CN109519281A - 一种用于动力转换、发电的高效气汽轮机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于动力转换、发电的高效气汽轮机，包括机体、燃烧系统、驱动系统、冷却系统和排废系统；排废系统将产生的热量和蒸汽循环利用、将少量废气净化后排出，废酸处理循环回收，以及未被汽化的废渣再由他处利用。本发明在利用硝化燃料燃烧形成的热量、气体射流和蒸汽膨胀气体转化而成的机械能时，可将未转化完毕的热量以及蒸汽输送给蒸汽过滤整理系统，由蒸汽轮机再次转换，形成两次能量转换，采用双轴双拉轮密封腔提高了能量转化率，降低了拉轮负载，增强了设备可靠度和耐酸腐能力，运行更加可靠，节约资源并保护了环境。
Description
技术领域
本发明属于气汽轮机领域，具体涉及一种用于动力转换、发电的高效气汽轮机。
背景技术
经过长期实践和不断改进提高，将能量进行相互转化的机械应用成熟种类很多，比如，汽、柴油内燃机，是用石油提炼的汽、柴油为燃料作能源，由活塞、连杆、曲轴、气缸体气缸盖配气机构等组成，采用二冲程、四冲程作功方式，由活塞、连杆、曲轴机构将燃料燃烧后的热能空气膨胀功转换为旋转功；需用新鲜空气经过压缩分子间碰撞摩擦发热，氧气与碳化燃料温合点火后燃烧，作功以后的气体和热量排放于大气中，热效率41.5％左右，燃空比为1：8-22，效率较低污染严重。斯特林发动机属于外燃机，膨胀室、压缩室、加热器、冷却室、再生器的成本高，热量损失是内燃机的2-3倍，没有得到广泛使用。蒸汽机为人类的工业化做出了很大的贡献，由于效率低污染环境严重正逐步退出使用；燃气轮机加蒸汽轮机联合循环，是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，它是以天燃气和液体碳化燃料为主，经过同一主轴上的叶片多级压缩后的空气与燃料混合后，燃烧是把化学能转化为机械能，效率可达63.5％；但是碳化燃料与天燃气必须要与氧气混合后燃烧的传统方式也造成一定的污染，还受燃料数量与成本的限制不能满足长期大量使用的要求；电动机、发电机是电能和势能可以进行交叉转换的机械。目前没有一种机械能够将热能、空气射流动能，含酸量、耐热、固体颗粒物数量偏大的恶劣工况下进行高效能量转换的机械，能长期可靠稳定的运行是本领域研究的重点。由于工质的特殊性在能量转化过程中，存在废酸和废渣等废弃物，若不对废酸和废渣做合适的处理也容易导致设备的耐久性和物质的浪费，甚至造成环境污染。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种用于动力转换、发电的高效气汽轮机，该气汽轮机在利用硝化燃料燃烧形成的热能气体射流和蒸汽膨胀气体转化而成的机械能，适应含酸量偏高同时承载高温高压射流动能进行转换的机械，可同时将拉轮未转化完毕的热量以及蒸汽再次加热水或二氧化碳气体进行过滤整理后驱动汽轮机形成二次联合能量转换，采用主拉轮和副拉轮对称布置的双轴双拉轮结构降低了部件的荷载，使得密封型腔中提高了能量转换效率，并且对废气、废酸和废渣进行循环使用或净化排放，提高了能量转化率。保证了稳定的运行，保证了发电的效率，节约了资源，保护了环境。
为了达到上述的目的，本发明所采用的技术方案是：
一种用于动力转换、发电的高效气汽轮机，包括机体、燃烧系统、驱动系统、冷却系统和用于处理余热、废气、废酸和废渣的排废系统；
所述机体包括上缸体、下缸体、前上轴承支架、前下轴承支架、后上轴承支架、后下轴承支架和机体支架；上缸体和下缸体活动连接，上缸体和下缸体内部形成空腔，上缸体两端连接有前上轴承支架和后上轴承支架，下缸体两端连接有前下轴承支架和后下轴承支架；空腔内部设有多个均匀布置的拉轮机构，所述拉轮机构包括上拉轮缸盖和下拉轮缸盖，所述上拉轮缸盖和下拉轮缸盖内部包括主拉轮和副拉轮，所述主拉轮和副拉轮对称布置；所述下拉轮缸盖的中间设有燃汽喷嘴；
