专利名称：改进的蒸气、燃气双工质气轮机的制作方法
技术领域：
本实用新型属于热力涡轮发动机类，特别适合于作为水上和陆地交通工具的动力机械。
申请人向中国专利局提出的实用新型专利申请“蒸气、燃气双工质气轮机”(专利号88212566.4)公开了一种由蒸气、燃气双工质联合循环做功的原动机结构，这种原动机由空压机、气轮机、燃烧室及蒸气发生器等组成，空压机与气轮机同轴，其涡壳背靠安装，燃烧室横卧于空压机与气轮机涡壳上方，空压机的出气口与燃烧室的进气口相通燃烧室出口与气轮进口相通，燃烧室由保温罩、焰管、旋流器等组成，它由旋流器中心管与喷油嘴连通，蒸气发生器为螺旋蒸发管，设置于燃烧室焰管出口与气轮机进口之间。其工作原理是喷油嘴通过旋流器中心管将油雾喷入焰管内，空压机输送的空气一部分由于负压的作用流向燃烧室出口，一部分由旋流器旋流进入焰管与油雾混合燃烧，焰管内冲出的高温燃气一方面将螺旋蒸发管内的水蒸发成蒸气，一方面连同从蒸气喷嘴中喷出的蒸气一道进入气轮机，使气轮机旋转而输出动力。这种原动机结构简单紧凑，热效率可达40.2％，因而节能效果非常理想，适用范围广。但由于其本身结构的限制，还存在着在工况变化时，燃烧效率不稳定的缺陷。其原因就在于减油减水时，火焰反应快，而蒸气负压下降慢(因螺旋蒸发管内存有一定量的蒸气)；加油加水时，蒸气负压上升快，进气压力与流量增加慢，这样都影响了燃烧效率的平稳性，特别是在工况变化幅度较大时，由于焰管内没有形成一个较为稳定的高温火焰炬，甚至可能出现熄火现象。
本实用新型的目的在于克服上述专利存在的缺陷，提供一种改进的蒸气、燃气双工质气轮机，使其结构更加臻于成熟和完善。
本实用新型是在“蒸气、燃气双工质气轮机”(专利号88212566.4)基础上改进而成的，其主要改进处在于1、在燃烧室的进气口处，设置一块分气隔板，将空压机的供气分成互相隔离的两部分，使供给焰管内助油雾燃烧的空气量不受负压的影响，这样可提高燃烧效率的平稳性；2、将旋流器叶片设计成瓦槽形并向中心倾斜(倾斜角度最好设计成45°)，与喷油嘴相通的旋流器中心管前端不直接越过旋流器中心进入焰管，而是将旋流器中心管前端位置定在旋流器后段，并在旋流器中心管前方的旋流器中空处设置一块挡板。这样就将旋流器原来只旋流空气改变成将空气与油雾混合旋流，挡板的作用就在于更好地强制油雾与空气混合旋流，在混合旋流时开始燃烧，可提高燃油的温度，使混合油气在出旋流器后，化气乃至分解，加剧燃烧。旋流器叶片设计成瓦槽形并向中心倾斜，可使浓度大的混合油气，通过旋流器后，能聚集在焰管内中心处多次翻滚，提高温度，加剧燃烧，在焰管内形成一个炽热的高温火焰炬。这样，旋流器的作用，就由原来单独旋流空气变成了将空气与油雾混合旋流；储热加热燃油；聚集浓度大的混合油气，形成核心高温火焰炬三大作用，达到了变工况时的稳定燃烧。
实验证明，这种改进后的蒸气、燃气双工质气轮机，较原机性能稳定可靠，达到本机高温燃烧，低温排气，双工质特殊联合循环做功的原动机结构，热效率由原来的40.2％进一步提高到了43％－45％，即其耗油量从原来的160克／马力·小时下降到了145克／马力·小时，因而较原机更为实用，节能效果也更为显著。
下列附图提供了本实用新型的一个实施例
图1是本实用新型的侧面结构示意图图2是本实用新型正面气流过程示意图
以下结合附图对本实用新型进一步描述改进的蒸气、燃气双工质气轮机，由空压机、气轮机、燃烧室，蒸气发生器、行星减速器、副减速器等组成。
空压机涡壳［1］和气轮机涡壳［2］背靠相联安装，空压机有无叶扩压［3］和有叶扩压［4］，端盖与涡壳［1］相联，端盖上用八片筋板支承轴承座，构成一体化的端盖支承座［5］，筋板之间的孔隙为空压机进气口，轴承［6］为静压轴承，用迷宫油封［7］封油。
气轮机涡壳［2］有一圈导向叶片，组成喷管［8］，端盖与涡壳［2］相接，以八片筋板支承轴承座，构成端盖轴承座［9］，筋板之间的孔隙为气轮机排气口，轴承［10］为静压轴承，用迷宫油封［11］封油。气轮机排气管［12］为环状，罩在排气口四周，导向废气出排气口［13］。
