CN1026513C

CN1026513C - 改进的蒸汽、燃气双工质气轮机

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Publication number: CN1026513C
Application number: CN 92106831
Authority: CN
Inventors: 苏艾今
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-01-31
Filing date: 1992-01-31
Publication date: 1994-11-09
Anticipated expiration: 2007-01-31
Also published as: CN1074972A

Abstract

一种改进的蒸汽、燃气双工质气轮机，由空压机、气轮机、燃烧室、蒸汽发生器、行星减速器及副减速器等组成，其改进点在于：1.在燃烧室进气口处设置一块分气隔板；2.将旋流器叶片设计成瓦槽形并向中心倾斜，将旋流器中心管前端定位于旋流器后段，并在其前方的旋流器中空处设置一块挡板，经改进后，提高了气轮机变工况时的燃烧效率，同时其热效率也由原来的40.2%提高到43-45%，即其耗油从160克/马力·小时下降到145克/马力·小时。

Description

本发明属于热力涡轮发动机类，特别适合于作为水上和陆地交通工具的动力机械。

申请人向中国专利局提出的实用新型专利申请“蒸汽、燃气双工质气轮机”（专利号：88212566.4）公开了一种由蒸汽、燃气双工质联合循环的原动机结构。这种原动机由空压机、气轮机、燃烧室及蒸汽发生器等组成，空压机与气轮机同轴，其涡壳背靠安装，燃烧室横卧于空压机与气轮机涡壳上方，空压机的出气口与燃烧室的进气口相通，燃烧室出气口与气轮机进气口相通，燃烧室由保温罩、焰管、旋流器等组成，它由旋流器中心管与喷油嘴连通，蒸气发生器为螺旋蒸发管，设置于燃烧室焰管出口与气轮机进口之间。其工作原理是：喷油嘴通过旋流器中心管将油雾喷入焰管内，空压机输送的空气，一部分由焰管壁外的流道流向燃烧室出口，一部分从旋流器旋流进入焰管与油雾混合燃烧，焰管内冲出的高温燃气将螺旋蒸发管内的水，蒸发成蒸汽，从蒸汽喷嘴中喷出与燃气混合，一道进入气轮机，使气轮机旋转而输出动力。这种原动机结构简单紧凑，热效率可达40.2%。因而节能效果非常理想，适用范围广。但由于其本身结构的限制，还存在着在工况变化时，燃烧效率不稳定的缺陷，其原因就在于：减油减水时，火焰反应快，而蒸汽喷射产生的负压减低慢（因螺旋蒸发管内存有一定量的蒸汽）;加油加水时，蒸汽喷射产生的负压上升快，进气压力与流量增加慢，这样就影响了燃烧效率的平稳性，特别是在工况变化幅度较大时，由于焰管内没有形成一个较为稳定的高温火焰炬，甚至可能出现熄火现象。

本发明的目的在于克服上述专利存在的缺陷，提供一种改进的蒸汽、燃气双工质气轮机，使其结构更加臻于成熟和完善。

本发明是在“蒸汽、燃气双工质气轮机”（专利号：88212566.4）基础上改进而成的，它包括空压机、气轮机、燃烧室和蒸汽发生器，空压机与气轮机同轴，其涡壳背靠安装，燃烧室横卧于空压机与气轮机涡壳上方，空压机出气口与燃烧室进气口相通，燃烧室出气口与气轮机进气口相通，燃烧室包括保温罩、焰管和旋流器，燃烧室由旋流器中心管与喷油嘴相通，蒸汽发生器为螺旋蒸发管，设置于燃烧室焰管出口与气轮机进口之间。其主要改进处在于：1、在燃烧室的进气口处，设置一块分气隔板，将空压机的供气分成互相隔离的两部分，使流入焰管内助油雾燃烧的空气量不受负压的影响，这样可提高燃烧效率的平稳性。2、将旋流器叶片设计成瓦槽形并向中心倾斜（倾斜角度最好设计成45°）。旋流器中心管前端位置定在旋流器后段，并在旋流器中心管前方的旋流器中空处设置一块挡板，喷油嘴的喷油位置在中心管另一端，喷出油雾，通过中心管引导入旋流器，这样就将旋流器原来只旋流空气改变成将空气与油雾混合旋流。挡板的作用就在于更好地强制油雾与空气混合旋流，在混合旋流时开始燃烧，可提高燃油的温度，使混合油气在出旋流器后化气乃至分解加剧燃烧，旋流器叶片设计成瓦槽形并向中心倾斜，可使浓度大的混合油气，通过旋流器后能聚集在焰管内中心处多次翻滚，提高温度，加剧燃烧，在焰管内形成一个炽热的高温火焰柜，这样，旋流器的作用，就由原来单独旋流空气变成了将空气与油雾混合旋流;储热加热燃油;聚集浓度大的混合油气，形成核心高温火焰炬三大作用，达到变工况时的稳定燃烧。