所述驱动系统包括盘车装置、动力系统、主轴、副轴、前主轴承、前副轴承、后主轴承、后副轴承和中间轴承；前上轴承支架和前下轴承支架之间设有前主轴承和前副轴承，后上轴承支架和后下轴承支架之间设有后主轴承和后副轴承；所述主轴和副轴位于空腔内部且分为将各个主拉轮和副拉轮串接在一起，主轴的两端穿过前主轴承和后主轴承分别与动力系统和盘车装置相连，副轴的两端穿过前副轴承和后副轴承两端分别与动力系统和盘车装置相连，所述主轴和副轴的中间均设有中间轴承；
所述排废系统将产生的热量和蒸汽循环利用、将废气进行净化后排出、将废酸进行处理循环回收以及将未被汽化的废渣再由他处利用。
进一步的是，所述冷却系统包括冷却水循环系统、冷却喷淋器；所述上缸体下方设有多个冷却喷淋器，所述冷却喷淋器分别位于各个上拉轮缸盖的上方；所述冷却水循环系统包括冷却水箱、冷却进水口、冷却出水口和冷却水循环处理装置，所述冷却水箱位于机体外部且与冷却进水口相连，所述冷却进水口和冷却出水口分别位于下拉轮缸盖两侧，所述主拉轮和副拉轮的两侧分别设有冷却进水口和冷却出水口，所述冷却水出水口与冷却水循环处理装置相连；通过冷却系统将内部余热的热量转化至水中，不仅达到了冷却的目的，也可将带有热量的水用于电厂其它工段中，大大减少了热量的浪费，达到了热量循环的目的；
进一步的是，所述排废系统包括高压喷吹管、中低压排渣管和排输气管，所述高压喷吹管、中低压排渣管和排输气管均位于下拉轮缸盖侧壁，主拉轮和副拉轮下方均设有高压喷吹管、中低压排渣管和排输气管；通过高压喷吹管对剩余高温高压的射流进行收集，实现过余高温高压射流的再次利用；通过中低压排渣管对能量转换产生的废液和废渣进行收集，通过后续对废液和废渣的处理实现废酸的重复循环使用；通过排输气管对废气进行收集，经过后续净化处理之后排出。
进一步的是，所述燃烧系统位于机体的下方，燃烧系统包括由下而上依次连接的燃烧器、燃汽整理器和燃汽喷管，所述燃汽喷管与燃汽喷嘴相对应；在进行使用时，燃烧器将硝化燃料燃烧后通过燃汽喷管由燃汽喷嘴进入。
进一步的是，所述动力系统包括主副轴转速约束齿轮箱、动力传动机构和前端保护罩，所述主副轴转速约束齿轮箱包括与主轴相连的主轴联动驱动齿、与副轴相连的副轴联动驱动齿和位于主轴联动驱动齿、副轴联动驱动齿中间的传动齿轮，主轴联动驱动齿、传动齿轮和副轴联动驱动齿相互啮合。
进一步的是，所述上缸体的中间顶部设有输汽管，所述输汽管与高压喷吹管连通；经高压喷吹管收集的高温高压射流或膨胀蒸汽由输汽管再次进入，可让剩余的高温高压射流和膨胀蒸汽再次对拉轮做功，提高能量转换率。
进一步的是，该气汽轮机包括废气净化处理装置和废气排放系统，所述废气净化处理装置与排输气管相连；能量转换后形成的废气由排输气管排送至废气净化处理装置进行净化处理，并由废气排放系统排出。
进一步的是，所述气汽轮机包括渣液过滤净化系统，所述渣液过滤净化系统与中低压排渣管连通，所述渣液过滤净化系统包括排渣管和废酸回收循环装置；由中低压排渣管排出的渣液混合物通过渣液过滤进化系统进行过滤分离，废渣通过排渣管排出，废酸由废酸回收循环装置进行回收再次利用。
进一步的是，所述燃气整理器上设有燃气排渣口。
进一步的是，该气汽轮机包括对燃烧系统、动力系统、冷却系统和排废系统进行监测与控制的中央控制器。
进一步的是，所述拉轮机构的组数可以根据负荷特性和输出功率的要求进行选择，并且可进行单组或并联多组进行使用。
进一步的是，该汽轮轮机的各个摩擦副之间均通有润滑油。
本发明的有益效果是：
