新型汽轮的制造方法
新型汽轮的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种新型汽轮机，其结构主要由若干个共轴的圆环缸体组成，每个圆环缸体的结构包括：圆环涵道缸体、螺旋筋板、转动盘、耦合转子，其中圆环涵道缸体是一个有圆环形空腔的固定缸体，空腔的轴面剖视图为圆形，螺旋筋板位于空腔内，沿空腔的圆弧面分布，并与圆环涵道缸体联结为一体，空腔的缸体开有缸体环槽，转动盘位于缸体环槽中；耦合转子安装在转动盘上，位于空腔内，其外径边缘与空腔的内表面形成机械配合，其转动轴线与转动盘的转动轴线垂直或接近垂直，并与空腔的圆环轴线相切，耦合转子沿半径方向开有耦合槽，螺旋筋板可以穿过耦合槽。
【专利说明】新型汽轮机
发明领域:
[0001]本发明涉及一种新型汽轮机。
[0002]发明背景:
[0003]本发明涉及一种新型发动机，可广泛应用于交通运输行业、工程机械、发电机组、大型轮船军舰等国民经济领域。
[0004]现有的被广泛使用的，尤其是用在船舶上的汽轮机，为蒸汽轮机形式，蒸汽轮机是利用锅炉烧出来的蒸汽，通过喷嘴，冲到装有叶片的转轮，叶轮旋转，带动推进器推进发电机或船舶，蒸汽轮机功率大但结构较为复杂，体积庞大，目前汽轮机的动力效率都没有达到理想的水平。而在节能环保要求非常迫切的形势下，交通运输、发电等行业更加需要高效率的以膨胀介质如蒸汽、压缩气、液化气体等为能量来源的有较高转换效率的动力装置。
[0005]本发明提出了一种全新的汽轮机的设计方案，具有结构简单、运行可靠、效率高的特点，同时还具有高压力输入、无压力排放的特点。膨胀介质的压力能量被全部或大部分转换为输出转矩。
[0006]关于本发明专利叙述中的名词解释:
[0007]1.转动轴线:转动体或旋转空间的转动轴线。如图1和图4中的转动轴线O。
[0008]2.旋转面视图和旋转面剖视图:与转动轴线相垂直的平面上投影所得的视图。如图7的左侧视图。
[0009]3.轴面剖视图:与转动轴线相重合的平面上剖切所得的视图。如图1和图4所
/Jn ο
[0010]4.圆环轴线:轴面剖视图为圆形的三维体圆环，其圆环的环绕轴线，如图1、图4和图7中的轴线Q。
【发明内容】
:
[0011]本发明涉及一种新型汽轮机，其结构主要由若干个共轴的圆环缸体组成，每个圆环缸体的结构包括:圆环涵道缸体(GT)、螺旋筋板(LJ)、转动盘(P)、耦合转子(C)，其中圆环涵道缸体(GT)是一个有圆环形空腔(K)的固定缸体，圆环形空腔(K)的轴面剖视图形状为圆形；螺旋筋板(U)位于圆环形空腔(K)内，沿圆环形空腔(K)的圆弧面分布，并与圆环涵道缸体(GT)联结为一体，圆环形空腔(K)的缸体开有缸体环槽，转动盘(P)位于缸体环槽中；耦合转子(C)安装在转动盘⑵上，位于圆环形空腔内，耦合转子(C)的外径边缘与圆环形空腔的内表面形成机械配合，其转动轴线(R)与转动盘(P)的转动轴线(O)垂直或接近垂直；耦合转子(C)沿半径方向开有耦合槽，螺旋筋板(LJ)可以穿过耦合槽，当耦合转子(C)和转动盘(P)与圆环涵道缸体(GT)发生相对转动时，螺旋筋板(LJ)与耦合槽的滑动啮合推动耦合转子(C)围绕自身转动轴线自转；螺旋筋板(LJ)沿圆环形空腔的圆弧表面分布，使得耦合转子(C)随转动盘(P)与圆环涵道缸体(GT)产生相对转动，并以均匀转速转动时，耦合转子(C)因耦合槽与螺旋筋板(LJ)的滑动啮合而围绕自身转动轴线(R)以均匀转速自转；[0012]螺旋筋板的起始端位于转动盘的一侧，并与耦合转子的耦合槽开始滑动啮合，随着转动盘与圆环涵道缸体之间的相对转动，耦合转子在螺旋筋板的推力作用下自转，到达转动盘的另一侧的螺旋筋板的终止端，则螺旋筋板与耦合槽脱离啮合，并继续转动，回到螺旋筋板起始端的一侧，又开始下一次的滑动啮合；耦合转子将圆环涵道缸体的圆弧面、转动盘、螺旋筋板三者之间的空间分隔为高压区和低压区，膨胀介质进入高压区膨胀产生压力，推动耦合转子在所述圆环形空腔内围绕转动盘的转动轴心向低压区一侧转动，从而带动转动盘输出扭矩。
[0013]所述汽轮机的圆环涵道缸体的转动盘附近的高压区一侧的位置，为膨胀介质进入的位置，低压区一侧的位置为排气的位置，单个的圆环涵道缸体内，可以装有多个螺旋筋板和多个耦合转子，多个螺旋筋板可以并联排布也可以串联排布，多个耦合转子则以转动盘的转动轴线为对称轴对称排布，单个圆环涵道缸体内的耦合转子的数量与螺旋筋板的数量可以相同，也可以不同。
[0014]多个共轴圆环缸体组成的所述汽轮机，其圆环缸体按照膨胀介质的压力降低的方向从高气压区排列到低气压区，高气压区的圆环缸体所排放的具有一定压力的膨胀介质继续进入到低气压区的圆环缸体，使得膨胀介质的能量得到尽量大程度的利用，在汽轮机启动阶段以及需要大功率输出的工况下，高气压区的的膨胀介质可以直接输入到低气压区的圆环缸体。
[0015]螺旋筋板上可以装有筋板环，耦合转子上可以装有转子环。
【专利附图】
【附图说明】:
[0016]图1本发明单个缸体实施例之一的剖视图
[0017]图2图1所示实施例转子和转动盘组合示意图
[0018]图3图1所示实施例的工作原理简图
[0019]图4本发明单个缸体实施例之二的剖视图
[0020]图5图4所示实施例的转子视图[0021 ] 图6图4所示实施例的工作原理简图
[0022]图7本发明单个缸体实施例之三的视图
[0023]图8图7所示实施例的转动盘组件视图
[0024]图9图7所示实施例的工作原理简图
[0025]图10螺旋筋板的排列方式之一的示意图
[0026]图11四缸体组合的实施例之一的剖视图
[0027]图12图7所示实施例的二缸体组合的实施例之一的剖视图
[0028]图13装有筋板环的实施例的局部视图
[0029]图14装有转子环的实施例的局部视图
[0030]在本发明专利的【专利附图】
【附图说明】中，图示的零部件的结构、尺寸及形状并不代表实际的零部件的结构、尺寸及形状，也不代表零部件之间的实际大小比例关系，图示只是用简明的方式对本发明实施例予以说明。
