一种混冲式燃气轮机的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种混冲式燃气轮机，包括气轮和输出轴，气轮外套设有缸体，缸体直径由中部向两端逐渐变大，缸体两端均连接有涡旋形封头，气轮包括与缸体相适配的转子，转子中部外壁上固定有多个中枢动叶片，转子侧部外壁上固定有多列列侧部动叶片组，每列列侧部动叶片组均呈涡线形布设，相邻两列列侧部动叶片组之间形成叶片组涡线间隙，缸体中部外壁上设有与缸体相切的多根燃气导入管，燃气导入管与中枢动叶片相适配，燃气导入管端部设有燃烧室，缸体侧部内壁上固定有多个呈涡线形布设的静导流板，静导流板与缸体的内壁之间形成涡线形气道。本实用新型采用气流涡旋运动并结合周向驱动方式驱动旋转运动，能有效提高燃气轮机的做功效率。
【专利说明】
一种混冲式燃气轮机
技术领域
[0001 ]本实用新型属于燃气轮机技术领域，具体涉及一种混冲式燃气轮机。【背景技术】
[0002]燃气轮机是由涡轮喷气机延伸改进而来的，作为轮船和发电厂动力，主要是把做功对象从对空气冲击转变为驱动气轮机旋转。上世纪七、八十年代欧美已开始应用更清洁的燃气轮机发电，现占有率已达到50%左右。在我国，仅从几年前开始，技术也是从西方引进的，现只有上海气轮机公司能制造9F级燃气轮机，且关键部件、材料依赖进口，其本身也属于中外合资公司，总体水平处在两千年左右。美国的燃气轮机最高做功效率已达到52%， 但这不是仅靠燃气轮机本身实现的，其中很大一部分靠联合循环，而本体效率估计在45 % 左右。尽管如此，这相对原来的35%已是很大的进步。国内目前气轮机平均做功效率为36% ?37 %，可知燃气轮机技术本身也有了很大提高，其主要途径是:增加了级栅叶之间的静导叶，提高了材料耐高温性能，提高了初温，采用了对高温部件的降温技术，加大了单机功率等手段。而在气流做功形态方面无明显变化，到目前为止，基本延用的是轴流式，气流的做功形态类似正弦曲线(即三角连续)。
[0003]我们知道气流有多种运动形态，但其中最适合驱动旋转运动的应当是涡旋运动。 那么，为什么气流涡旋运动原理至今未在汽轮机、燃气轮机上得到应用呢，这一问题很难回答。但有一点是清晰的，相关资料显示，其一，并无人提出应用气流涡旋原理提高燃气轮机做功效率;其二，并没有根据气流涡旋原理设计制造出相应结构的汽轮机。为此，设计一种利用气流涡旋运动并结合轴向驱动方式驱动旋转运动的混冲式燃气轮机是十分必要的。【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种混冲式燃气轮机， 其结构简单、设计新颖合理且制造方便，采用气流涡旋运动并结合周向驱动方式驱动旋转运动，能有效提高燃气轮机的做功效率，转速高，适于推广使用。
[0005]为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是:一种混冲式燃气轮机，其特征在于:包括气轮和与气轮固定连接的输出轴，所述气轮外套设有缸体，所述缸体的横截面形状为圆形，所述缸体的直径由中部向两端逐渐变大，所述缸体的两端均连接有涡旋形封头，所述输出轴穿过涡旋形封头且与涡旋形封头转动连接，所述气轮包括与缸体相适配的转子， 所述转子的中部外壁上固定有多个中枢动叶片，所述转子的侧部外壁上固定有多列列侧部动叶片组，每列所述列侧部动叶片组均呈涡线形布设，所述列侧部动叶片组由多个依次布设的列侧部动叶片组成，相邻两列所述列侧部动叶片组之间形成叶片组涡线间隙，所述缸体的中部外壁上设置有与缸体相切的多根燃气导入管，所述燃气导入管与中枢动叶片相适配，所述燃气导入管的端部设置有燃烧室，所述缸体的侧部内壁上固定有多个呈涡线形布设的静导流板，所述静导流板与缸体的内壁之间形成涡线形气道。