该气汽轮机在利用硝化燃料燃烧形成的气体射流和蒸汽膨胀气体转化而成的机械能时，可同时将拉轮未转化完毕的热量以及蒸汽再次循环使用，形成多次能量转换，并且对废气、废酸和未被汽化的废渣再由他处利用或净化排放，提高了能量转化率，节约了资源，保护了环境；
高温高压混合射流和蒸发膨胀气体形成的绕流，一起作用在气汽轮机的拉轮叶面上，由于混合射流与拉轮的速度矩改变，拉轮旋转容积增加产生积分焓降，进行能量交换，拉轮带动主轴向外输出旋转动力；在拉轮叶槽里的气体，在继续蒸发膨胀和拉轮离心力的作用下，将混合气流运送并输出井下二次能量转换；并且可对未进行做功发生能量转换的高温高压射流进行输送给蒸汽过滤整理系统，由蒸汽轮机再次转换，形成两次能量转换再次利用，让剩余高温高压射流再次对拉轮做功进行能量交换，生成机械能，提高能量利用率，保证硝化燃料的能量转化率高达87％；通过冷却系统达到冷却目的的同时，将蒸汽冷却成水雾，让水雾再次被加热成蒸汽进行膨胀，实现能量的持续转换，并且蒸汽放热，冷却水吸热，冷却水吸收剩余蒸汽的热量可用于原料制备等其它用途，提高能量利用率，减少能量的浪费；
在气汽轮机中产生的废气由排输气管输送至废气净化处理装置，经废气净化处理装置净化处理之后由废气排放系统排出；产生的废渣和废液通过中低压排渣管排至渣液过滤净化系统，经渣液过滤净化系统过滤净化处理之后，废渣通过排渣管排出，废酸通过废酸回收循环装置进行回收再次利用，进行硝化燃料的制备；
该气汽轮机的排废系统可将硝化燃料能量转换所产生的余热、废气和废液进行循环再次利用，减少能量和资源的浪费，实现了资源的可循环利用，在降低资源消耗的同时也达到了高能量转换率，进一步提高了发电的效率。
附图说明
图1是气汽轮机的示意图；
图2是拉轮的示意图；
图3是气汽轮机的前侧视图；
图4是该发明的冷却系统流程图；
图5是该发明的排废系统流程图。
图中：1、机体支架；2、下缸体；3、后下轴承支架；4、后主轴承；5、主轴；6、副轴；7、燃烧器；8、燃汽整理器；9、燃汽喷管；10、燃汽喷嘴；11、冷却进水口；12、冷却出水口；13、冷却水箱；14、前下轴承支架；15、动力传动机构；16、前端保护罩；17、主副轴转速约束齿轮箱；18、前主轴承；19、前上轴承支架；20、上拉轮缸盖；21、主拉轮；22、冷却喷淋器；23、输汽管；24、中间轴承；25、上缸体；26、后上轴承支架；27、盘车装置；28、高压喷吹管；29、中低压排渣管；30、排输气管；31、主轴联动驱动齿；32、传动齿轮；33、副轴联动驱动齿。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步阐述。
在本实施例中，如图1-5所示，一种用于动力转换、发电的高效气汽轮机，包括机体、燃烧系统、驱动系统、冷却系统和用于处理余热、废气、废酸和废渣的排废系统；
所述机体包括上缸体25、下缸体2、前上轴承支架19、前下轴承支架14、后上轴承支架26、后下轴承支架3和机体支架1；上缸体25和下缸体2活动连接，上缸体25和下缸体2内部形成空腔，上缸体25两端连接有前上轴承支架19和后上轴承支架26，下缸体2两端连接有前下轴承支架14和后下轴承支架3；空腔内部设有多个均匀布置的拉轮机构，所述拉轮机构包括上拉轮缸盖20和下拉轮缸盖20-1，所述上拉轮缸盖20和下拉轮缸盖20-1内部包括主拉轮21和副拉轮21-1，所述主拉轮21和副拉轮21-1对称布置；所述下拉轮缸盖20-1的中间设有燃汽喷嘴10；
