专利名称：变汽锅炉的制作方法
技术领域：
本发明涉及热能动力利用领域，具体是一种变汽锅炉。
背景技术：
热能的动力利用，是指通过各种热能动力装置将热能转换成机械能或者再 转换成电能加以利用，为人类的日常生活和工农业及交通运输提供动力。要实 现热能的动力利用，离不开各种热能转换装置，如蒸汽动力装置、内燃机、燃 气轮机装置等为常用热能转换装置，其工作原理如下-
1、 蒸汽动力装置的工作原理
简单的蒸汽动力装置由锅炉汽轮机水泵和冷凝器等设备组成。 燃料在锅炉内燃烧，其化学能转变为热能，产生高温烟气，锅炉内的水吸 收烟气的热量变为水蒸汽，当它流经过热器时，继续吸热，温度进一步提高， 变为过热蒸汽。此时，蒸汽的温度、压力比外界介质(空气)的高，具有做功 能力。当它被导入汽轮机后，先通过喷管并在其中膨胀，压力、温度降低，而 速度增大，热能转换成了汽流的动能，这种高速汽流冲击推动叶片，带动叶轮 旋转，汽流的速度减低，动能转化为叶轮的机械能，通过轴转动向外做功。膨 胀后的乏汽，压力、温度都较低，进入冷凝器后向冷却水放热，而凝结成水， 并由泵升压后打入锅炉加热，重新作热循环。
2、 燃气轮机装置的结构和工作原理 最简单的燃气轮机是由压气机、燃气轮机和燃烧室组成。空气和燃料分别经压气机和泵增压后送入燃烧室，在其中混合并燃烧，释 放出热能。燃烧所产生的燃气吸热后，压力增高，然后流入燃气轮机，边膨胀 边作功，作功后的气体排向大气并放热，重复上述过程，完成能量转换过程。
3、内燃机的工作原理
内燃机工作特点是，燃料在气缸内燃烧，所产生的燃气直接推动活塞作功。 开始，活塞向下移动，进气阀开放，排气阀关闭，汽油和空气混合气进入 气缸。当活塞到达最低位置后，改变运动方向，而向上移动，这时，进排气阀 关闭，缸内气体受到压縮。压縮终了，电火花塞将燃料气点燃。燃料燃烧所产 生的燃气在缸内膨胀，向下推动活塞而做功，当活塞再次上行时，进气阀关闭， 排气阀打开，作功后的烟气排向大气。重复上述过程连续作功。
上述几种常见热能转换装置的结构和工作原理虽各不相同，但分析后不难 发现这几种热能转换装置都是把燃料的化学能通过工质转化成动能，再推动 机械做功的能量转换器。由于，上述装置都采用的是单一的燃气或蒸气作为工 质，只有在高压状态下，燃料燃烧后的热能才能转换成工质的动能，推动机械 做功。因此只有获得高压、保持高压，才能获得一定的热能转换效果，进而对 机械结构有所限制，如1、水在锅炉里依靠不断吸收热能蒸发蒸汽，才能保 证蒸汽的高压状态，要有足够的传热面才能满足蒸发蒸汽的需要，除了尽可能 的扩大燃烧室的传热面外，还要延长锅炉的长度，安装既多又长的烟管扩大蒸 发面；2、锅炉要保持高压，还必须保证锅炉的安全在锅炉内部又布满了各种 密密麻麻的螺撑；3、从锅炉内出来的只是一百余度的饱和蒸汽，水分多，膨 胀力差，热能利用效果低，要提高热能利用效果还要在烟箱内安装过热箱，在 烟管内安装烟管。 但是尽管有上述笨重复杂的结构，燃气的热能也不能被蒸汽完全吸收，从 水到过热蒸汽送往气轮机作功，都是在封闭过程中完成的，燃气的热能只能通 过传热才能被水和蒸汽完全吸收，当内外的温度相等后，燃气的剩余热能只能 被排向大气。
