸汽几乎都向喷嘴组装状体30的中心移动，因此反而妨碍喷嘴组装体30的旋转。相反，若碰撞面1311的曲率半径太大，则蒸汽仅在外壳10的外部流动，从而无法对喷嘴组装体30的旋转提供太大的帮助。因此，优选以上述的范围调节碰撞面1311的曲率半径。而且，在上述碰撞面1311的一端，即曲面部1312的两端中的直线面部1313的相反侧，可以螺丝结合叶片1315，该叶片1315能够降低向喷嘴组装体30和第三外壳130之间的泄漏，提高碰撞力。上述叶片1315可以具有越接近喷嘴组装体30，厚度越大的形状。在上述第三外壳130的两侧,分别设有分尚板140,该分尚板140与上述第三外壳130 —同形成外壳流路103。上述分离板140可以与上述第三外壳130 —同被紧固于前盖112及排气盖121。而且，在上述分离板140的中央部位形成贯通孔141，以供后述的喷嘴盖310能够旋转地插入。而且，在上述贯通孔141的内周面固定设置第三密封部件43，该第三密封部件防止蒸汽从吸入空间1111或上游侧的外壳流路103向下游侧的外壳流路103泄漏。在上述第三密封部件43的内周面也可以形成如上所述的迷宫式密封件431。而且，在上述分离板140的两侧面形成支撑突起1411，该支撑突起1411对上述第三外壳130在径向上进行支撑，并且在上述分离板140的两侧面中的外壳出口侧形成流路槽1412，该流路槽1412与上述第三外壳130 —同构成外壳流路103，并且上述流路槽1412与下游侧喷嘴组装体30的喷射吸入口 313连通。上述涡轮轴20在其轴部的中央部位，形成轴向长的多个键安装槽201，在这些键安装槽201中，分别插入固定轴向长的板状的键(key) 210。根据上述喷嘴组装体30结合于上述涡轮轴20的数量，可以变更涡轮机的容量。即，若涡轮机的容量小，则使喷嘴组装体30的数量少，相反，若涡轮机的容量大，则使喷嘴组装体30的数量多。在此，若上述喷嘴组装体30的数量为多个，则考虑到越向下游侧工作流体越膨胀的特点，可以使上述喷嘴组装体30的喷射孔301，越向下游侧，总截面积越大或数量越多。例如，如图11至图15所示，在上述喷嘴组装体30为5个的情况下，可以将各喷嘴组装体30的喷射孔301的数量逐级增加一个。只是图14的情况为第四级喷嘴组装体，图15的情况为第五级喷嘴组装体，但参照图4可以看出，对于第五级喷嘴组装体，由于其喷射孔301形成得比第四级喷嘴组组装体的喷射孔深，所以虽然第五级喷嘴组装体的喷射孔301的数量比上述第四级喷嘴组装体的喷射孔301的数量少一个，但实际截面积却得到扩张。而且，若上述喷射孔301的数量为多个，则以同样的形状等间距形成，从而降低偏载荷，提闻润轮机的性能。而且，在上述喷嘴组装体30的内周面，沿着圆周方向等间距形成轴向具有规定长度的多个键槽(key groove) 201,以供具备于上述润轮轴20的外周面的键(key) 210插入其中并与之结合成一体。图7是图1的反作用式涡轮机的单个喷嘴组装体的分解后的立体图，图8是图7的单个喷嘴组装体的组装后的剖视图，图9是图7的单个喷嘴组装体中的喷嘴盖的俯视图，图10是图9的“I 一 I”线剖视图。图11是图7的单个喷嘴组装体的喷嘴板的俯视图。如图所示，上述喷嘴组装体30由喷嘴盖310和喷嘴板320构成，在上述喷嘴盖310形成喷射吸入口 313以形成上述喷射孔301的入口，上述喷嘴板320被结合于上述喷嘴盖310的一侧面，以与上述喷嘴吸入口 313连通的方式连续形成喷射连通口 323和喷射排出口324。上述喷嘴盖310以圆盘形形成，在其中央形成轴孔311以供上述涡轮轴20插入并结合，并且在上述轴孔311的内周面形成键槽312以供涡轮轴20的键210插入并结合。