所述驱动系统包括盘车装置27、动力系统、主轴5、副轴6、前主轴承18、前副轴承、后主轴承4、后副轴承和中间轴承24；前上轴承支架19和前下轴承支架14之间设有前主轴承18和前副轴承，后上轴承支架26和后下轴承支架3之间设有后主轴承4和后副轴承；所述主轴5和副轴6位于空腔内部且分为将各个主拉轮21和副拉轮21-1串接在一起，主轴5的两端穿过前主轴承18和后主轴承4分别与动力系统和盘车装置27相连，副轴6的两端穿过前副轴承和后副轴承两端分别与动力系统和盘车装置27相连，所述主轴5和副轴6的中间均设有中间轴承24；所述动力系统包括主副轴转速约束齿轮箱17、动力传动机构15和前端保护罩16，所述主副轴转速约束齿轮箱17包括与主轴5相连的主轴联动驱动齿31、与副轴6相连的副轴联动驱动齿33和位于主轴联动驱动齿31、副轴联动驱动齿33中间的传动齿轮32，主轴联动驱动齿31、传动齿轮32和副轴联动驱动齿33相互啮合；
所述排废系统将产生的热量和蒸汽循环利用、将废气进行净化后排出、将废酸进行处理循环回收以及将废渣过滤后安全排放；所述排废系统包括高压喷吹管28、中低压排渣管29和排输气管30，所述高压喷吹管28、中低压排渣管29和排输气管30均位于下拉轮缸盖20-1侧壁，主拉轮21和副拉轮下21-1方均设有高压喷吹管28、中低压排渣管29和排输气管30；通过高压喷吹管28对剩余高温高压的射流进行收集，实现过余高温高压射流的再次利用；通过中低压排渣管29对能量转换产生的废液和废渣进行收集，通过后续对废液和废渣的处理实现废酸的重复循环使用；通过排输气管30对废气进行收集，经过后续净化处理之后排出；所述上缸体25的中间顶部设有输汽管23，所述输汽管23与高压喷吹管28连通；经高压喷吹管28收集的高温高压射流或膨胀蒸汽由输汽管23再次进入，可让剩余的高温高压射流和膨胀蒸汽再次对拉轮做功，提高能量转换率；该气汽轮机包括废气净化处理装置和废气排放系统，所述废气净化处理装置与排输气管30相连；能量转换后形成的废气由排输气管30排送至废气净化处理装置进行净化处理，并由废气排放系统排出；所述气汽轮机包括渣液过滤净化系统，所述渣液过滤净化系统与中低压排渣管29连通，所述渣液过滤净化系统包括排渣管和废酸回收循环装置；由中低压排渣管29排出的渣液混合物通过渣液过滤进化系统进行过滤分离，废渣通过排渣管排出，废酸由废酸回收循环装置进行回收再次利用；
所述冷却系统包括冷却水循环系统、冷却喷淋器22；所述上缸体25下方设有多个冷却喷淋器22，所述冷却喷淋器22分别位于各个上拉轮缸盖20的上方；所述冷却水循环系统包括冷却水箱13、冷却进水口11、冷却出水口12和冷却水循环处理装置，所述冷却水箱13位于机体外部且与冷却进水口11相连，所述冷却进水口11和冷却出水口12分别位于下拉轮缸盖20-1两侧，所述主拉轮21和副拉轮21-1的两侧分别设有冷却进水口11和冷却出水口12，所述冷却水出水口11与冷却水循环处理装置相连；通过冷却系统将内部余热的热量转化至水中，不仅达到了冷却的目的，也可将带有热量的水过于电厂其它工段中，大大减少了热量的浪费，达到了热量循环的目的；
所述燃烧系统位于机体的下方，燃烧系统包括由下而上依次连接的燃烧器7、燃汽整理器8和燃汽喷管9，所述燃汽喷管9与燃汽喷嘴10相对应；在进行使用时，燃烧器7将硝化燃料燃烧后通过燃汽喷管9由燃汽喷嘴10进入；所述燃气整理器8上设有燃气排渣口。
该气汽轮机包括对燃烧系统、动力系统、冷却系统和排废系统进行监测与控制的中央控制器，通过中央控制器对该气汽轮机的各个系统进行自动控制，保证相互之间的正常运行。
本发明在具体工作时，过程如下：
经过计量装填好的可燃混合燃料在燃烧器7中进行燃烧，燃烧可燃混合燃料所产生的高温高压气体由燃汽喷管9和燃汽喷嘴10进入对主拉轮21和副拉轮21-1做功，高温高压形成的射流在做功的同时，与冷却水雾的蒸汽体积膨胀形成的绕流作用在主拉轮21和副拉轮21-1的叶面上，带动主轴5和副轴6转动向外输出旋转动力，实现由高温高压射流和蒸汽向机械能的能量转换；与此同时，位于主拉轮21和副拉轮21-1的叶槽中的蒸汽，在继续蒸发膨胀和主拉轮21副拉轮21-1离心力的作用下，使得混合射流在输出时再次对主拉轮21和副拉轮21-1进行做功，实现了二次能量转换；高温高压射流由高压喷吹管28排出，并由顶部的输汽管23再次进入内部对主拉轮21和副拉轮21-1进行做功，达到多次能量转化，提高了能量转化率；