[0031]图1显示了本发明单个缸体实施例之一的轴面剖视图，图2显示了本实施例的转动盘和耦合转子组合体的三维视图。其结构包括圆环涵道缸体GT、螺旋筋板LJ、转动盘P、耦合转子C。圆环涵道缸体GT是一个有圆环形空腔K的固定缸体，其圆环形空腔的轴面剖视图形状为圆形。圆环涵道缸体GT沿圆环形空腔K开有缸体环槽，转动盘P位于缸体环槽内。螺旋筋板LJ位于圆环形空腔K中，沿K的圆弧面分布，并与圆环涵道缸体GT联结成一体。耦合转子C安装在转动盘P上，并位于圆环形空腔K内，耦合转子C的外圆边缘与圆环形空腔K的内表面形成机械配合，也就是说它们之间的配合可以是大的间隙配合，也可以是小的间隙配合，耦合转子C的转动轴线R与转动盘P的转动轴线O相垂直，并与圆环形空腔K的圆环轴线Q相切。耦合转子C沿半径方向开有耦合槽(如图2所示)，螺旋筋板LJ可以穿过耦合槽，耦合转子C随着转动盘P转动时，螺旋筋板LJ与耦合槽发生滑动啮合，并推动耦合转子C围绕自身转动轴线R自转。螺旋筋板LJ沿圆环形空腔K的圆弧面分布，使得耦合转子C随转动盘P以均匀速度公转时，耦合转子C因耦合槽与螺旋筋板LJ的滑动啮合而围绕自身转动轴线R以均匀转速自转。
[0032]如果设定耦合转子按图1所示的方向旋转，则耦合转子C与螺旋筋板LJ的起始端从转动盘P的左侧开始啮合，随着转动盘P的转动，耦合转子C在螺旋筋板LJ的推动力作用下自转一周到达转动盘P的右侧的螺旋筋板LJ的终止端，则耦合槽与螺旋筋板LJ脱离啮合。耦合槽随耦合转子C的自转又回到转动盘P的左侧，与螺旋筋板LJ的起始端开始下一个啮合过程。耦合转子C将圆环涵道缸体GT的圆弧面、转动盘P和螺旋筋板LJ三者之间的空间分隔为高压区和低压区。膨胀介质从缸体GT在转动盘P的左侧开孔V进入高压区膨胀产生压力，推动耦合转子C在圆环形空腔K内围绕转动盘P的转动轴线O向低压区一侧转动，从而带动转动盘P输出扭矩，同时在此缸体内低压区的作功后的气体在转子C的推力作用下从右侧开孔E排出。为了便于理解，图2的组合之前的转动盘P采用1/4剖视。
[0033]为了说明上述过程，用图3显示了螺旋筋板LJ在圆环形空腔K的圆弧面1-m-n上沿周向展开一周的平面图。尽管空间的圆弧面展开为一个圆形的平面会失去精确性，但可简明地显示其工作原理。
[0034]图3所示，为螺旋筋板LJ的展开曲线G。螺旋筋板LJ的起始端位于小直径处的31点位。耦合转子C围绕轴线O顺时针方向开始旋转，其耦合槽从31点位起与螺旋筋板LJ开始啮合，当耦合转子C转过1/4周，其耦合槽随耦合转子C转到33点位时，高压区为31-32-33三个点之间的P区，32-33弧线约是I?η圆弧长度的1/4 ;耦合转子C自转1/2周，其耦合槽到达35点位时，高压区增加32-33-35-34四点之间的q区；耦合转子C自转过3/4周，其耦合槽到达37点位时，高压区再增加34-35-37-36四点之间的r区；耦合转子C自转过一周，其耦合槽到达38点位时，高压区增加36-37-38-31四点之间的s区。34-35、36-37,31-38弧线长度分别约为I?η圆弧长的1/2、3/4及全长。如果将31-32以及38-41之间设为开孔区域，耦合转子C转到32-33位置时开始受膨胀气体的压力，将31-38-39-33、33-39-40-35、35-40-41-37、37-41-38点位之间的区域分别称为t、u、v、w区，则除去P区域，耦合转子C所经过的q的部分区域，以及r、S、t、U、V均为动力输出位置的区域。，从P区到s区，耦合转子C的受力面积迅速增大，从t区到w区，随着介质膨胀的继续，耦合转子C的受力面积又逐步减少，从q区到s区的超过180°范围内，扭矩的输出的连续性变大。当耦合转子C转到t区时，耦合转子C从起始位置已转过一周的行程。这时，耦合转子C的耦合槽与螺旋筋板U的终止端脱离啮合，并开始进入转动盘P的起始端一侧，与螺旋筋板LJ的起始端再一次进入啮合状态，进入下一个作功周期。与本次循环相同，从31 — 33 — 35开始下一个做功行程。因此，当耦合转子C转至38点位到39点位进入u区时，下一个膨胀作功状态同时进行。前面提到耦合转子C从31点位开始循环之时，本次的上一个工作循环已进入到了 t区，因此，每一次作功行程都有IV4周至IV2周，也就是450°?540°的作功范围。在2周720°的旋转行程中，约有360°的行程是两个膨胀做功同时进行。在耦合转子C的高压区一侧作功的同时，另一侧逐步变为低压区，同时正在排出气体，因此本实施例具有很高的效率和输出扭矩，这也是本发明与现有技术相比，能够节约膨胀介质的一个重要原因。
[0035]图4所示，为本发明单个缸体实施例之二的轴面剖视图，与上述实施例相同，其结构包括圆环涵道缸体GT、螺旋筋板、转动盘P、耦合转子如图5所示的三维图像，以及缸体开孔V和E，和这些开口的位置。转动盘P的安装、耦合转子的公转及自转的方式，圆环涵道缸体GT的工作方式等与上述实施例相同。所不同的是:圆环涵道缸体GT的圆弧表面分布着以圆环轴线Q为对称的4道螺旋筋板LJp LJ2、LJ3、LJ4，分别对应图5所示耦合转子的4道耦合槽，在图4所示的上半部剖切位置，螺旋筋板LJ4刚好处于起始端和终止端之间的螺旋涵道缸体开口槽的位置，因此被转动盘P占据，为了方便说明，依然在图4中指出了 LJ4的位置，图6显示了图4所述实施例的工作原理图，在图中显示了 2个耦合转子Cp C2的安装位置及工作状态，2个耦合转子以圆弧轴线Q为对称相互之间成同平面状态，图4所示的转动盘P和传动轴X联为一体，实际联结的细节本行业技术人员均已知晓多种方式，在这里不再赘述。
[0036]与图3相同，图6显示了 4道螺旋筋板LJ1、LJ2、LJ3、LJ4在圆环形空腔K的圆弧面1-m-n (图4所示)上沿周向展开一周的平面图，图6所示，内圆1_2_3_4表示与转动盘P —侧相邻的螺旋筋板起始端的圆弧I，外圆8-12-16-20表示与转动盘P另一侧相邻的螺旋筋板的终止端的圆弧n，4条螺旋筋板LJ1、LJ2、LJ3、LJ4分别从点位1、2、3、4开始，终止于点位