[0006]上述的一种混冲式燃气轮机，其特征在于:所述涡旋形封头包括封头板和设置在封头板上的涡旋形排气道，所述涡旋形排气道上设置有排气口，所述封头板的中心设置有供输出轴穿过的轴孔，所述封头板通过法兰与缸体固定连接。
[0007]上述的一种混冲式燃气轮机，其特征在于:所述中枢动叶片为中空结构，所述输出轴包括实心轴和空心轴，所述实心轴的内端与转子的一端固定连接，所述空心轴的内端与转子的另一端固定连接，所述空心轴上沿中轴线穿设有向中枢动叶片供冷却水的冷却水管，所述实心轴、空心轴和转子的中轴线位于一条直线上。
[0008]上述的一种混冲式燃气轮机，其特征在于:所述转子上沿轴线设置有散热孔，所述转子的两端均设置有隔热槽，所述隔热槽内设置有隔热层。
[0009]上述的一种混冲式燃气轮机，其特征在于:多个所述静导流板在缸体的侧部内壁上均匀布设，多个所述中枢动叶片在转子的中部外壁上均匀布设，构成所述列侧部动叶片组的相邻两个侧部动叶片之间留有距离，且构成所述列侧部动叶片组的相邻两个侧部动叶片之间的距离相等，相邻两列所述列侧部动叶片组的侧部动叶片间隔布设。
[0010]上述的一种混冲式燃气轮机，其特征在于:多个相间隔的列侧部动叶片组的侧部动叶片构成行侧部动叶片组，所述行侧部动叶片组与转子的中轴线之间的夹角<^为35°? 45°，所述列侧部动叶片组与转子的中轴线之间的夹角〇2为45°?55°。
[0011]上述的一种混冲式燃气轮机，其特征在于:所述静导流板倾斜布设，所述静导流板与缸体的中轴线之间的夹角0为45°?55°。
[0012]上述的一种混冲式燃气轮机，其特征在于:多个所述静导流板的长度由缸体的中部向缸体的侧部逐渐变长并与侧部动叶片相适配。
[0013]上述的一种混冲式燃气轮机，其特征在于:所述燃气导入管的数量为三根，三根所述燃气导入管沿缸体的中部外壁均匀布设。
[0014]上述的一种混冲式燃气轮机，其特征在于:所述燃烧室的端部设置有压缩空气接管，相邻两根所述燃气导入管之间连接有固定支架，所述缸体的外壁一周均匀设置有多条加强筋。
[0015]本实用新型与现有技术相比具有以下优点:[〇〇16]1、本实用新型结构简单、设计新颖合理且制造方便。
[0017]2、本实用新型采用周向运动和涡旋运动两者相结合的混冲式结构，即燃气燃烧后经燃气导入管沿切线方向进入缸体内沿周向直冲中枢动叶片，再分流于两侧的涡线形气流通道，利用气流涡旋运动驱动气轮做功，最后经涡旋形排气道排出，气流在做功过程中，从切线方向进入缸体内后，全部气流通道结构均呈涡线形，强制气流形成一个短程连续的涡旋运动形态，因此可大大提高燃气轮机的做功效率，转速高。
[0018]3、本实用新型以气流涡旋运动原理为指导，选用与空压气机分离的多个燃气导入管安装于缸体的中部切线位置，缸体和气轮的结构均是由中部向两侧逐渐变大，缸体内壁与气轮前后进、排气结构形状均为涡线形气流通道，将气轮包围在中间，并采用侧部动叶片涡线形排列与之动、静耦合，运转时，动、静涡线气道气流耦合以大于轴向气流的线速度，对其形成拦截与牵引，使动叶片间轴向膨胀气流形成较大偏转，在缸体内整体涡线形结构的强制下，做功气流形成了一个短程连续的涡旋运动形态，形成了不同以往做功气流轴向运动形态，从而有效提尚了气流周向做功的性能和效率。
