一種具有螺旋葉片的軸流流體壓力機及渦輪的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種具有螺旋葉片的軸流流體壓力機及渦輪，其前端是一具有螺旋葉片的壓氣機，其后端為一具有螺旋葉片的渦輪，螺旋體是由可依自身軸線回轉的軸體和至少一條螺旋葉片構成，螺旋葉片是由高度大于厚度的片狀物體，與軸體連接固定并沿軸體盤繞而呈螺旋狀的葉片，其盤繞的軸向距離至少大于螺距，外殼是一個包容并支承螺旋體，使螺旋體具有回轉自由度的殼體，外殼內表面與兩個相鄰的螺旋葉片或螺旋葉片在軸體上盤繞大于一周而相鄰的部分及軸體外表面之間所構成的空間即為流體的流道，該流體流道的截面積沿流體流線方向是遞減或遞增的。其最為突出的特點就是結構極其簡單，尤其是極易實現微型化，同時加工工藝性好，對材料的要求較低，因此具有良好的經濟性。
【專利說明】一種具有螺旋葉片的軸流流體壓力機及渦輪
【技術領域】:
[0001]本實用新型涉及一種具有螺旋葉片的軸流流體壓力機及渦輪。屬于軸流壓氣機，風機，泵及渦輪機械設備【技術領域】。是用于將旋轉機械能轉變成流體壓力能一風機，壓氣機，軸流泵，或將流體壓力能轉變成旋轉機械能一渦輪，水輪機，馬達的可逆性的能量轉
換裝置。
【背景技術】:
[0002]現有技術中，葉片式軸流風機或泵是常見通用設備，但一般都作為低壓大流量風機或泵使用，為提高風機或泵的出口壓力需要極高轉速和設置多級葉片。軸流葉片式馬達或渦輪因其流量耗損大而產生的扭矩較低，一般少用，為提高其能量轉換效率也需設置多級葉片和在極高轉速狀態下運行。二者在燃氣輪機中都得以充分應用。
[0003]現有技術中，螺桿泵及馬達也是常用通用設備，但雙螺桿，三螺桿泵應用更為普遍，事實上單螺桿與雙螺桿和多螺桿泵在運行機理上是有極大差異的，雙螺桿和多螺桿泵是屬于容積式能量轉換裝置。單螺桿泵及馬達在現有技術中應用較少，且多在為特定流體介質加壓中使用，然其作用原理更接近于葉片式軸流泵及馬達。截取螺桿泵及馬達的一段，它就可以看作是一個葉片式軸流泵或馬達，因此對單螺桿泵及馬達我們可以視之為特殊形態的葉片式軸流泵或馬達。然這項技術乞今未得到挖掘，發展。單螺桿具有結構簡單，構件少，加工工藝及裝配要求低，運行安全，無徑向作用力，適應高速運轉等諸多優勢。因此，改進單螺桿泵及馬達的結構和提高其工作效率，將其應用到更寬泛的【技術領域】，是科技發展的必然指向。
實用新型內容:
[0004]針對單螺桿泵及馬達的結構特征，可以令其象葉片式軸流泵或馬達一樣高速高效率運轉，從而獲得更好的技術指標。首先對于單螺桿的形態要變化為具有適當曲面的較薄的螺旋形葉片，為達到平衡的目的，可設計成多頭螺旋，從而獲得更好的技術指標。葉片式軸流泵或馬達為提高其能量轉換效率需設置多級葉片，而此處螺旋葉片則可以視之為多級葉片的連續形態。為使螺旋葉片充分產生連續多級葉片的技術效果，則必需令容腔內流體流道的截面積發生變化以形成壓力梯度，建立起了容腔內部的壓力梯度場，就能大大提高其能量轉換效率。至此我們建立起了一個既不同于多級葉片軸流泵及馬達，也不等同于螺桿泵等容積式泵及馬達的全新的能量轉換的方法。依據這個新的能量轉換的原理及方法，提出本發明一具有螺旋葉片的軸流流體壓力機及渦輪，同時由此也引出了其必要技術條件和結構特征:
[0005]本實用新型涉及一種具有螺旋葉片的軸流流體壓力機及渦輪，主要組分由螺旋體和外殼所組成，其特征在于:所述螺旋體是由可依自身軸線回轉的軸體和至少一條螺旋葉片構成，所述螺旋葉片是由高度大于厚度的片狀物體，與所述軸體連接固定并沿所述軸體盤繞而呈螺旋狀的葉片，其盤繞的軸向距離至少大于螺距，所述外殼是一個包容并支承所述螺旋體，使所述螺旋體具有回轉自由度的殼體，所述外殼內表面與兩個相鄰的所述螺旋葉片或所述螺旋葉片在所述軸體上盤繞大于一周而相鄰的部分及所述軸體外表面之間所構成的空間即為流體的流道，該流體流道的截面積沿流體流線方向是遞減或遞增的，當流體流道的截面積沿流體流線方向遞減時，其內部壓力梯度遞增，此時是工作在軸流壓氣機或泵的狀態，而當流體流道的截面積沿流體流線方向遞增時，其內部壓力梯度遞減，此時則是工作在渦輪的狀態。需要稍加說明的是:對于壓氣機或渦輪而言，將旋轉的螺旋葉片看作是靜止的，則流體與螺旋葉片之間的相對運動明顯地存在前述流體流道和流體流線。為獲得更好的能量轉換技術指標，所述螺旋體的所述螺旋葉片的一端或兩端有不同于中間部分螺旋曲面的延伸曲面及邊緣曲線。
[0006]為獲得前述流體流道的截面積沿流體流線方向是遞減或遞增的技術效果，只需令影響前述流體流道截面積的參數遞變即可，可采用下列四種方案:所列各方案可以獨立使用，也可綜合并用。
[0007]1.如前所述的具有螺旋葉片的軸流流體壓力機及渦輪，其特征在于:所述外殼的內徑相對流體進口而言，沿軸向作為流體壓力機時是遞減和作為渦輪時是遞增，所述螺旋葉片的外徑相應隨外殼的內徑沿軸向遞減和遞增。如圖1所示:當作為流體壓力機時，軸體(102)在機械力驅動下旋轉，帶動螺旋葉片(103)，使流體不斷從外殼(101)的大端進入，由于外殼(101)的直徑沿軸向逐漸收縮，而使外殼(101)的內表面與螺旋葉片(103)盤繞而相鄰的部分及所述軸體(102)外表面之間所構成的空間即流體流道的截面積沿流體流線方向遞減，流體被壓縮或壓力增加，形成連續遞增的壓力梯度場，在外殼(101)的小端獲得較大的流速和出口壓力。與之相反，作為渦輪時，壓力流體由外殼(101)的小端進入，而從大端排出時壓力降低，其壓降通過螺旋葉片(103)轉化為旋轉機械能由軸體(102)輸出。
[0008]2.如前所述的具有螺旋葉片的軸流流體壓力機及渦輪，其特征在于:所述螺旋體的所述軸體的直徑相對流體進口而言，沿軸向作為流體壓力機時是遞增和作為渦輪時則遞減，如圖2所示。
[0009]3.如前所述的具有螺旋葉片的軸流流體壓力機及渦輪，其特征在于:所述螺旋體的所述螺旋葉片的螺距相對流體進口而言，沿軸向作為流體壓力機時是遞減和作為渦輪時則遞增。如圖3所示。
[0010]4.如前所述的具有螺旋葉片的軸流流體壓力機及渦輪，其特征在于:所述螺旋體的所述螺旋葉片的厚度相對流體進口而言，沿軸向作為流體壓力機時是遞增和作為渦輪時則遞減，如圖4所示。
