一种旋轮及涡轮双动力蒸汽轮机

本发明提供了一种旋轮及涡轮双动力蒸汽轮机，包括连轴设置的旋轮机(1)、涡轮机(2)及其两侧的发电装置(3)；所述旋轮机(1)包括空心旋轮(12)、旋轮缸体(23)，空心旋轮(12)上设有旋板(13)，旋轮缸体(23)内壁上设有变向栅(24)，变向栅上的气道(24‑1)与空心旋轮上旋板位置一一对应且垂直；所述涡轮机(2)包括涡轮缸体(4)、空心涡轮(5)、进气容腔(15)和排气容腔(18)、进气弧形缸、排气弧形缸、抑制反流弧形缸、弧形工作缸。在弧形工作缸内，蒸气的冲击方向始终与涡板垂直且与涡板旋转方向一致。本发明克服了传统蒸汽轮机利用风车原理所引致的机械效率低问题，创造性地利用台风原理显著提高了汽轮机机械效率。

技术领域

本发明涉及蒸汽轮机领域，尤其是涉及一种旋轮机与涡轮机组合的装置。

背景技术

现有蒸汽轮机运用的是风车原理。风车原理式蒸汽轮机具有以下特征：1、风车原理式蒸汽轮机第一特征：叶轮轴上设置有叶扇片。2、风车原理式蒸汽轮机第二特征：汽缸内高压蒸汽的运动方向与叶轮轴线方向平行，高压蒸汽的运动规迹与轴线夹角0°。3、风车原理式蒸汽轮第三特征：汽缸内高压蒸气的运动方向与叶轮的旋转方向垂直。4、风车原理式蒸汽轮机第四特征：高压蒸汽的运动方向与叶扇片板板面不能垂直。

风车原理的每一个特征都会对蒸汽轮机造成很大的功能损失，其存在诸多的技术缺陷：1)风车原理第一特征：叶轮轴上设置有大量的叶扇片，叶扇片在汽缸内旋转一周所划过的空间，形成汽轮机的汽缸容积，汽缸内部空间大，维持做功所消耗的热能多；叶扇片向心竖直高度大，叶扇片的扇峰和扇根在单位面积内，消耗的热能相同，但是它们产生的机械能不同，扇峰力臂长，即扭矩大，其产生的机械能多，而扇根力臂短，即扭矩小，其产生的机械能也小。2)风车原理的第二特征：高压蒸气的运动方向与轴线平行，高压蒸气在汽缸内运动轨迹成直线，高压蒸汽在汽缸内形成直射气流，因此高压蒸汽在汽缸内运行的路径最短，降低了热能利用率；3)风车原理第三特征：高压蒸汽的运动方向与叶轮的旋转方向垂直，叶扇片产生的机械能被分解，导致大量的机械能被固定连接的转轴所克服，降低了蒸汽轮机的整体机械能；4)风车原理的第四特征：高压蒸汽的冲击方向与叶扇片板面不能垂直，减小了叶扇片板面的受力面积，降低了叶扇片对机械能的产生。

此外，现有的蒸汽轮机叶轮与转轴采用整体实心锻铸，叶轮的旋转半径即扭矩受到叶轮轴自重的制约，因此叶轮的扭矩小，其产生的机械能也小。

因此，风车原理式蒸汽轮机其热能消耗大、机械效率低、单机功率小，已不能适应现代低碳生活理念的要求。如何运用新的技术理论来实现技术效果的突破，怎样对蒸汽机的结构进行改变从而克服这些技术瓶颈，一直是本领域亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明提供了一种旋轮及涡轮双动力蒸汽轮机，意在突破上述技术难题，通过旋轮机与涡轮机的结构变化及二者的有效组合，实现蒸汽能量利用的最大化，显著提升蒸汽轮机的热效率。本发明采用的技术方案是：

一种旋轮及涡轮双动力蒸汽轮机，包括旋轮机和涡轮机，所述旋轮机和涡轮机为连轴设置，通过转轴连接；所述旋轮机与涡轮机之间通过输气管相连通，是把旋轮机做功后的高压蒸气再次引入到涡轮机汽缸内做功的。在转轴左右两端分别设置有与旋轮机与涡轮机连轴的发电装置。

