CN104747351B - 水蒸气动力装置 - Google Patents

Abstract

本发明给出一种水蒸气动力装置，它的结构包括：膨胀器、喷射器、涡轮机和控制装置；少量空气经过空气阀，首先进入膨胀器；然后，高温高压水蒸气经过水蒸气阀进入膨胀器；在膨胀室器内，水蒸气膨胀，体积扩大，水蒸气推动空气，一起从膨胀器出口冲入喷射器；喷射器内水压力剧增，逆向推动进水单向阀关闭，同时，顺向推动喷水室水，冲向喷水口，急速向外喷射；射水流冲击水轮机水斗，带动叶轮旋转，并通过轮轴对外做功。

Description

水蒸气动力装置

技术领域

本发明涉及能源技术，特别是涉及到水蒸气动力装置。

背景技术

一次能源以气体燃料为主，可再生能源为辅，利用一切可以利用的资源；二次能源以分布在用户端的热电冷联产为主，其他中央能源供应系统为辅，实现以直接满足用户多种需求的能源梯级利用，并通过中央能源供应系统提供支持和补充；在环境保护上，将部分污染分散化、资源化，争取实现适度排放的目标。

分布式能源是一种建在用户端的能源供应方式，可独立运行，也可并网运行，是以资源、环境效益最大化确定方式和容量的系统，将用户多种能源需求，以及资源配置状况进行系统整合优化，采用需求应对式设计和模块化配置的新型能源系统，是相对于集中供能的分散式供能方式。

国际分布式能源联盟WADE对分布式能源定义为：安装在用户端的高效冷／热电联供系统，系统能够在消费地点(或附近)发电，高效利用发电产生的废能，生产热和电；现场端可再生能源系统包括利用现场废气、废热以及多余压差来发电的能源循环利用系统。

分布式能源具有能效利用合理、损耗小、污染少、运行灵活，系统经济性好等特点。分布式能源系统分布安置在需求侧的能源梯级利用，以及资源综合利用和可再生能源设施。通过在需求现场，根据用户对能源的不同需求，实现温度对口供应能源，将输送环节的损耗降至最低，从而实现能源利用效能的最大化。分布式能源是以资源、环境效益最大化，确定方式和容量的系统，根据终端能源利用效率最优化确定规模。

分布式能源采用先进的能源转换技术，尽力减少污染物的排放，并使排放分散化，便于周边植被的吸收。同时，分布式能源利用其排放量小，排放密度低的优势，可以将主要排放物实现资源化再利用，例如：排放气体肥料化。

近年来，发达国家分布式能源发展迅猛。发达国家政府通过规划引领、技术支持、优惠政策，以及建立合理的价格机制和统一的并网标准，有效地推动分布式能源的发展，分布式能源系统在整个能源系统中占比不断提高，其中欧盟分布式能源占比约达10％。我国分布式能源起步较晚，主要集中在北京、上海、广州等大城市，安装地点为医院、宾馆、写字楼和大学城等，由于技术、标准、利益、法规等方面的问题，主要采用“不并网”或“并网不上网”的方式运行。

分布式能源技术是未来世界能源技术的重要发展方向，它具有能源利用效率高，环境负面影响小，提高能源供应可靠性和经济效益好的特点。分布式能源是最能体现节能、减排、安全、灵活等多重优点的能源发展方式。″十二五″规划明确提出，大力促进分布式能源系统的推广应用，国内优秀的分布式能源行业企业，愈来愈重视对行业市场的研究，特别是对公司发展环境和需求趋势变化的深入研究。

分布式能源技术是中国可持续发展的必须选择。中国人口众多，自身资源有限，按照目前的能源利用方式，依靠自己的能源是绝对不可能支撑13亿人的“全面小康”。使用国际能源不仅存在着能源安全的严重制约，而且也使世界的发展面临一系列新的问题和矛盾。中国必须立足于现有能源资源，全力提高资源利用效率，扩大资源的综合利用范围，而分布式能源无疑是解决问题的关键技术。

我国已经有多家分布式能源专业化服务公司，大部分已建项目运行良好，天然气分布式能源在我国已具备大规模发展的条件。

发展分布式能源的重要意义有以下几方面：

(1)经济性

由于分布式能源可用发电的余热来制热、制冷，因此能源得以合理的梯级利用，从而可提高能源的利用效率(达70％，90％)。由于分布式电源的并网，减少或缓建了大型发电厂和高压输电网，缓建了电网而节约投资。同时，使得输配电网的潮流减少，相应的降低了网损。

(2)环保性

因其采用天然气做燃料或以氢气、太阳能、风能为能源，故可减少有害物的排放总量，减轻环保的压力。大量的就近供电减少了大容量远距离高电压输电线的建设，由此不但减少了高压输电线的电磁污染，也减少了高压输电线的征地面积和线路走廊，减少了对线路下树本的砍伐，有利于环保。

