一种蒸汽轮机的制作方法与工艺

本发明涉及一种蒸汽轮机，具体涉及一种具有高热能利用率和高机械效率且耐用的蒸汽轮机，属于机械领域。

背景技术：
现有的蒸汽轮机，其叶轮上设有大量的叶扇片，汽缸容积等于叶扇片在汽缸内旋转一周划过的空间。叶扇片越高，则汽缸容积越大，叶轮扭矩也越大，相应的，维持做功所需要的热能越多。由于受结构和工艺所限，现有的蒸汽轮机主要存在以下三个方面的问题：一、机械效率低现有的蒸汽轮机，其汽缸内热气流的运动方向与叶轮轴线平行，热气流不能垂直冲击叶扇片板面，气流的冲击方向而是与叶扇片的旋转方向垂直，属于风车原理。利用风车原理的此种结构，导致蒸汽轮机能量损耗大，故机械效率低。引起蒸汽轮机机械效率低下的另一个原因是：当叶扇片受到与叶轮轴线平行的热气流冲击时，叶扇片的扇峰和扇根在单位面积内所消耗的热能相等，而它们产生的机械能却不同，扇峰力臂长，扭矩大，其产生的机械能多；扇根力臂小，扭矩小，其产生的机械能少。二、热能利用率低现有的蒸汽轮机，其汽缸内热气流的运动方向与叶轮轴线平行，热气流在汽缸内形成直射气流，因为直射气流在汽缸内运行的路径最短，热气流在汽缸内重复循环做功的量小，所以热能有效利用率较低。三、轴承易老化磨损现有的蒸汽轮机，其叶轮与转轴采用整体实心锻铸，因为叶轮的体积受自身重量及锻铸技术制约，所以叶轮的半径和扭矩也受到限制。具有较小半径的叶轮，其扭矩也小，机械效率较低。若要提高机械效率，则需增大叶轮的扭矩，相应的，就需要增大叶轮上叶扇片的高度，如此一来，叶轮自身重量增大，轴承负荷增加，轴承易出现老化、磨损。

技术实现要素：
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有高热能利用率和高机械效率且耐用的蒸汽轮机。为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：一种蒸汽轮机，整体呈圆柱形，包括：汽缸部、降温部和润滑部，前述降温部位于汽缸部的两端，润滑部嵌入在两个降温部的底面圆心处，其特征在于，前述汽缸部由内向外依次包括：转轴、空心叶轮和缸体，前述转轴沿轴线方向设置有若干柱形凸台；前述空心叶轮由轮体和若干轮板构成，前述轮体由若干节筒体连接而成，每一节筒体在内部都设置有轴套，轴套与筒体为同心圆；前述轮板均匀分布在轮体外壁的圆周线上，并且轮板与轮体的轴线之间形成大于0°且小于90°的夹角，相邻两圈轮板之间形成环形容腔；轮体内的轴套紧密地套在转轴上的柱形凸台上，从而将转轴与空心叶轮固定在一起；前述缸体为圆筒形柱体，中间为工作仓，两端分别为进气仓和排气仓，进气仓上的进气口和排气仓上的排气口均位于柱体的圆弧形侧壁上，整个缸体沿对称轴一分为二，形成上半缸体和下半缸体，在工作仓段，上半缸体和下半缸体的内壁上沿轴线方向均形成有若干半圆环形变向栅，前述变向栅具有若干相互平行的气道，前述气道与缸体的圆形底面之间形成大于0°且小于90°的夹角，当上半缸体和下半缸体对合时，上半缸体和下半缸体同一圆周线上的两个半圆环形变向栅形成一个完整的圆环，缸体轴线方向上的相邻两个的变向栅之间形成环形汽室；在进气仓段和排气仓段，进气仓的圆形侧壁上和排气仓的圆形侧壁上均形成有供转轴穿过的轴孔，轴孔的内表面形成有若干环形凹槽，转轴的外表面在相应位置处形成有若干环形凸起，环形凸起卡在环形凹槽内，前述进气仓的圆形侧壁的内外两侧各设置有一个保温垫，两个保温垫的外侧各设置有一个保温罩，前述排气仓的圆形侧壁的内外两侧也各设置有一个保温垫，两个保温垫的外侧也各设置有一个保温罩；当缸体将空心叶轮扣合在其内时，缸体内壁上的环形变向栅处在空心叶轮上相邻两圈轮板之间所形成的环形容腔内，空心叶轮上的轮板处在缸体上相邻的变向栅之间所形成的环形汽室内，并且变向栅上的气道与空心叶轮上的轮板位置一一对应且垂直，进气仓内的高压蒸汽进入第一个变向栅，从第一个变向栅的气道流出的高压蒸汽垂直打在第一个汽室内的轮板板面上，变向栅上的每一个气道和与其一一对应且垂直设置的轮板构成一个做功个体，做功后的高压蒸汽再进入第二个变向栅，从第二个变向栅的气道流出的高压蒸汽再垂直打在第二个汽室内的轮板板面上，依次类推，持续不间断做功，直至高压蒸汽对最后一个汽室内的轮板做完功，最后从排气仓排出。