一种基于斜击式水轮机的气动发动机及其工作方法
【技术领域】
[0001]本发明是涉及一种动力机械装置，具体地说是涉及一种基于斜击式水轮机的气动发动机。
【背景技术】
[0002]随着内燃机在车辆及一些动力设备的上的广泛应用，城市的空气污染日益严重，且内燃机仍不断消耗着不可再生的化石能源。
[0003]油电混合动力和纯电动汽车目前成为一种新的潮流，减少了对大气的污染和对化石能源的消耗，但不可避免的是废旧电池对土壤和环境的污染。
[0004]基于现存的问题，本发明将具体提供一种基于斜击式水轮机的气动发动机，主要利用高压气体为驱动力，工作工程中不排放任何污染物，且低噪音，适宜为汽车提供动力。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是克服了现有技术中的不足，提供了一种可以以较高效率驱动汽车、工程机械、发电装置提供动力的基于斜击式水轮机的气动发动机。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现:
本发明一种基于斜击式水轮机的气动发动机，包括空气压缩机、高压气罐、加热池、沸水、变频水栗、小型斜击式水轮机、拉伐尔喷管、电控单元、电控调节阀、气压传感器及缓冲罐，其中，所述空气压缩机、高压气罐、电控调节阀、拉伐尔喷管依次串联连接;所述变频水栗从加热池吸取沸水至出气管道；
所述电控单元输入端连接小型斜击式水轮机，输出端分别连接电控调节阀和变频水栗;
所述高压气罐内设有气压传感器，并通过外电路与空气压缩机相连接；
所述缓冲罐用于储存缓冲之后、进入拉法尔喷管的气体。
[0007]所述拉伐尔喷管出口射流中心与小型斜击式水轮机转轮平面呈22.5度夹角。
[0008]所述缓冲罐压力值设置在3Mpa?8Mpa之间。
[0009]所述高压气罐最高承受压力为35 Mpa?40Mpa。
[0010]—种发动机的工作方法，依赖所述基于斜击式水轮机的气动发动机，包括以下步骤:
51、空气压缩机开始工作，加热池中的水开始加热，直至高压气罐的气压达到20Mpa，加热池开始沸腾；
52、打开电控调节阀和变频水栗，压缩气体经由缓冲罐后与由变频水栗栗入的沸水以10:1的体积比混合，压缩气体受热后剧烈膨胀，随后经过拉伐尔喷管加速至超音速后，气水混合物在喷嘴出口与小型斜击式水轮机转轮平面呈22.5度夹角冲击小型斜击式水轮机，使其输出轴功；
53、在设备工作时，通过气压传感器感知高压气罐中的气压，在压力接近高压气罐容许的最高气压值时，自动关闭空气压缩机;而当高压气罐中的气压低于一定值时，空气压缩机开始工作。
[0011]所述电控单元的输入端连接小型斜击式水轮机，输出端连接电控调节阀和变频水栗，根据需要通过调节电控调节阀的开度和变频水栗的转速，改变发动机的输出功率。
[0012]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
相比于内燃机，做功过程平稳、噪音更小;另外整个过程是一个压缩气体加速膨胀做功的过程，是一个物理变化，不存在废气污染。
【附图说明】
[0013]图1是本发明所述的一种基于斜击式水轮机的气动发动机的结构示意图。
[0014]其中:I为空气压缩机、2为高压气罐、3为加热池、4为沸水、5为变频水栗、6为小型斜击式水轮机、7为拉伐尔喷管、8为电控单元、9为电控调节阀、10为气压传感器、11为缓冲罐。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图与【具体实施方式】对本发明作进一步详细描述:
如图1所示，一种基于斜击式水轮机的气动发动机，包括空气压缩机1、高压气罐2、加热池3、沸水4、变频水栗5、小型斜击式水轮机6、拉伐尔喷管7、电控单元8、电控调节阀9、气压传感器10及缓冲罐11，其中，所述空气压缩机1、高压气罐2、电控调节阀9、拉伐尔喷管7依次串联连接;所述变频水栗5从加热池3吸取沸水4至出气管道；
所述电控单元8输入端连接小型斜击式水轮机6，输出端分别连接电控调节阀9和变频水栗5;
所述高压气罐2内设有气压传感器10，并通过外电路与空气压缩机I相连接；
所述缓冲罐11用于储存缓冲之后、进入拉法尔喷管7的气体。
[0016]进一步优选的，所述拉伐尔喷管7出口射流中心与小型斜击式水轮机6转轮平面呈22.5度夹角。
[0017]进一步优选的，所述缓冲罐11压力值设置在31^?~81^?之间。
