CN209228489U - 一种清洁能源水循环零排放火箭发动机燃烧器发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种清洁能源水循环零排放火箭发动机燃烧器发电系统，包括依次连接的火箭发动机燃烧室、涡轮、电机，还包括冷凝器、分离器，冷凝器连接在涡轮上，分离器连接冷凝器，分离器通过水管再连接火箭发动机燃烧室、涡轮。本实用新型的有益效果：火箭发动机燃烧室注入的水及冷却用水在高温作用下变为过热蒸汽，过热蒸汽可以对涡轮段做功，涡轮轴带动电机轴，从而将机械能转化为电能，而由涡轮输出的低温低压混合气体，经过冷凝器、分离器，将水与二氧化碳分离出，通过水管可以参与燃烧、燃烧室冷却、涡轮冷却，二氧化碳可以收集起来，水循环系统使得水可以重复利用，提高整个燃烧室的热利用率，是一种清洁能源新的发电装置，非常环保。

Description

一种清洁能源水循环零排放火箭发动机燃烧器发电系统

技术领域

本实用新型涉及一种发电装置，尤其涉及的是一种清洁能源水循环零排放火箭发动机燃烧器发电系统。

背景技术

现有效率较高的发电机组多为燃气轮机发电机组，燃气轮机发电机组整体结构复杂，燃气轮机由压气机、燃烧室和涡轮组成，涡轮为主要做功部件，而压气机部件需要对空气进行增压做功，会消耗大量的涡轮功，效率偏低，燃气轮机应用燃油或燃气等与空气进行燃烧反应，由于空气中含有大量的氮气，燃烧过程易产生氮氧化物等污染性气体。普通火箭发动机由于内部火焰温度极高，燃烧室及喷管结构难以承受其高温，可靠工作时长较短，且燃烧过程中产生大量废气，高温气体也没有得到有效利用。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供了一种解决上述背景技术中结构复杂、效率低、易产生污染物的一种清洁能源水循环零排放火箭发动机燃烧器发电系统及采用该燃烧室的动力驱动装置。

本实用新型是通过以下技术方案解决上述技术问题的：本实用新型公开一种清洁能源水循环零排放火箭发动机燃烧器发电系统，包括依次连接的火箭发动机燃烧室、涡轮、电机，还包括冷凝器、分离器，冷凝器连接在涡轮上，分离器连接冷凝器，分离器通过水管再连接火箭发动机燃烧室、涡轮。

优选的，火箭发动机燃烧室包括依次连接的喷注器、火焰筒；所述喷注器的一侧设有燃料入口管、注水管、液氧入口管，另一侧设有对准火焰筒内的燃料喷管、水喷管、液氧喷管，注水管连接分离器。

优选的，所述喷注器包括三个层叠在一起的燃料层、注水层、液氧层，燃料层、注水层、液氧层的内部均为空腔，燃料入口管设置在燃料层的空腔一侧，另一侧设有燃料喷管，注水管设置在注水层的空腔的一侧，另一侧设有水喷管，液氧入口管设置在液氧层的空腔的一侧，另一侧设有液氧喷管。

优选的，所述火焰筒包括至少两个能够拆卸连接的分筒，所述分筒为直筒型或者变直径结构，相邻分筒之间采用法兰连接，每一个分筒上均设有第一进水管，第一进水管连接分离器。

优选的，所述分筒包括外壁、内壁，外壁与内壁之间构成储水腔室，第一进水管设在在外壁上，内壁设有气膜孔，外壁为两个半圆形结构对接而成。

优选的，还包括高速喷管，所述高速喷管包括至少两个能够拆卸连接的分管，所述分管为变直径结构，相邻分管之间采用法兰连接，每一个分管上均设有第二进水管，第二进水管连接分离器。