进一步的，所述旋轮机包括具有同中心轴的旋轮缸体和圆柱体形旋轮，旋轮置于旋轮缸体内，所述旋轮缸体中间为工作仓，所述旋轮缸体两端分别为进气仓和排气仓，所述进气仓的进气口位于进气仓圆弧形侧壁上，所述排气仓的排气口位于排气仓的圆弧形侧壁上，所述排气口与输气管连接；旋轮缸体两端设置有圆形密封旋轮缸盖，旋轮缸盖圆心上设置有轴孔；旋轮是由圆柱体形轮体及轮体外壁周线设置的多圈旋板构成，同一圈旋板之间平行均匀排列，且多圈旋板沿旋轮轴线方向均匀排列，每一块旋板与旋轮轴线方向成大于0°而小于90°夹角，每相邻两圈旋板之间形成一个环形容腔；所述旋轮缸体内壁与所述环形容腔对应的位置均设有圆环形变向栅，相邻两个变向栅之间形成圆环形汽室，所述变向栅上设有若干相互平行的变向栅气道，所述变向栅气道与旋轮上旋板位置一一对应且相互垂直；所述旋轮缸体沿通过转轴的平面对称轴一分为二，形成上半缸体和下半缸体。当旋轮缸体将空心旋轮扣合在其内时，缸体内壁上的环形变向栅处在空心旋轮上相邻两圈旋板之间所形成的环形容腔内，空心旋轮上的旋板处在缸体内壁相邻的变向栅之间所形成的环形汽室空间内。

进一步的，所述旋轮是空心的。

进一步的，所述涡轮机包括具有同中心轴的涡轮缸体、圆柱体形涡轮和设置在涡轮缸体二端的涡轮缸盖，涡轮缸盖上设置有轴孔，涡轮置于涡轮缸体内；涡轮外壁沿涡轮轴线方向均匀设置多排涡板，涡板与涡轮外壁垂直，且与涡轮轴线方向平行，沿涡轮轴线方向设置的两相邻的涡板之间的缺口形成一个气道，每相邻两排上的涡板交错排列；所述涡轮缸体外壁安装有进气容腔，位于所述进气容腔内的涡轮缸体外壁上沿涡轮轴线方向设置有若干进气孔，进气孔与进气容腔连通，所述进气容腔与输气管连接；所述涡轮缸体外壁安装有排气容腔，位于所述排气容腔内的涡轮缸体外壁上沿涡轮轴线方向设置有若干排气孔，排气孔与排气容腔连通；所述涡轮缸体内壁两端分别设置有圆环形密封基。

进一步的，所述涡轮缸体外壁轴线方向上设置的多个进气孔所在圆弧形缸体内表面及所对应涡轮和涡轮外壁上设置的涡板及其内部空间形成进气弧形缸；涡轮缸体外壁轴线方向上设置的排气孔所在圆弧形缸体内表面及所对应涡轮和涡轮外壁上设置的涡板及其内部空间形成排气弧形缸；进气弧形缸和排气弧形缸之间的圆弧形缸体内表面及涡轮和涡轮外壁上设置的涡板及其内部空间成为抑制反流弧形缸；从进气门到排气门之间所形成的圆弧形缸体内表面及涡轮和涡轮外壁上设置的涡板及其内部空间成为弧形工作缸；所述进气门是由进气弧形缸和弧形工作缸相邻之间，即涡轮缸体内壁与涡轮外壁及两条密封基之间所形成的矩形空间；所述排气门是由排气弧形缸和弧形工作缸相邻之间，即涡轮缸体内壁与涡轮外壁及两条密封基之间所形成的矩形空间。

进一步的，所述涡轮是空心的。

进一步的，所述圆环形密封基包括环绕涡轮缸体内壁设置的环状台阶及台阶内弧面上设置的若干凸起的密封圈，每相邻两条密封圈之间形成一个凹槽，凹槽内设置有润滑油孔，润滑油孔与外界润滑油箱连通，所述凹槽内还设置有螺旋状附油钢丝。

进一步的，所述旋轮和涡轮两端面圆心与转轴的连接处设置有紧固装置，紧固装置包括圆环形锁板、卡套和卡阶，所述旋轮和涡轮底面圆心设置有一体连接的卡套，所述转轴上设置有一体连接的同心圆卡阶，且卡阶在卡套内，所述圆环形锁板上开置有螺孔，且锁板上开设的螺孔与卡阶、旋轮或涡轮圆心底面上设置的螺孔位置一一对应，使锁板将卡阶与旋轮或涡轮由螺栓固定在一起。

本发明的有益效果在于，本发明的实施不仅改变了传统蒸汽轮机单纯运用风车原理特征的观念，而且应验和运用了台风原理和特征，摆脱了自瓦特发明的蒸气轮机到现在数百年来一直困扰蒸汽轮机热效率低，机械效率小，单机功率不足等技术瓶颈，使得本发明的蒸气轮机能耗更小，产生的机械能更大，功率更高，适应现代低碳生活理念的要求。

