專利名稱：噴水式蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及動(dòng)力領(lǐng)域，具體是一種使用燃料將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的噴水式蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)。
技術(shù)背景蒸汽機(jī)的出現(xiàn)曾引起了 18世紀(jì)的工業(yè)革命，直到20世紀(jì)初，它仍然是世界上最重要的原動(dòng)機(jī)，后來才逐漸讓位于內(nèi)燃機(jī)和汽輪機(jī)等。蒸汽機(jī)存在主要缺陷1.體積既笨重又龐大，2.蒸汽機(jī)采用鍋爐加熱，由于是外部燃燒，熱損失較高，存在熱效率不高的缺陷。 3.啟動(dòng)慢，起動(dòng)之前還需要一段時(shí)間的預(yù)熱，使用起來很不方便。4.不能隨意停止，控制性差。由于以上缺陷，進(jìn)入20世紀(jì)后，出現(xiàn)了沒有笨重鍋爐的內(nèi)燃機(jī)，最終以其重量輕，體積小、熱效率高和操作靈活等優(yōu)點(diǎn)，在船舶和機(jī)車上逐漸取代了蒸汽機(jī)。當(dāng)前以活塞式內(nèi)燃機(jī)最為普遍?；钊絻?nèi)燃機(jī)將燃料和空氣混合，在其氣缸內(nèi)燃燒，釋放出的熱能使氣缸內(nèi)產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)?。燃?xì)馀蛎浲苿?dòng)活塞作功，再通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)將機(jī)械功輸出，驅(qū)動(dòng)從動(dòng)機(jī)械工作。常見的有柴油機(jī)和汽油機(jī)。但是活塞式內(nèi)燃機(jī)也存在很多不足，其在將熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能這一過程中，僅利用了小部分熱能膨脹做功，大部分熱能通過排氣及散熱器釋放出去，能量損耗很大。此外其機(jī)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)燃油要求較高，尾氣排放污染物高。汽輪機(jī)中的蒸汽流動(dòng)是連續(xù)的、高速的，能發(fā)出較大的功率。但由于需要鍋爐加熱產(chǎn)生蒸汽，機(jī)構(gòu)龐大，復(fù)雜，當(dāng)前只用于大型電廠和大型船舶上。由此可見，上述幾種動(dòng)力機(jī)都存在不足，相比之下活塞式內(nèi)燃機(jī)優(yōu)勢明顯，因此當(dāng)前絕大多數(shù)交通機(jī)車和工程設(shè)備都采用活塞式內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力機(jī)
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種體積小、熱效率高、操作靈活、能量損失低、尾氣排放污染物低的噴水式蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)。本實(shí)用新型以如下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題本實(shí)用新型噴水式蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)主要由燃燒器1、高溫?fù)Q熱器3、蒸汽室4、蒸汽透平 7、蒸汽冷凝器、噴水系統(tǒng)和控制系統(tǒng)構(gòu)成，所述噴水系統(tǒng)由水箱10、水泵12、進(jìn)水閥15和置于蒸汽室4內(nèi)的噴水頭16通過水管依次連接構(gòu)成，所述高溫?fù)Q熱器2通過管道與燃燒器1 連接，并置于蒸汽室3內(nèi)噴水頭16的下方；蒸汽透平7的進(jìn)汽端設(shè)有放大器6，放大器6的前端設(shè)有與蒸汽室4相通的進(jìn)汽閥5，蒸汽透平7的排汽端設(shè)有動(dòng)力輸出軸8和排汽管9， 排汽管9與蒸汽冷凝器相接，蒸汽冷凝器的冷凝水排水管連接水箱8。