而且，在上述轴孔311的周边形成至少一个喷射吸入口 313，优选喷射吸入口 313沿着圆周方向等间距形成有多个。上述喷射吸入口 313可以沿轴向形成，但如图9及图10所示考虑到上述喷嘴组装体30的旋转，优选向其旋转方向具有规定倾斜角的倾斜面3131形成，从而顺畅地吸入工作流体。而且，在上述喷射吸入口 313的入口端或内周面，可以形成叶片或导槽之类的引导部3132，以能够顺畅地吸入工作流体。上述喷嘴板320以具有与上述喷嘴盖310大致相同的直径的圆盘形形成，在其中央形成轴孔321以供上述涡轮轴20插入并结合，在上述轴孔321的内周面形成与上述喷嘴盖310的键槽312对应的键槽322。而且，从上述轴孔321的周边向外周面方向形成上述喷射连通口 323。上述喷射连通口 323由第一喷射连通口 3231和第二喷射连通口 3232构成，上述第一喷射连通口 3231以环形形成，上述第二喷射连通口 3232向上述喷射排出口 324以线形延长。上述第一喷射连通口 3231形成在与上述喷射吸入口 313大致相同的高度以在轴向上与上述喷射吸入口 313连通，上述第二喷射连通口 3232从上述第一喷射连通口 3231向切线方向连通，并向上述外周面方向延长，而在末端附近向上述喷射排出口 324弯曲。上述喷射排出口 324可以形成为，截面相对于上述喷嘴组装体30的切线具有规定角度，即朝向相对于切线大致垂直的方向以能够向切线方向喷射蒸汽。而且，在上述喷射排出口 324的末端，通过螺栓或铆钉能够拆装地紧固着喷嘴330，该喷嘴330具有喷嘴孔331。优选地，上述喷嘴330在其喷嘴孔331的入口到出口之间形成小径部，从而提高喷射速度。如上所述的本发明的反作用式蒸汽涡轮机进行以下工作。S卩，若在上述锅炉中产生的高压蒸汽通过管道向外壳10的外壳入口 101供给，则该蒸汽通过上述吸入空间111被吸入到喷射吸入口 313，而被引向上述第一喷射连通口3231。此时，由于上述喷射吸入口 313向喷嘴组装体30的旋转方向倾斜地形成，所以蒸汽能够沿着倾斜面3131向第一喷射连通口 3231迅速地流入。向上述第一喷射连通口 3231流入的高压蒸汽在该第一喷射连通口 3231向各第二喷射连通口 3232分配，从而向上述喷射排出口 324向外侧迅速移动，从上述喷射排出口 324通过喷嘴330的喷嘴孔331向由上述第三外壳130和分离板140形成的外壳流路(膨胀空间)103高速喷出高压蒸汽。此时，由于在上述第三外壳130的内周面形成碰撞面1311，所以从上述喷嘴组装体30排出的高压蒸汽与上述碰撞面1311相撞，产生很强的反作用力，通过该反作用力，上述喷嘴组装体30旋转的推动力将加倍。从上述喷嘴组装体30向外壳流路103喷出的蒸汽，沿着设在该喷嘴组装体30侧面的上述分离板140的流路槽1412向中央侧移动，并被引向下游侧喷嘴组装体30的喷射吸入口 313，被引向该喷射吸入口 313的蒸汽反复进行之前所提到的过程，通过最后一个喷嘴组装体30的喷射排出口 324,向由最后一个第三外壳130和分离板140构成的最后一个外壳流路103喷出。然后，向上述最后一个外壳流路103喷出的蒸汽，再次膨胀，通过上述排气盖121的外壳出口 102向外部排出，反复进行这样的一连串的过程。如上所述，喷嘴组装体30将高压蒸汽向圆周方向喷射而产生的旋转力，被传递于与上述喷嘴组装体30结合的涡轮轴20，该涡轮轴20与上述喷嘴组装体30 —同旋转的同时将旋转力向外部传递。在此，上述涡轮轴20，在该涡轮轴20的两端，由固定在上述轴承盖113的第一轴承