8、12、16、20，每两条相邻的螺旋筋板之间的角度分别占有90 °的圆弧空间，也就是耦合转子上的两个相邻的耦合槽的径向夹角为90° (图5所示)，例如I?17、17?14、14?11、11?8分别占有I?8线段的长度1/4，其它如2?12、3?16、4?20之间依此相同。在转动盘两侧的缸体开口 V、E均沿着缸体的周向开口一圈(如图4所示)，在图6中显示，在耦合转子旋转时作为进气口和出气口的V和E至少被一个耦合转子隔开，这是必要的。
[0037]图7显示了本发明单个缸体实施例之三的视图，其中左侧为旋转面视图，右侧为轴面剖视图，与图4所示实施例相同，其结构包括圆环涵道缸体GT3、螺旋筋板LJ31、LJ32、LJ33、LJ34、转动盘P3、耦合转子之一 C，其形状如图5所示的三维图像，以及缸体开孔V和E，耦合转子的公转及自转的方式，圆环涵道缸体GT3的工作方式等与上述实施例相同。所不同的是:转动盘P3的结构和安装方式、V和E开口的位置，在图7所示的上半部剖切位置，螺旋筋板LJ31刚好处于起始端和终止端之间的螺旋涵道缸体开口槽的位置，因此被转动盘P3占据，为了方便说明，依然在图7中指出了 LJ31的位置，图8通过三维视图显示了图7所示实施例的转动盘P3与转子组合的结构，高压膨胀气体经过转动盘P3的涡轮片PW、进气口 V进入缸体GT3推动转子旋转做功，在高压膨胀气体经过转动盘P3的涡轮片PW时对涡轮片PW施加的压力，也推动转动盘P3的旋转做功。
[0038]图9显示了图7所述实施例的工作原理图，在图中显示了 3个耦合转子Q、C2, C3的安装位置及工作状态，3个耦合转子C1X2X3以圆弧轴线Q为对称相互之间的夹角为120度，当然，可以采用四个耦合转子或者更多耦合转子的方案，而在本实施例中采用三个耦合转子，可以使得三个转子处于不同的受力状态，这样有利于作为汽轮机的转动盘输出相对均匀的扭力。
[0039]与图6相同，图9显示了 4道螺旋筋板LJ31、LJ32、LJ33、LJ34在圆环形空腔K的圆弧面1-m-n(图7所示)上沿周向展开一周的平面图，内圆51-52-53-54表示与转动盘P3内侧相邻的螺旋筋板起始端的圆弧I，外圆58-62-66-70表示与转动盘P外侧相邻的螺旋筋板的终止端的圆弧n，不同的是η的半径比I的半径大了转动盘的厚度。4条螺旋筋板LJ31、LJ32、LJ33、LJ34分别从点位51、52、53、54开始，终止于点位58、62、66、70，每两条相邻的螺旋筋板之间的角度分别占有90°的圆弧空间，如果设定开始时，耦合转子C1位于51?58位置，耦合转子C2、C3位于图8所示的位置，以螺旋筋板LJ31和螺旋筋板LJ32之间的高压区和低压区(图9中的布点区域)的变化来说明工作原理:耦合转子C1从点位I?8转到目前C2的位置，相应的耦合转子C3从转到目前C1的位置，此时，51-52-55区域为膨胀介质进入的过程，转动过程中在螺旋筋板LJ31和LJ32之间，仅有耦合转子C2受到膨胀介质的直接推力作用，耦合转子C2和C3之间的封闭区域的膨胀介质的体积随着转动而所处旋转半径逐步增加，因耦合转子C2的59-56点位附近的受力区的半径比耦合转子C3的57-60点位附近受力区的半径小，因此，耦合转子C3受到顺时针方向的推力，而耦合转子C1的58-61段进入排气区则处于不受力状态。上述过程为耦合转子C2和C3之间的一个压力区从高压向低压转变的过程，其它的压力区也是同样的方式转变，这个转变过程是膨胀介质持续从51-52-53-54圆弧附近的进气口 V喷入并持续在58-62-66-70圆弧位附近的排气口E排出的过程，在这个过程中，每个压力区的膨胀介质都在持续地推动耦合转子转动并通过转动盘P3输出扭矩。
[0040]图10显示了本发明的螺旋筋板的排列方式之一的示意图，其工作原理与图4、图7所示实施例相同，不同的是:4个螺旋筋板之中，螺旋筋板LJ11和螺旋筋板LJ21为串联，螺旋筋板LJ12与螺旋筋板LJ22为串联，也就是螺旋筋板LJ11和螺旋筋板LJ12的起始端或终止端分别与转动盘P另一侧的螺旋筋板LJ21和螺旋筋板LJ22的终止端或起始端相对应，每个耦合转子围绕转动轴O公转一周，耦合转子的同一个耦合槽与前后两个螺旋筋板滑动啮合，也就是耦合转子要自转2周；而螺旋筋板LJ11和螺旋筋板LJ12为并联，螺旋筋板LJ21与螺旋筋板LJ22并联，也就是本实施例中的2并联2串联螺旋筋板结构，并有若干个耦合转子，但每个耦合转子只有两个耦合槽，转动盘每转动一周，螺旋涵道缸体则吸入及排除2倍的缸体容积的气体。
[0041]图11显示了一种4缸体组合的汽轮机之一的实施例的剖示图，图示的汽轮机由螺旋涵道缸体GT5、GT6、GT7、GT8组成，它们各自的转动盘P5、P6、P7、P8与传动轴联结在一起，其中GT5、GT6、GT7的出气口 E5、E6、E7分别与GT6、GT7、GT8的进气口 V6、V7、V8连通，因此汽轮机的进气口就是GT5的进气口 V5，汽轮机的排气口就是GT8的排气口 E8，图示可以看出GT5、GT6、GT7、GT8的缸体直径和体积依次增大，缸体GT6、GT7、GT8采用多道螺旋筋板并联多道螺旋筋板串联结构，例如GT6采用4并联2串联结构，GT7采用4并联3串联结构，GT8采用4并联4串联结构；同时采用多个耦合转子结构，例如GT5、GT6、GT7、GT8分别采用2个、4个、6个、8个转子的结构；这样转动盘每转动一周缸体GT5、GT6、GT7、GT8分别通过自身体积的I倍、2倍、3倍、4倍的气体，如果GT8的圆环涵道缸体的工作容积是GT5的10倍，则从进气口 V5到出气口 E8，膨胀介质作功之后的体积放大了 40倍。由此可以看出，无论膨胀介质的初始压力是多少，都可以通过若干个缸体的不同组合，例如缸体容积、转子直径、转子的公转直径、螺旋筋板的数量和排列方式、转子的数量等等，最终将膨胀介质(例如高温高压蒸汽、压缩气体、燃烧膨胀的气体等)的能量最大限度地转换成转动盘的输出扭矩。在汽轮机启动阶段以及需要大功率输出的工况下，高气压区的的膨胀介质，例如进气口 V5的初始气体可以直接输入到低气压区的圆环缸体例如GT7、GT8的进气口 V7、V8，这样可以使得汽轮机在很短的时间内提供较大的扭矩。