优选的，所述分管包括外层、内层，外层与内层之间构成储水腔室，第二进水管设置在外层上，内层设有气膜孔，外层由两个镜像的结构对接而成。

优选的，还包括空气分离器，安装在液氧入口管前。

优选的，还包括整流锥，整流锥安装在涡轮前端。

本实用新型相比现有技术具有以下优点：

(1)火箭发动机燃烧室上喷注器注入的水及火焰筒冷却用的水在高温作用下变为过热蒸汽，蒸汽及燃烧反应生成的水及二氧化碳共同构成燃气，其中水蒸气占绝大部分，过热蒸汽可以对涡轮段做功，涡轮轴带动电机轴，从而将机械能转化为电能，而由涡轮输出的低温低压混合气体，经过冷凝器、分离器，将水与二氧化碳分离出，一部分水可以通过水管连接火箭发动机燃烧室及涡轮，可以参与燃烧、燃烧室冷却、涡轮冷却，二氧化碳可以收集起来，此水循环系统使得水可以重复利用，提高整个燃烧室的热利用率；

(2)本实用新型中的火焰筒、高速喷管均采用分段式连接，由于内部延火焰方向温度分布不同，可根据温度分布将燃烧管壁分为高温区及次高温区，高温区外管壁寿命更小，从而到达寿命后只需更换此高温区的燃烧喷管，从维修维护角度燃烧室的更换成本更低，重复利用率高；

(3)设置第一进水管、第二进水管，有利于外壁冷却水压力的均匀分布，能够分段式的调节该发动机燃烧室的温度，冷却效果好。

附图说明

图1是本实用新型实施例一种清洁能源水循环零排放火箭发动机燃烧器发电系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例中喷注器的结构示意图；

图3是本实用新型实施例一火箭发动机燃烧室的爆炸示意图；

图4是本实用新型实施例二火箭发动机燃烧室的爆炸示意图。

图中标号：火箭发动机燃烧室1、喷注器11、燃料层111、燃料入口管1111、燃料喷管1112、注水层112、注水管1121、水喷管122、液氧层113、液氧入口管1131、液氧喷管1132、火焰筒12、分筒121、外壁1211、内壁1212、气膜孔12121、第一进水管1213、高速喷管13、分管131、外层1311、内层1312、第二进水管1313、

涡轮2、电机3、冷凝器4、分离器5、空气分离器6、整流锥7。

具体实施方式

下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

实施例一：

如图1所示，结合图2、3所示，本实用新型公开一种清洁能源水循环零排放火箭发动机燃烧器发电系统，包括依次连接的火箭发动机燃烧室1、涡轮2、电机3，还包括冷凝器4、分离器5，冷凝器4连接在涡轮2上，分离器5连接冷凝器4，分离器5通过水管再连接火箭发动机燃烧室1、涡轮2。

如图2、3所示，火箭发动机燃烧室1包括依次连接的喷注器11、火焰筒12、高速喷管13，所述喷注器11的一侧设有燃料入口,1111、注水管1121、液氧入口管1131，另一侧设有对准火焰筒12内的燃料喷管1112、水喷管1122、液氧喷管1132，注水管1121连接分离器5，具体的，所述喷注器11包括三个层叠在一起的燃料层111、注水层112、液氧层113，燃料层111、注水层112、液氧层113的内部均为空腔，燃料入口1111管设置在燃料层111的空腔一侧，另一侧设有燃料喷管1112，注水管1121设置在注水层112的空腔的一侧，另一侧设有水喷管1122，液氧入口管1131设置在液氧层113的空腔的一侧，另一侧设有液氧喷管1132。具体的，如图中由左往右，第一个夹层为喷注液化天然气(LNG)，第二个夹层为喷注污水，第三个夹层为喷注液氧，每个夹层为不同口径的喷管，并且每层的水腔会避开其它层的喷管，所有的喷管对准火焰筒12内部。

所述火焰筒12包括至少两个能够拆卸连接的分筒121，所述分筒121为变直径结构，相邻分筒121之间采用法兰连接，每一个分筒121上均设有第一进水管1213，第一进水管1213连接分离器5所述分筒121包括外壁1211、内壁1212，外壁1211与内壁1212之间构成储水腔室，第一进水管1213设在在外壁上，内壁1212设有气膜孔，外壁1211为两个半圆形结构对接而成。第一进水管2113上设有压力调节阀，可以根据燃烧室温度进行调节污水进入量。其中每个分筒121的外壁均为两个半圆形结构对接而成。此处，以两个分筒21为例。所述火焰筒12内部设有点火装置，用于燃气点火。