51、和固定在上述排气盖121的第二轴承52在径向上被支撑，并且由固定在上述后盖122的第三轴承53在轴向上被支撑，，因此上述涡轮轴20能够稳定地高速旋转。并且，由于向上述外壳10的内部流入的高压蒸汽依次通过多个喷嘴组装体30，因此，每个喷嘴组装体30所被收容的多个膨胀空间103之间可能产生压力差，并且由于该压力差，蒸汽可能从压力高的上游侧膨胀空间向下游侧膨胀空间泄漏，但通过在构成上述外壳10的前盖112、排气盖121以及分离板140的内周面，分别设置密封部件41、42、43，防止蒸汽向外部泄漏或在各外壳流路之间泄漏，从而能够提高涡轮机的能效。并且，由于可以根据包括上述喷嘴组装体30的单个涡轮机的数量，能够调整涡轮机的容量，因此，能够容易地制作容量相异的涡轮机，除此之外，还因为能够共享用于制作容量不同的涡轮机的部件，所以能够削减制造费用。并且，由于上述喷嘴组装体30的喷射孔301形成得又长又弯，所以通过上述喷射孔301喷射出的蒸汽的喷射速度提高，因此，能大大提高涡轮机的大小效率比。本发明的反作用式涡轮机的喷嘴组装体的其他实施例如下。S卩，在上述的实施例中，上述喷嘴组装体由喷嘴盖和喷嘴板构成，并且在上述喷嘴板的接触面或喷嘴盖和喷嘴板的各接触面以槽的形式形成喷射孔，但本实施例是在上述喷嘴盖和喷嘴板之间设置喷嘴环，并在该喷嘴环形成喷射孔。图16是图1的反作用式涡轮机中的喷嘴组装体的其他实施例的分解表示的立体图，图17是图16的喷嘴组装体的组装后的俯视图。如图所示，上述喷嘴组装体30由作为第一板部件的喷嘴盖350、作为第二板部件的喷嘴板360及喷嘴环370构成，上述喷嘴板360配置于上述喷嘴盖350的一侧面，上述喷嘴环370结合在上述喷嘴盖350和喷嘴板360之间，与上述喷嘴盖350及喷嘴板360 —同形成密封的喷射空间302。上述喷嘴盖350和喷嘴板360以单纯的圆盘形形成，在上述喷嘴盖350的中央以贯通的方式形成喷射吸入口 351，相反，在上述喷嘴板360的中央形成轴孔361以供涡轮轴20插入并结合。在上述喷嘴板360的内侧面形成分散突部362，该分散突部362在收容上述轴孔361的同时，将通过上述喷射吸入口 351吸入的蒸汽向喷嘴环370的喷射排出口 373方向分散。上述分散突部362可以形成为越靠近喷射吸入口方向，面积越小的呈曲面的圆维形等。上述喷嘴环370由一对外壳侧面、即喷射面371和支撑面372沿着圆周方向像锯齿一样连续连接地形成，并通过上述喷射面371和支撑面372形成中空型的喷射空间302。上述喷射空间302没有被分成隔室等，而是以一体型形成。因此，大部分蒸汽从喷射空间302向外部全部喷射出，从而能使反作用涡轮机的效率高，结构简单。而且，上述喷射面371和支撑面372既可以后续组装，也可以形成一体型。形成一体型有利于加工。上述喷射面371从喷射环370的中心、即涡轮轴20的轴中心以放射状形成，上述支撑面372以从上游侧喷射面的外周端向下游侧喷射面的内周端连接的方式形成具有规定的角度。在上述喷射面371形成喷射排出口 373。上述喷射排出口 373相对于喷射面371形成直角。在上述喷射排出口 373，结合与喷射面371成直角的方向上具有规定长度的喷嘴375。上述喷嘴375利用另外的螺栓进行结合或直接螺纹结合于喷射排出口 373以能够经受住高压蒸汽等。上述喷嘴375如上述实施例一样，可以选择喷嘴内径根据需要进行增减的来进行组装。上述支撑面372形成为包括曲面或倾斜面，通过调节上述支撑面372的曲率半径，能够使从喷嘴(或喷射排出口 )375排出的蒸汽的使用效率最大化。