[0042]图12显示了图7所示实施例的二缸体组合的实施例之一的剖视图，图示的汽轮机由螺旋涵道缸体GT3、GT4组成，也就是在图7所示实施例上增加一个缸体GT4，缸体GT4与缸体GT3的结构相同，但是螺旋筋板的旋转方向相反，这样当它们的转动盘P3、P4与输出轴X联结为一体时，进气口 V3、V4通过各自缸体的转动盘蜗轮片联结起来成为共同的进气口V，如图12的箭头所示；作功之后的气体通过各自缸体的排气口 E3、E4排出。本实施例具有结构紧凑、输出功率大的特点。[0043]关于进气装置、排气装置、膨胀介质的供应系统及控制系统，密封系统、润滑系统、支承装置、安全保护装置等等，本领域的技术人员均已知晓，并在本领域广泛应用，不再在此--赘述。
[0044]图13所示为螺旋筋板上装有筋板环的实施例的局部轴面剖视图，图示的筋板环BH横截面为“T”字形状，其一端的截面宽度接近于螺旋筋板的厚度并与转动盘P接触，另一端安装在安装在螺旋筋板LJ的凹槽中，螺旋筋板LJ与筋板环BH之间装有弹性装置TZ，弹性装置TZ可以是板簧，或者安装同级的磁性材料，这样在转动盘P高速运转时和缸体的刚性接触就变成柔性接触，从而保持筋板环BH与转动盘P之间的接触，提高了高压区的密封性能。
[0045]图14所示为耦合转子上装有转子环的实施例的转子轴面局部剖视图，因为耦合转子C在缸体内围绕转动盘P转动轴线公转时，转子C的外缘需要与缸体GT的内腔缸壁保持机械配合，这样才能保证压力区的密封性使得膨胀介质的能量最大限度转换成对转子的压力，但转子和缸体均为刚性结构，因此需要在两者之间安装转子环ZH，就像直线往复摆动活塞发动机的活塞环的作用一样，图示为一种双环结构的转子环，两个转子环ZH安装在各自的凹槽内，其安装方式、使用原理与直线往复式活塞发动机的活塞环相同，在此不再一一赘述。
[0046]本发明可以应用于现有技术的汽轮机当中，可以作为现有汽轮机的一个组成部分，例如代替高压区的透平，或者用于排气区气体余压的充分利用，这样都可以提高膨胀介质能量的利用率。
[0047]本发明所涉及的发动机，可以采用多种材料制造，例如各种金属材料、高强度合金材料以及陶瓷材料等等。
[0048]上述实施例以图示的方式说明了本发明，但是以图示方式说明的上述实施例不是对本发明的限制，本发明由权利要求限定。
【权利要求】
1.本发明涉及一种新型汽轮机，其结构包括由若干个共轴的圆环缸体组成，每个圆环缸体的结构包括:圆环涵道缸体、螺旋筋板、转动盘、耦合转子，其特征在于:所述圆环涵道缸体是一个有圆环形空腔的固定缸体，所述圆环形空腔的轴面剖视图形状为圆形，所述螺旋筋板位于所述圆环形空腔内，沿圆环形空腔的圆弧面分布，并与所述圆环涵道缸体联结为一体，所述圆环形空腔的缸体开有缸体环槽，所述转动盘位于缸体环槽中； 所述耦合转子安装在转动盘上，位于所述圆环形空腔内，耦合转子的外径边缘与圆环形空腔的内表面形成机械配合，其转动轴线与转动盘转动轴线垂直或接近垂直，所述耦合转子沿半径方向开有耦合槽，螺旋筋板可以穿过耦合槽，当耦合转子和转动盘与圆环涵道缸体发生相对转动时，螺旋筋板与耦合槽的滑动啮合推动耦合转子围绕自身转动轴线自转; 所述螺旋筋板沿所述圆环形空腔的圆弧表面分布，使得耦合转子随转动盘与圆环涵道缸体产生相对转动并以均匀转速转动时，耦合转子因耦合槽与螺旋筋板的滑动啮合而围绕自身转动轴线以均匀转速自转； 所述螺旋筋板的起始端位于转动盘的一侧，并与耦合转子的耦合槽开始滑动啮合，随着转动盘与圆环涵道缸体之间的相对转动，耦合转子在螺旋筋板的推力作用下自转，到达转动盘的另一侧的螺旋筋板的终止端，则螺旋筋板与耦合槽脱离啮合，并继续转动，回到螺旋筋板起始端的一侧，又开始下一次的滑动啮合； 所述耦合转子将圆环涵 道缸体的圆弧面、转动盘、螺旋筋板三者之间的空间分隔成高压区和低压区，膨胀介质进入高压区膨胀产生压力，推动耦合转子在所述圆环形空腔内围绕转动盘的转动轴心向低压区一侧转动，从而带动转动盘输出扭矩。
2.根据权利要求1所述的新型汽轮机，其特征在于:所述圆环涵道缸体的转动盘附近的高压区一侧的位置，为膨胀介质进入的位置，所述圆环涵道缸体的转动盘附近的低压区一侧的位置，为排气的位置。
3.根据权利要求1所述的新型汽轮机，其特征在于:所述单个的圆环涵道缸体内，可以装有多个螺旋筋板和多个耦合转子。
4.根据权利要求3所述的新型汽轮机，其特征在于:所述单个的圆环涵道缸体内的多个螺旋筋板，可以并联排布，也可以串联排布。
5.根据权利要求3所述的新型汽轮机，其特征在于:所述圆环涵道缸体内的多个耦合转子，以转动盘的转动轴线为对称轴对称排布。
6.根据权利要求3所述的新型汽轮机，其特征在于:所述单个圆环涵道缸体内的耦合转子的数量与螺旋筋板的数量可以相同，也可以不同。
7.根据权利要求1所述的新型汽轮机，其特征在于:由多个共轴圆环缸体组成的所述汽轮机，其圆环缸体按照膨胀介质的压力降低的方向从高气压区排列到低气压区，高气压区的圆环缸体所排放的具有一定压力的膨胀介质继续进入到低气压区的圆环缸体，使得膨胀介质的能量得到尽量大程度的利用。
8.根据权利要求7所述的新型汽轮机，其特征在于:由多个圆环缸体组成的所述汽轮机，在所述汽轮机启动阶段以及需要大功率输出的工况下，高气压区的的膨胀介质可以直接输入到低气压区的圆环缸体。
9.根据权利要求1所述的新型汽轮机，其特征在于:所述螺旋筋板上可以装有筋板环。
10.根据权利要求1所 述的新型汽轮机，其特征在于:所述耦合转子上可以装有转子环。
【文档编号】F01D1/22GK103835769SQ201310309284
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2013年7月19日 优先权日:2012年11月22日
【发明者】刘勇 申请人:袁丽君