所述蒸汽冷凝器也可以采用蒸汽型制冷機(jī)11代替，蒸汽型制冷機(jī)11設(shè)有連接空調(diào)22的循環(huán)冷水管21。連接水泵12與進(jìn)水閥15的水管上接有低溫?fù)Q熱器14，低溫?fù)Q熱器14與高溫?fù)Q熱器3經(jīng)排氣管道相接。[0011]在蒸汽室4上安裝有至少ー個(gè)與排汽管9相通的安全閥13。在蒸汽室4的上部外側(cè)設(shè)有與蒸汽室4相通的壓カ調(diào)節(jié)缸17，壓カ調(diào)節(jié)缸17內(nèi)設(shè) 有活塞M及頂壓活塞M的彈簧25。所述控制系統(tǒng)包括微電腦處理器23、安裝在蒸汽透平7上的轉(zhuǎn)速傳感器20、安裝 在蒸汽室4內(nèi)的壓カ傳感器18、安裝在高溫?fù)Q熱器3上的溫度傳感器19、設(shè)在燃燒器1上 的燃燒器控制器2、供水閥15和進(jìn)汽閥5，微電腦處理器觀的信號(hào)輸入端以并聯(lián)方式連接 轉(zhuǎn)速傳感器20、溫度傳感器19和壓カ傳感器18，其信號(hào)輸出端以并聯(lián)方式連接燃燒器控制 器2、供水閥15、進(jìn)汽閥5。本實(shí)用新型噴水式蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)無需體積龐大的鍋爐裝置，燃燒熱量全部進(jìn)入高 溫?fù)Q熱器，采用噴水系統(tǒng)精確控制需要汽化的水量，具有體積小，啟動(dòng)速度快，控制性強(qiáng)的 優(yōu)點(diǎn)，與活塞式內(nèi)燃機(jī)相比，具有結(jié)構(gòu)簡単，熱效率高，能量損失少，排放尾氣污染物少等優(yōu)
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圖ー是本實(shí)用新型噴水式蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)的主體結(jié)構(gòu)示意圖。圖ニ是本實(shí)用新型噴水式蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)原理圖。圖中1、燃燒器2、燃燒器控制器3、高溫?fù)Q熱器4、蒸汽室5、進(jìn)汽閥6、放大器7、蒸汽透平8、動(dòng)カ輸出軸9、排汽管10、水箱11、蒸汽型制冷機(jī) 12、水泵13、安全閥14、低溫?fù)Q熱器15、進(jìn)水閥16、噴水頭17、壓カ調(diào)節(jié)缸18、壓カ傳感器19、溫度傳感器20、轉(zhuǎn)速傳感器21、循環(huán)冷水管22、空調(diào)23、微電腦處理器 24、活塞 25、彈簧
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)ー步說明。如圖一所示，本實(shí)用新型噴水式蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)主要由燃燒器1、高溫?fù)Q熱器3、蒸汽 室4、蒸汽透平7、蒸汽型制冷機(jī)11或蒸汽冷凝器、噴水系統(tǒng)和控制系統(tǒng)構(gòu)成，燃燒器1與高 溫?fù)Q熱器3經(jīng)管道相接，燃燒器1燃燒產(chǎn)生的高溫氣體直接進(jìn)入高溫?fù)Q熱器3。高溫?fù)Q熱器 3處于密封容器的蒸汽室4之中，安裝在蒸汽室4的上方，蒸汽室4內(nèi)設(shè)有置于高溫?fù)Q熱器 3上方的噴水頭16，當(dāng)水噴射到高溫?fù)Q熱器3上，水受高溫立即汽化而產(chǎn)生蒸汽，隨著蒸汽 不斷產(chǎn)生，整個(gè)蒸汽室4處于高壓狀態(tài)。蒸汽透平7為現(xiàn)有技木，是本實(shí)用新型的機(jī)械能輸出裝置。