附图说明null实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1所示为本发明实施例的结构图。一种旋轮及涡轮双动力蒸汽轮机，包括绕同一转轴(9)旋转的旋轮机1和涡轮机2，旋轮机1与涡轮机2之间通过输气管16相连通，在转轴9左右两端分别设置有与旋轮机1与涡轮机2连轴的发电机3，使各自产生的机械能相互匹配、相互补给，达到机械能共享。

所述旋轮机1包括旋轮缸体23和圆柱体形空心旋轮12，旋轮缸体23将旋轮12扣合在其内，所述圆柱体形旋轮缸体23中间为工作仓，两端分别为进气仓22和排气仓25，所述进气仓22的进气口21位于进气仓22圆弧形侧壁上，所述排气仓25的排气口26位于排气仓25的圆弧形侧壁上，所述进气仓22和排气仓25柱体底面上分别设置有圆形密封旋轮缸盖27，旋轮缸盖27上设置有轴孔；圆柱体形空心旋轮12是由圆柱形轮体及沿轮体外壁周线设置的多圈旋板13构成，同一圈旋板13之间平行均匀排列，且多圈旋板13沿旋轮12轴线方向均匀排列，每一块旋板13的位置与旋轮12轴线成大于0°而小于90°夹角，每相邻两圈旋板13之间形成一个环形容腔；所述旋轮缸体23沿对称轴一分为二，形成上半缸和下半缸；在工作仓段，上半缸体和下半缸体内壁沿轴线方向均设置有半圆形变向栅24，所述变向栅24设有若干相互平行的气道24-1，所述气道24-1与轴线成大于0°并小于90°的夹角，变向栅上的气道24-1与空心旋轮12上旋板13位置一一对应且相互垂直；当上半缸体和下半缸体对合时，上半缸体和下半缸体内壁同一周线上的两个半圆环形变向栅24形成一个完整的圆环，缸体内壁轴线方向上相邻两个变向栅24之间形成圆环形汽室。

所述涡轮机2包括涡轮缸体4和圆柱体形空心涡轮5与涡轮缸体4二端的涡轮缸盖10，涡轮缸体4将涡轮5扣合在其内；涡轮5外壁沿轴线方向上均匀设置多排涡板6，每个涡板垂直于外壁向涡轮5轴心，同一轴线上两相邻的涡板之间的缺口形成一个气道7，气道7的垂直射影在它相邻轴线的涡板板面上；所述涡轮缸体4外壁轴线方向设置有多个进气孔17和进气容腔15，进气孔与进气容腔连通；所述涡轮缸体4外壁轴线方向还设置有多个排气孔19和排气容腔18，排气孔与排气容腔连通；所述旋轮机1的排气口与涡轮机的进气容腔15之间通过输气管16连接；所述涡轮缸体4内壁周线上设置有两条圆环形密封基8，所述圆环形密封基8包括环绕涡轮缸体4内壁设置的台阶及台阶内弧面上设置的若干凸起的密封圈，且每相邻两条密封圈间形成一个凹槽，凹槽内设置有润滑油孔，润滑油孔与外界润滑油箱连通。所述凹槽内设置有螺旋状附油钢丝。所述密封圈内圆弧与涡轮外圆弧度数相等且贴近，防止涡轮缸内高压蒸气流失。

当高压蒸气注入到旋轮机1的工作缸内时，高压蒸气冲击旋轮12上的旋板13产生机械能带动旋轮12旋转，旋轮12旋转通过转轴9带动涡轮5旋转，旋轮12的旋转方向决定涡轮5的旋转方向。将带动旋轮机1做功后的高压蒸气通过输气管16再次引入到涡轮机2的进气容腔15内时，进气容腔15内的高压蒸气沿缸体4轴线方向设置的进气孔17流入进气弧形缸15-1内，并随高速旋转的涡板6由进气门注入到弧形工作缸20内并垂直打在涡板6板面上，做功后的高压蒸气沿涡板6两侧气道7再次垂直打在与它对面相邻轴线的涡板6板面，高压蒸气在弧形工作缸20内持续不间段地垂直冲击涡板6，直至高压蒸气由排气门排入到排气弧形缸18-1内，并经排气孔19排入到排气容腔18内，然后由排气管排出，完成该高压蒸气在涡轮缸内做功全过程。

所述圆柱形涡轮为空心涡轮。空心涡轮的设置，使得涡轮的体积不受自重的制约，使得涡轮的旋转半径即扭矩更大，其产生的机械能也更大。

图2所示为本发明实施例的涡板设置示意图。沿空心涡轮5的轴线方向均匀设置有多排涡板6每个涡板垂直于外壁向涡轮5轴心，同一轴线上两相邻的涡板6之间的缺口形成一个气道7，气道7的垂直射影在它相邻轴线方向设置另一排涡板6板面上。