前述的蒸汽轮机，其特征在于，前述汽缸部还包括：锁板，前述锁板呈圆环形，与转轴上的柱形凸台和筒体内部的轴套固定连接，使柱形凸台锁定在对应的轴套内。前述的蒸汽轮机，其特征在于，在汽缸部，前述转轴上的柱形凸台的外径逐个减小或逐个增大。前述的蒸汽轮机，其特征在于，在汽缸部，前述缸体的外壁上形成有若干条横梁和纵梁，前述横梁与缸体的轴线平行，前述纵梁与缸体的圆周线平行，横梁与纵梁相互垂直，在缸体的外壁上形成若干凹面凸棱，凹面内设有保温片，保温片外部设有保护罩。前述的蒸汽轮机，其特征在于，在汽缸部，前述上半缸体和下半缸体的对接面上设置有相互配合的校正口和校正杆，当上半缸体和下半缸体对合时，校正杆沿校正口滑入，使得上半缸体和下半缸体准确对接到一起。前述的蒸汽轮机，其特征在于，前述降温部包括：降温仓、转轴防护罩和雾化水喷头，前述降温仓呈圆筒形，其圆弧形的侧壁上设置有进水口和排水口，转轴防护罩和雾化水喷头均设置在前述降温仓内；前述转轴防护罩设置在降温仓的圆形底面上，雾化水喷头设置在转轴防护罩上，雾化水喷头与降温仓上的进水口连通，雾化水直接喷洒在转轴上，对转轴进行降温。前述的蒸汽轮机，其特征在于，前述润滑部包括：轴承、轴承套和润滑油密封组件，前述轴承的内圈套在转轴上，前述轴承套套在轴承的外圈上并且整体嵌入在降温仓圆形底面的圆心处，转轴的外壁上和轴承套的内壁上均形成有卡阶，轴承沿轴向锁定在两个卡阶内，前述轴承的数量为两个，两个轴承之间留有进油道和排油道，进油道、排油道均穿过轴承套和降温仓侧壁与外界连通；前述润滑油密封组件对称的设置在两个轴承的外侧，其包括：密封胶筒、压板、挡板和调节螺栓，其中，前述密封胶筒、压板和挡板均套在转轴上，密封胶筒紧贴轴承设置，压板紧贴密封胶筒设置，挡板固定在轴承套的两端，调节螺栓垂直穿过挡板将压板和密封胶筒压紧。前述的蒸汽轮机，其特征在于，前述润滑部还包括：润滑油散热器，前述润滑油散热器设置在轴承套的外部，与两个轴承之间的进油道和排油道连通。本发明的有益之处在于：(1)叶轮采用空心结构，一方面，极大地减轻了叶轮自身的重量，从而减轻了轴承的负荷，使得轴承不易老化磨损；另一方面，使叶轮的自重不受体积和锻铸及加工技术的制约，叶轮的体积和直径可以更大，从而扭矩可以更大，产生的机械能更大，从根本上提高了蒸汽轮机的机械效率；(2)缸体的内壁上形成有若干变向栅，变向栅的气道与缸体的圆形底面之间形成大于0°且小于90°的夹角，人为地改变了气流方向，使得热气在工作仓内做螺旋运动，做螺旋运动的效果：第一，汽缸容积可以更小，从而可以减少维持做功所需要的热能；第二，高压蒸汽在汽缸部运行的路径更长，使热气流得到重复循环利用，从而可提高蒸汽轮机的热能利用率；(3)变向栅上的气道与空心叶轮上的轮板位置一一对应且垂直，气流方向与轮板垂直，使得轮板的受力面积最大化，轮板受力面积大，其产生的机械能也大；(4)蒸汽轮机的功率等于单位时间内每一个汽室内轮板做功的总和，因本发明的蒸汽机做功个体多，故做功量大，机械效率高。附图说明图1是本发明的蒸汽轮机的轴向剖面图；图2是图1中的汽缸部的结构示意图；图3是图2中的空心叶轮的结构示意图；图4是图2中的缸体的结构示意图；图5是图2中的空心叶轮和转轴连接后的轴向剖面图。图中附图标记的含义：1-汽缸部；11-转轴、12-空心叶轮、13-缸体；111-柱形凸台、112-凸起、113-卡阶、121-轮体、122-轮板、131-变向栅、132-进气口、133-排气口、134-凹槽、135-保温垫、136-保温罩；1211-筒体、1212-轴套、1221-容腔、1311-汽室；2-降温部；21-降温仓；211-进水口、212-排水口；3-润滑部、31-轴承、32-轴承套、33-润滑油密封组件；311-进油道、312-排油道、321-卡阶、331-密封胶筒、332-压板、333-挡板、334-调节螺栓。