即，由于蒸汽从喷嘴375排出后沿着支撑面372流动，所以蒸汽的排出方向受支撑面372的外侧曲面部374的影响。因此，优选地，将支撑面372的曲率半径调节成0.5mm至7.5mm。若支撑面372的曲率半径过于小，则蒸汽无法沿着喷嘴组装体30的旋转方向被引导，直接与支撑面372碰撞，从而无法使喷嘴组装体30的旋转力最大化。相反，若支撑面372的曲率半径过于大，则该支撑面372的外侧曲面部374可能干涉上述碰撞面1311。因此，优选地，将支撑面372的曲率半径调节成上述的范围。在此，上述喷嘴盖350的直径和喷嘴板360的直径形成得比喷嘴环370的直径大，这可以使从上述喷嘴375排出的蒸汽主要向喷嘴盖350和喷嘴板360之间被引导。由此，蒸汽只向喷嘴环370的旋转方向施加压力，从而使喷嘴组装体30的旋转所需的机械能最大化。如上所述的本实施例的喷嘴组装体的作用效果与前述实施例的喷嘴组装体大同小异，因此，省略对此的具体说明。但是，本实施例与前述的实施例不同的是，构成第一喷射连通口的喷射空间302形成得更宽，从而直接与喷射排出口 373连接，因此该喷射空间302的流路阻力可能增加或由于蒸汽的第一次膨胀而造成涡轮机效率低下，但由于结构简洁而容易组装或维修。并且，由于将喷射流路的堵塞等现象防患于未然，因此，能提高稳定性。本发明的反作用式涡轮机的其他实施例如下。S卩，在前述的实施例中，上述外壳入口以涡轮轴为基准，设于一端，而上述外壳出口设于另一端，但本发明中，上述外壳入口设于中央，上述外壳出口分别设于两端。图18是本发明的反作用式涡轮机的其他实施例的剖视图。如图所示，本实施例的反作用式涡轮机具有:外壳入口 101 ;设在上述外壳入口的两侧的外壳出口 102 ;以及将上述外壳入口 101和各外壳出口 102相独立地连接的各外壳流路103。并且，上述外壳入口101以涡轮轴20为基准，配置于中央，相反，上述外壳出口 102分别配置在上述涡轮轴20的两立而，以能够以上述外壳入口 101为中心在轴向上对称。上述外壳入口 101，可以如图所示只形成一个，并向两侧的外壳流路103分盆，但上述外壳流路101也可以设有多个，并与各外壳流路103连通。而且，优先地，上述喷嘴组装体30的数量和规格形成为以上述外壳入口 101为中心对称,这能抵消上述润轮轴20的轴向推力(axial thrust force),防止润轮轴20向一侧倾斜。
本实施例的反作用式涡轮机的基本结构与前述的实施例大同小异，且作用效果包括前述的实施例及现有技术中所记载的内容，因此，省略对此的详细说明。但是，本实施例的情况，由于将上述外壳入口配置在中间，并将外壳出口配置在两端，能抵消涡轮轴的轴向推力(axial thrust force)，因此，能降低反作用式涡轮机的振动，除此之外还能减少摩擦损失，进一步提闻润轮机的性能。另一方面，本发明的反作用式涡轮机的又一实施例如下。S卩，在前述的实施例中，上述喷嘴组装体设在上述外壳入口的两侧，使该喷嘴组装体向同一方向旋转，但本实施例是以上述外壳入口为中心，设在两侧的喷嘴组装体向相反方向旋转。图19是本发明的反作用式涡轮机的能进行双向旋转的反作用式涡轮机的剖视图。如图所示，本实施例的反作用式涡轮机，其外壳流路划分成第一外壳流路1031和第二外壳流路1032，从而第一外壳流路1031和第二外壳流路1032各自形成独立的外壳入口和外壳出口。为此，在上述外壳入口设置流路分离板104，使上述外壳流路划分成第一外壳入口1011和第二外壳入口 1012，并在上述涡轮轴20的两端，分别设置与外壳入口 1011、1012对应的第一外壳出口 1021和第二外壳出口 1022。