蒸汽透平7的進(jìn)汽端設(shè) 有放大器6，放大器6的前端設(shè)有與蒸汽室4相通的進(jìn)汽閥5，蒸汽透平7的排汽端設(shè)有動(dòng) 力輸出軸8和排汽管9，通過動(dòng)カ輸出軸8對(duì)外提供旋轉(zhuǎn)機(jī)械能。進(jìn)汽閥5為比例開關(guān)閥， 可以根據(jù)需要控制開ロ大小。蒸汽透平7的排汽管9與蒸汽型制冷機(jī)11相接，蒸汽型制冷 機(jī)11的冷凝水排水管連接水箱10，蒸汽型制冷機(jī)11上設(shè)有循環(huán)冷水管21以連接空調(diào)22進(jìn)行供冷。所述噴水系統(tǒng)由水箱10、水泵12、進(jìn)水閥15和置于蒸汽室4內(nèi)的噴水頭16通過水管依次連接構(gòu)成。為提高燃料熱能利用效率，可在連接水泵12與進(jìn)水閥15的水管上接有低溫?fù)Q熱器14，低溫?fù)Q熱器14與高溫?fù)Q熱器3經(jīng)排氣管道相接。燃燒氣體經(jīng)過高溫?fù)Q熱器3釋放熱能后，再次進(jìn)入低溫?fù)Q熱器14，進(jìn)一步回收熱能，將準(zhǔn)備進(jìn)入蒸汽室4的水預(yù)熱，使其更容易汽化為蒸汽，燃燒氣體經(jīng)過低溫?fù)Q熱器14換熱后向外排放。由于對(duì)外排放的熱量極少，使熱能損失大幅降低。為了防止蒸汽室4的壓力過高，可在蒸汽室4上安裝一個(gè)或多個(gè)與排汽管9相通的安全閥13，蒸汽室4中壓力超過設(shè)定值時(shí)，會(huì)開啟排放部分蒸汽，從而確保安全，經(jīng)安全閥13排放出的蒸汽也進(jìn)入排汽管9。本實(shí)用新型還可以在蒸汽室4的上部外側(cè)設(shè)有與蒸汽室4相通的壓力調(diào)節(jié)缸17， 壓力調(diào)節(jié)缸17內(nèi)設(shè)有活塞M及頂壓活塞M的彈簧25。當(dāng)蒸汽室4內(nèi)壓力高于設(shè)定值時(shí)， 活塞M克服彈簧25的推力向外移動(dòng)，使部分蒸汽進(jìn)入壓力調(diào)節(jié)缸17，反之，當(dāng)蒸汽室內(nèi)壓力降低時(shí)，彈簧25推動(dòng)活塞M使蒸汽回到蒸汽室4，對(duì)蒸汽室4內(nèi)壓力起到一定調(diào)節(jié)作用。本實(shí)用新型使用的燃燒器1可根據(jù)需要選擇各種燃燒器，燃料可采用柴油、汽油、 天然氣或其他等，甚至燃燒固體燃料的燃燒器也可用于本實(shí)用新型，只要將燃燒產(chǎn)生的高溫氣體導(dǎo)入高溫?fù)Q熱器，都能工作。本實(shí)用新型使用的高溫?fù)Q熱器3的作用是將燃燒器產(chǎn)生的熱能傳遞到噴射水中， 使水受熱汽化。高溫?fù)Q熱器中還可設(shè)置一定空間，讓燃燒器噴入的混合氣體繼續(xù)燃燒，起到燃燒室的作用?，F(xiàn)有技術(shù)中如陶瓷高溫?fù)Q熱器，已經(jīng)可以達(dá)到一千多度的高溫。本實(shí)用新型采用蒸汽型制冷機(jī)11或蒸汽冷凝器來凝結(jié)水，傳統(tǒng)蒸汽機(jī)也是采用蒸汽冷凝器來凝結(jié)水，其只要將蒸汽透平7排出的蒸汽凝結(jié)為水，導(dǎo)入水箱10即可，并不影響本實(shí)用新型的使用。本實(shí)用新型也可以采用蒸汽型制冷機(jī)11取替蒸汽冷凝器來凝結(jié)水，蒸汽型制冷機(jī)11是新出的空調(diào)設(shè)備，其以溴化鋰-水為工質(zhì)，以排汽管9輸入的飽和蒸汽為動(dòng)力，吸收蒸汽中的熱能并將蒸汽凝結(jié)為水，同時(shí)可對(duì)外提供冷水，通過循環(huán)冷水管21 輸出，可用于駕駛室空調(diào)22等，從而實(shí)現(xiàn)一機(jī)兩用的功能，更加節(jié)能。本實(shí)用新型也可以使用普通的蒸汽冷凝器替代蒸汽型制冷機(jī)，圖二為本實(shí)用新型的控制系統(tǒng)原理圖它包括微電腦處理器23、安裝在蒸汽透平 7上的轉(zhuǎn)速傳感器20、安裝在蒸汽室4內(nèi)的壓力傳感器18、安裝在高溫?fù)Q熱器3上的溫度傳感器19、設(shè)在燃燒器1上的燃燒器控制器2、供水閥15和進(jìn)汽閥5。