[發明專利]一種氣動水輪機

無效

• 申請號: 201210386757.X
• 申請日: 2012-10-14
• 公開（公告）號: CN102865180A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 孫培巖;滿長忠;唐云榜;趙百東;肖旻;孫新雨
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: F03B13/00
• 分類號: F03B13/00;F03B1/00;F01D15/00;F01D1/02;F15B3/00
• 代理公司: 大連星海專利事務所 21208
• 代理人: 花向陽

技術領域

本發明涉及一種氣動水輪機，其工作介質水通過高壓氣體獲取能量，屬于能源與動力技術領域。

背景技術

隨著汽車工業的發展，能源和環保問題日益突出，清潔替代能源的研究在世界各地普遍引起高度重視。電動車的發展由于巡航里程的制約以及蓄電池的壽命和報廢污染問題目前遇到瓶頸。氣動發動機的研究最近引起人們極大興趣，有了很大的發展。壓縮空氣的比能量與一般電池不相上下，氣動發動機可作為真正意義上的零排放發動機，充氣時間很短并且安全，氣動發動機壽命很長，碳纖維材料的應用使高壓氣體汽車的安全性得到保障，但是氣動發動機的低效率又使人們對其在汽車上的應用產生了懷疑。

氣動發動機主要有往復活塞式、葉片式、旋轉活塞式等，無論那一種結構形式的發動機其能量損失包括：

1.節流損失：高壓減壓閥節流產生的損失約占到接近總量的1/5。且隨減壓比的提高而增大。

2.氣體泄漏損失：泄漏損失在損失的總量中雖然較小，但隨泄漏系數的增大將迅速增大。

3.尾氣損失：由于氣動發動機膨脹比較小，尾氣壓力排放較高，損失了大量的能量，同時膨脹過程為絕熱過程，因此尾氣排放時的損失占到接近總量的50%。

因此，真正用于對外做功的能量不足1/3，考慮到發動機工作在不同工況的效率，總體上高壓氣體的能量利用率不足15%。如果考慮到氣動馬達工作需要一定的壓力，那么高壓氣罐內留有一定壓力的剩余氣體又占有一部分能量。盡管這部分能量不算損失，對于汽車的巡航里程還是有很大影響。

發明內容

本發明的目的在于設計一種氣動水輪機，讓高壓氣體的能量傳遞給水，得到能量的水推動水輪機做功，由于水輪機效率很高，可達到96%，又由于高壓氣體膨脹速度減慢，使其有充分時間從外界吸收熱量，接近等溫膨脹；氣-水能量轉換過程中由于其壓力差很小，無氣體泄漏損失；不必將高壓空氣減壓，因此節流損失也很小；當高壓罐壓力降至某一值時，可直接驅動氣輪機。

本發明采用的技術方案是：一種氣動水輪機，它包括一個高壓氣罐，它還包括一個能量轉換器、一個氣輪機和一個水輪機，氣輪機設有氣輪機轉子，水輪機設有水輪機轉子；所述能量轉換器采用二個氣液工作缸，每個氣液工作缸采用活塞把封閉缸分割為氣腔和水腔，一個連接軸穿過密封填料函進入水腔把二個氣液工作缸的活塞連接在一起；所述高壓氣罐經電磁閥采用管道連接封閉缸的氣腔，封閉缸的氣腔經電磁閥采用管道連接氣輪機的氣輪機噴嘴；所述水輪機設有水箱，水箱經單向閥采用管道連接封閉缸的水腔，封閉缸的水腔經單向閥采用管道連接水輪機的水輪機噴嘴。

所述氣輪機轉子和水輪機轉子設置在同一個輸出軸上。

所述水箱設置在水輪機的殼體下部。

所述高壓氣罐經高壓空氣電磁閥采用管道分別連接第一氣腔的第一進氣電磁閥和第二氣腔的第二進氣電磁閥，第一氣腔的第一排氣電磁閥和第二氣腔的第二排氣電磁閥分別采用管道連接氣輪機噴嘴。

所述水輪機的水箱采用管道經第一進水單向閥連接第一水腔和經第二進水單向閥連接第二水腔，第一水腔的第一出水單向閥和第二水腔的第二出水單向閥分別采用管道連接水輪機噴嘴。

采用上述技術方案的氣動水輪機，在一個氣液工作缸的進氣電磁閥打開時，高壓空氣進入該氣液工作缸的氣腔，高壓空氣能量通過活塞傳給該氣液工作缸水腔中的水介質，使低壓水變為高壓水，高壓水打開出水單向閥，通過水輪機噴嘴將壓力能變為動能，推動水輪機轉子旋轉。充入一定量高壓空氣后，關閉進氣電磁閥，高壓空氣膨脹。同時，該氣液工作缸的活塞移動，也推動另一氣液工作缸的活塞移動，打開另一缸排氣電磁閥，一定壓力的膨脹氣體通過氣輪機噴嘴，推動氣輪機轉子旋轉，同時通過單向閥吸入水，為下一工作過程做準備。