水蒸气动力的制造方法
【专利摘要】本实用新型给出一种水蒸气动力机，它的结构包括：膨胀器、喷射器、涡轮机和控制装置；少量空气经过空气阀，首先进入膨胀器；然后，高温高压水蒸气经过水蒸气阀进入膨胀器；在膨胀室器内，水蒸气膨胀，体积扩大，水蒸气推动空气，一起从膨胀器出口冲入喷射器；喷射器内水压力剧增，逆向推动进水单向阀关闭，同时，顺向推动喷水室水，冲向喷水口，急速向外喷射；射水流冲击水轮机水斗，带动叶轮旋转，并通过轮轴对外做功。
【专利说明】水蒸气动力机
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及能源技术，特别是涉及到一种水蒸气动力机。
【背景技术】
[0002] -次能源以气体燃料为主，可再生能源为辅，利用一切可以利用的资源；二次能源 以分布在用户端的热电冷联产为主，其他中央能源供应系统为辅，实现以直接满足用户多 种需求的能源梯级利用，并通过中央能源供应系统提供支持和补充；在环境保护上，将部分 污染分散化、资源化，争取实现适度排放的目标。
[0003] 分布式能源是一种建在用户端的能源供应方式，可独立运行，也可并网运行，是以 资源、环境效益最大化确定方式和容量的系统，将用户多种能源需求，以及资源配置状况进 行系统整合优化，采用需求应对式设计和模块化配置的新型能源系统，是相对于集中供能 的分散式供能方式。
[0004] 国际分布式能源联盟WADE对分布式能源定义为：安装在用户端的高效冷/热电联 供系统，系统能够在消费地点（或附近）发电，高效利用发电产生的废能，生产热和电；现场 端可再生能源系统包括利用现场废气、废热以及多余压差来发电的能源循环利用系统。
[0005] 分布式能源具有能效利用合理、损耗小、污染少、运行灵活，系统经济性好等特点。 分布式能源系统分布安置在需求侧的能源梯级利用，以及资源综合利用和可再生能源设 施。通过在需求现场，根据用户对能源的不同需求，实现温度对口供应能源，将输送环节的 损耗降至最低，从而实现能源利用效能的最大化。分布式能源是以资源、环境效益最大化， 确定方式和容量的系统，根据终端能源利用效率最优化确定规模。
[0006] 分布式能源采用先进的能源转换技术，尽力减少污染物的排放，并使排放分散化， 便于周边植被的吸收。同时，分布式能源利用其排放量小，排放密度低的优势，可以将主要 排放物实现资源化再利用，例如：排放气体肥料化。
[0007] 近年来，发达国家分布式能源发展迅猛。发达国家政府通过规划引领、技术支持、 优惠政策，以及建立合理的价格机制和统一的并网标准，有效地推动分布式能源的发展，分 布式能源系统在整个能源系统中占比不断提高，其中欧盟分布式能源占比约达10%。我国 分布式能源起步较晚，主要集中在北京、上海、广州等大城市，安装地点为医院、宾馆、写字 楼和大学城等，由于技术、标准、利益、法规等方面的问题，主要采用"不并网"或"并网不上 网"的方式运行。
[0008] 分布式能源技术是未来世界能源技术的重要发展方向，它具有能源利用效率高， 环境负面影响小，提高能源供应可靠性和经济效益好的特点。分布式能源是最能体现节能、 减排、安全、灵活等多重优点的能源发展方式。"十二五"规划明确提出，大力促进分布式 能源系统的推广应用，国内优秀的分布式能源行业企业，愈来愈重视对行业市场的研究，特 别是对公司发展环境和需求趋势变化的深入研究。