微電腦處理器觀的信號(hào)輸入端以并聯(lián)方式連接轉(zhuǎn)速傳感器20、溫度傳感器19和壓力傳感器18，其信號(hào)輸出端以并聯(lián)方式連接燃燒器控制器2、供水閥15、進(jìn)汽閥5。采用上述方案后，本實(shí)用新型由燃燒器1燃燒燃料產(chǎn)生熱能，通過高溫?fù)Q熱器3將水汽化為蒸汽，在蒸汽室4中產(chǎn)生高壓，進(jìn)汽閥5打開，蒸汽室4內(nèi)的高壓蒸汽進(jìn)入放大器 6，放大器6將蒸汽部分熱能轉(zhuǎn)換成蒸汽高速流動(dòng)的動(dòng)能，蒸汽高速進(jìn)入蒸汽透平7，在蒸汽透平7中繼續(xù)將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換成蒸汽高速流動(dòng)的動(dòng)能，然后高速氣流通過工作葉片時(shí)， 將蒸汽的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成蒸汽透平7轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能，通過動(dòng)力輸出軸8對(duì)外提供旋轉(zhuǎn)機(jī)械能。蒸汽透平7排出的蒸汽經(jīng)排汽管9進(jìn)入蒸汽型制冷機(jī)11，將蒸汽中所含熱能交換給蒸汽型制冷機(jī)11，并被冷凝為水，進(jìn)入水箱10，從而完成蒸汽-水循環(huán)。[0038]工作時(shí)，燃燒器1點(diǎn)火，將熱能吹入高溫?fù)Q熱器3，微電腦傳感器23通過溫度傳感器19采集高溫?fù)Q熱器3的溫度，在達(dá)到設(shè)定溫度后，發(fā)出指令打開進(jìn)水閥15，水泵12與進(jìn)水閥15同時(shí)開啟，水從噴水頭16噴射到高溫?fù)Q熱器3上，受熱汽化產(chǎn)生水蒸汽，并在蒸汽室4中形成高壓。壓力傳感器18將蒸汽室4中壓力狀況傳送給微電腦處理器23，在達(dá)到一定壓力值后，發(fā)出指令打開進(jìn)汽閥5，轉(zhuǎn)速傳感器20將動(dòng)力輸出軸8的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速即時(shí)傳遞給微電腦處理器23。在正常工作狀態(tài)下，微電腦處理器23能根據(jù)外界負(fù)載的需求，通過控制開啟進(jìn)汽閥5的大小來調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸汽透平7的蒸汽量，從而調(diào)節(jié)動(dòng)力輸出軸8的轉(zhuǎn)速。通過對(duì)進(jìn)水閥15的控制，可以精確控制進(jìn)入蒸汽室4的水量，從而精確控制蒸汽室4中的蒸汽壓力，使蒸汽室4中保持穩(wěn)定的壓力；通過對(duì)燃燒器控制器2的控制，使燃燒器1火力增加或減小， 讓高溫?fù)Q熱器3上的溫度保持穩(wěn)定，從而使整個(gè)機(jī)械以最佳狀態(tài)工作。
權(quán)利要求1.噴水式蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，它主要由燃燒器(1)、高溫?fù)Q熱器(3)、蒸汽室0)、 蒸汽透平(7)、蒸汽冷凝器、噴水系統(tǒng)和控制系統(tǒng)構(gòu)成，所述噴水系統(tǒng)由水箱(10)、水泵 (12)、進(jìn)水閥(1 和置于蒸汽室內(nèi)的噴水頭(16)通過水管依次連接構(gòu)成，所述高溫?fù)Q熱器( 通過管道與燃燒器(1)連接，并置于蒸汽室(3)內(nèi)噴水頭(16)的下方；蒸汽透平 (7)的進(jìn)汽端設(shè)有放大器(6)，放大器(6)的前端設(shè)有與蒸汽室⑷相通的進(jìn)汽閥(5)，蒸汽透平⑵的排汽端設(shè)有動(dòng)力輸出軸⑶和排汽管(9)，排汽管(9)與蒸汽冷凝器相接，蒸汽冷凝器的冷凝水排水管連接水箱(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴水式蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述蒸汽冷凝器由蒸汽型制冷機(jī)(11)代替，蒸汽型制冷機(jī)(11)設(shè)有連接空調(diào)0 