[0019]4、本实用新型实现方便，可作为动力有效适用于轮船和发电厂中，适于推广使用。
[0020]下面通过附图和实施例，对本实用新型做进一步的详细描述。【附图说明】
[0021]图1为本实用新型的结构示意图。
[0022]图2为本实用新型转子、中枢动叶片、燃气导入管和燃烧室的连接关系示意图。
[0023]图3为本实用新型涡旋形封头和输出轴的连接关系示意图。[〇〇24]图4为图3的A-A剖视图。
[0025]图5为本实用新型侧部动叶片在转子侧部外壁上的布设关系示意图。
[0026]图6为本实用新型气轮和输出轴的连接关系示意图。
[0027]图7为本实用新型缸体和静导流板的连接关系示意图。
[0028]图8为本实用新型静导流板在缸体侧部内壁上的布设关系示意图。
[0029]图9为本实用新型转子和中枢动叶片的连接关系示意图。
[0030]图10为本实用新型中枢动叶片的侧视图。[0031 ]图11为本实用新型中枢动叶片的俯视图。[〇〇32]附图标记说明:
[0033]丨一输出轴；一实心轴；1_2 一空心轴；
[0034]2—涡旋形封头；2-1—排气口；2-2—轴孔；
[0035]2-3 一祸旋形排气道；2-4—封头板；3—法兰；
[0036]4—转子；4-1 一散热孔；5—缸体；
[0037]6 一静导流板；7—祸线形气道；8 —中枢动叶片；
[0038]9 一燃烧室；1〇一燃气导入管；11 一加强筋；[〇〇39]12—侧部动叶片；13—叶片组涡线间隙；14 一隔热层；
[0040]15—压缩空气接管；16—固定支架；17—冷却水管。【具体实施方式】
[0041]如图1、图2、图5、图7至图11所示，本实用新型包括气轮和与气轮固定连接的输出轴1，所述气轮外套设有缸体5,所述缸体5的横截面形状为圆形，所述缸体5的直径由中部向两端逐渐变大，所述缸体5的两端均连接有涡旋形封头2,所述输出轴1穿过涡旋形封头2且与涡旋形封头2转动连接，所述气轮包括与缸体5相适配的转子4,所述转子4的中部外壁上固定有多个中枢动叶片8，所述转子4的侧部外壁上固定有多列列侧部动叶片组，每列所述列侧部动叶片组均呈涡线形布设，所述列侧部动叶片组由多个依次布设的侧部动叶片12组成，相邻两列所述列侧部动叶片组之间形成叶片组涡线间隙13,所述缸体5的中部外壁上设置有与缸体5相切的多根燃气导入管10,所述燃气导入管10与中枢动叶片8相适配，所述燃气导入管10的端部设置有燃烧室9,所述缸体5的侧部内壁上固定有多个呈涡线形布设的静导流板6,所述静导流板6与缸体5的内壁之间形成涡线形气道7。
[0042]如图3和图4所示，所述涡旋形封头2包括封头板2-4和设置在封头板2-4上的涡旋形排气道2-3，所述涡旋形排气道2-3上设置有排气口 2-1，所述封头板2-4的中心设置有供输出轴1穿过的轴孔2-2,所述封头板2-4通过法兰3与缸体5固定连接。实际制作时，通常将涡旋形排气道2-3和封头板2-4设计为一体结构，涡旋形排气道2-3能使排气不改向，进一步提高燃气效率。
[0043]如图6所示，所述中枢动叶片8为中空结构，所述输出轴1包括实心轴1 -1和空心轴 1-2,所述实心轴1-1的内端与转子4的一端固定连接，所述空心轴1-2的内端与转子4的另一端固定连接，所述空心轴1-2上沿中轴线穿设有向中枢动叶片8供冷却水的冷却水管17,所述实心轴1-1、空心轴1-2和转子4的中轴线位于一条直线上;通过冷却水管17给中枢动叶片 8供冷却水，以冷却中枢动叶片8。