另外，燃气轮机装置要依靠压气机提供高压空气，压縮空气最少要消耗百 分之五十的机械能，要提高燃烧的温度，其燃烧室就要采用昂贵的耐高温材料 制造，要提高热能利用效果还要采用复杂结构的回热技术，即便是如此，也只 能把它的有效热效率提高至百分之五十左右。而内燃机是依靠活塞上下运动吸 收空气，并把它压縮至高压状态吸收热能完成做功的，看似简单，要提高功率 就要增加气缸数，还要用曲轴把它们连接起来，增加的气缸数越多，结构越复 杂。内燃机要把空气压縮至高压状态，同样，要消耗百分之五十以上的机械能， 加之燃气带走的热能，即便是采用斯特林式的内燃机，其热能转化效果也只能 达到百分之五十左右，进而限制了热能动力利用的发展。
发明内容
本发明为了解决现有热能转换装置存在的结构复杂、热能转换效率不高、 热能动力利用受限等问题，提供了一种变汽锅炉。
本发明是采用如下技术方案实现的变汽锅炉，包括外设有水套的炉体， 炉体内由隔板分隔成激发蒸汽室和烟室，隔板上设置有使激发蒸汽室与烟室连 通的、其小口端置于烟室内的喇叭状蒸汽喷管，激发蒸汽室内架设有燃烧箱， 炉体上开设有与燃烧箱连通的炉口，燃烧箱与烟室之间设有烟管，烟室与水套 之间设有文丘里管状混合嘴，混合嘴的大口端置于烟室内，并与蒸汽喷管出口 正对，混合嘴的小口端连接有伸出水套外的混合管；激发蒸汽室内燃烧箱外设
有喷水管；水套内悬空设置有与炉底垂直、顶端封闭的进水管，进水管的上部 与喷水管连通，喷水管上进水口侧设有给水调节阀，水套外壁上与进水管顶端 正对处设有压力控制阀，进水管底端设有水阀，进水管内置有穿过进水管顶端、 并与进水管顶端滑动密封配合的联动杆，联动杆的顶端和底端分别与压力控制 阀、水阀固定连接；水套内设有与激发蒸汽室连通的弯折状蒸汽管，蒸汽管的 进气侧为与进水管同直线设置的竖管，联动杆贯穿竖管，并与蒸汽管弯折处管 壁滑动密封配合，蒸汽管的管口处设置有与联动杆上部固定的蒸汽阀，蒸汽管 上与激发蒸汽室连接侧设置有蒸汽调节阀。
本锅炉工作过程如下初始状态时，水套内没有压力，水套外壁上设置的 压力控制阀、蒸汽管管口处的蒸汽阀、以及进水管底端的水阀在自重和联动杆 重力的作用下，克服浮力，使压力控制阀打开，蒸汽阀关闭，水阀打开，水套 与大气相通，水套内的水在大气压的作用下，进入进水管内；
使用时，首先将混合管与汽轮机的进气口连接固定，然后将燃料由炉体上 的炉口放如燃烧箱内点燃，燃料燃烧转换成高温燃气，在加热燃烧箱箱壁的同 时，经烟管流入烟室、以及烟室内的混合嘴；此时，打开喷水管上的给水调节 阀，水套内的水经进水管、喷水管喷洒在燃烧箱的高温箱壁上，立即转化为饱 和蒸汽，并经由喇叭状蒸汽喷管高速喷入烟室内流入混合嘴，同时在蒸汽喷管 管口周围产生局部真空，受真空吸引喷入烟室内的饱和蒸汽与烟室内的高温燃 气经混合嘴一同进入混合管，由于进入混合嘴里饱和蒸汽只有10(TC，而同时 进入混合嘴里的高温燃气的温度高达50(TC以上，与高温燃气相比，蒸汽相对 低温，因此，相对低温蒸汽与高温燃气相遇后会立即产生爆发现象，蒸汽的温 度迅速增高，体积膨胀，以高流速、高动能随燃气一同进入混合管内，经由混
合管导入汽轮机做功；烟箱内的燃气被吸走之后，燃烧箱燃烧完了的燃气向烟 室流动的同时，炉口外的空气进入燃烧箱，不断补充燃烧所需的空气，使燃料 充分燃烧。