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。参照图1，本发明的具有高热能利用率和高机械效率且耐用的蒸汽轮机，其整体呈圆柱形，包括：汽缸部1、降温部2和润滑部3，其中，降温部2位于汽缸部1的两端，润滑部3嵌入在两个降温部2的底面圆心处。下面分别详细介绍汽缸部1、降温部2和润滑部3的结构。一、汽缸部参照图1和图2，汽缸部1由内向外依次包括：转轴11、空心叶轮12和缸体13。1、转轴参照图1和图5，转轴11呈圆柱形，沿轴线方向设置有若干柱形凸台111，柱形凸台111一方面用于实现转轴11与空心叶轮12的紧密连接，另一方面用于取代叶轮的实心部分，减轻了整个汽缸部1的重量。作为一种优选的方案，转轴11上的柱形凸台111的外径逐个减小或逐个增大。作为一种优选的方案，汽缸部1还包括：锁板(未图示)。锁板呈圆环形，与转轴11上的柱形凸台111和筒体1211内部的轴套1212固定连接，使柱形凸台111锁定在对应的轴套1212内，锁板给转轴11和空心叶轮12上了双保险。。2、空心叶轮空心叶轮12由轮体121和若干轮板122构成。参照图1和图5，轮体121由若干节筒体1211连接而成，每一节筒体1211在内部都设置有轴套1212，轴套1212与筒体1211为同心圆。轮体121内的轴套1212紧密地套在转轴11上的柱形凸台111上，从而将转轴11与空心叶轮12固定在一起。参照图1、图2和图3，轮板122均匀分布在轮体121外壁的圆周线上，并且轮板122与轮体121的轴线之间形成大于0°且小于90°的夹角，相邻两圈轮板122之间形成环形容腔1221。叶轮采用空心结构，一方面，极大地减轻了叶轮自身的重量，从而减轻了轴承的负荷，使得轴承不易老化磨损；另一方面，使叶轮的自重不受体积和锻铸及加工技术的制约，叶轮的体积和直径可以更大，从而扭矩可以更大，产生的机械能更大，从根本上提高了蒸汽轮机的机械效率。3、缸体参照图1、图2和图4，缸体13为圆筒形柱体，中间为工作仓，两端分别为进气仓和排气仓，进气仓上的进气口132和排气仓上的排气口133均位于柱体的圆弧形侧壁上，整个缸体13沿对称轴一分为二，形成上半缸体和下半缸体，这样有利于空心叶轮的安装和拆卸。在工作仓段，上半缸体和下半缸体的内壁上沿轴线方向均形成有若干半圆环形变向栅131，变向栅131具有若干相互平行的气道，该气道与缸体的圆形底面之间形成大于0°且小于90°的夹角，当上半缸体和下半缸体对合时，上半缸体和下半缸体同一圆周线上的两个半圆环形变向栅形成一个完整的圆环，缸体轴线方向上的相邻两个的变向栅131之间形成环形汽室1311。在进气仓段和排气仓段，进气仓的圆形侧壁上和排气仓的圆形侧壁上均形成有供转轴11穿过的轴孔，轴孔的内表面形成有若干环形凹槽134，转轴11的外表面在相应位置处形成有若干环形凸起112，环形凸起112卡在环形凹槽134内。环形凸起112与环形凹槽134卡接后，第一、使得轴孔与转轴的接触面呈多个波浪形，可减少高热高压蒸气外泄，减少热能流失，提高蒸汽轮机的热效率；第二、形成一个锁定装置，使得空心叶轮和缸体在轴线方向上的位置更稳定。进气仓的圆形侧壁的内外两侧各设置有一个保温垫135，两个保温垫135的外侧各设置有一个保温罩136。排气仓的圆形侧壁的内外两侧也各设置有一个保温垫135，两个保温垫135的外侧也各设置有一个保温罩136。双层保温垫的设置，可阻隔进气仓和排气仓内热能对降温仓的热传递，从而可减少热能流失，同时还可减少热能对轴承润滑系统的损害。