图3所示为本发明实施例的进气容腔和排气容腔设置示意图。所述涡轮缸体4外壁轴线方向设置有进气孔17和进气容腔15，进气孔17与进气容腔15连通；所述涡轮缸体4外壁轴线方向还设置有排气孔19和排气容腔18，排气孔19与排气容腔18连通。

图4所示为本发明实施例的涡轮机截面图。涡轮缸体4将涡轮5扣合在其内时，涡轮5占据涡轮缸体4内部空间，使得涡轮缸体4内部呈为由涡轮缸体4内壁与涡轮5外壁间所形成的圆弧形气室空间。所述若干进气孔17所在位置的涡轮缸体4内壁及所对应的涡轮5外壁和涡轮上的涡板6围成的内部空间形成进气弧形缸15-1；所述若干排气孔19所在位置的涡轮缸体4内壁及所对应涡轮5外壁和涡轮外壁上的涡板围成的内部空间形成排气弧形缸18-1；从排气弧形缸18-1到进气弧形缸15-1之间的涡轮缸体4内壁及所对应的涡轮外壁之间的空间形成抑制反流弧形缸20-1；从进气门到排气门之间涡轮缸体4内壁及所对应涡轮5外壁之间的空间形成弧形工作缸20；所述进气门是由若干进气孔17所在位置的涡轮缸体4内壁与涡轮5外壁及两条密封基8之间所形成的矩形空间；所述排气门是由若干排气孔19所在位置的涡轮缸体4内壁与涡轮5外壁及两条密封基8之间所形成的矩形空间。

图5所示为本发明的旋轮机变向栅结构剖面图。旋轮缸体23呈圆柱形柱体，中间为工作仓，两端分别为进气仓和排气仓，所述进气仓的进气口位于柱体的圆弧形侧壁上，所述排气仓的排气口位于柱体的圆弧形侧壁上，所述进气仓和排气仓柱体底面上分别设置有圆形密封旋轮缸盖27，且密封缸盖圆心上设置有轴孔。旋轮缸体23沿中心对称轴一分为二，形成上半缸和下半缸。在工作仓段，上半缸体和下半缸体内壁沿轴线方向均设置有若干半圆形变向栅24，所述变向栅24具有若干相互平行的气道24-1，所述气道24-1与轴线成大于0°并小于90°的夹角。当上半缸体和下半缸体对合时，上半缸体和下半缸体内壁同一周线上的两个半圆环形变向栅24形成一个完整的圆环，缸体内壁轴线方向上相邻两个变向栅24之间形成圆环形汽室。

图6所示为本发明的旋轮机旋板示意图。所述空心旋轮12是由圆柱形轮体及轮体外壁同一周线上均匀分布的若干旋板13构成，且轮体外壁同一周线上均匀分布的旋板13沿轮体轴线方向排列，且每一块旋板的位置与轮体轴线成大于0°而小于90°夹角，每相邻两条周线上排列的旋板之间形成一个环形容腔。

图7所示为本发明的旋轮机组合后的结构剖面图。当旋轮缸体23将空心旋轮12扣合在其内时，缸体内壁上的环形变向栅24处在空心旋轮12上相邻两圈旋板之间所形成的环形容腔内，空心旋轮上12的旋板13处在缸体内壁相邻的变向栅24之间所形成的环形汽室空间内，并且变向栅24上的气道24-1与空心旋轮12上旋板13位置一一对应且垂直。当进气仓内高压蒸汽进入到第一个变向栅，从第一个变向栅气道流出的高压蒸汽垂直打在第一个汽室内旋板板面上，做功后的高压蒸气再进入到第二个变向栅，从第二个变向栅的气道流出的高压蒸汽再次垂直打在第二个汽室内的旋轮板板面上，依次类推，持续不间断做功，直至高压蒸汽对最后一个汽室内的旋板做完功，最后从排气仓排出，高压蒸气完成做功全过程。

图8所示为本发明的紧固装置剖面结构图，图9为本发明的紧固装置的锁板平面示意图。所述紧固装置11包括圆环形锁板11-1、卡套11-2和卡阶11-3，所述旋轮12和涡轮5底面圆心设置有一体连接的卡套11-2，所述转轴上设置有一体连接的同心圆卡阶11-3，且卡阶11-3在对应的卡套11-2内。所述圆环形锁板11-1上开设有螺孔，且锁板上开设的11-1螺孔与卡阶11-3、旋轮12和涡轮5圆形底面上设置的螺孔位置一一对应，使锁板11-1将卡阶11-3与旋轮12或涡轮5由螺栓固定在一起，锁板11-1的设置使得转轴9与旋轮12或涡轮5连接得更加紧固，防止转轴与旋轮或涡轮发生松动而产生的震动。