【专利摘要】本发明涉及一种新型汽轮机，其结构主要由若干个共轴的圆环缸体组成，每个圆环缸体的结构包括：圆环涵道缸体、螺旋筋板、转动盘、耦合转子，其中圆环涵道缸体是一个有圆环形空腔的固定缸体，空腔的轴面剖视图为圆形，螺旋筋板位于空腔内，沿空腔的圆弧面分布，并与圆环涵道缸体联结为一体，空腔的缸体开有缸体环槽，转动盘位于缸体环槽中；耦合转子安装在转动盘上，位于空腔内，其外径边缘与空腔的内表面形成机械配合，其转动轴线与转动盘的转动轴线垂直或接近垂直，并与空腔的圆环轴线相切，耦合转子沿半径方向开有耦合槽，螺旋筋板可以穿过耦合槽。
【专利说明】新型汽轮机
发明领域:
[0001]本发明涉及一种新型汽轮机。
[0002]发明背景:
[0003]本发明涉及一种新型发动机，可广泛应用于交通运输行业、工程机械、发电机组、大型轮船军舰等国民经济领域。
[0004]现有的被广泛使用的，尤其是用在船舶上的汽轮机，为蒸汽轮机形式，蒸汽轮机是利用锅炉烧出来的蒸汽，通过喷嘴，冲到装有叶片的转轮，叶轮旋转，带动推进器推进发电机或船舶，蒸汽轮机功率大但结构较为复杂，体积庞大，目前汽轮机的动力效率都没有达到理想的水平。而在节能环保要求非常迫切的形势下，交通运输、发电等行业更加需要高效率的以膨胀介质如蒸汽、压缩气、液化气体等为能量来源的有较高转换效率的动力装置。
[0005]本发明提出了一种全新的汽轮机的设计方案，具有结构简单、运行可靠、效率高的特点，同时还具有高压力输入、无压力排放的特点。膨胀介质的压力能量被全部或大部分转换为输出转矩。
[0006]关于本发明专利叙述中的名词解释:
[0007]1.转动轴线:转动体或旋转空间的转动轴线。如图1和图4中的转动轴线O。
[0008]2.旋转面视图和旋转面剖视图:与转动轴线相垂直的平面上投影所得的视图。如图7的左侧视图。
[0009]3.轴面剖视图:与转动轴线相重合的平面上剖切所得的视图。如图1和图4所
/Jn ο
[0010]4.圆环轴线:轴面剖视图为圆形的三维体圆环，其圆环的环绕轴线，如图1、图4和图7中的轴线Q。
【发明内容】
:
[0011]本发明涉及一种新型汽轮机，其结构主要由若干个共轴的圆环缸体组成，每个圆环缸体的结构包括:圆环涵道缸体(GT)、螺旋筋板(LJ)、转动盘(P)、耦合转子(C)，其中圆环涵道缸体(GT)是一个有圆环形空腔(K)的固定缸体，圆环形空腔(K)的轴面剖视图形状为圆形；螺旋筋板(U)位于圆环形空腔(K)内，沿圆环形空腔(K)的圆弧面分布，并与圆环涵道缸体(GT)联结为一体，圆环形空腔(K)的缸体开有缸体环槽，转动盘(P)位于缸体环槽中；耦合转子(C)安装在转动盘⑵上，位于圆环形空腔内，耦合转子(C)的外径边缘与圆环形空腔的内表面形成机械配合，其转动轴线(R)与转动盘(P)的转动轴线(O)垂直或接近垂直；耦合转子(C)沿半径方向开有耦合槽，螺旋筋板(LJ)可以穿过耦合槽，当耦合转子(C)和转动盘(P)与圆环涵道缸体(GT)发生相对转动时，螺旋筋板(LJ)与耦合槽的滑动啮合推动耦合转子(C)围绕自身转动轴线自转；螺旋筋板(LJ)沿圆环形空腔的圆弧表面分布，使得耦合转子(C)随转动盘(P)与圆环涵道缸体(GT)产生相对转动，并以均匀转速转动时，耦合转子(C)因耦合槽与螺旋筋板(LJ)的滑动啮合而围绕自身转动轴线(R)以均匀转速自转；[0012]螺旋筋板的起始端位于转动盘的一侧，并与耦合转子的耦合槽开始滑动啮合，随着转动盘与圆环涵道缸体之间的相对转动，耦合转子在螺旋筋板的推力作用下自转，到达转动盘的另一侧的螺旋筋板的终止端，则螺旋筋板与耦合槽脱离啮合，并继续转动，回到螺旋筋板起始端的一侧，又开始下一次的滑动啮合；耦合转子将圆环涵道缸体的圆弧面、转动盘、螺旋筋板三者之间的空间分隔为高压区和低压区，膨胀介质进入高压区膨胀产生压力，推动耦合转子在所述圆环形空腔内围绕转动盘的转动轴心向低压区一侧转动，从而带动转动盘输出扭矩。
[0013]所述汽轮机的圆环涵道缸体的转动盘附近的高压区一侧的位置，为膨胀介质进入的位置，低压区一侧的位置为排气的位置，单个的圆环涵道缸体内，可以装有多个螺旋筋板和多个耦合转子，多个螺旋筋板可以并联排布也可以串联排布，多个耦合转子则以转动盘的转动轴线为对称轴对称排布，单个圆环涵道缸体内的耦合转子的数量与螺旋筋板的数量可以相同，也可以不同。
[0014]多个共轴圆环缸体组成的所述汽轮机，其圆环缸体按照膨胀介质的压力降低的方向从高气压区排列到低气压区，高气压区的圆环缸体所排放的具有一定压力的膨胀介质继续进入到低气压区的圆环缸体，使得膨胀介质的能量得到尽量大程度的利用，在汽轮机启动阶段以及需要大功率输出的工况下，高气压区的的膨胀介质可以直接输入到低气压区的圆环缸体。
[0015]螺旋筋板上可以装有筋板环，耦合转子上可以装有转子环。
【专利附图】
【附图说明】:
[0016]图1本发明单个缸体实施例之一的剖视图
[0017]图2图1所示实施例转子和转动盘组合示意图
[0018]图3图1所示实施例的工作原理简图
[0019]图4本发明单个缸体实施例之二的剖视图
[0020]图5图4所示实施例的转子视图[0021 ] 图6图4所示实施例的工作原理简图
[0022]图7本发明单个缸体实施例之三的视图
[0023]图8图7所示实施例的转动盘组件视图
[0024]图9图7所示实施例的工作原理简图
[0025]图10螺旋筋板的排列方式之一的示意图
[0026]图11四缸体组合的实施例之一的剖视图
[0027]图12图7所示实施例的二缸体组合的实施例之一的剖视图
[0028]图13装有筋板环的实施例的局部视图
[0029]图14装有转子环的实施例的局部视图
[0030]在本发明专利的【专利附图】
【附图说明】中，图示的零部件的结构、尺寸及形状并不代表实际的零部件的结构、尺寸及形状，也不代表零部件之间的实际大小比例关系，图示只是用简明的方式对本发明实施例予以说明。