与此同时，激发蒸汽室内的蒸汽不断通过炉体向水套内传递热量，水套内 的水温不断增高，超过沸点温度后，就产生蒸汽，蒸汽的不断积累就形成蒸汽 压，当水套内的压力超过大气压后，会将压力控制阀向上推，使压力控制阀关 闭，同时，在联动杆的拉动下，使蒸汽阔和水阀一同向上，即水阔关闭，关闭 进水管下方的进水口，停止向喷水管内供水；蒸汽阀打开，开放蒸汽管上部的 管口进气，水套内的蒸汽进入激发蒸汽室内，替代原由喷水管喷洒的水激发的 蒸汽，重复与燃气相遇爆发的过程。当水套内的蒸汽压力低于大气压后，压力 控制阀、蒸汽阀、水阀又受自重作用，克服蒸汽压力和水的浮力，随联动杆一 同向下，开启进水管下方的进水口，重新为激发蒸汽室供水。
与现有技术相比，本发明所述变汽锅炉在炉体内燃烧箱外增设激发蒸汽 室、以及同时与激发蒸汽室、燃烧箱连通的烟室，烟室经文丘里管状混合嘴、 以及混合管与汽轮机的进气口连通。激发蒸汽室内利用水撞击燃烧箱壁产生激 发蒸汽，在烟室与燃烧箱产生的高温燃气混合， 一方面，混合气利用真空吸引 作用返回燃烧箱内为燃料充分燃烧提供条件；另一方面，只有一百余度的饱和 蒸汽与伍百度以上的高温燃气在烟室内相互混合，蒸汽激烈增温，体积剧烈膨 胀，使得流过混合嘴的混合气体的流量增加，流速增快，提高了气流的动能， 也就提高了热能的转化效果，而且其采用的混合嘴、混合管短而少，更没有过 热装置，所以变汽锅炉的体积小，结构简单。又由于激发蒸汽室内产生的激发 蒸汽在产生同时随即排走，激发蒸汽室内不存放高^，所以也就不需要在结构本身进行加固了。即本发明所述变汽锅炉利用燃气与蒸汽混合转变成做功气 体，利用了燃气做功，减少了一半水的消耗，减少了蒸汽的使用量，也挽回了 大量燃气排放时携带的热能，提高了热能的利用效果。
另外，在水套内设置包含进水管、水阀、压力控制阀、联动杆的关联结构 使激发蒸汽室的进水和水套内的蒸汽压关联，自动控制激发蒸汽室内的进水时
间；并在水套内设置与激发蒸汽室连通的蒸汽管，蒸汽管上设与水阀、压力控 制阀联动的蒸汽阀，将水套内由于热传导生成的蒸发蒸汽在一定条件下经蒸汽 管补充到激发蒸汽室内，以备后用，充分利用了燃烧箱产生的热能，提高了锅 炉整体的热能转化、利用率。
本发明结构合理、简洁，成本低，热能转化、利用率高，适用于各种热能 动力装置使用。
图l为本发明的结构示意图； 图2为图1的A-A剖面图中l-水套；2-炉体；3-隔板；4-激发蒸汽室；5-烟室；6-蒸汽喷管；7-燃烧箱；8-炉口； 9-烟管；lO-混合嘴；ll-混合管；12-喷水管；13-进水管；14-给水调节阀；15-压力控制阀；16-水阀；17-联动杆；18-蒸汽管；19-蒸汽阀； 20-蒸汽调节阀。
具体实施例方式
变汽锅炉，包括外设有水套1的炉体2，炉体2内由隔板3分隔成激发蒸 汽室4和烟室5，隔板3上设置有使激发蒸汽室4与烟室5连通的、其小口端 置于烟室5内的喇叭状蒸汽喷管6，激发蒸汽室4内架设有燃烧箱7，炉体2
上开设有与燃烧箱7连通的炉口 8，燃烧箱7与烟室5之间设有烟管9，烟室5 与水套1之间设有文丘里管状混合嘴10，混合嘴10的大口端置于烟室5内， 并与蒸汽喷管6出口正对，混合嘴10的小口端连接有伸出水套1外的混合管 11;激发蒸汽室4内燃烧箱7外设有喷水管12;水套1内悬空设置有与炉底垂 直、顶端封闭的进水管13，进水管13的上部与喷水管12连通，喷水管12上 进水口侧设有给水调节阀14，水套1外壁上与进水管13顶端正对处设有压力 