空压机叶轮［14］和气轮机叶轮［15］背靠同装在主轴［16］上，主轴［16］由空压机进气口端的静压轴承［6］和气轮机端的静压轴承［10］两支点支承，背靠的叶轮处于两个涡壳［1、2］相联处的正中位置。
燃烧室［17］横卧在空压机涡壳［1］和气轮机涡壳［2］上方，其进气口［18］可作成90°折角形，与空压机出气口联通，燃烧室出口［19］为90°大弯形，与气轮机进口联接，燃烧室［17］为内外两层，内层为焰管［21］，焰管［21］分三节由筋板焊接或铆接而成，每节相联间有空隙可进空气入内。焰管［21］进气一端接旋流器［22］，喷油嘴［23］装在燃烧室［17］外壳上，由旋流器中心管［24］将其与焰管［21］连通，喷油孔对准旋流器中心管［24］。点火器装在旋流器前窗口［25］处，旋流器［22］外围焰管底部，有一周小孔进空气入焰管内供燃烧，燃烧室内外层之间，有环状空气流道。
蒸气发生器为螺旋蒸发管［26］，装在燃烧室［17］出口与气轮机进口之间的大弯管内，其进水口端伸出燃烧室壳外，由焊接螺栓［27］固定在燃烧室壳体上，与供水管相接，螺旋蒸发管［26］的另一端接蒸气喷嘴［28］，蒸气喷嘴［28］直伸入气轮机进口内的正中位置。由蒸气喷嘴［28］喷出的蒸气与燃烧室喷出的燃气混合共同驱动气轮机，向外输出动力。
其起动装置可选用电起动器［29］，它与空压机一端主轴［16］，用牙嵌离合器［30］接合，起动时带动主轴［16］旋转。
本实用新型的主要改进之处在于1、在燃烧室［17］的进气口处设置一块分气隔板［20］，将空压机的供气分成相互隔离的两部分，一部分通过燃烧室内外层之间的环状空气流道，冷却焰管壁并分次补偿焰管内空气的不足，一部分通过旋流器［22］。旋流进入焰管［21］内供燃烧用，这样由于供给焰管内的空气不受负压的影响，从而提高了燃烧效率的平稳性。
2、将旋流器［22］的叶片设计成瓦槽形并以45°向中心倾斜，与喷油嘴［23］相通的旋流器中心管［24］前端不直接越过旋流器［22］的中心进入焰管［21］，而是将旋流器中心管［24］的前端位置是在旋流器［22］后段，并在旋流器中管［24］前方的旋流器中空处设置一块挡板［52］。这样就将旋流器［22］原来只旋流空气改变成将空气与油雾混合旋流，挡板［52］的作用就在于更好地强制空气与油雾混合旋流，在混合旋流时开始燃烧，可提高燃油的温度，使混合油气在出旋流器［22］后，化气乃至分解，加剧燃烧。旋流器［22］的叶片设计成瓦槽形并以45°向中心倾斜，可使浓度大的混合油气通过旋流器［22］后，能聚集在焰管［21］内中心处多次翻滚，提高温度，加剧燃烧。这样，旋流器［22］的作用，就由原来单独旋流空气，变成了将空气与油雾混合旋流；储热加热燃油；聚集浓度大的混合油气，形成核心高温火焰炬三大作用，达到了变工况时的稳定燃烧。
通过这些改进后，不仅稳定了变工况时的效率，而且也将其热效率由原来的40.2％提高到43％－45％，即其耗油量由160克／马力·小时进一步下降到145克／马力·小时，节能效果极为明显。
原来采用的蒸气喷嘴［28］为单孔喷嘴，实验证明它会出现蒸气与燃气混合不均匀现象而影响其性能的提高，现可采用双孔或呈“品”字形排列的三孔喷嘴，这样，这种现象即可得到克服。
由于本实用新型的主轴［16］转速高达3.3万－4万转／分，因而需采用行星减速器和副减速器对其进行减速。行星减速器采用67型圆弧齿廓齿轮。减速器外壳［31］与气轮机端盖轴承座［9］相接，主轴［16］与太阳齿轮［32］用渐开线花键联轴器［33］联接。行星齿轮［34］与轴［35］为渐开线花键配合，成为两级浮动。轴［35］的两端用高速滚动轴承［36］装在齿轮架［37］上。齿轮架［37］两端用滚动轴承［38］支承，装在壳体上。行星内齿轮圈［39］装在壳体内壁上，用螺栓［40］固定止动。齿轮架［37］一端为动力输出轴［41］。