[0009] 分布式能源技术是中国可持续发展的必须选择。中国人口众多，自身资源有限，按 照目前的能源利用方式，依靠自己的能源是绝对不可能支撑13亿人的"全面小康"。使用 国际能源不仅存在着能源安全的严重制约，而且也使世界的发展面临一系列新的问题和矛 盾。中国必须立足于现有能源资源，全力提高资源利用效率，扩大资源的综合利用范围，而 分布式能源无疑是解决问题的关键技术。
[0010] 我国已经有多家分布式能源专业化服务公司，大部分已建项目运行良好，天然气 分布式能源在我国已具备大规模发展的条件。
[0011] 发展分布式能源的重要意义有以下几方面：
[0012] ⑴经济性
[0013] 由于分布式能源可用发电的余热来制热、制冷，因此能源得以合理的梯级利用，从 而可提高能源的利用效率（达70%，90%)。由于分布式电源的并网，减少或缓建了大型发 电厂和高压输电网，缓建了电网而节约投资。同时，使得输配电网的潮流减少，相应的降低 了网损。
[0014] ⑵环保性
[0015] 因其采用天然气做燃料或以氢气、太阳能、风能为能源，故可减少有害物的排放总 量，减轻环保的压力。大量的就近供电减少了大容量远距离高电压输电线的建设，由此不但 减少了高压输电线的电磁污染，也减少了高压输电线的征地面积和线路走廊，减少了对线 路下树本的砍伐，有利于环保。
[0016] ⑶能源利用的多样性
[0017] 分布式发电可利用多种能源，如清洁能源（天然气）、新能源（氢）和可再生能源 (风能和太阳能等），并同时为用户提供冷、热、电等多种能源应用方式，因此是解决能源危 机、提高能源利用效率和能源安全问题的一种很好的途径。
[0018] (4)调峰作用
[0019] 夏季和冬季往往是负荷的高峰时期，此时如采用以天然气为燃料的水蒸气轮机等 冷、热、电三联供系统，不但可解决冬夏季的供冷与冬季的供热需要，同时也提供了一部分 电力，由此可对电网起到削峰填谷作用。此外，也部分解决了天然气供应时的峰谷差过大问 题，发挥了天然气与电力的互补作用。
[0020] (5)安全性和可靠性
[0021] 当大电网出现大面积停电事故时，具有特殊设计的分布式发电系统仍能保持正常 运行，由此可提高供电的安全性和可靠性。
[0022] (6)电力市场问题
[0023] 分布式发电可以适应电力市场发展的需要，由多家集资办电，发挥电力建设市场、 电力供应市场的竞争机制。
[0024] (7)投资风险
[0025] 分布式发电的装机容量一般较小，建设周期短，因此可避免类似大型发电站建设 周期带来的投资风险。
[0026] (8)边远地区的供电问题
[0027] 我国许多边远及农村地区远离大电网，因此难以从大电网向其供电。采用太阳能 发电、风力发电和生物质能发电的独立发电系统，不失为一种优选方法。
[0028] 大力推广分布式能源，对于改善大气环境，减少雾霾，还我蓝天，是一个强有力措 施。但当前，有几方面的因素影响了分布式能源的发展，其中的一个重要因素就是建设分布 式能源的初投资很大，特别是其中的动力机价格昂贵，使许多人望而却步。 实用新型内容
[0029] 本实用新型的目的是要给出一种适用于分布式能源的水蒸气动力机。
[0030] 一种水蒸气动力机，它的结构包括：膨胀器、喷射器、涡轮机和控制机；在控制机 作用下，高温高压水蒸气进入膨胀器膨胀后，从膨胀器出口冲出，进入喷射器喷射，推动涡 轮机对外做功，其特征在于：
[0031] (1)所说的喷射器，它是利用高温高压水蒸气推水流动的水蒸气喷水机；
[0032] (2)所说的涡轮机，它是冲击式水斗水轮机。