控制阀15，进水管13底端设有水阀16，进水管13内置有穿过进水管13顶端、 并与进水管13顶端滑动密封配合的联动杆17，联动杆17的顶端和底端分别与 压力控制阀15、水阀16固定连接；水套1内设有与激发蒸汽室4连通的弯折 状蒸汽管18，蒸汽管18的进气侧为与进水管13同直线设置的竖管，联动杆 17贯穿竖管，并与蒸汽管18弯折处管壁滑动密封配合，蒸汽管18的管口处设 置有与联动杆17上部固定的蒸汽阀19，蒸汽管18上与激发蒸汽室4连接侧设 置有蒸汽调节阀20。
具体实施时，本发明所述变汽锅炉与汽轮机组合使用构成能为各种热能动 力机械提供原动力的燃气汽轮机。燃气汽轮机比燃气轮机省去了压气机，比内 燃机省去了冷却装置，减少了摩擦部件；由于它不压縮空气，比内燃机、燃气 轮机都减少百分之五十以上机械能的损失。
权利要求
1、一种变汽锅炉，包括外设有水套(1)的炉体(2)，其特征在于炉体(2)内由隔板(3)分隔成激发蒸汽室(4)和烟室(5)，隔板(3)上设置有使激发蒸汽室(4)与烟室(5)连通的、其小口端置于烟室(5)内的喇叭状蒸汽喷管(6)，激发蒸汽室(4)内架设有燃烧箱(7)，炉体(2)上开设有与燃烧箱(7)连通的炉口(8)，燃烧箱(7)与烟室(5)之间设有烟管(9)，烟室(5)与水套(1)之间设有文丘里管状混合嘴(10)，混合嘴(10)的大口端置于烟室(5)内，并与蒸汽喷管(6)出口正对，混合嘴(10)的小口端连接有伸出水套(1)外的混合管(11)；激发蒸汽室(4)内燃烧箱(7)外设有喷水管(12)；水套(1)内悬空设置有与炉底垂直、顶端封闭的进水管(13)，进水管(13)的上部与喷水管(12)连通，喷水管(12)上进水口侧设有给水调节阀(14)，水套(1)外壁上与进水管(13)顶端正对处设有压力控制阀(15)，进水管(13)底端设有水阀(16)，进水管(13)内置有穿过进水管(13)顶端、并与进水管(13)顶端滑动密封配合的联动杆(17)，联动杆(17)的顶端和底端分别与压力控制阀(15)、水阀(16)固定连接；水套(1)内设有与激发蒸汽室(4)连通的弯折状蒸汽管(18)，蒸汽管(18)的进气侧为与进水管(13)同直线设置的竖管，联动杆(17)贯穿竖管，并与蒸汽管(18)弯折处管壁滑动密封配合，蒸汽管(18)的管口处设置有与联动杆(17)上部固定的蒸汽阀(19)，蒸汽管(18)上与激发蒸汽室(4)连接侧设置有蒸汽调节阀(20)。
全文摘要
本发明涉及热能动力利用领域，具体是一种变汽锅炉。解决了现有热能转换装置存在的结构复杂、热能转换效率不高等问题，该变汽锅炉包括外设有水套的炉体，炉体内由隔板分隔成激发蒸汽室和烟室，隔板上设置有蒸汽喷管，激发蒸汽室内架设有燃烧箱，燃烧箱与烟室之间设有烟管，烟室与水套之间设有混合嘴；激发蒸汽室内燃烧箱外设有喷水管；水套内设置有上部与喷水管连通的进水管，喷水管上进水口侧设有给水调节阀，水套外壁上与进水管顶端正对处设有压力控制阀，进水管底端设有水阀，进水管内置有联动杆，联动杆的顶端和底端分别与压力控制阀、水阀固定连接。本发明结构合理、简洁，成本低，热能转化、利用率高，适用于各种热能动力装置使用。
文档编号F22G1/04GK101344244SQ20081007921
公开日2009年1月14日 申请日期2008年8月16日 优先权日2008年8月16日
发明者吴宗玲 申请人:吴宗玲