[发明专利]复合式低压差动力机

说明书

复合式低压差动力机，是将公知的转子旋转活塞式轮机与径流式透平分别改进后又组装在一起的、一种容积式流体机械和涡轮式流体机械的组合装置，属气轮发动机领域中的动力设备。

中国专利公开了一种高效多能源动力机，专利号是89203398.3，这种动力机属双转子活塞式流体机械，它的机械效率高，泄露损失小，可低压启动和运转，能耗低于其它型的低压动力机。但这种动力机的工作压力及压差一般只适用1～4个表压，应用范围有局限性，而且当它做为蒸汽马达使用时，排放出的乏气还具有相当大的速度动能没有被利用。

本发明的目的，是扩大双转子旋转活塞式轮机的应用范围，并利用其乏气的速度动能，去推动一个透平再次做功，使之成为一种高效节能并适用于多种能源的现代热机设备。

本发明的动力机，上部分是一台双转子旋转活塞式轮机（或称为旋转活塞膨胀机），下部分是一台径流式透平（或称涡轮式气轮机），这两部分通过定位和紧固件组装成一个刚性的整体。该机上部分采用的结构与传统的双转子结构有所区别：它在双转子上装设有新的燕尾形密封条，双转子的外径园弧表面与壳体的内径相吻合形成长弧面间隙密封，这样可提高它在低压或中压条件下的工作寿命。该机下部分采用的径流式透平，有两个进气孔，这两个进气孔恰好又是上部分双转子旋转活塞式轮机的两个排气孔，这两个排气孔加工成一般的喷嘴形状，上部分工作后排出的乏气，经这两个喷嘴射向透平叶轮，其方向同叶轮旋转的切线趋于一致。从上部分的压缩排气腔到下部分叶轮之间的距离，等于喷嘴纵向投影长度，该长度仅相当于壳体的壁厚，因此乏气在冲击透平叶轮时，是在最佳方位条件下和乏气增压后压力尚未降低的一瞬间进行的，这就使该动力机的复合做功产生显著效果。复合做功的节能效果与用同一种类型的多级动力机对能源搞分级利用的节能效果，意义上有很大区别：比如用同一类型，不同活塞面积的动力机对能源分级利用，设第一级的工作压力为8个表压，第二级的工作压力则为1～2个表压，从第二级动力机排出的最后乏气仅为0.1个表压，这个排气参数达不到取暖供热的要求，将造成冷凝热损失等;而采用第一级为旋转活塞结构、第二级为透平的复合式低压差动力机，则第一级乏气的工作压力为8个表压，第二级进入喷嘴时的初始压力仍为8个表压，当第一级乏气经喷嘴冲击到透平叶轮时的压力只略低于8个表压。第一级乏气经叶轮之间迅速流过，从第二级透平式动力机排出的最后的乏气为一个表压时，这个排气参数不仅能达到取暖供热的要求，而又不影响前两级动力机的工作，效率同前者相当，这对于提高能源的综合利用率，在经济上有重要意义。

试验证明：当复合式低压差动力机上部气室为4～8表压时，下部透平的功率是上部机组功率的20%～40%，上部机组功率越大，气压负荷随之增高，下部透平的功率也随之增大。该机的工作压力及压差范围目前可达到1～20个表压。

本发明的实施例，可通过附图详细说明如下：附图为复合式低压差动力机的组合装配图。本机的机壳是由壳体（1）和壳体（2）组合成，在加工条件允许的情况下，尽量加工成一个整体。壳体（1）和壳体（2）之间结合处的厚度H等于壳体（1）壁厚的1～3倍（一般以1倍为最佳），排气孔A与B同水平的夹角一般为10°～60°，尽量同叶轮外径的切线方向一致。在壳体（1）内部的转子（5）和转子（6）上装设有燕尾密封条（7），密封条（7）的数量一般为8～16个。壳体（1）内部的转子（5）和转子（6）的外径园弧表面与壳体内壳d相吻合，形成长弧面的间隙密封。当有压力的膨胀气体进入上部的气室D，此时，转子（6）为缸底，转子（5）为活塞，气体推动转子（5）向逆时针方向转动，压缩排气腔C内的乏气，经排气孔（或喷嘴）A冲击透平的叶轮做功。利用速度动能再次做功的最后乏气，经透平底部气孔E，排入取暖供热管路中。

本发明的最佳实施例是用该复合式动力机，改造目前公知的闭式燃气轮机动力装置。闭式燃气轮机可燃用各种固体燃料和液体燃料，由于是外燃式结构，燃料燃烧完全，污染小，但功率尚需进一步加大。若用复合式低压差动力机，更新取代闭式燃气轮机中的透平部件，用新型双转子旋转活塞气泵（即复合式低压差动力机上部分）更新取代闭式燃气轮机中的离心式压气机，则能够使传统的闭式燃气轮机，在不增加能耗的前提下，使功率提高20%以上，进而成为高效节能型的现代热机。