[0033] 所述膨胀器，它的外形为圆管状，坚直设置，它的结构包括：水蒸气入口、水蒸气 阀、膨胀室、空气入口和空气阀；少量空气从空气入口进入，经过空气阀，进入膨胀室；然 后，高温高压水蒸气经过水蒸气入口进入膨胀器，在膨胀室内，水蒸气膨胀，体积扩大，水蒸 气推动空气，一起从膨胀器出口高速冲出。
[0034] 所述喷射器，它的外形为管状，水平设置，它的结构包括：进水口、进水单向阀、水 蒸气口、喷水室和喷水口；低压水从进水口进入喷射器，经过进水单向阀，再贴边路过水蒸 气口，进入并充满喷水室，最后抵达喷水口；当膨胀器的水蒸气膨胀，推动空气，一起从水蒸 气口冲入喷水室，喷水室内水压力剧增，逆向推动进水单向阀关闭，同时，顺向推动喷水室 水，冲向喷水口，急速向外喷射。
[0035] 所述涡轮机，它是冲击式水斗水轮机，它的结构包括：水斗、叶轮和轮轴；当喷水 室通过喷水口急速向外喷水，直接冲击水轮机水斗，带动叶轮旋转，并通过轮轴对外做功。 [0036] 所述控制器，它是控制膨胀器内的水蒸气阀开闭的机，它的结构包括：变频器、齿 轮减速电机和槽轮传动机构；变频器接通电源后，调控齿轮减速电机的转数，齿轮减速电 机带动槽轮传动机构的驱动轮，驱动轮由缺口圆盘和两个曲柄构成，驱动轮带动从动轮，从 动轮有四个径向槽道，从动轮带动水蒸气阀，一次转动90度，从全开到全闭，或从全闭到全 开。
[0037] 本实用新型的优点是：
[0038] 1、本实用新型的水蒸气动力机，可用于分布式能源，代替其中的蒸汽轮机机，具有 同样高的热效率。
[0039] 2、本实用新型水蒸气动力机，设备少，体积小，重量轻，便于维护。
[0040] 3、本实用新型的水蒸气动力机的水轮机是在常温下工作，不需要昂贵的耐高温合 金材料；水轮机转速低，震动较小；水轮机壳体内的水压低，壳体抗压强度要求低。
[0041] 4、本实用新型的水蒸气动力机，能量转换机构简单，制造容易，投资小，操作简便， 工作可靠。
【专利附图】
【附图说明】
[0042]图1是本实用新型水蒸气动力机实施例的水蒸气动力机结构图。
【具体实施方式】
[0043] 下面结合附图和实施例，对本实用新型作进一步详细描述。
[0044] 图1给出了本实用新型水蒸气动力机实施例的水蒸气动力机结构，它包括四部 分：膨胀器100、喷射器200、涡轮机300、控制机400。
[0045] 膨胀器100外形为圆管状，坚直设置，它是水蒸气膨胀器，它的结构包括：水蒸气 入口 110、水蒸气阀120、膨胀室135、空气入口 125和空气阀130。
[0046] 少量空气，从空气口 125进入，经过空气阀130,进入膨胀室135,作为空气垫，防 止水蒸气溶入水中；然后，从锅炉引来的高温高压水蒸气，经过水蒸气入口 110进入膨胀器 100,通过水蒸气阀120进入膨胀室135 ;在膨胀室135内，水蒸气膨胀，体积扩大，水蒸汽推 动空气，一起从膨胀室135冲出，向下进入喷射器200。
[0047] 喷射器200外形为管状，水平设置，它的结构包括：进水口 210、进水单向阀220、水 蒸气口 225、喷水室235和喷水口 230。
[0048] 低压水从进水口 210进入喷射器，经过进水单向阀220,再贴边路过水蒸气口 225， 进入并充满喷水室235,最后抵达喷水口 230。当膨胀室135内，水蒸气膨胀，体积扩大，从 膨胀室135冲出，向下进入喷水室235,喷水室内水压力剧增，逆向推动进水单向阀220关 闭，同时，顺向推动喷水室235水，冲向喷水口 230,急速向外喷射。