[0011]本實用新型所提供的具有螺旋葉片的軸流流體壓力機及渦輪，既非容積式也非葉片式能量轉換裝置，而兼有二者的特征及技術優勢，當然也需要兼顧其技術條件，尤其是容積式機械對于密封的要求。因此本實用新型同時提供一種用于具有螺旋葉片的軸流流體壓力機及渦輪的螺旋形密封件，其材料可以為金屬，非金屬或復合材料。其形狀為螺旋形與螺旋葉片相適配，其斷面呈深槽U形，可套置在螺旋葉片的邊沿，該密封件應稱為螺旋形密封件，在旋轉運動中起到密封作用，阻擋和減少由於壓力梯度的存在而由前述外殼與螺旋葉片外沿之間的間隙產生的回流。如圖5所示，該密封件外形呈螺旋形，其斷面呈深槽U形，可套置在所述螺旋葉片的邊沿，對所述外殼與所述螺旋葉片外沿之間的間隙起到密封作用，其上有定位孔用于定位。圖中標識說明:圖中e是U形槽，套置在螺旋葉片的邊沿，η是緊貼于螺旋葉片一側的密封面，C是緊貼于外殼的密封線，Π示意密封件在該點的外徑略大于該點處外殼的內徑，在彈性張力作用下緊貼于外殼的力，f2示意在旋轉運動中產生的離心力，f3示意密封件螺旋形的螺距略小于螺旋葉片螺距的彈性恢復力，這一彈性恢復力將使η面緊貼于螺旋葉片一側，f4是流體的壓力，由于螺旋葉片兩側存在壓差，也使η面緊貼于螺旋葉片一側達到密封的目的。q是定位孔，當機械運行時，密封線c上的每個點與外殼的接觸都會產生摩擦力f7，其方向為該點所在園周的切線方向，f7可分解為f5和f6，f5垂直于螺旋葉片的密封面，有利密封，f6將使密封件沿螺旋葉片作螺旋形滑移，因此設置定位孔q，卡在螺旋葉片相應位置的突起點上，以實現定位。除在螺旋形密封件一端定位外，可在適當部位設置多個定位孔，定位孔應為徑向尺寸略長的長形孔，令密封件可沿螺旋葉片作徑向滑移緊貼于外殼起到密封作用。
【專利附圖】
【附圖說明】:
[0012]圖1是具有螺旋葉片的軸流流體壓力機及渦輪的基本結構簡圖，其中:101是外殼，102是軸體，103是螺旋葉片，d表軸體直徑，Dl表不外殼一端大徑，D2表不外殼另一端小徑，P表示螺旋葉片的螺距。
[0013]圖2是具有螺旋葉片的軸流流體壓力機及渦輪的另一種結構簡圖，其中:201是外殼，202是軸體，203是螺旋葉片，dl表軸體一端小徑，d2表不軸體另一端大徑，D表不外殼直徑，P表示螺旋葉片的螺距。
[0014]圖3是具有螺旋葉片的軸流流體壓力機及渦輪的又一種結構簡圖，其中:301是外殼，302是軸體，303是螺旋葉片，d表示軸體直徑，D表示外殼直徑，pi, p2表示螺旋葉片不同的螺距。
[0015]圖4是具有螺旋葉片的軸流流體壓力機及渦輪的又一種結構簡圖，其中:401是外殼，402是軸體，403是螺旋葉片，d表示軸體直徑，D表示外殼直徑，bl，b2表示螺旋葉片不同的厚度。
[0016]圖5是一種用于螺旋葉片的密封件，其中e是U形槽，η是緊貼于螺旋葉片一側的密封面，c是緊貼于外殼的密封線，q是定位孔，
[0017]圖6是本實用新型的最佳實施例，是一個由本實用新型所提供的壓氣機和渦輪組合而成的燃氣輪機或噴氣發動機。其中:1是進氣口，2是壓氣機的螺旋葉片，3是壓氣機軸體，4是燃料噴管，5表示火焰，6是壓氣機所產生的壓縮空氣進入燃燒室的孔，7是高壓燃氣進入渦輪的通道，8是渦輪的軸體，9是渦輪的螺旋葉片，10是排氣口，11是燃料供給裝置，12是軸承，13是壓氣機外殼，14是壓氣機與渦輪之間的隔柵，15是軸承，16是渦輪的外殼