而且，上述第一外壳入口 1011与第一流体供给管1051连接，上述第二外壳入口1012与第二流体供给管1052连接，并且，上述第一流体供给管1051和第二流体供给管1052与一个转换阀106连接。上述转换阀106可以由三通阀构成，以控制蒸汽的流动方向使该蒸汽向所希望的方向供给。当然，上述转换阀106可以分别独立地设置于第一流体供给管1051和第二流体供给管1052，从而各自进行控制。而且，在上述喷嘴组装体30中，第一组A和第二组B能够向相反方向旋转地排列，上述第一组A设在上述第一外壳入口 1011和第一外壳出口 1021之间，上述第二组B设在上述第二外壳入口 1012和第二外壳出口 1022之间。本实施例的反作用式涡轮机的基本结构与前述的实施例大同小异，且作用效果包括前述的实施例所记载的内容，因此，省略对此的详细说明。但是，本实施例的情况是，上述外壳流路划分成第一外壳流路和第二外壳流路，并在上述各外壳流路设有向相反方向具有喷射孔的喷嘴组装体，而且，与上述第一外壳入口和第二外壳入口独立地连接的第一流体供给管和第二流体供给管，与控制蒸汽的流动方向的转换阀连接，因此，根据蒸汽的供给方向，能够将涡轮轴的旋转方向转换成正转或反转，从而能更加多样地适用反作用式涡轮机。另一方面，虽然没在附图中图示，但喷嘴组装体以涡轮轴的中央为中心，分别设置在两侧的情况下，如图18及图19 一样，能将外壳入口设置在中央，将外壳出口设置在两端，但根据情况，也可以将上述外壳入口设置在两端，将外壳出口设置在中央。对此的结构和作用效果与前述的实施例大同小异，因此，省略具体说明。本发明的反作用式涡轮机的另一实施例如下。S卩，前述的实施例示出了多个喷嘴组装体沿着轴向层叠的多级式反作用式涡轮机，但本实施例也可以在由一个喷嘴组装体构成的单级式反作用式涡轮机中适用蒸汽的反作用力。
图20是本发明的单级式反作用式涡轮机的一实施例的立体图，图21是沿着图20的I1-1I线剖开的单级式反作用式涡轮机的剖视图。如图所示，本实施例的单级式反作用式涡轮机由外壳10、涡轮轴20及喷嘴组装体30构成，上述外壳10具有喷射入口 411和喷射出口 412，上述涡轮轴20能够旋转地结合于上述外壳10，上述喷嘴组装体30与上述涡轮轴20结合成一体，并能够旋转地设置于上述外壳10的内部。上述外壳10由第一外壳410、第二外壳420及第三外壳430构成，上述第一外壳410设在前方侧(为方便说明，将蒸汽被吸入的方向称为“前方侧”)，上述第二外壳420设在上述第一外壳410的后侧面,上述第三外壳430设在上述第一外壳410和第二外壳420之间，形成能够收纳旋转的喷嘴组装体430的外壳流路(或者膨胀空间)401。上述第一外壳410在中央部位沿着轴向形成有喷射入口 411，并在上述喷射入口411的外侧沿着圆周方向形成耳蜗状的喷射出口 412。上述喷射入口 411形成为向前方侧突出规定高度，在上述喷射入口 411的内周面和一侧面设有轴承402、403，上述轴承402、403对喷嘴组装体30在径向和轴向上能够旋转地进行支撑，并且，在上述轴承402、403的周边设有密封部件404，该密封部件404对喷射入口 411和喷射出口 412之间进行密封。上述第二外壳420在中央部位形成轴孔421以供涡轮轴20贯通结合，在上述轴孔421的内周面设置轴承405、406，上述轴承405、406对上述涡轮轴20在径向和轴向上能旋转地进行支撑，并且，在上述轴承405、406的周边设有密封部件407以对外壳流路401进行密封。上述第三外壳430可以以环形形成，并配置在第一外壳410和第二外壳420之间进行结合，但根据情况，也可以在上述第二外壳420的内侧面以一体形成。