[0049] 涡轮机300为冲击式水斗水轮机，它的结构包括：水斗310、叶轮320和轮轴330 ; 当喷水室的水，通过喷水口急速向外喷射，直接冲击水轮机水斗310,进行能量交换，带动水 轮机叶轮320旋转，并通过轮轴330对外做功。
[0050] 控制机400是控制膨胀器100内的水蒸气阀120开闭的机，它的结构包括：变频 器410、齿轮减速电机420和槽轮传动机构430。变频器410接通电源后，调控齿轮减速电 机420的转速，齿轮减速电机420带动槽轮传动机构430的驱动轮，驱动轮是有缺口的圆盘 和两个曲柄，驱动轮带动从动轮，从动轮是有四个径向槽道的星形轮，从动轮带动水蒸气阀 120。驱动机400的功能是每一次使水蒸气阀120转动90度，从全开到全闭；或从全闭到全 开。从动轮每一次快速旋转90度，带动水蒸气阀120快速旋转90度，然后水蒸气阀120在 全开或全闭状态保持一段时间，再进行下一次快速旋转90度的开或闭过程。驱动轮圆盘上 的两个曲柄间的夹角为任意值，从而水蒸气阀120在全开或全闭状态的保持时间段的长短 可以不一样。
【权利要求】
1. 一种水蒸气动力机，它的结构包括：膨胀器、喷射器、涡轮机和控制机；在控制机作 用下，高温高压水蒸气进入膨胀器膨胀后，从膨胀器出口冲出，进入喷射器喷射，推动涡轮 机对外做功，其特征在于： (1) 所说的喷射器，它是利用高温高压水蒸气推水流动的水蒸气喷水机； (2) 所说的涡轮机，它是冲击式水斗水轮机。
2. 按照权利要求1所述的水蒸气动力机，其特征在于：所述膨胀器，它的外形为圆管 状，坚直设置，它的结构包括：水蒸气入口、水蒸气阀、膨胀室、空气入口和空气阀；少量空 气从空气入口进入，经过空气阀，进入膨胀室；然后，高温高压水蒸气经过水蒸气入口进入 膨胀器，在膨胀室内，水蒸气膨胀，体积扩大，水蒸气推动空气，一起从膨胀器出口高速冲 出。
3. 按照权利要求1所述的水蒸气动力机，其特征在于：所述喷射器，它的外形为管状， 水平设置，它的结构包括：进水口、进水单向阀、水蒸气口、喷水室和喷水口；低压水从进水 口进入喷射器，经过进水单向阀，再贴边路过水蒸气口，进入并充满喷水室，最后抵达喷水 口；当膨胀器的水蒸气膨胀，推动空气，一起从水蒸气口冲入喷水室，喷水室内水压力剧增， 逆向推动进水单向阀关闭，同时，顺向推动喷水室水，冲向喷水口，急速向外喷射。
4. 按照权利要求1所述的水蒸气动力机，其特征在于：所述涡轮机，它是冲击式水斗水 轮机，它的结构包括：水斗、叶轮和轮轴；当喷水室通过喷水口急速向外喷水，直接冲击水 轮机水斗，带动叶轮旋转，并通过轮轴对外做功。
5. 按照权利要求1所述的水蒸气动力机，其特征在于：所述控制器，它是控制膨胀器 内的水蒸气阀开闭的机，它的结构包括：变频器、齿轮减速电机和槽轮传动机构；变频器接 通电源后，调控齿轮减速电机的转数，齿轮减速电机带动槽轮传动机构的驱动轮，驱动轮由 缺口圆盘和两个曲柄构成，驱动轮带动从动轮，从动轮有四个径向槽道，从动轮带动水蒸气 阀，一次转动90度，从全开到全闭，或从全闭到全开。
【文档编号】F03B13/00GK203879675SQ201320897228
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2013年12月31日 优先权日:2013年12月31日
【发明者】尚德敏, 李金峰, 李伟 申请人:哈尔滨工大金涛科技股份有限公司