反动喷嘴式叶轮、转子、汽轮机、汽轮设备及原动机的制作方法

本发明涉及汽轮机技术领域，尤其是涉及一种反动喷嘴式叶轮、转子、汽轮机、汽轮设备及原动机。

背景技术：

汽轮机主要用作发电用的原动机，也可直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等，其工作原理是将蒸汽的能量转换成机械功的旋转式动力。

传统汽轮机，包括转动部分和静止部分两大部分。静止部分由气缸、静叶栅以及设置在静叶栅上的喷嘴等机构组成，静止部分中的汽缸是汽轮机的外壳，它将汽轮机的流通部分与大气隔开，形成汽轮机内部封闭的气室；转动部分又称汽轮机用转子，汽轮机用转子由主轴、联轴器、叶轮以及设置在叶轮上的动叶等结构组成。

具有一定压力和温度的蒸汽流经固定不动的喷嘴，并在其中膨胀，蒸汽的压力和温度不断降低，其速度不断增加，使蒸汽的热能转化为动能。然后，喷嘴出口的高速气流以一定的方向进入装在叶轮上的动叶同道中，由于气流速度的大小和方向的改变，气流给动叶片一作用力，推动叶轮旋转做功。

传统汽轮机同时包括多个静叶和多个动叶，结构复杂，成本高，需精心维护，大修复杂，安装、维修非常不便，检修时间长。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供反动喷嘴式叶轮、转子、汽轮机、汽轮设备及原动机，以解决现有技术中存在的叶轮结构复杂的技术问题。

本发明提供的一种反动喷嘴式叶轮，包括叶轮底板以及多个反动喷嘴；多个反动喷嘴，沿以叶轮底板的转动中心为圆心的圆周的周向依次固接或者焊接在底板上，每个反动喷嘴，均呈反动喷射角度设置，形成一相同方向旋转的总旋转合力。

进一步地，反动喷嘴包括拉瓦尔喷嘴。

本发明提供一种反动喷嘴式转子，包括本发明提供的反动式喷嘴，还包括转轴，反动喷嘴式叶轮固接或者焊接于转轴上；转轴包括依次连通的设置在转轴的一端的流体介质进口、设置在转轴中心处的流体介质通道以及设置在转轴上的流体介质出口；在转轴的一端还设置有加固底板，流体介质出口设置在加固底板与靠近转轴的一端的反动喷嘴式叶轮之间。

进一步地，反动式喷嘴叶轮为一个，还包括保护壳；保护壳围设固接或焊接于加固底板的外沿与反动喷嘴式叶轮的外沿之间，形成套筒状的转子保护壳。

进一步地，反动喷嘴式叶轮为多个；每个反动喷嘴式叶轮沿转轴的一端至转轴的另一端的方向依次间隔设置，每个叶轮底板的中心均与转轴固接或焊接；还包括围设在反动喷嘴式叶轮的边沿的保护壳，多个反动喷嘴式叶轮的保护壳依次固接或焊接，且靠近一端的反动喷嘴式叶轮的保护壳与加固底板的边沿固接或者焊接，多个保护壳形成筒状转子。

进一步地，在同一反动喷嘴式叶轮截面位置，每个反动喷嘴式叶轮中的多个反动喷嘴的喷嘴截面面积，形成一个喷嘴截面面积之和；沿转轴的第一端至第二端的方向，多个反动喷嘴式叶轮的喷嘴截面面积之和逐渐增大；多个反动喷嘴式叶轮，随着喷嘴截面面积之和逐渐增大，

本发明提供一种反动喷嘴式汽轮机，包括外缸体以及轴承，以及本发明提供的反动喷嘴式转子；转轴贯穿外缸体，轴承分别设置在转轴与外缸体连接的位置；外缸体上设置有乏汽出口，以及对应乏汽出口的管道接口；还包括用于向转轴的流体介质进口通气的进汽管道；进汽管道与转轴连接的位置设有用于防止连接处漏气的第一气封；远离进汽管道与转轴连接的位置设有用于防止气体从轴承与转轴排出的第二气封。