在对机体内部的高温蒸汽进行冷却时，冷却水通过冷却水箱13由冷却进水口11进入，冷却完毕后由冷却出水口12排出，在冷却过程中，蒸汽放热，冷却水吸热，同时冷却喷淋器22对机体进行冷却，保证其冷却效率，通过过冷却系统将内部余热量转化至水中，不仅达到了冷却的目的，也可将吸热后带有热量的水用于电厂其它工段中，在实现了良好的冷却效果的同时，大大减少了热量的浪费，达到了热量循环的目的，提高了热量利用率；
能量转换后形成的废气由排输气管30排送至废气净化处理装置进行净化处理，净化处理完毕后由废气排放系统排出；由中低压排渣管29排出的渣液混合物通过渣液过滤进化系统进行过滤分离，过滤后的废渣通过排渣管排出，废酸由废酸回收循环装置进行回收再次利用，可用于进行硝化燃料的制备，实现了重复使用的目的。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种用于动力转换、发电的高效气汽轮机，其特征在于：包括机体、燃烧系统、驱动系统、冷却系统和用于处理余热、废气、废酸和废渣的排废系统；
所述机体包括上缸体(25)、下缸体(2)、前上轴承支架(19)、前下轴承支架(14)、后上轴承支架(26)、后下轴承支架(3)和机体支架(1)；上缸体(25)和下缸体(2)活动连接，上缸体(25)和下缸体(2)内部形成空腔，上缸体(25)两端连接有前上轴承支架(19)和后上轴承支架(26)，下缸体(2)两端连接有前下轴承支架(14)和后下轴承支架(3)；空腔内部设有多个均匀布置的拉轮机构，所述拉轮机构包括上拉轮缸盖(20)和下拉轮缸盖(20-1)，所述上拉轮缸盖(20)和下拉轮缸盖(20-1)内部包括主拉轮(21)和副拉轮(21-1)，主拉轮(21)和副拉轮(21-1)对称布置；所述下拉轮缸盖(20-1)的中间设有燃汽喷嘴(10)；
所述驱动系统包括盘车装置(27)、动力系统、主轴(5)、副轴(6)、前主轴承(18)、前副轴承、后主轴承(4)、后副轴承和中间轴承(24)；前上轴承支架(19)和前下轴承支架(14)之间设有前主轴承(18)和前副轴承，后上轴承支架(26)和后下轴承支架(3)之间设有后主轴承(4)和后副轴承；所述主轴(5)和副轴(6)位于空腔内部且分为将各个主拉轮(21)和副拉轮(21-1)串接在一起，主轴(5)的两端穿过前主轴承(18)和后主轴承(4)分别与动力系统和盘车装置(27)相连，副轴(6)的两端穿过前副轴承和后副轴承两端分别与动力系统和盘车装置(27)相连，所述主轴(5)和副轴(6)的中间均设有中间轴承(24)；
所述排废系统将产生的热量和蒸汽循环利用、将废气进行净化后排出、将废酸进行处理循环回收以及将未被汽化的废渣再由他处利用。
2.根据权利要求1所述的气汽轮机，其特征在于：所述冷却系统包括冷却水循环系统、冷却喷淋器(22)；所述上缸体(25)下方设有多个冷却喷淋器(22)，所述冷却喷淋器(22)分别位于各个上拉轮缸盖(20)的上方；所述冷却水循环系统包括冷却水箱(13)、冷却进水口(11)、冷却出水口(12)和冷却水循环处理装置，所述冷却水箱(13)位于机体外部且与冷却进水口(11)相连，所述冷却进水口(11)和冷却出水口(12)分别位于下拉轮缸盖(20-1)两侧，所述主拉轮(21)和副拉轮(21-1)的两侧分别设有冷却进水口(11)和冷却出水口(12)，所述冷却水出水口(11)与冷却水循环处理装置相连。