实验证明，这种改进后的蒸汽、燃气双工质气轮机较原机性能稳定可靠，达到本机高温燃烧、控温工作，低温排气，双工质特殊联合循环的效果，热效率由原来的40.2%进一步提高到了43%-45%，即其耗油从原来的160克/马力.小时下降到了145克/马力.小时。因而较原机更为实用，节能效果也更为显著。

下列附图提供了本发明的一个实施例：

图1是本发明的侧面结构示意图

图2是本发明正面气流过程示意图

下面结合附图对本发明进一步描述：

改进的蒸汽、燃气双工质气轮机，由空压机、气轮机、燃烧室、蒸汽发生器、行星齿轮减速器、副减速器等组成。

空压机涡壳[1]和气轮机涡壳[2]背靠相联安装，空压机有无叶扩压[3]和有叶扩压[4]，端盖与涡壳[1]相联，端盖上用八片筋板支承轴承座构成一体的端盖支承座[5]。筋板之间的孔隙为空压机进气口，轴承[6]为静压轴承，用迷宫油封[7]封油。

气轮机涡壳[2]中，有一圈导向叶片，组成喷管[8]。端盖与涡壳[2]相接，以八片筋板支承轴承座，构成端盖轴承座[9]，筋板之间的孔隙为气轮机排气口，轴承[10]为静压轴承，用迷宫油封[11]封油。气轮机排气管[12]为环状，罩在排气口四周，导向废气出排气口[13]。

空压机叶轮[14]和气轮机叶轮[15]背靠同装在主轴[16]上，主轴[16]由空压机进气口端的静压轴承[6]和气轮机端的静压轴承[10]两点支承，背靠的叶轮处于两个涡壳[1、2]相联处的正中位置。

燃烧室[17]横卧在空压机涡壳[1]和气轮机涡壳[2]上方，其进气口[18]可作成90°折角形，与空压机出气口联通，燃烧室出气口[19]为90°大弯形，与气轮机进气口联接，燃烧室[17]为内外两层，内层为焰管[21]，焰管[21]分三节由筋板焊接或铆接而成，每节相联间有空隙可进空气入内，焰管[21]进气一端接旋流器[22]，喷油嘴[23]装在燃烧室[17]外壳上，由旋流器中心管[24]与焰管[21]连通，喷油孔对准旋流器中心管[24]。点火器装在旋流器前窗口[25]处，旋流器[22]外围焰管底部，有一周小孔进空气入焰管内供燃烧，燃烧室内外层之间，有环状空气流道。

蒸汽发生器为螺旋蒸发管[26]，装在燃烧室[17]出口与气轮机进口之间的大弯管内，其进水口端伸出燃烧室壳外，由焊接螺栓[27]固定在燃烧室壳体上，与供水管相接，螺旋蒸发管[26]的另一端接蒸汽喷嘴[28]。蒸汽喷嘴[28]直伸入气轮机进气口内的正中位置。由蒸汽喷嘴[28]喷出的蒸汽与燃烧室喷出的燃气混合后共同驱动气轮机，向外输出动力。

其起动装置可选用电起动器[29]。它与空压机一端主轴[16]用牙嵌离合器[30]接合，起动时带动主轴[16]旋转。

本发明的主要改进之处在于：

1、在燃烧室[17]的进气口处设置一块分气隔板[20]，将空压机的供气分成相互隔离的两部分，一部分通过燃烧室内外层之间的环状空气流道，冷却焰管壁并分次补偿焰管内空气不足，一部分通过旋流器[22]旋流进入焰管[21]内供燃烧用，这样由于供给焰管内的空气不受负压的影响，从而提高了燃烧效率的平稳性;

2、将旋流器[22]的叶片设计成瓦槽形并以45°向中心倾斜;喷油嘴[23]喷油位置定在旋流器中心管[24]后端，并在旋流器中心管[24]前方的旋流器中空处设置一块挡板[52]，这样就将旋流器[22]原来只旋流空气改变成将空气与油雾混合旋流。挡板[52]的作用就在于更好地强制空气与油雾混合旋流。在混合旋流时开始燃烧，可提高燃油的温度，使混合油气在出旋流器[22]后，化气乃至分解，加剧燃烧，旋流器[22]的叶片设计成瓦槽形并以45°向中心倾斜，可使浓度大的混合油气通过旋流器[22]后，能聚集在焰管[21]内中心处多次翻滚，提高温度，加剧燃烧。这样，旋流器[22]的作用，就由原来单独旋流空气，变成了将空气与油雾混合旋流;储热加热燃油;聚集浓度大的混合油气，形成核心高温火焰炬三大作用，达到了变工况时的稳定燃烧。

通过这些改进后，不仅稳定了变工况时的效率，而且也将其热效率由原来的40.2%提高到43%-45%，即其耗油量由160克/马力.小时进一步下降到145克/马力.小时，节能效果极为明显。