【具體實施方式】:
[0018]本實用新型的最佳實施例即如圖6所示，是一結構簡單的燃氣輪機或噴氣發動機，其前端是壓氣機，壓氣機軸體3內部空間作為燃燒室，其后端為渦輪，二者的軸體3和8緊固連為一體，壓氣機外殼13與渦輪外殼16亦緊固連為一體，通過軸承12和15支承連接軸體。燃料供給裝置11通過旋轉連接將燃料經燃料噴管4噴入燃燒室，并點燃，燃氣澎脹經高壓燃氣進入渦輪的通道7，進入渦輪，渦輪旋轉并帶動壓氣機軸體3旋轉，吸入空氣并加壓，高壓空氣由孔6進入燃燒室助燃且被加熱形成高壓燃氣，驅動渦輪，完成工作循環，高壓廢氣從尾部噴出可使之用作推進器，亦可通過軸輸出機械能。本實用新型的最佳實施例對比現有技術顯示其最為突出的特點就是結構極其簡單，尤其是極易實現小型化，微型化，使之具有重要用途前景。同時加工工藝性好，對材料的要求較低，因此具有良好的經濟性。
【權利要求】
1.一種具有螺旋葉片的軸流流體壓力機及渦輪，主要由螺旋體和外殼所組成，其特征在于:所述螺旋體是由可依自身軸線回轉的軸體和至少一條螺旋葉片構成，所述螺旋葉片是由高度大于厚度的片狀物體，與所述軸體連接固定并沿所述軸體盤繞而呈螺旋狀的葉片，其盤繞的軸向距離至少大于螺距，所述外殼是一個包容并支承所述螺旋體，使所述螺旋體具有回轉自由度的殼體，所述外殼內表面與兩個相鄰的所述螺旋葉片或所述螺旋葉片在所述軸體上盤繞大于一周而相鄰的部分及所述軸體外表面之間所構成的空間即為流體的流道，該流體流道的截面積沿流體流線方向是遞減或遞增的，當流體流道的截面積沿流體流線方向遞減時，其內部壓力梯度遞增，此時是工作在軸流壓氣機或泵的狀態，而當流體流道的截面積沿流體流線方向遞增時，其內部壓力梯度遞減，此時則是工作在渦輪的狀態，所述螺旋體的所述螺旋葉片的一端或兩端有不同于中間部分螺旋曲面的延伸曲面及邊緣曲線。
2.根據權利要求1所述的具有螺旋葉片的軸流流體壓力機及渦輪，其特征是:所述外殼的內徑相對流體進口而言，沿軸向作為流體壓力機時是遞減和作為渦輪時是遞增，所述螺旋葉片的外徑相應隨外殼的內徑沿軸向遞減和遞增，所述螺旋體的所述軸體的直徑相對流體進口而言，沿軸向作為流體壓力機時是遞增和作為渦輪時則遞減；所述螺旋體的所述螺旋葉片的螺距相對流體進口而言，沿軸向作為流體壓力機時是遞減和作為渦輪時則遞增；所述螺旋體的所述螺旋葉片的厚度相對流體進口而言，沿軸向作為流體壓力機時是遞增和作為渦輪時則遞減。
3.根據權利要求1所述的具有螺旋葉片的軸流流體壓力機及渦輪，其特征是:所述螺旋葉片配置有螺旋形密封件，該密封件外形呈螺旋形，其斷面呈深槽U形，可套置在所述螺旋葉片的邊沿，對所述外殼與所述螺旋葉片外沿之間的間隙起到密封作用，其上有定位孔用于定位。
【文檔編號】F04D29/38GK203614428SQ201320460215
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年7月31日 優先權日:2013年7月31日
【發明者】郭仁發 申請人:郭仁發