进一步地，转轴上设置有第一保温层；

和/或，外缸体上设置有第二保温层。

本发明提供一种反动喷嘴式汽轮设备，包括一个本发明提供的反动喷嘴式汽轮机；或者，包括至少两个如权利要求7的反动喷嘴式汽轮机，至少两个反动喷嘴式汽轮机的转轴同轴设置且通过联轴器连接，联轴器上设置有与转轴上的流体介质进口连通的进气口。

本发明提供一种原动机，根据本发明提供的反动喷嘴式转子，流体介质进口进入的介质为气体、气液混合或者液体。

相对于现有技术，本发明提供的反动喷嘴式叶轮通过多个反动喷嘴的共同作用力从而驱动叶轮底板转动，从而驱动与叶轮底板固定连接的转轴转动，从而实现为装置提供动力。本发明提供的反动喷嘴式叶轮无摩擦撞击部件，结实可靠，结构简单，寿命长，维修方便时间短，相对传统汽轮机来说成本较低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的反动喷嘴式叶轮的结构示意图；

图2为图1所示的反动喷嘴式叶轮的剖面图；

图3为本发明实施例提供的反动喷嘴式转子的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的反动喷嘴式汽轮机的一结构示意图；

图5为本发明实施例提供的反动喷嘴式汽轮机的另一结构示意图。

图中：10-叶轮底板；20-反动喷嘴；21-进口；22-挡板；23-挡块；100-反动喷嘴式叶轮；200-转轴；300-加固底板；400-保护壳；500-外缸体；600-乏汽出口；210-流体介质进口；220-流体介质通道；230-流体介质出口。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明一实施例提供的反动喷嘴式叶轮的结构示意图；图2为图1所示的反动喷嘴式叶轮的剖面图；图3为本发明实施例提供的反动喷嘴式转子的结构示意图；图4为本发明实施例提供的反动喷嘴式汽轮机的一结构示意图；图5为本发明实施例提供的反动喷嘴式汽轮机的另一结构示意图。

如图1和图2所示，本发明提供的一种反动喷嘴式叶轮100，包括叶轮底板10以及多个反动喷嘴20；多个反动喷嘴20，沿以叶轮底板10的转动中心为圆心的圆周的周向依次固接或者焊接在底板上，每个反动喷嘴20，均呈反动喷射角度设置，形成一相同方向旋转的总旋转合力。

其中，反动喷射角度可以根据具体情况来设置，如，反动式喷嘴与叶轮底板10呈锐角设置等。

反动式喷嘴包括设置在叶轮底板10上的流体介质进口21，及与叶轮底板10固定连接的挡板22，挡板与叶轮底板10呈反动喷射角度设置，流体介质由流体介质进口21进入，挡板22与挡块23，形成拉瓦尔喷嘴的逐渐缩小部分，到达挡块23与挡板22最小的位置，即拉瓦尔喷嘴的窄喉，开始进入拉瓦尔喷嘴的逐渐扩张区域，高压气体或者气液混合体对外喷射介质，释放能量，小型拉瓦尔喷嘴喷射介质的同时，给嘴喷一个反作用力。

叶轮底板10上固定多个小型拉瓦尔喷嘴，就如同在叶轮底板10上固定着多个“小型火箭”，当高压介质进入流体介质进口21，挡板22的前半部分与挡块23形成逐渐缩小，高压流体介质到达和通过挡板22与挡板22的最小喉部，开始进入拉瓦尔喷嘴的渐扩区域，流体介质高速喷射，同时给嘴喷一个反作用力，叶轮底板10上固定的所有喷嘴形成合力，驱动叶轮底板10沿流体介质喷射的相反方向旋转。