原来采用的蒸汽喷嘴[28]为单孔喷嘴，实验证明它会出现蒸汽与燃气混合不均匀现象而影响其性能的提高，现可采用双孔或呈“品”字形排列的三孔喷嘴，这种现象即可得到克服。

由于本发明的主轴[16]转速高达3.3-4万转/分，因而需采用行星减速器和副减速器减速，行星减速器采用67型圆弧齿廓齿轮。减速器外壳[31]与气轮机端盖轴承座[9]相接，主轴[16]与太阳齿轮[32]用渐开线花键联轴器[33]联接，行星齿轮[34]与轴[35]为浙开线花键配合，成为两级浮动。轴[35]的两端用高速滚动轴承[36]装在齿轮架[37]上，齿轮架[37]两端用滚动轴承[38]支承，装在壳体上。行星内齿轮圈[39]装在壳体内壁，用螺栓[40]固定止动。齿轮架[37]一端为动力输出轴[41]。

副减速器为两级降速。箱体[43]与行星减速箱端面相联，第一级齿轮[42]装在输出轴上，第二级齿轮[44、45]、轴[46]、滚动轴承[47]装在箱体中上部，第三级齿轮[48]，轴[49]，滚动轴承[50]装在箱体上部，轴[49]的两端均伸出箱体外，一端装三角皮带轮，带动发电机，另一端为花键，与三泵（机油泵、燃油泵、水泵）一体件联接，机油滤清器[51]装在副减速箱底部，用空心螺栓装出箱体外与机油泵进油孔管道联接。

本发明的工作过程如下：

马达起动带动主轴运转，空气从进气口入空压机，经叶轮压缩，通过扩压后，经过涡壳管道，送入燃烧室，燃烧室入气口处的分气隔板，将一部分空气通过旋流器及焰管周围小孔，送入焰管内供燃烧用，另一部分空气，经过燃烧室两层之间的环状空气流道，冷却焰管壁并分次补偿焰管内空气。燃料可采用柴油，用喷油嘴将油喷入旋流器中心管，导入旋流器中与空气同时旋流入焰管内燃烧。旋流器既返回旋流，又向中心聚集混合油气，促使在旋流器出口处聚集成高温火焰炬，提高核心火焰温度。起动供油的同时，用轻汽油电子火焰点火器将火焰喷入焰管内，向着旋流器出口喷射点火，一次点火，连续供油燃烧。

从水泵压出的水成雾状进入处在高温燃气中的螺旋蒸发管中化汽。蒸汽以3.5-5kgf/cm²的压力，在气轮机进气管中与燃气混合，混合气进入气轮机，经导向叶片导向，喷向叶轮叶片上做功，然后排出。

主轴的转速达3.3-4万转/分，通过行星减速器降至4000-5000转/分，输出动力，附件轴由副减速器降速至1000-1300转/分工作。

本发明的基本数据如下：

主轴转速：3.3万-4万转/分

动力输出轴转速：4000-5000转/分

附件轴转速：1000-1300转/分

起动主轴转速：2000-3000转/分

空压机供气压力：1.5-2.5kgf/cm²

蒸汽压力：3.5-5kgf/cm²

供燃油压力：5-10kgf/cm²

机油压力：2.5-4kgf/cm²

燃油消耗：140-150克/马力.小时

核心火焰温度：1500-1800℃

混合气初温：约550℃

排气温度：约200℃

供油供水比例：约1∶1

本发明对材料及工艺要求：

气轮机叶轮是关键件，处在高温、高速、受力情况下工作，叶片曲线复杂，叶轮要求轻，叶片薄，材料选用1Cr12WMoV，工艺采用精密铸造。

高速主轴：选用低合金超高强度40CrNiMoA材料，调质处理。

行星减速器齿轮，要求为6级精度。

Claims

1、一种改进的蒸汽，燃气双互质气轮机，包括空压机、气轮机、燃烧室和蒸汽发生器，空压机与气轮机同轴，其涡壳背靠安装，燃烧室横卧于空压机与气轮机涡壳上方，空压机出气口与燃烧室进气口相通，燃烧室出口与气轮机进口相通，燃烧室包括保温罩、焰管和旋流器，燃烧室由旋流器中心管与喷油嘴连通，蒸汽发生器为螺旋蒸发管，设置于燃烧室焰管出口与气轮机进口之间，其特征在于：

A、在燃烧室[17]进气口处设置了一块分气隔板[20]；

B、旋流器[22]叶片成瓦槽形并向中心倾斜，与喷油嘴[23]相通的旋流器中心管[24]前端位于旋流器[22]后段，在旋流器中心管[24]前方的旋流器[22]中空处设置了一块挡板[52]。

2、如权利要求1所述的蒸汽、燃气双工质气轮机，其特征在于螺旋蒸发管[26]的蒸汽喷嘴[28]为双孔或呈“品”字形排列的三孔喷嘴。