本实施例中，抑制反流弧形缸内高压蒸气受到高速旋转涡轮板拍打和挤压，使高压蒸气随高速旋转的涡板推入到进气弧形缸15-1内，避免进气弧形缸内高压蒸气沿就近排气门排出导致的热能流失，从而提高涡轮机的热效率。

高压蒸气在弧形工作缸15-1内运动方向与涡轮5轴线垂直；高压蒸气由进气门注入到弧形工作缸15-1内，做功后由排气门排出，高压蒸气在弧形工作缸内做圆周运动；高压蒸气在弧形工作缸内的冲击方向始终与向心的涡板6板面垂直，高压蒸气的运动方向与涡板6的旋转方向一致，使涡板产生的机械能最大，本实施例中的涡轮机完全应验了台风原理和特征,且完全改变了风车原理的特征。

旋轮缸体23内壁沿轴线方向设置有若干圆环形变向栅24，变向栅24具有若干相互平行的变向栅气道24-1，变向栅气道24-1与旋轮缸体23轴线方向成大于0°并小于90°的夹角，人为地改变高压蒸汽的运动方向，使高压蒸汽以与轴线方向成0°并小于90°的夹角，沿汽缸体内壁与旋轮外壁间所形成圆环形空间做螺旋运动，使高压蒸气在汽缸内运行路径更长，使热能得到重复循环利用，从而规避了高压蒸气在汽缸内形成直射气流，使得高压蒸汽在汽缸内运动路径最短，热能不能重复循环利用的弊端，从而改变了风车原理的第二特征。

旋轮缸体23内壁沿轴线方向设置有若干圆环形变向栅24，变向栅24的设置，人为地改变高压蒸汽的运动方向，使高压蒸汽沿旋轮缸体23内壁与旋轮12外壁所形成的圆环形空间，以与轴线大于0°而小于90°的夹角做螺旋运动，高压蒸汽的运动方向与旋轮12的旋转方向接近，转轴9所克服的机械能小，规避了高压蒸汽的运动方向与旋轮12的旋转方向垂直的弊端，从而改变了风车原理的第三特征。

旋轮缸体23内壁沿轴线方向设置有若干圆环形变向栅24，变向栅24具有若干相互平行的变向栅气道24-1，且变向栅气道24-1与轴线成大于0°而小于90°的夹角，当旋轮缸体23将空心旋轮12扣合在其内时，旋轮缸体23内壁的变向栅24处在空心旋轮12上相邻两圈旋板13之间所形成的环形容控内，空心旋轮12上的旋板13处在旋轮缸体23上相邻的变向栅24之间所形成的环形汽室内，且变向栅24上的变向栅气道24-1与旋轮12上旋板13位置一一对应垂直，高压蒸汽进入到变向栅24，从变向栅气道24-1流出的高压蒸汽也垂直打在旋板13板面上，使得旋板13板面受力面积最大化，规避了高压蒸汽的冲击方向与叶扇片板面不能垂直的弊端，从而改变了风车原理的第四特征。

旋轮缸体23将空心旋轮12扣合在其内时，空心旋轮12占据旋轮缸体23内部空间，使旋轮缸体23内部成为一个狭小的圆环气室空间，圆环气室空间小，因此维持做功所消耗的热能少；空心旋轮12的设置，使得空心旋轮12的体积不受自重的制约，因此旋轮12的旋转半径即扭矩更大，其产生的机械能也更大；圆环气室空间小，因此在弧形缸内取消了高大叶扇片，克服了叶扇片因扇峰和扇根在单位面积内消耗的热能相同而产生的机械能不同的缺陷，因此不同于风车原理第一特征；当进气弧形缸15-1内的高压蒸气随高速旋转涡轮冲入弧形工作缸20内时，高压蒸气的运动方向与涡轮5轴线方向垂直，不同于风车原理第二特征；弧形工作缸20内高压蒸气的运动方向始终与涡轮5的旋转方向一致，使得涡轮5产生的机械能百分之百做有用功，涡轮5产生的机械能被固定连接的转轴9所克服的机械能为零，不同于风车原理第三特征；弧形工作缸20内的高压蒸气时刻改变气流的运动方向，使得高压蒸气的冲击方向始终与涡板6板面垂直，不同于风车原理第四特征。