[0031]图1显示了本发明单个缸体实施例之一的轴面剖视图，图2显示了本实施例的转动盘和耦合转子组合体的三维视图。其结构包括圆环涵道缸体GT、螺旋筋板LJ、转动盘P、耦合转子C。圆环涵道缸体GT是一个有圆环形空腔K的固定缸体，其圆环形空腔的轴面剖视图形状为圆形。圆环涵道缸体GT沿圆环形空腔K开有缸体环槽，转动盘P位于缸体环槽内。螺旋筋板LJ位于圆环形空腔K中，沿K的圆弧面分布，并与圆环涵道缸体GT联结成一体。耦合转子C安装在转动盘P上，并位于圆环形空腔K内，耦合转子C的外圆边缘与圆环形空腔K的内表面形成机械配合，也就是说它们之间的配合可以是大的间隙配合，也可以是小的间隙配合，耦合转子C的转动轴线R与转动盘P的转动轴线O相垂直，并与圆环形空腔K的圆环轴线Q相切。耦合转子C沿半径方向开有耦合槽(如图2所示)，螺旋筋板LJ可以穿过耦合槽，耦合转子C随着转动盘P转动时，螺旋筋板LJ与耦合槽发生滑动啮合，并推动耦合转子C围绕自身转动轴线R自转。螺旋筋板LJ沿圆环形空腔K的圆弧面分布，使得耦合转子C随转动盘P以均匀速度公转时，耦合转子C因耦合槽与螺旋筋板LJ的滑动啮合而围绕自身转动轴线R以均匀转速自转。
[0032]如果设定耦合转子按图1所示的方向旋转，则耦合转子C与螺旋筋板LJ的起始端从转动盘P的左侧开始啮合，随着转动盘P的转动，耦合转子C在螺旋筋板LJ的推动力作用下自转一周到达转动盘P的右侧的螺旋筋板LJ的终止端，则耦合槽与螺旋筋板LJ脱离啮合。耦合槽随耦合转子C的自转又回到转动盘P的左侧，与螺旋筋板LJ的起始端开始下一个啮合过程。耦合转子C将圆环涵道缸体GT的圆弧面、转动盘P和螺旋筋板LJ三者之间的空间分隔为高压区和低压区。膨胀介质从缸体GT在转动盘P的左侧开孔V进入高压区膨胀产生压力，推动耦合转子C在圆环形空腔K内围绕转动盘P的转动轴线O向低压区一侧转动，从而带动转动盘P输出扭矩，同时在此缸体内低压区的作功后的气体在转子C的推力作用下从右侧开孔E排出。为了便于理解，图2的组合之前的转动盘P采用1/4剖视。
[0033]为了说明上述过程，用图3显示了螺旋筋板LJ在圆环形空腔K的圆弧面1-m-n上沿周向展开一周的平面图。尽管空间的圆弧面展开为一个圆形的平面会失去精确性，但可简明地显示其工作原理。
[0034]图3所示，为螺旋筋板LJ的展开曲线G。螺旋筋板LJ的起始端位于小直径处的31点位。耦合转子C围绕轴线O顺时针方向开始旋转，其耦合槽从31点位起与螺旋筋板LJ开始啮合，当耦合转子C转过1/4周，其耦合槽随耦合转子C转到33点位时，高压区为31-32-33三个点之间的P区，32-33弧线约是I?η圆弧长度的1/4 ;耦合转子C自转1/2周，其耦合槽到达35点位时，高压区增加32-33-35-34四点之间的q区；耦合转子C自转过3/4周，其耦合槽到达37点位时，高压区再增加34-35-37-36四点之间的r区；耦合转子C自转过一周，其耦合槽到达38点位时，高压区增加36-37-38-31四点之间的s区。34-35、36-37,31-38弧线长度分别约为I?η圆弧长的1/2、3/4及全长。如果将31-32以及38-41之间设为开孔区域，耦合转子C转到32-33位置时开始受膨胀气体的压力，将31-38-39-33、33-39-40-35、35-40-41-37、37-41-38点位之间的区域分别称为t、u、v、w区，则除去P区域，耦合转子C所经过的q的部分区域，以及r、S、t、U、V均为动力输出位置的区域。，从P区到s区，耦合转子C的受力面积迅速增大，从t区到w区，随着介质膨胀的继续，耦合转子C的受力面积又逐步减少，从q区到s区的超过180°范围内，扭矩的输出的连续性变大。当耦合转子C转到t区时，耦合转子C从起始位置已转过一周的行程。这时，耦合转子C的耦合槽与螺旋筋板U的终止端脱离啮合，并开始进入转动盘P的起始端一侧，与螺旋筋板LJ的起始端再一次进入啮合状态，进入下一个作功周期。与本次循环相同，从31 — 33 — 35开始下一个做功行程。因此，当耦合转子C转至38点位到39点位进入u区时，下一个膨胀作功状态同时进行。前面提到耦合转子C从31点位开始循环之时，本次的上一个工作循环已进入到了 t区，因此，每一次作功行程都有IV4周至IV2周，也就是450°?540°的作功范围。在2周720°的旋转行程中，约有360°的行程是两个膨胀做功同时进行。在耦合转子C的高压区一侧作功的同时，另一侧逐步变为低压区，同时正在排出气体，因此本实施例具有很高的效率和输出扭矩，这也是本发明与现有技术相比，能够节约膨胀介质的一个重要原因。
[0035]图4所示，为本发明单个缸体实施例之二的轴面剖视图，与上述实施例相同，其结构包括圆环涵道缸体GT、螺旋筋板、转动盘P、耦合转子如图5所示的三维图像，以及缸体开孔V和E，和这些开口的位置。转动盘P的安装、耦合转子的公转及自转的方式，圆环涵道缸体GT的工作方式等与上述实施例相同。所不同的是:圆环涵道缸体GT的圆弧表面分布着以圆环轴线Q为对称的4道螺旋筋板LJp LJ2、LJ3、LJ4，分别对应图5所示耦合转子的4道耦合槽，在图4所示的上半部剖切位置，螺旋筋板LJ4刚好处于起始端和终止端之间的螺旋涵道缸体开口槽的位置，因此被转动盘P占据，为了方便说明，依然在图4中指出了 LJ4的位置，图6显示了图4所述实施例的工作原理图，在图中显示了 2个耦合转子Cp C2的安装位置及工作状态，2个耦合转子以圆弧轴线Q为对称相互之间成同平面状态，图4所示的转动盘P和传动轴X联为一体，实际联结的细节本行业技术人员均已知晓多种方式，在这里不再赘述。
[0036]与图3相同，图6显示了 4道螺旋筋板LJ1、LJ2、LJ3、LJ4在圆环形空腔K的圆弧面1-m-n (图4所示)上沿周向展开一周的平面图，图6所示，内圆1_2_3_4表示与转动盘P —侧相邻的螺旋筋板起始端的圆弧I，外圆8-12-16-20表示与转动盘P另一侧相邻的螺旋筋板的终止端的圆弧n，4条螺旋筋板LJ1、LJ2、LJ3、LJ4分别从点位1、2、3、4开始，终止于点位