该原理类似于旋转烟花，当我们点燃旋转烟花，会看到旋转烟花一边喷射高温气体，一边反向旋转，旋转的速度非常快。该反动喷嘴式叶轮100就是利用这种原理工作的。不过，该反动喷嘴式叶轮100，体积要比旋转烟花大很多；旋转烟花的反动嘴喷数量一般为两个，该反动喷嘴式叶轮100的嘴喷数量也要远多于旋转烟花，同时内部压力也远远大于旋转烟花，因此该反动喷嘴式叶轮100的反动旋转力量也要远远大于旋转烟花。

本实施例中，通过多个反动喷嘴20的共同作用力从而驱动叶轮底板10转动，从而驱动与叶轮底板10固定连接的转轴200转动，从而实现为装置提供动力。本实施例提供的反动喷嘴式叶轮100无摩擦撞击部件，结实可靠，结构简单，寿命长，维修方便时间短，相对传统汽轮机来说成本较低。

固接可以为卡接或者螺纹紧固连接，较佳地采用焊接，简单方便，连接牢固可靠。

如图3所示，本发明提供一种反动喷嘴式转子，包括本发明提供的反动式喷嘴，还包括转轴200，反动喷嘴式叶轮100固接或者焊接于转轴200上；转轴200包括依次连通的设置在转轴200的一端的流体介质进口210、设置在转轴200中心的流体介质通道220，流体介质出口230；在转轴200的一端还设置有加固底板300，流体介质出口设置在加固底板300与靠近转轴200入口一端的首个反动喷嘴式叶轮100之间。

其中，流体介质进口210进入的流体介质可以为气体、可以为液体，还可以为气液混合液体。

本实施例中，流体介质由转轴的一端的流体介质进口210进入，通过流体介质通道220，和设置在转轴200的流体介质出口230，进入到加固底板300与靠近转轴200入口一端的首个反动喷嘴式叶轮100之间，流体介质再进入叶轮底板10上的反动喷嘴20，从而实现对反动喷嘴20作用，以使叶轮底板10转动，进而实现带动转轴200转动。

本实施例提供的反动喷嘴式转子能够为装置设备提供动力，结构简单，无摩擦撞击，结实可靠、相对传统汽轮机来说成本较低。

其中加固底板300的结构形式可以为多种，例如：加固底板300包括不锈钢板；或者，加固底板300包括锈钢板或者铁板和保温层；又或者，加固底板300包括由内而外依次设置的内层锈钢板，保温层以及外层锈钢板。

优选地，所述保温层除具有保温隔热外，还需具有质量轻，抗拉强度高，优选碳纤维隔热材料。

在上述实施例基础之上，进一步地，反动式喷嘴叶轮为一个，还包括保护壳400；保护壳400围设固接或焊接于加固底板300的外沿与反动喷嘴式叶轮100的外沿，形成套筒状的转子保护壳400。

其中，保护壳400可以采用钢板。保护壳400需要承受流体介质例如蒸汽的压力，在而需要有一定的抗拉强度。

保护壳400与加固底板300以及保护壳400与叶轮底板10的固接的方式可以为多种，例如：焊接、卡接或者螺纹紧固连接等。

加固底板300、保护壳400以及叶轮底板10形成用于存储流体介质的腔室，高压流体介质通过流体介质出口230进入该腔室。

反动喷嘴式叶轮100的数量还可以为多个；每个反动喷嘴式叶轮100沿转轴200的一端至转轴200的另一端的方向依次间隔设置，每个叶轮底板10的中心均与转轴200固接或焊接，以形成多级反动喷嘴式转子；还包括围设在反动喷嘴式叶轮100的边沿的保护壳400，多个反动喷嘴式叶轮100的保护壳400依次固接或焊接，且靠近一端的反动喷嘴式叶轮100的保护壳400与加固底板300的边沿固接或者焊接，多个保护壳400形成筒状转子。