(3)能源利用的多样性

分布式发电可利用多种能源，如清洁能源(天然气)、新能源(氢)和可再生能源(风能和太阳能等)，并同时为用户提供冷、热、电等多种能源应用方式，因此是解决能源危机、提高能源利用效率和能源安全问题的一种很好的途径。

(4)调峰作用

夏季和冬季往往是负荷的高峰时期，此时如采用以天然气为燃料的水蒸气轮机等冷、热、电三联供系统，不但可解决冬夏季的供冷与冬季的供热需要，同时也提供了一部分电力，由此可对电网起到削峰填谷作用。此外，也部分解决了天然气供应时的峰谷差过大问题，发挥了天然气与电力的互补作用。

(5)安全性和可靠性

当大电网出现大面积停电事故时，具有特殊设计的分布式发电系统仍能保持正常运行，由此可提高供电的安全性和可靠性。

(6)电力市场问题

分布式发电可以适应电力市场发展的需要，由多家集资办电，发挥电力建设市场、电力供应市场的竞争机制。

(7)投资风险

分布式发电的装机容量一般较小，建设周期短，因此可避免类似大型发电站建设周期带来的投资风险。

(8)边远地区的供电问题

我国许多边远及农村地区远离大电网，因此难以从大电网向其供电。采用太阳能发电、风力发电和生物质能发电的独立发电系统，不失为一种优选方法。

大力推广分布式能源，对于改善大气环境，减少雾霾，还我蓝天，是一个强有力措施。但当前，有几方面的因素影响了分布式能源的发展，其中的一个重要因素就是建设分布式能源的初投资很大，特别是其中的动力装置价格昂贵，使许多人望而却步。

发明内容

本发明的目的是要给出一种适用于分布式能源的水蒸气动力装置。

一种水蒸气动力装置，它的结构包括：膨胀器、喷射器、涡轮机和控制装置；在控制装置作用下，高温高压水蒸气进入膨胀器膨胀后，从膨胀器出口冲出，进入喷射器喷射，推动涡轮机对外做功，其特征在于：

(1)所说的喷射器，它是利用高温高压水蒸气推水流动的水蒸气喷水装置；

(2)所说的涡轮机，它是冲击式水斗水轮机。

所述膨胀器，它的外形为圆管状，竖直设置，它的结构包括：水蒸气入口、水蒸气阀、膨胀室、空气入口和空气阀；少量空气从空气入口进入，经过空气阀，进入膨胀室；然后，高温高压水蒸气经过水蒸气入口进入膨胀器，在膨胀室内，水蒸气膨胀，体积扩大，水蒸气推动空气，一起从膨胀器出口高速冲出。

所述喷射器，它的外形为管状，水平设置，它的结构包括：进水口、进水单向阀、水蒸气口、喷水室和喷水口；低压水从进水口进入喷射器，经过进水单向阀，再贴边路过水蒸气口，进入并充满喷水室，最后抵达喷水口；当膨胀器的水蒸气膨胀，推动空气，一起从水蒸气口冲入喷水室，喷水室内水压力剧增，逆向推动进水单向阀关闭，同时，顺向推动喷水室水，冲向喷水口，急速向外喷射。

所述涡轮机，它是冲击式水斗水轮机，它的结构包括：水斗、叶轮和轮轴；当喷水室通过喷水口急速向外喷水，直接冲击水轮机水斗，带动叶轮旋转，并通过轮轴对外做功。

所述控制器，它是控制膨胀器内的水蒸气阀开闭的装置，它的结构包括：变频器、齿轮减速电机和槽轮传动机构；变频器接通电源后，调控齿轮减速电机的转数，齿轮减速电机带动槽轮传动机构的驱动轮，驱动轮由缺口圆盘和两个曲柄构成，驱动轮带动从动轮，从动轮有四个径向槽道，从动轮带动水蒸气阀，一次转动90度，从全开到全闭，或从全闭到全开。

本发明的优点是：

1、本发明的水蒸气动力装置，可用于分布式能源，代替其中的蒸汽轮机装置，具有同样高的热效率。

2、本发明水蒸气动力装置，设备少，体积小，重量轻，便于维护。

3、本发明的水蒸气动力装置的水轮机是在常温下工作，不需要昂贵的耐高温合金材料；水轮机转速低，震动较小；水轮机壳体内的水压低，壳体抗压强度要求低。

4、本发明的水蒸气动力装置，能量转换机构简单，制造容易，投资小，操作简便，工作可靠。

附图说明

图1是本发明水蒸气动力装置实施例的水蒸气动力装置结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细描述。