[0018]进一步优选的，所述高压气罐2最高承受压力为35Mpa?40Mpa。
[0019]本发明所述的基于斜击式水轮机的气动发动机的具体操作步骤如下:
51、空气压缩机开始工作，加热池中的水开始加热，直至高压气罐的气压达到20Mpa，加热池开始沸腾；
52、打开电控调节阀和变频水栗，压缩气体经由缓冲罐11后与由变频水栗5栗入的沸水4以10:1的体积比混合，压缩气体受热后剧烈膨胀，随后经过拉伐尔喷管7加速至超音速后，气水混合物在喷嘴出口与小型斜击式水轮机转轮平面呈22.5度夹角冲击小型斜击式水轮机6，使其输出轴功；
53、在设备工作时，可通过气压传感器10感知高压气罐2中的气压，在压力接近高压气罐2的容许气压值时，自动关闭空气压缩机I;而当高压气罐2中的气压低于一定值时，气压传感器10感知后，空气压缩机I开始工作；
54、电控单元8的输入端连接小型斜击式水轮机6，输出端连接电控调节阀9和变频水栗5，可根据需要通过调节电控调节阀的开度和变频水栗的转速，改变发动机的输出功率。
[0020]本发明中涉及的未说明部份与现有技术相同或采用现有技术加以实现。
【主权项】
1.一种基于斜击式水轮机的气动发动机，其特征在于，包括空气压缩机(I)、高压气罐(2 )、加热池(3 )、沸水(4 )、变频水栗(5 )、小型斜击式水轮机(6 )、拉伐尔喷管(7 )、电控单元(8)、电控调节阀(9)、气压传感器(10)及缓冲罐(11)，其中，所述空气压缩机(1)、高压气罐(2)、电控调节阀(9)、拉伐尔喷管(7)依次串联连接;所述变频水栗(5)从加热池(3)吸取沸水(4)至出气管道； 所述电控单元(8)输入端连接小型斜击式水轮机(6)，输出端分别连接电控调节阀(9)和变频水栗(5); 所述高压气罐(2)内设有气压传感器(10)，并通过外电路与空气压缩机(I)相连接； 所述缓冲罐(11)用于储存缓冲之后、进入拉法尔喷管(7)的气体。2.根据权利要求1所述的一种基于斜击式水轮机的气动发动机，其特征在于，所述拉伐尔喷管(7)出口射流中心与小型斜击式水轮机(6)转轮平面呈22.5度夹角。3.根据权利要求1所述的一种基于斜击式水轮机的气动发动机，其特征在于，所述缓冲罐(11)压力值设置在3Mpa?8Mpa之间。4.根据权利要求1所述的一种基于斜击式水轮机的气动发动机，其特征在于，所述高压气罐(2)最高承受压力为35Mpa?40Mpa。5.—种发动机的工作方法，依赖如权利要求1所述基于斜击式水轮机的气动发动机，其特征在于，包括以下步骤: 51、空气压缩机开始工作，加热池中的水开始加热，直至高压气罐的气压达到20Mpa，加热池开始沸腾； 52、打开电控调节阀和变频水栗，压缩气体经由缓冲罐后与由变频水栗栗入的沸水以10:1的体积比混合，压缩气体受热后剧烈膨胀，随后经过拉伐尔喷管加速至超音速后，气水混合物在喷嘴出口与小型斜击式水轮机转轮平面呈22.5度夹角冲击小型斜击式水轮机，使其输出轴功； 53、在设备工作时，通过气压传感器感知高压气罐中的气压，在压力接近高压气罐容许的最高气压值时，自动关闭空气压缩机;而当高压气罐中的气压低于一定值时，空气压缩机开始工作。6.根据权利要求5所述的发动机的工作方法，其特征在于，所述电控单元的输入端连接小型斜击式水轮机，输出端连接电控调节阀和变频水栗，根据需要通过调节电控调节阀的开度和变频水栗的转速，改变发动机的输出功率。
【专利摘要】本发明公开了一种基于斜击式水轮机的气动发动机及其工作方法，气动发动机由空气压缩机、高压气罐、加热池、沸水、变频水泵、小型斜击式水轮机、拉伐尔喷管、电控单元、电控调节阀、气压传感器及缓冲罐等部分组成。本发明所述基于斜击式水轮机的气动发动机利用压缩空气与沸水适当比例混合后，以一定角度冲击斜击式水轮机转动，从而输出轴功，能够为车辆、工程机械、发电装置等提供动力，属于动力机械领域。做功过程平稳、噪声小，其运转过程主要是压缩气体膨胀做功过程，是一个物理变化过程，不存在废气污染。
【IPC分类】F03B15/20, F03B1/00
【公开号】CN105626348
【申请号】CN201510985519
【发明人】陈荣杰, 郑源, 阚阚, 沈佳, 章益祺, 伏雨, 盛欣然, 付士凤, 何中伟
【申请人】河海大学
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2015年12月25日