[0044]如图6所示，所述转子4上沿轴线设置有散热孔4-1，所述转子4的两端均设置有隔热槽，所述隔热槽内设置有隔热层14,以防止把转子4上的热量损失。
[0045]如图1和图5所示，多个所述静导流板6在缸体5的侧部内壁上均匀布设，多个所述中枢动叶片8在转子4的中部外壁上均匀布设，构成所述列侧部动叶片组的相邻两个侧部动叶片12之间留有距离，且构成所述列侧部动叶片组的相邻两个侧部动叶片12之间的距离相等，相邻两列所述列侧部动叶片组的侧部动叶片12间隔布设。实际制作时，通常将侧部动叶片12设计为类楔形结构。
[0046]如图5所示，多个相间隔的列侧部动叶片组的侧部动叶片12构成行侧部动叶片组， 所述行侧部动叶片组与转子4的中轴线之间的夹角<^为35°?45°，所述列侧部动叶片组与转子4的中轴线之间的夹角a2为45°?55°。
[0047]如图5所示，所述静导流板6倾斜布设，所述静导流板6与缸体5的中轴线之间的夹角P为45°?55°。
[0048]如图1所示，多个所述静导流板6的长度由缸体5的中部向缸体5的侧部逐渐变长并与侧部动叶片12相适配。[〇〇49]如图2所示，所述燃气导入管10的数量为三根，三根所述燃气导入管10沿缸体5的中部外壁均匀布设，燃气导入管10为异型结构，制作时，可根据实际需要，设计合适数量的燃气导入管10。
[0050]如图2所示，所述燃烧室9的端部设置有压缩空气接管15,实际制作时，通常将燃烧室9设计为圆筒形结构，压缩空气接管15的连接端与燃烧室9的连接端相配合。相邻两根所述燃气导入管10之间连接有固定支架16,以稳固燃气导入管10。如图1所示，所述缸体5的外壁一周均匀设置有多条加强筋11，以增加缸体5的强度。
[0051]本实用新型的工作原理为:燃气从缸体5的中部先进入燃烧室9内燃烧，然后经燃气导入管10沿切线方向进入缸体5内沿周向直冲中枢动叶片，再分流于两侧的涡线形气流通道，利用气流涡旋运动驱动气轮做功，最后经涡旋形排气道2-3排出。气流在做功过程中， 从切线方向进入缸体5内后，全部气流通道结构均呈涡线形，强制气流形成一个短程连续的涡旋运动形态，因此可大大提高燃气轮机的做功效率。气流在对气轮做功过程中，由于受到侧部动叶片12阻力弯曲并偏转，与轴向膨胀气流会合，解决这一问题的是将侧部动叶片12 行与列进行交叉涡线形排列，在列与列之间留有叶片组涡线间隙13,加之转子4的半径由中部向两侧逐渐变大，当气轮外圆周涡旋气流以远大于侧部动叶片12间气流的线速度进入叶片组涡线间隙13，对轴向气流形成一道拦截牵引，从而改变轴向气流流向，使其发生较大偏转，最终从侧部动叶片12的轴向与周向之间的区域流出；这样，相对现有轴向气流做功运动，提高了气流周向做功的性能和效率。[〇〇52]以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
【主权项】
1.一种混冲式燃气轮机，其特征在于:包括气轮和与气轮固定连接的输出轴(1)，所述 气轮外套设有缸体(5)，所述缸体(5)的横截面形状为圆形，所述缸体(5)的直径由中部向两 端逐渐变大，所述缸体(5)的两端均连接有涡旋形封头(2)，所述输出轴(1)穿过涡旋形封头 (2)且与涡旋形封头(2)转动连接，所述气轮包括与缸体(5)相适配的转子(4)，所述转子(4) 的中部外壁上固定有多个中枢动叶片(8)，所述转子(4)的侧部外壁上固定有多列列侧部动 叶片组，每列所述列侧部动叶片组均呈涡线形布设，所述列侧部动叶片组由多个依次布设 的侧部动叶片(12)组成，相邻两列所述列侧部动叶片组之间形成叶片组涡线间隙(13)，所 述缸体(5)的中部外壁上设置有与缸体(5)相切的多根燃气导入管(10)，所述燃气导入管 (10)与中枢动叶片(8)相适配，所述燃气导入管(10)的端部设置有燃烧室(9)，所述缸体(5) 的侧部内壁上固定有多个呈涡线形布设的静导流板(6)，所述静导流板(6)与缸体(5)的内 壁之间形成涡线形气道(7)。