副减速器为两级降速。箱体［43］与行星减速箱端面相联，第一级齿轮［42］装在输出轴上，第二级齿轮［44、45］、轴［46］，滚动轴承［47］装在箱体上，第三级齿轮［48］、轴［49］，滚动轴承［50］装在箱体上部，轴［49］的两端均伸出箱体外，一端装三角皮带轮，带动发电机；另一端为花键，与三泵(机油泵、燃油泵、水泵)一体件联接，机油滤清器［51］装在副减速箱底部，用空心螺栓装出箱体外，与机油泵进油孔管道联接。
本实用新型的工作过程如下马达起动带动主轴运转，空气从进气口入空压机，经叶轮压缩，通过扩压后，经过涡壳管道，送入燃烧室，燃烧室入口处的分气隔板，将一部分空气通过旋流器及焰管周围小孔，送入焰管内供燃烧用；另一部分空气，经过燃烧室两层之间的环状空气流道，冷却焰管壁并分次补偿焰管内空气。燃料可采用柴油，用喷油嘴将其喷入旋流器中心管，导至旋流器中，与空气同时旋流入焰管内燃烧，旋流器既返回旋流，又向中心聚集油气混合气，促使在旋流器出口处聚集成高温火焰炬，提高核心火焰温度。起动供油的同时，用电子火焰点火器将火焰喷入焰管内点火，一次点火，连续供油燃烧。
处在高温燃气中的螺旋蒸发管，水泵压入的水，成雾状进入管内化气，蒸气以3.5－5kgf／cm2的压力，在气轮机进气管中与燃气混合，混合气进入气轮机，经导向叶片导向喷向叶轮叶片上做功，然后排出。
主轴的转速达3.3万－4万转／分，通过行星减速器降至4000－5000转／分，输出动力，附件轴由副减速器降速至1000－1300转／分工作。
本实用新型的基本数据如下主轴转速3.3万－4万转／分动力输出轴转速4000－5000转／分附件轴转速1000－1300转／分起动主轴转速2000－3000转／分空压机供气压 1.5－2.5kgf／Cm2蒸气压 3.5－5kgf／cm2供燃油压 5－10kgf／cm2机油压力 2.5－4kgf／cm2燃油消耗140－150克／马力·小时核心火焰温度1500℃－1800℃
混合气初温约550℃排气温度约200℃供油供水比例约11本实用新型对材料及工艺要求气轮机叶轮是关键件，处在高温、高速、受力情况下工作，叶片曲线复杂，叶轮要求轻，叶片薄，材料选用1Cr12WMoV，工艺采用精密铸造。
高速主轴选用低合金超高强度钢40CrNiMoA材料，调质处理。
行星减速器齿轮，要求为6级精度。
权利要求1.一种改进的蒸气、燃气双工质气轮机，包括空压机、气轮机、燃烧室和蒸气发生器，空压机与气轮机同轴，其涡壳背靠安装，燃烧室横卧于空压机与气轮机涡壳上方，空压机出气口与燃烧室进气口相通，燃烧室出口与气轮机进口相通，燃烧室包括保温罩、焰管和旋流器，燃烧室由旋流器中心管与喷油嘴连通，蒸气发生器为螺旋蒸发管，设置于燃烧室焰管出口与气轮机进口之间，其特征在于A、在燃烧室[17]进气口处设置了一块分气隔板[20]。B、旋流器[22]叶片成瓦槽形并向中心倾斜，与喷油嘴[23]相通的旋流器中心管[24]前端位于旋流器[22]后段，在旋流器中心管[24]前方的旋流器[22]中空处设置了一块挡板[52]。
2.如权利要求1所述的蒸气、燃气双工质气轮机，其特征在于螺旋蒸发管［26］的蒸气喷嘴［28］为双孔或呈“品”字形排列的三孔喷嘴。
专利摘要一种改进的蒸气、燃气双工质气轮机，由空压机、气轮机、燃烧室、蒸气发生器、行星减速器及副减速器等组成，其改进点在于1、在燃烧室进气口处设置一块分气隔板；2、将旋流器叶片设计成瓦槽形并向中心倾斜，将旋流器中心管前端定位于旋流器后段，并在其前方的旋流器中空处设置一块挡板，经改进后，提高了气轮机变工况时的燃烧效率，同时其热效率也由原来的40.2％提高到43-45％，即其耗油从160克/马力·小时下降到145克/马力·小时。
文档编号F02C3/30GK2110092SQ9221221
公开日1992年7月15日 申请日期1992年1月31日 优先权日1992年1月31日
发明者苏艾今 申请人:苏艾今