所述高速喷管13包括至少两个能够拆卸连接的分管131，所述分管131为变直径结构，相邻分管131之间采用法兰连接，每一个分管131上均设有第二进水管1313，第二进水管1313连接分离器5。所述分管131包括外层1311、内层1312，外层1311与内层1312之间构成储水腔室，第二进水管1313设置在外层1311上，并在第二进水管1313上设有压力调节阀，可以根据燃烧室温度进行调节污水进入量，内层1312设有气膜孔，外层1311由两个镜像的结构对接而成，因高速喷管13为变直径的关系，每一个分管131的形态不同，但结构组成相同。此处高速喷管13可以是拉瓦尔喷管，推力喷管等，可实现高马赫数，燃气由亚音状态进入超音，对应的，可采用冲击式涡轮等超音速涡轮。图中只显示与火焰筒12相连接的一个分管131。

本实用新型中的火焰筒12、高速喷管13均采用分段式连接，若需更换，无需废弃整个装置，只需更换损坏的分筒121或者分管31，降低了成本，且能够分段式的调节该发动机燃烧室的温度，冷却效果好。

其中，气膜孔的直径小于等于1mm，水或者水蒸气可以通过气膜孔从内外壁或内外层形成的储水腔室流入燃烧室。

本实施例中，还包括空气分离器6，安装在液氧入口管1131前，可以将空气进行分离。

本实施例中，还包括整流锥7，整流锥7安装在涡轮2前端。

本实用新型实施例一的工作过程：

空气经过空气分离器6分离出氧气与氮气，天然气、氧气及水通过喷注器11会一同喷注到火焰筒12内进行燃烧反应，液化天然气、液氧和水通过换热器43后温度升高，经过涡轮尾气变成低温尾气，天然气及氧由液态变为气态，另一部分水通过第一进水管1213或/和第二进水管1313注入分段式的火焰筒12及高速喷管13，每段的水量由管壁温度，通过调节压力调节阀进行控制，由喷注器11注入的水及分筒121和分管131上用于冷却的水在高温作用下变为过热蒸汽，蒸汽及燃烧反应生成的水及二氧化碳共同构成燃气，其中水蒸气占绝大部分，经过收缩扩张喷管后会以超音速喷出，形成高速、高温及高压燃气，可以对涡轮2段做功，涡轮2轴带动高速电机3的电机轴，从而将机械能转化为电能。涡轮2出来的高温尾气可以通过冷凝器4降温，再经过分离器5，将水与二氧化碳分离出来，分离出的水经过管道连接喷注器11、火焰筒12、高速喷管13及涡轮2。

燃料为液化天然气及液氧，与水的掺混燃烧提高了火焰稳定性，降低了噪声，与管壁分段式水冷方式的结合进一步降低了火焰温度，从而降低火焰筒12壁、高速喷管13及涡轮2的温度，提高了高温部件的使用寿命，燃气尾气主要为水蒸气及少量二氧化碳，无氮氧化物等污染性气体，节能环保。

整体采用单元体设计方法，具有很高的可维护性，且适用于多种不同工况场合，火焰筒12及高速喷管13的水冷分段式设计进一步提高了其可维护性。

实施例二：

实施例二与实施例一的区别在于：火焰筒为直管式。

如图4所示，火箭发动机燃烧室1包括依次连接的喷注器11、火焰筒12；所述火焰筒12包括至少两个能够拆卸连接的分筒121，所述分筒121为变直径结构，相邻分筒121之间采用法兰连接，每一个分筒121上均设有第一进水管1213，第一进水管1213连接分离器5所述分筒121包括外壁1211、内壁1212，外壁1211与内壁1212之间构成储水腔室，第一进水管1213设在在外壁上，内壁1212设有气膜孔，外壁1211为两个半圆形结构对接而成。第一进水管2113上设有压力调节阀，可以根据燃烧室温度进行调节污水进入量。其中每个分筒121的外壁均为两个半圆形结构对接而成。此处，以两个分筒21为例。所述火焰筒12内部设有点火装置，用于燃气点火。