当缸体将空心叶轮12扣合在其内时，缸体内壁上的环形变向栅131处在空心叶轮12上相邻两圈轮板122之间所形成的环形容腔1221内，空心叶轮12上的轮板122处在缸体上相邻的变向栅131之间所形成的环形汽室1311内，并且变向栅131上的气道与空心叶轮12上的轮板122位置一一对应且垂直，进气仓内的高压蒸汽进入第一个变向栅131，从第一个变向栅131的气道流出的高压蒸汽垂直打在第一个汽室1311内的轮板板面上，气流方向与轮板垂直，使得轮板的受力面积最大化，轮板受力面积大，其产生的机械能也大，变向栅131上的每一个气道和与其一一对应且垂直设置的轮板122构成一个做功个体，做功后的高压蒸汽再进入第二个变向栅131，从第二个变向栅131的气道流出的高压蒸汽再垂直打在第二个汽室1311内的轮板板面上，依次类推，持续不间断做功，直至高压蒸汽对最后一个汽室1311内的轮板122做完功，最后从排气仓排出。蒸汽轮机的功率等于单位时间内每一个汽室内轮板做功的总和，因本发明的蒸汽机做功个体多，故做功量大，机械效率高。本发明的蒸汽轮机，其缸体13的内壁上形成有若干变向栅131，变向栅131的气道与缸体13的圆形底面之间形成大于0°且小于90°的夹角，我们人为地改变了气流方向，使得热气在工作仓内做螺旋运动，做螺旋运动的效果：第一，汽缸容积可以更小，从而可以减少维持做功所需要的热能；第二，高压蒸汽在汽缸部运行的路径更长，使热气流得到重复循环利用，从而可提高蒸汽轮机的热能利用率。作为一种优选的方案，缸体13的外壁上形成有若干条横梁(未图示)和纵梁(未图示)，横梁与缸体13的轴线平行，纵梁与缸体13的圆周线平行，横梁与纵梁相互垂直，在缸体13的外壁上形成若干凹面凸棱，凹面内设有保温片(未图示)，保温片外部设有保护罩(未图示)。缸体13的外壁上设置的多条横梁与纵梁，使得缸体13更加坚固，不仅避免了缸体13变形，而且还减少了钢材的用量。凹面内设置的保温片可减少缸体13内热能的损耗，减少缸体13内冷凝水的产生，从而可提高蒸汽轮机的热效率。更为优选的是，上半缸体和下半缸体的对接面上设置有相互配合的校正口(未图示)和校正杆(未图示)，当上半缸体和下半缸体对合时，校正杆沿校正口滑入，使得上半缸体和下半缸体准确对接到一起，此时，空心叶轮12上的轮板122恰好在各自对应的汽室1311内。二、降温部参照图1，降温部2包括：降温仓21、转轴防护罩(未图示)和雾化水喷头(未图示)。降温仓21呈圆筒形，其圆弧形的侧壁上设置有进水口211和排水口212，转轴防护罩和雾化水喷头均设置在降温仓21内，其中，转轴防护罩设置在降温仓21的圆形底面上，雾化水喷头设置在转轴防护罩上，雾化水喷头与降温仓上的进水口211连通，雾化水直接喷洒在转轴11上，对转轴11进行降温，可提高轴承31及密封胶筒331的使用寿命。三、润滑部参照图1，润滑部3包括：轴承31、轴承套32和润滑油密封组件33。轴承31的内圈套在转轴11上，转轴11的外壁上形成有卡阶113，卡阶113用于卡住轴承31的内圈，以防止轴承31沿轴向移动。轴承套32套在轴承31的外圈上，并且整体嵌入在降温仓21圆形底面的圆心处，轴承套32的内壁上形成有卡阶321，卡阶321用于卡住轴承31的外圈，以防止轴承31沿轴向移动。轴承31的数量为两个，两个轴承31之间留有进油道311和排油道312，进油道311、排油道312均穿过轴承套32和降温仓21侧壁与外界连通。作为一种优选的方案，润滑部3还包括：润滑油散热器(未图示)。润滑油散热器设置在轴承套32的外部，与两个轴承31之间的进油道311和排油道312连通。下面介绍润滑油密封组件33的组成。参照图1，润滑油密封组件33对称的设置在两个轴承31的外侧，其包括：密封胶筒331、压板332、挡板333和调节螺栓334。其中，密封胶筒331、压板332和挡板333均套在转轴11上，密封胶筒331紧贴轴承31设置，压板332紧贴密封胶筒331设置，挡板333固定在轴承套32的两端，调节螺栓334垂直穿过挡板333将压板332和密封胶筒331压紧。需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。