本实施例中，靠近加固底板300的反动喷嘴式叶轮100为第一级反动喷嘴式叶轮100，其他依次类推，流体介质由转轴200上的流体介质进口210、通过流体介质通道220，从流体介质出口230进入加固底板300与反动喷嘴式叶轮100之间，经过对第一级反动喷嘴20，驱动第一级反动喷嘴式叶轮100转动，之后进入第一级反动喷嘴式叶轮与第二级反动喷嘴叶轮之间，驱动第二级反动喷嘴式叶轮100和反动喷嘴20，之后进入第二级反动喷嘴式叶轮100与第三级反动喷嘴20叶轮之间，以此类推，当然流体介质的压力依次降低。多级反动喷嘴式叶轮100设置能够对流体介质压力的充分利用。

在上述实施例基础之上，进一步地，在同一反动喷嘴式叶轮100截面位置，每个反动喷嘴式叶轮100中的多个反动喷嘴20的喷嘴截面面积，形成一个喷嘴截面面积之和；沿转轴200的第一端至第二端的方向，多个反动喷嘴式叶轮100的喷嘴截面面积之和逐渐增大；多个反动喷嘴式叶轮100，随着喷嘴截面面积之和逐渐增大。本实施例中，多个反动喷嘴式叶轮100的喷嘴截面面积之和逐渐增大；多个反动喷嘴式叶轮100，随着喷嘴截面面积之和逐渐增大。

如图4和图5所示，本发明提供一种反动喷嘴式汽轮机，包括外缸体500以及轴承，以及本发明提供的反动喷嘴式转子；转轴200贯穿外缸体500，轴承分别设置在转轴200与外缸体连接的位置；外缸体上设置有乏汽出口600，以及对应乏汽出口600的管道接口；还包括用于向转轴200的流体介质进口210通气的进汽管道；进汽管道与转轴200连接的位置设有用于防止连接处漏气的第一气封；远离进汽管道与转轴200连接的位置设有用于防止气体从轴承与转轴200漏气的第二气封。

另外，在转轴200的两端设置有承重轴承、推力轴承、和限位轴承；该转子外部还设置有安装承重轴承的底座壳体和汽轮机上壳体，汽轮机底座壳体与上壳体配合形成汽轮机的外壳体；筒状的高速旋转的转子，通过其转轴200两端设置的轴承被固定和限位在底座壳体和汽轮机上壳体之间；将高压蒸汽输入到汽轮机用转子内部，推动汽轮机转子在固定位置高速旋转并输出机械功。乏汽通过乏汽输出管道排出汽轮机。

本实施例提供的汽轮机无摩擦撞击部件，结实可靠，结构简单，寿命长，维修方便时间短，相对传统汽轮机来说成本较低

进一步地，转轴200上设置有第一保温层，或者在外缸体上设置有第二保温层，较佳地在转轴200上设置有第一保温层，在外缸体上设置有第二保温层。能够减少高压蒸汽的热量损失，能够进一步充分利用能源，进一步节能。

第一保温层和第二保温层除具有保温隔热外，还需具有质量轻，抗拉强度高，优选碳纤维隔热材料

本发明提供一种反动喷嘴式汽轮设备，包括一个本发明提供的反动喷嘴式汽轮机；或者，包括至少两个本发明提供的的反动喷嘴式汽轮机，至少两个反动喷嘴式汽轮机的转轴200同轴设置且通过联轴器连接，联轴器上设置有与转轴200上的流体介质进口210连通的进气口。

该反动式喷嘴汽轮设备可以为单汽轮机设备；也可以为双汽轮机同轴，甚至可以多汽轮机同轴；通过联轴器将两个单汽轮机设备的进气端连接起来，联轴器位置输入高压蒸汽，通过联轴器将高压蒸汽输入到两个汽轮机的空心轴端及转轴200的进气通道里。两个汽轮机的进气轴端分别设置有汽轮机轴封和/或汽轮机气封；通过联轴器可以连接两个汽轮机一起工作，甚至多个汽轮机共同输出机械功。

本实施例提供的反动式喷嘴汽轮设备，结构简单，成本低。

本发明提供一种原动机，根据本发明提供的反动喷嘴式转子，流体介质进口210进入的介质为气体、气液混合或者液体。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。