8、12、16、20，每两条相邻的螺旋筋板之间的角度分别占有90 °的圆弧空间，也就是耦合转子上的两个相邻的耦合槽的径向夹角为90° (图5所示)，例如I?17、17?14、14?11、11?8分别占有I?8线段的长度1/4，其它如2?12、3?16、4?20之间依此相同。在转动盘两侧的缸体开口 V、E均沿着缸体的周向开口一圈(如图4所示)，在图6中显示，在耦合转子旋转时作为进气口和出气口的V和E至少被一个耦合转子隔开，这是必要的。
[0037]图7显示了本发明单个缸体实施例之三的视图，其中左侧为旋转面视图，右侧为轴面剖视图，与图4所示实施例相同，其结构包括圆环涵道缸体GT3、螺旋筋板LJ31、LJ32、LJ33、LJ34、转动盘P3、耦合转子之一 C，其形状如图5所示的三维图像，以及缸体开孔V和E，耦合转子的公转及自转的方式，圆环涵道缸体GT3的工作方式等与上述实施例相同。所不同的是:转动盘P3的结构和安装方式、V和E开口的位置，在图7所示的上半部剖切位置，螺旋筋板LJ31刚好处于起始端和终止端之间的螺旋涵道缸体开口槽的位置，因此被转动盘P3占据，为了方便说明，依然在图7中指出了 LJ31的位置，图8通过三维视图显示了图7所示实施例的转动盘P3与转子组合的结构，高压膨胀气体经过转动盘P3的涡轮片PW、进气口 V进入缸体GT3推动转子旋转做功，在高压膨胀气体经过转动盘P3的涡轮片PW时对涡轮片PW施加的压力，也推动转动盘P3的旋转做功。
[0038]图9显示了图7所述实施例的工作原理图，在图中显示了 3个耦合转子Q、C2, C3的安装位置及工作状态，3个耦合转子C1X2X3以圆弧轴线Q为对称相互之间的夹角为120度，当然，可以采用四个耦合转子或者更多耦合转子的方案，而在本实施例中采用三个耦合转子，可以使得三个转子处于不同的受力状态，这样有利于作为汽轮机的转动盘输出相对均匀的扭力。
[0039]与图6相同，图9显示了 4道螺旋筋板LJ31、LJ32、LJ33、LJ34在圆环形空腔K的圆弧面1-m-n(图7所示)上沿周向展开一周的平面图，内圆51-52-53-54表示与转动盘P3内侧相邻的螺旋筋板起始端的圆弧I，外圆58-62-66-70表示与转动盘P外侧相邻的螺旋筋板的终止端的圆弧n，不同的是η的半径比I的半径大了转动盘的厚度。4条螺旋筋板LJ31、LJ32、LJ33、LJ34分别从点位51、52、53、54开始，终止于点位58、62、66、70，每两条相邻的螺旋筋板之间的角度分别占有90°的圆弧空间，如果设定开始时，耦合转子C1位于51?58位置，耦合转子C2、C3位于图8所示的位置，以螺旋筋板LJ31和螺旋筋板LJ32之间的高压区和低压区(图9中的布点区域)的变化来说明工作原理:耦合转子C1从点位I?8转到目前C2的位置，相应的耦合转子C3从转到目前C1的位置，此时，51-52-55区域为膨胀介质进入的过程，转动过程中在螺旋筋板LJ31和LJ32之间，仅有耦合转子C2受到膨胀介质的直接推力作用，耦合转子C2和C3之间的封闭区域的膨胀介质的体积随着转动而所处旋转半径逐步增加，因耦合转子C2的59-56点位附近的受力区的半径比耦合转子C3的57-60点位附近受力区的半径小，因此，耦合转子C3受到顺时针方向的推力，而耦合转子C1的58-61段进入排气区则处于不受力状态。上述过程为耦合转子C2和C3之间的一个压力区从高压向低压转变的过程，其它的压力区也是同样的方式转变，这个转变过程是膨胀介质持续从51-52-53-54圆弧附近的进气口 V喷入并持续在58-62-66-70圆弧位附近的排气口E排出的过程，在这个过程中，每个压力区的膨胀介质都在持续地推动耦合转子转动并通过转动盘P3输出扭矩。
[0040]图10显示了本发明的螺旋筋板的排列方式之一的示意图，其工作原理与图4、图7所示实施例相同，不同的是:4个螺旋筋板之中，螺旋筋板LJ11和螺旋筋板LJ21为串联，螺旋筋板LJ12与螺旋筋板LJ22为串联，也就是螺旋筋板LJ11和螺旋筋板LJ12的起始端或终止端分别与转动盘P另一侧的螺旋筋板LJ21和螺旋筋板LJ22的终止端或起始端相对应，每个耦合转子围绕转动轴O公转一周，耦合转子的同一个耦合槽与前后两个螺旋筋板滑动啮合，也就是耦合转子要自转2周；而螺旋筋板LJ11和螺旋筋板LJ12为并联，螺旋筋板LJ21与螺旋筋板LJ22并联，也就是本实施例中的2并联2串联螺旋筋板结构，并有若干个耦合转子，但每个耦合转子只有两个耦合槽，转动盘每转动一周，螺旋涵道缸体则吸入及排除2倍的缸体容积的气体。
[0041]图11显示了一种4缸体组合的汽轮机之一的实施例的剖示图，图示的汽轮机由螺旋涵道缸体GT5、GT6、GT7、GT8组成，它们各自的转动盘P5、P6、P7、P8与传动轴联结在一起，其中GT5、GT6、GT7的出气口 E5、E6、E7分别与GT6、GT7、GT8的进气口 V6、V7、V8连通，因此汽轮机的进气口就是GT5的进气口 V5，汽轮机的排气口就是GT8的排气口 E8，图示可以看出GT5、GT6、GT7、GT8的缸体直径和体积依次增大，缸体GT6、GT7、GT8采用多道螺旋筋板并联多道螺旋筋板串联结构，例如GT6采用4并联2串联结构，GT7采用4并联3串联结构，GT8采用4并联4串联结构；同时采用多个耦合转子结构，例如GT5、GT6、GT7、GT8分别采用2个、4个、6个、8个转子的结构；这样转动盘每转动一周缸体GT5、GT6、GT7、GT8分别通过自身体积的I倍、2倍、3倍、4倍的气体，如果GT8的圆环涵道缸体的工作容积是GT5的10倍，则从进气口 V5到出气口 E8，膨胀介质作功之后的体积放大了 40倍。由此可以看出，无论膨胀介质的初始压力是多少，都可以通过若干个缸体的不同组合，例如缸体容积、转子直径、转子的公转直径、螺旋筋板的数量和排列方式、转子的数量等等，最终将膨胀介质(例如高温高压蒸汽、压缩气体、燃烧膨胀的气体等)的能量最大限度地转换成转动盘的输出扭矩。在汽轮机启动阶段以及需要大功率输出的工况下，高气压区的的膨胀介质，例如进气口 V5的初始气体可以直接输入到低气压区的圆环缸体例如GT7、GT8的进气口 V7、V8，这样可以使得汽轮机在很短的时间内提供较大的扭矩。