而且，上述第三外壳430的内周面可以以光滑管状形成，但也可以形成类似图5及图6的碰撞面(图5及图6 中的 1311)。上述喷嘴组装体30既可以像图7 —样由2个部件、即喷嘴盖350和喷嘴板360构成，也可以像图21 —样由3个部件、即喷嘴盖350、喷嘴板360及喷嘴环370构成。上述喷嘴组装体30可以同样适用之前所图示的前述的多个实施例。因此，省略对此的具体说明。如上所述的本实施例的单级式反作用式涡轮机，蒸汽沿着轴向通过喷射入口 411向喷射组装体20的喷射空间流入。蒸汽在离心力和分散突部362的作用下呈放射状流动，并从喷射排出口 373向外壳10的外壳流路401喷射，从而使涡轮轴20旋转。上述涡轮轴20经由联轴节21与发电机结合，从而旋转发电机，产生电力。除此之外，旋转上述涡轮轴20，还可以用作其他动力源。另一方面，在上述外壳10内部使用完的蒸汽通过喷射出口 412向外部排出。上述喷射出口 412越靠近出口端，形成得越大，因此，能有效地排出蒸汽。除此之外，由于上述喷射出口 312以耳蜗状形成，所以能够更有效地排出蒸汽。
权利要求
1.一种反作用式涡轮机，其特征在于，包括: 涡轮轴；以及 在内部形成至少一个喷射孔以喷射工作流体的同时旋转，并且沿着上述涡轮轴的轴向层叠并结合成一体的多个喷嘴组装体。
2.根据权利要求1所述的反作用式涡轮机，其特征在于， 上述喷嘴组装体由多个板重叠结合而成，并在其重叠的面形成上述喷射孔。
3.根据权利要求1所述的反作用式涡轮机，其特征在于， 上述喷射孔包括: 喷射吸入口，该喷射吸入口与上述外壳入口连通； 喷射排出口，该喷射排出口沿圆周方向形成，与上述外壳出口连通；以及 喷射连通口，该喷射连通口使上述喷射吸入口与喷射排出口之间连通， 上述喷射连通口的至少一部分弯曲。
4.根据权利要求3所述的反作用式涡轮机，其特征在于， 上述喷射吸入口由至少一个孔形成，并且向与上述喷嘴组装体的旋转方向相反的方向倾斜地形成。
5.根据权利要求3所述的反作用式涡轮机，其特征在于， 在上述喷射吸入口的周边还形成有引导部，该引导部由突起或槽构成以将流体引向上述喷射吸入口方向。
6.根据权利要求3所述的反作用式涡轮机，其特征在于， 上述喷射连通口包括: 第一喷射连通口，该第一喷射连通口与上述喷射吸入口连通；以及一端与上述第一喷射连通口连通，另一端与上述喷射排出口连通的至少一个第二喷射连通口， 上述第一喷射连通口以环形形成， 上述第二喷射连通口形成线形，以沿着切线方向与上述第一喷射连通口的外周面连通而朝向上述喷射排出口弯曲。
7.根据权利要求3所述的反作用式涡轮机，其特征在于， 上述喷射排出口形成为，相对于上述喷嘴组装体的切线，实质上朝向直角方向。
8.根据权利要求1所述的反作用式涡轮机，其特征在于， 上述喷嘴组装体包括: 第一板部件； 第二板部件；以及 环部件，该环部件结合在上述第一板部件与第二板部件之间，被上述第一板部件和第二板部件密封而形成喷射空间部，并在该喷射空间部的外周面以贯通的方式形成至少一个上述喷射孔， 上述环部件由形成上述喷射孔的喷射面、和对该喷射面进行连接的支撑面构成，上述喷射面形成为，将该喷射面与上述环部件的中心连接起来的假想线所延伸的方向，与上述喷射孔所贯通的方向实质上呈直角。
9.根据权利要求8所述的反作用式涡轮机，其特征在于，上述环部件的喷射面沿着圆周方向拉开一定间隔以放射状形成， 上述喷射面之间，是用上述支撑面将上游侧喷射面的外周端与下游侧喷射面的内周端连接起来的。
10.根据权利要求1所述的反作用式涡轮机，其特征在于， 在上述喷嘴组装体的喷射孔的末端，能够拆装地结合具有喷嘴孔的喷嘴。