3.根据权利要求2所述的气汽轮机，其特征在于：所述排废系统包括高压喷吹管(28)、中低压排渣管(29)和排输气管(30)，所述高压喷吹管(28)、中低压排渣管(29)和排输气管(30)均位于下拉轮缸盖(20-1)侧壁，主拉轮(21)和副拉轮(21-1)下方均设有高压喷吹管(28)、中低压排渣管(29)和排输气管(30)。
4.根据权利要求3所述的气汽轮机，其特征在于：所述燃烧系统位于机体的下方，燃烧系统包括由下而上依次连接的燃烧器(7)、燃汽整理器(8)和燃汽喷管(9)，所述燃汽喷管(9)与燃汽喷嘴(10)相对应。
5.根据权利要求4所述的气汽轮机，其特征在于：所述动力系统包括主副轴转速约束齿轮箱(17)、动力传动机构(15)和前端保护罩(16)，所述主副轴转速约束齿轮箱(17)包括与主轴(5)相连的主轴联动驱动齿(31)、与副轴(6)相连的副轴联动驱动齿(33)和位于主轴联动驱动齿(31)、副轴联动驱动齿(33)中间的传动齿轮(32)，主轴联动驱动齿(31)、传动齿轮(32)和副轴联动驱动齿(33)相互啮合。
6.根据权利要求5所述的气汽轮机，其特征在于：所述上缸体(25)的中间顶部设有输汽管(23)，所述输汽管(23)与高压喷吹管(28)连通。
7.根据权利要求6所述的气汽轮机，其特征在于：该气汽轮机包括废气净化处理装置和废气排放系统，所述废气净化处理装置与排输气管(30)相连。
8.根据权利要求7所述的气汽轮机，其特征在于：所述气汽轮机包括渣液过滤净化系统，所述渣液过滤净化系统与中低压排渣管(29)连通，所述渣液过滤净化系统包括排渣管和废酸回收循环装置。
9.根据权利要求8所述的气汽轮机，其特征在于：所述燃气整理器(8)上设有燃气排渣口。
10.根据权利要求8所述的气汽轮机，其特征在于：该气汽轮机包括对燃烧系统、动力系统、冷却系统和排废系统进行监测与控制的中央控制器。
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|---|---|---|---|
| CN201811213920.6A CN109519281A (zh) | 2018-10-18 | 2018-10-18 | 一种用于动力转换、发电的高效气汽轮机 |
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| CN109519281A true CN109519281A (zh) | 2019-03-26 |
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ID=65770890
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| CN201811213920.6A Pending CN109519281A (zh) | 2018-10-18 | 2018-10-18 | 一种用于动力转换、发电的高效气汽轮机 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115523027A (zh) * | 2021-12-21 | 2022-12-27 | 梅万伦 | 轨迹叶片燃热气轮发动机 |
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-
2018
- 2018-10-18 CN CN201811213920.6A patent/CN109519281A/zh active Pending
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