2.按照权利要求1所述的一种混冲式燃气轮机，其特征在于:所述涡旋形封头(2)包括 封头板(2-4)和设置在封头板(2-4)上的涡旋形排气道(2-3)，所述涡旋形排气道(2-3)上设 置有排气口(2-1)，所述封头板(2-4)的中心设置有供输出轴(1)穿过的轴孔(2-2)，所述封 头板(2-4)通过法兰(3)与缸体(5)固定连接。3.按照权利要求1或2所述的一种混冲式燃气轮机，其特征在于:所述中枢动叶片(8)为 中空结构，所述输出轴(1)包括实心轴(1 -1)和空心轴(1 -2 )，所述实心轴(1 -1)的内端与转 子(4)的一端固定连接，所述空心轴(1-2)的内端与转子(4)的另一端固定连接，所述空心轴 (1-2)上沿中轴线穿设有向中枢动叶片(8)供冷却水的冷却水管(17)，所述实心轴(1-1)、空 心轴(1-2)和转子(4)的中轴线位于一条直线上。4.按照权利要求1或2所述的一种混冲式燃气轮机，其特征在于:所述转子(4)上沿轴 线设置有散热孔(4-1)，所述转子(4)的两端均设置有隔热槽，所述隔热槽内设置有隔热层 (14)〇5.按照权利要求1或2所述的一种混冲式燃气轮机，其特征在于:多个所述静导流板(6) 在缸体(5)的侧部内壁上均匀布设，多个所述中枢动叶片(8)在转子(4)的中部外壁上均匀 布设，构成所述列侧部动叶片组的相邻两个侧部动叶片(12)之间留有距离，且构成所述列 侧部动叶片组的相邻两个侧部动叶片(12)之间的距离相等，相邻两列所述列侧部动叶片组 的侧部动叶片(12)间隔布设。6.按照权利要求5所述的一种混冲式燃气轮机，其特征在于:多个相间隔的列侧部动叶 片组的侧部动叶片(12)构成行侧部动叶片组，所述行侧部动叶片组与转子(4)的中轴线之 间的夹角?为35°?45°，所述列侧部动叶片组与转子(4)的中轴线之间的夹角<12为45°? 55。。7.按照权利要求1或2所述的一种混冲式燃气轮机，其特征在于:所述静导流板(6)倾斜 布设，所述静导流板(6)与缸体(5)的中轴线之间的夹角0为45°?55°。8.按照权利要求1或2所述的一种混冲式燃气轮机，其特征在于:多个所述静导流板(6) 的长度由缸体(5)的中部向缸体(5)的侧部逐渐变长并与侧部动叶片(12)相适配。9.按照权利要求1或2所述的一种混冲式燃气轮机，其特征在于:所述燃气导入管(10) 的数量为三根，三根所述燃气导入管(10)沿缸体(5)的中部外壁均匀布设。10.按照权利要求1或2所述的一种混冲式燃气轮机，其特征在于:所述燃烧室(9)的端部设置有压缩空气接管(15)，相邻两根所述燃气导入管(10)之间连接有固定支架(16)，所 述缸体(5)的外壁一周均匀设置有多条加强筋(11)。
【文档编号】F01D5/02GK205605308SQ201620442079
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月16日
【发明人】赵建东
【申请人】赵建东