11.根据权利要求1所述的反作用式涡轮机，其特征在于， 在上述喷嘴组装体和涡轮轴这两者中的至少任意一方形成有键槽，在另一方形成有键，该键插入于上述键槽并在旋转方向上进行支撑。
12.根据权利要求1所述的反作用式涡轮机，其特征在于， 上述喷嘴组装体被收纳在供上述涡轮轴能够旋转地结合的外壳中，在该外壳经由外壳流路连通地形成有外壳入口和外壳出口，并在上述外壳流路中能够旋转地配置上述喷嘴组装体，上述喷射孔的入口及出口分别与上述外壳流路连通，而上述外壳流路和喷射孔被交替排列。
13.根据权利要求12所述的反作用式涡轮机，其特征在于， 对于上述喷嘴组装体的喷射孔，位于上述外壳出口侧的喷嘴组装体的喷射孔的截面积，大于位于上述外壳入口侧的喷嘴组装体的喷射孔的截面积。
14.根据权利要求12所述的反作用式涡轮机，其特征在于， 对于上述喷嘴组装体的喷射孔，位于上述外壳出口侧的喷嘴组装体的喷射孔的数量，多于位于上述外壳入口侧的喷射组装体的喷射孔的数量。
15.根据权利要求12所述的反作用式涡轮机，其特征在于， 上述外壳包括: 第一外壳，该第一外壳具有上述外壳入口 ； 第二外壳，该第二外壳具有上述外壳出口 ；以及 多个第三外壳，这些第三外壳沿着轴向层叠在上述第一外壳与第二外壳之间，具有外壳流路以供上述喷嘴组装体能够旋转地被收纳， 在上述各外壳之间还具备分离板，该分离板用于分离上述喷嘴组装体。
16.根据权利要求15所述的反作用式涡轮机，其特征在于， 上述第三外壳，其轴向厚度从上述第一外壳朝向上述第二外壳逐渐增大。
17.根据权利要求15所述的反作用式涡轮机，其特征在于， 在构成上述外壳流路的第三外壳的内周面，沿着圆周方向形成多个碰撞面，这些碰撞面与通过上述喷射孔喷射出的流体的喷射方向不一致。
18.根据权利要求15所述的反作用式涡轮机，其特征在于， 上述碰撞面形成为具有曲面部，该曲面部的曲率半径形成为具有比上述外壳流路的曲率半径小的曲率半径。
19.根据权利要求15所述的反作用式涡轮机，其特征在于， 在上述曲面部的至少一侧,有直线面部延伸形成。
20.根据权利要求15所述的反作用式涡轮机，其特征在于， 在上述曲面部的一侧，具备向喷嘴组装体方向突出的叶片。
21.根据权利要求15所述的反作用式涡轮机，其特征在于，在上述分离板与上述喷嘴组装体之间具备密封部件，在该密封部件形成迷宫式密封件。
22.根据权利要求12所述的反作用式涡轮机，其特征在于， 上述外壳入口形成于轴向一端，上述外壳出口形成于轴向另一端。
23.根据权利要求12所述的反作用式涡轮机，其特征在于， 上述外壳入口形成于轴向中间，上述外壳出口分别形成于轴向两端。
24.一种反作用式涡轮机，其特征在于， 包括: 外壳，该外壳形成有外壳入口和外壳出口，并且形成有使上述外壳入口与外壳出口之间连通的外壳流路以供从上述外壳入口流入的高压工作流体能够向上述外壳出口方向移动； 涡轮轴，该涡轮轴能够 旋转地结合于上述外壳；以及 能够旋转地收纳于上述外壳流路中，与上述涡轮轴结合成一体，具有至少一个喷射孔以喷射上述工作流体的同时旋转的至少一个喷嘴组装体， 上述喷嘴组装体由多个板重叠结合而成，并在其重叠的面形成上述喷射孔。
25.一种反作用式涡轮机，其特征在于， 包括: 外壳，该外壳形成有外壳入口和外壳出口，并且形成有使上述外壳入口与外壳出口之间连通的外壳流路以供从上述外壳入口流入的高压工作流体能够向上述外壳出口方向移动； 涡轮轴，该涡轮轴能够旋转地结合于上述外壳；以及 能够旋转地收纳于上述外壳流路中，与上述涡轮轴结合成一体，具有至少一个喷射孔以喷射上述工作流体的同时旋转的至少一个喷嘴组装体， 上述外壳入口和外壳出口这两者中的至少任意一方设有多个，并沿着上述涡轮轴的轴向相对称地形成。