直管式的火箭发动机燃烧室1可与亚音速涡轮及跨音速涡轮匹配，其效率更高。

本实用新型实施例二的工作过程：

空气经过空气分离器6分离出氧气与氮气，天然气、氧气及水通过喷注器11会一同喷注到火焰筒12内进行燃烧反应，液化天然气、液氧和水通过换热器43后温度升高，经过涡轮尾气变成低温尾气，天然气及氧由液态变为气态，另一部分水通过第一进水管1213注入分段式的火焰筒12，每段的水量由管壁温度，通过调节压力调节阀进行控制，由喷注器11注入的水及分筒121和分管131上用于冷却的水在高温作用下变为过热蒸汽，蒸汽及燃烧反应生成的水及二氧化碳共同构成燃气，其中水蒸气占绝大部分，过热蒸汽可以对涡轮2段做功，涡轮2轴带动高速电机3的电机轴，从而将机械能转化为电能，涡轮2出来的高温尾气可以通过冷凝器4降温，再经过分离器5，将水与二氧化碳分离出来，分离出的水经过管道连接喷注器11、火焰筒12及涡轮2。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种清洁能源水循环零排放火箭发动机燃烧器发电系统，其特征在于，包括依次连接的火箭发动机燃烧室、涡轮、电机，还包括冷凝器、分离器，冷凝器连接在涡轮上，分离器连接冷凝器，分离器通过水管再连接火箭发动机燃烧室、涡轮。

2.根据权利要求1所述的一种清洁能源水循环零排放火箭发动机燃烧器发电系统，其特征在于，火箭发动机燃烧室包括依次连接的喷注器、火焰筒，所述喷注器的一侧设有燃料入口管、注水管、液氧入口管，另一侧设有对准火焰筒内的燃料喷管、水喷管、液氧喷管，注水管连接分离器。

3.根据权利要求2所述的一种清洁能源水循环零排放火箭发动机燃烧器发电系统，其特征在于，所述喷注器包括三个层叠在一起的燃料层、注水层、液氧层，燃料层、注水层、液氧层的内部均为空腔，燃料入口管设置在燃料层的空腔一侧，另一侧设有燃料喷管，注水管设置在注水层的空腔的一侧，另一侧设有水喷管，液氧入口管设置在液氧层的空腔的一侧，另一侧设有液氧喷管。

4.根据权利要求2所述的一种清洁能源水循环零排放火箭发动机燃烧器发电系统，其特征在于，所述火焰筒包括至少两个能够拆卸连接的分筒，所述分筒为直筒型或者变直径结构，相邻分筒之间采用法兰连接，每一个分筒上均设有第一进水管，第一进水管连接分离器。

5.根据权利要求4所述的一种清洁能源水循环零排放火箭发动机燃烧器发电系统，其特征在于，所述分筒包括外壁、内壁，外壁与内壁之间构成储水腔室，第一进水管设在在外壁上，内壁设有气膜孔，外壁为两个半圆形结构对接而成。

6.根据权利要求2所述的一种清洁能源水循环零排放火箭发动机燃烧器发电系统，其特征在于，还包括高速喷管，所述高速喷管包括至少两个能够拆卸连接的分管，所述分管为变直径结构，相邻分管之间采用法兰连接，每一个分管上均设有第二进水管，第二进水管连接分离器。

7.根据权利要求6所述的一种清洁能源水循环零排放火箭发动机燃烧器发电系统，其特征在于，所述分管包括外层、内层，外层与内层之间构成储水腔室，第二进水管设置在外层上，内层设有气膜孔，外层由两个镜像的结构对接而成。

8.根据权利要求2所述的一种清洁能源水循环零排放火箭发动机燃烧器发电系统，其特征在于，还包括空气分离器，安装在液氧入口管前。

9.根据权利要求1所述的一种清洁能源水循环零排放火箭发动机燃烧器发电系统，其特征在于，还包括整流锥，整流锥安装在涡轮前端。