图1给出了本发明水蒸气动力装置实施例的水蒸气动力装置结构，它包括四部分：膨胀器100、喷射器200、涡轮机300、控制装置400。

膨胀器100外形为圆管状，竖直设置，它是水蒸气膨胀器，它的结构包括：水蒸气入口110、水蒸气阀120、膨胀室135、空气入口125和空气阀130。

少量空气，从空气口125进入，经过空气阀130，进入膨胀室135，作为空气垫，防止水蒸气溶入水中；然后，从锅炉引来的高温高压水蒸气，经过水蒸气入口110进入膨胀器100，通过水蒸气阀120进入膨胀室135；在膨胀室135内，水蒸气膨胀，体积扩大，水蒸汽推动空气，一起从膨胀室135冲出，向下进入喷射器200。

喷射器200外形为管状，水平设置，它的结构包括：进水口210、进水单向阀220、水蒸气口225、喷水室235和喷水口230。

低压水从进水口210进入喷射器，经过进水单向阀220，再贴边路过水蒸气口225，进入并充满喷水室235，最后抵达喷水口230。当膨胀室135内，水蒸气膨胀，体积扩大，从膨胀室135冲出，向下进入喷水室235，喷水室内水压力剧增，逆向推动进水单向阀220关闭，同时，顺向推动喷水室235水，冲向喷水口230，急速向外喷射。

涡轮机300为冲击式水斗水轮机，它的结构包括：水斗310、叶轮320和轮轴330；当喷水室的水，通过喷水口急速向外喷射，直接冲击水轮机水斗310，进行能量交换，带动水轮机叶轮320旋转，并通过轮轴330对外做功。

控制装置400是控制膨胀器100内的水蒸气阀120开闭的装置，它的结构包括：变频器410、齿轮减速电机420和槽轮传动机构430。变频器410接通电源后，调控齿轮减速电机420的转速，齿轮减速电机420带动槽轮传动机构430的驱动轮，驱动轮是有缺口的圆盘和两个曲柄，驱动轮带动从动轮，从动轮是有四个径向槽道的星形轮，从动轮带动水蒸气阀120。驱动装置400的功能是每一次使水蒸气阀120转动90度，从全开到全闭；或从全闭到全开。从动轮每一次快速旋转90度，带动水蒸气阀120快速旋转90度，然后水蒸气阀120在全开或全闭状态保持一段时间，再进行下一次快速旋转90度的开或闭过程。驱动轮圆盘上的两个曲柄间的夹角为任意值，从而水蒸气阀120在全开或全闭状态的保持时间段的长短可以不一样。

Claims (3)

1.一种水蒸气动力装置，它的结构包括：膨胀器、喷射器、涡轮机和控制装置；在控制装置作用下，高温高压水蒸气进入膨胀器膨胀后，从膨胀器出口冲出，进入喷射器喷射，推动涡轮机对外做功，其特征在于：

(1)所说的喷射器，它是利用高温高压水蒸气推水流动的水蒸气喷水装置；

(2)所说的涡轮机，它是冲击式水斗水轮机；

所述喷射器，它的外形为管状，水平设置，它的结构包括：进水口、进水单向阀、水蒸气口、喷水室和喷水口；低压水从进水口进入喷射器，经过进水单向阀，再贴边路过水蒸气口，进入并充满喷水室，最后抵达喷水口；当膨胀器的水蒸气膨胀，推动空气，一起从水蒸气口冲入喷水室，喷水室内水压力剧增，逆向推动进水单向阀关闭，同时，顺向推动喷水室水，冲向喷水口，急速向外喷射；

所述涡轮机，它的结构包括：水斗、叶轮和轮轴；当喷水室通过喷水口急速向外喷水，直接冲击水轮机水斗，带动叶轮旋转，并通过轮轴对外做功。

2.按照权利要求1所述的水蒸气动力装置，其特征在于：所述膨胀器，它的外形为圆管状，竖直设置，它的结构包括：水蒸气入口、水蒸气阀、膨胀室、空气入口和空气阀；少量空气从空气入口进入，经过空气阀，进入膨胀室；然后，高温高压水蒸气经过水蒸气入口进入膨胀器，在膨胀室内，水蒸气膨胀，体积扩大，水蒸气推动空气，一起从膨胀器出口高速冲出。

3.按照权利要求1所述的水蒸气动力装置，其特征在于：所述控制装置，它是控制膨胀器内的水蒸气阀开闭的装置，它的结构包括：变频器、齿轮减速电机和槽轮传动机构；变频器接通电源后，调控齿轮减速电机的转数，齿轮减速电机带动槽轮传动机构的驱动轮，驱动轮由缺口圆盘和两个曲柄构成，驱动轮带动从动轮，从动轮有四个径向槽道，从动轮带动水蒸气阀，一次转动90度，从全开到全闭，或从全闭到全开。