[0042]图12显示了图7所示实施例的二缸体组合的实施例之一的剖视图，图示的汽轮机由螺旋涵道缸体GT3、GT4组成，也就是在图7所示实施例上增加一个缸体GT4，缸体GT4与缸体GT3的结构相同，但是螺旋筋板的旋转方向相反，这样当它们的转动盘P3、P4与输出轴X联结为一体时，进气口 V3、V4通过各自缸体的转动盘蜗轮片联结起来成为共同的进气口V，如图12的箭头所示；作功之后的气体通过各自缸体的排气口 E3、E4排出。本实施例具有结构紧凑、输出功率大的特点。[0043]关于进气装置、排气装置、膨胀介质的供应系统及控制系统，密封系统、润滑系统、支承装置、安全保护装置等等，本领域的技术人员均已知晓，并在本领域广泛应用，不再在此--赘述。
[0044]图13所示为螺旋筋板上装有筋板环的实施例的局部轴面剖视图，图示的筋板环BH横截面为“T”字形状，其一端的截面宽度接近于螺旋筋板的厚度并与转动盘P接触，另一端安装在安装在螺旋筋板LJ的凹槽中，螺旋筋板LJ与筋板环BH之间装有弹性装置TZ，弹性装置TZ可以是板簧，或者安装同级的磁性材料，这样在转动盘P高速运转时和缸体的刚性接触就变成柔性接触，从而保持筋板环BH与转动盘P之间的接触，提高了高压区的密封性能。
[0045]图14所示为耦合转子上装有转子环的实施例的转子轴面局部剖视图，因为耦合转子C在缸体内围绕转动盘P转动轴线公转时，转子C的外缘需要与缸体GT的内腔缸壁保持机械配合，这样才能保证压力区的密封性使得膨胀介质的能量最大限度转换成对转子的压力，但转子和缸体均为刚性结构，因此需要在两者之间安装转子环ZH，就像直线往复摆动活塞发动机的活塞环的作用一样，图示为一种双环结构的转子环，两个转子环ZH安装在各自的凹槽内，其安装方式、使用原理与直线往复式活塞发动机的活塞环相同，在此不再一一赘述。
[0046]本发明可以应用于现有技术的汽轮机当中，可以作为现有汽轮机的一个组成部分，例如代替高压区的透平，或者用于排气区气体余压的充分利用，这样都可以提高膨胀介质能量的利用率。
[0047]本发明所涉及的发动机，可以采用多种材料制造，例如各种金属材料、高强度合金材料以及陶瓷材料等等。
[0048]上述实施例以图示的方式说明了本发明，但是以图示方式说明的上述实施例不是对本发明的限制，本发明由权利要求限定。
【权利要求】
1.本发明涉及一种新型汽轮机，其结构包括由若干个共轴的圆环缸体组成，每个圆环缸体的结构包括:圆环涵道缸体、螺旋筋板、转动盘、耦合转子，其特征在于:所述圆环涵道缸体是一个有圆环形空腔的固定缸体，所述圆环形空腔的轴面剖视图形状为圆形，所述螺旋筋板位于所述圆环形空腔内，沿圆环形空腔的圆弧面分布，并与所述圆环涵道缸体联结为一体，所述圆环形空腔的缸体开有缸体环槽，所述转动盘位于缸体环槽中； 所述耦合转子安装在转动盘上，位于所述圆环形空腔内，耦合转子的外径边缘与圆环形空腔的内表面形成机械配合，其转动轴线与转动盘转动轴线垂直或接近垂直，所述耦合转子沿半径方向开有耦合槽，螺旋筋板可以穿过耦合槽，当耦合转子和转动盘与圆环涵道缸体发生相对转动时，螺旋筋板与耦合槽的滑动啮合推动耦合转子围绕自身转动轴线自转; 所述螺旋筋板沿所述圆环形空腔的圆弧表面分布，使得耦合转子随转动盘与圆环涵道缸体产生相对转动并以均匀转速转动时，耦合转子因耦合槽与螺旋筋板的滑动啮合而围绕自身转动轴线以均匀转速自转； 所述螺旋筋板的起始端位于转动盘的一侧，并与耦合转子的耦合槽开始滑动啮合，随着转动盘与圆环涵道缸体之间的相对转动，耦合转子在螺旋筋板的推力作用下自转，到达转动盘的另一侧的螺旋筋板的终止端，则螺旋筋板与耦合槽脱离啮合，并继续转动，回到螺旋筋板起始端的一侧，又开始下一次的滑动啮合； 所述耦合转子将圆环涵 道缸体的圆弧面、转动盘、螺旋筋板三者之间的空间分隔成高压区和低压区，膨胀介质进入高压区膨胀产生压力，推动耦合转子在所述圆环形空腔内围绕转动盘的转动轴心向低压区一侧转动，从而带动转动盘输出扭矩。
2.根据权利要求1所述的新型汽轮机，其特征在于:所述圆环涵道缸体的转动盘附近的高压区一侧的位置，为膨胀介质进入的位置，所述圆环涵道缸体的转动盘附近的低压区一侧的位置，为排气的位置。
3.根据权利要求1所述的新型汽轮机，其特征在于:所述单个的圆环涵道缸体内，可以装有多个螺旋筋板和多个耦合转子。
4.根据权利要求3所述的新型汽轮机，其特征在于:所述单个的圆环涵道缸体内的多个螺旋筋板，可以并联排布，也可以串联排布。
5.根据权利要求3所述的新型汽轮机，其特征在于:所述圆环涵道缸体内的多个耦合转子，以转动盘的转动轴线为对称轴对称排布。
6.根据权利要求3所述的新型汽轮机，其特征在于:所述单个圆环涵道缸体内的耦合转子的数量与螺旋筋板的数量可以相同，也可以不同。
7.根据权利要求1所述的新型汽轮机，其特征在于:由多个共轴圆环缸体组成的所述汽轮机，其圆环缸体按照膨胀介质的压力降低的方向从高气压区排列到低气压区，高气压区的圆环缸体所排放的具有一定压力的膨胀介质继续进入到低气压区的圆环缸体，使得膨胀介质的能量得到尽量大程度的利用。
8.根据权利要求7所述的新型汽轮机，其特征在于:由多个圆环缸体组成的所述汽轮机，在所述汽轮机启动阶段以及需要大功率输出的工况下，高气压区的的膨胀介质可以直接输入到低气压区的圆环缸体。
9.根据权利要求1所述的新型汽轮机，其特征在于:所述螺旋筋板上可以装有筋板环。
10.根据权利要求1所 述的新型汽轮机，其特征在于:所述耦合转子上可以装有转子环。
【文档编号】F01D1/22GK103835769SQ201310309284
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2013年7月19日 优先权日:2012年11月22日
【发明者】刘勇 申请人:袁丽君
相关技术
网友询问留言
已有0条留言
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！
1