的循環(huán)冷水管01)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴水式蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，連接水泵(1 與進(jìn)水閥 (15)的水管上接有低溫?fù)Q熱器(14)，低溫?fù)Q熱器(14)與高溫?fù)Q熱器C3)經(jīng)排氣管道相接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴水式蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，在蒸汽室(4)上安裝有至少一個(gè)與排汽管(9)相通的安全閥(13)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴水式蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，在蒸汽室的上部外側(cè)設(shè)有與蒸汽室(4)相通的壓力調(diào)節(jié)缸(17)，壓力調(diào)節(jié)缸(17)內(nèi)設(shè)有活塞04)及頂壓活塞 (24)的彈簧(25)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴水式蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)包括微電腦處理器(23)、安裝在蒸汽透平(7)上的轉(zhuǎn)速傳感器(20)、安裝在蒸汽室內(nèi)的壓力傳感器(18)、安裝在高溫?fù)Q熱器C3)上的溫度傳感器(19)、設(shè)在燃燒器(1)上的燃燒器控制器 (2)、供水閥(15)和進(jìn)汽閥(5)，微電腦處理器08)的信號(hào)輸入端以并聯(lián)方式連接轉(zhuǎn)速傳感器(20)、溫度傳感器(19)和壓力傳感器(18)，其信號(hào)輸出端以并聯(lián)方式連接燃燒器控制器 (2)、供水閥(15)、進(jìn)汽閥(5)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種噴水式蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)，它主要由燃燒器、高溫?fù)Q熱器、蒸汽室、蒸汽透平、蒸汽型制冷機(jī)、噴水系統(tǒng)和控制系統(tǒng)構(gòu)成，所述噴水系統(tǒng)由水箱、水泵、進(jìn)水閥和置于蒸汽室內(nèi)的噴水頭通過水管依次連接構(gòu)成，所述高溫?fù)Q熱器通過管道與燃燒器連接，并置于蒸汽室內(nèi)噴水頭的下方；蒸汽透平的進(jìn)汽端設(shè)有放大器，放大器的前端設(shè)有與蒸汽室相通的進(jìn)汽閥，蒸汽透平的排汽端設(shè)有動(dòng)力輸出軸和排汽管，排汽管與蒸汽型制冷機(jī)相接，蒸汽型制冷機(jī)的冷凝水排水管連接水箱。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，無需體積龐大的鍋爐，省去了復(fù)雜的曲軸連桿飛輪等機(jī)構(gòu)，燃料產(chǎn)生的大部分熱能用于做功，能量損耗小。因此具有結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)能高效的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F01K17/00GK202202903SQ20112028575
公開日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2011年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月8日
發(fā)明者唐忠盛 申請(qǐng)人:唐忠盛