26.根据权利要求25所述的反作用式涡轮机，其特征在于， 上述喷嘴组装体形成为，以上述外壳入口或外壳出口为中心的轴向的两侧向同一方向旋转。
27.根据权利要求25所述的反作用式涡轮机，其特征在于， 上述喷嘴组装体形成为，以上述外壳入口或外壳出口为中心的轴向的两侧向相反的方向旋转。
28.根据权利要求27所述的反作用式涡轮机，其特征在于， 上述外壳入口设有多个，并且在与这些多个外壳入口连接的流体供给管具备阀门，该阀门控制工作流体的流入方向来转换上述涡轮轴的旋转方向。
29.一种反作用式涡轮机，其特征在于， 包括: 外壳，该外壳形成有外壳入口和外壳出口，并且形成有使上述外壳入口与外壳出口之间连通的外壳流路以供从上述外壳入口流入的高压工作流体能够向上述外壳出口方向移动；涡轮轴，该涡轮轴能够旋转地结合于上述外壳；以及 能够旋转地收纳于上述外壳流路中，与上述涡轮轴结合成一体，具有至少一个喷射孔以喷射上述工作流体的同时旋转的至少一个喷嘴组装体， 上述外壳入口在喷嘴组装体的旋转中心部位置沿着轴向形成，上述外壳出口在上述喷嘴组装体的与外周缘对应的位置沿着圆周方向缠绕而形成。
30.根据权利要求29所述的反作用式涡轮机，其特征在于， 在上述喷嘴组装体的旋转中心部，形成有截面积朝向上述外壳入口方向减小的分散突部，以将通过上述外壳入口沿轴向流入的工作流体引向径向。
31.根据权利要求30所述的反作用式涡轮机，其特征在于， 上述喷嘴组装体包括: 第一板部件； 第二板部件；以及 环部件，该环部件结合在上述第一板部件与第二板部件之间，被上述第一板部件和第二板部件密封而形成喷射空间部，并在该喷射空间部的外周面以贯通的方式形成至少一个上述喷射孔， 上述环部件由形成上述喷射孔的喷射面、和对该喷射面进行连接的支撑面构成，上述喷射面形成为，将该喷射面与上述环部件的中心连接起来的假想线所延伸的方向，与上述喷射孔所贯通的方向实质上呈直角。
32.根据权利要求31所述的反作`用式涡轮机，其特征在于， 上述环部件的喷射面沿着圆周方向拉开一定间隔以放射状形成， 上述喷射面之间，是用上述支撑面将上游侧喷射面的外周端与下游侧喷射面的内周端连接起来的。
33.根据权利要求30所述的反作用式涡轮机，其特征在于， 上述喷嘴组装体包括: 第一板部件；以及 第二板部件，该第二板部件重叠结合于上述第一板部件， 在上述第二板部件的被重叠的面形成上述喷射孔。
34.根据权利要求30所述的反作用式涡轮机，其特征在于， 在上述喷嘴组装体的喷射孔的末端，能够拆装地结合具有喷嘴孔的喷嘴。
全文摘要
本发明涉及反作用式涡轮机，该涡轮机包括外壳，该外壳在入口和出口之间设有外壳流路；涡轮轴，该涡轮轴能够旋转地结合于上述外壳，传递旋转力；结合于上述涡轮轴，能够旋转地配置于上述外壳的外壳流路，并且在内部形成多个圆周方向喷射孔以向圆周方向喷射高压流体的同时产生旋转力的至少一个喷嘴组装体。因此，在制作容量不同的涡轮机时，能够容易共享部件，除此之外各部件的组装容易，能够将涡轮轴的偏心旋转防患于未然，从而大大提高反作用式涡轮机的耐久性。并且，由于各部件的组装容易，且喷射孔的长度长，因此效率提高，从而能够实现涡轮机的小型化及高效率化。
文档编号F01D1/34GK103201459SQ201180051886
公开日2013年7月10日 申请日期2011年5月24日 优先权日2010年8月31日
发明者金其太, 张英逸, 金济镐 申请人:Hk轮机有限公司