CN2752444Y - 双工质联合循环透平机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种热力机械，是以提高工质质量为手段，以提高热效率为目的，从而消除热伤害的双工质联合循环透平机。它包括透平机，与透平机同轴连接的空气压缩机及输出轴，燃烧室出口管路与透平机入口连接通，空气压缩机出口与燃烧室入口连接通；在燃烧室外环包有储能室，储能室带有进液嘴；贴燃烧室外壁环包有相变通道，相变通道后端与储能室相通，前端与燃烧室前部相通。具有热伤害低、热效率高、利于环境保护和便于普及的特点。

Description

双工质联合循环透平机

技术领域

本实用新型涉及一种热力机械，是以提高工质质量为手段，以提高热效率为目的，从而消除热伤害的双工质联合循环透平机。

背景技术

在已有技术中，所有热力机械都是以单一燃气或单一蒸汽为工质的发动机，热效率没有过半的((50％)。采用“双机联合循环的热力机组”热效率虽然很高，可是任何行走机械是不可能同时背上两部发动机的；往复活塞式发动机往复惯性太大，运转不平稳，振动大，噪音大，转速和功率受限；燃气轮机因热伤害太重，制造工艺、成本、材料都很是问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述不足而提供一种热效率高(大于60％)，热伤害小，适用领域广泛的双工质联合循环透平机。

本实用新型的技术解决方案是：双工质联合循环透平机，包括透平机，与透平机同轴连接的空气压缩机及输出轴，燃烧室出口管路与透平机入口连接通，空气压缩机出口与燃烧室入口连接通。在燃烧室外环包有储能室，储能室带有进液嘴；贴燃烧室外壁环包有相变通道，相变通道后端与储能室相通，前端与燃烧室前部相通。

众所周知，燃气轮机和蒸汽轮机都是靠透平来做功的，燃气轮机依靠的是燃气，蒸汽轮机依靠的是蒸汽。在一部发动机中实现燃气与蒸汽的联合，让两种不同的工质势能共同作用在一个透平上，而且热伤害低，降低设备成本，才能在民用上便于推广普及。在本方案中，是将燃气轮机与蒸汽轮机的工作原理进行合并，以燃气轮机的主体为主，将蒸汽轮机的蒸汽发生系统和冷凝系统合并为燃气轮机的第二工质补给系统。利用“燃气工质”将燃料燃烧过程的化学能转变成为“燃气工质势能”，再利用“水”将各部传导热及辐射热吸收，完成水的相变，产生水的相变势能，即“水蒸气工质势能”，两种工质势能同时作用一个透平转子叶片上，“燃气工质”完成的是“勃雷登循环”，“水蒸汽工质”完成的是“朗肯循环”，实现让一部发动机通过两种不同的工质，分别完成燃料能中不同梯阶的能量，尽可能地将燃料能转化为机械功。在燃烧室外环包有储能室(第二工质喷到燃烧室外壁的空间)，使水喷在燃烧室外壁上汽化，利用高温汽化水，降低了燃烧室的温度和同时使水汽化。贴燃烧室外壁环包有相变通道，使汽、液混合状态的水增加与燃烧室外壁的接触时间，继续向燃烧室吸热，继续完成相变，目的是为降低燃烧室的温度。最后蒸汽与燃气(燃油经过预热、雾化、点燃、燃烧后形成)混合，进行热交换，使平均温度被控制在400-420℃(或230-260℃)，再共同喷向透平机的转子叶片，将气、汽压强转化成轴功，实现动力输出。燃烧室内始终采用低温燃烧方式，不存在炽热点，CO₂不会被第二次热解，惰性氮也不可能被氧化，所以有害气体很少存在。水的相变过程完成在与燃烧室在同一个密封空间。

本实用新型的优点是：1、利用燃烧室热量完成水的汽化，提供了蒸汽、燃气双工质，为燃烧室降温，降低了燃气温度，减少了对燃气轮机的热伤害。2、降低了对透平机叶片的材质要求，使设备造价大幅度降低，便于双工质联合循环透平机推广普及应用。3、克服了常规燃气轮机热伤害严重、热效率低、工作压不高和自耗功多的四大弊病。4、低温燃烧，二氧化碳不可能二次热解，氮氧化合物不易生成，排放标准高，无污染，利于环境保护。5、自重比小(Kg/Kw)，功率跨度大，适用领域广泛，无往复运动件，转速高，震动小，噪音低。

下面将结合附图对本实用新型作进一步详细描述。

附图说明

图1是本实用新型的结构简图；

图2是本实用新型的燃烧室结构简图。

具体实施方式

参见图1，双工质联合循环透平机由相互连接通的透平机1、空气压缩机2(包括低压压气机和高压压气机，高压压气机不是必需的)燃烧室3(或称双气锅炉)组成。透平机1连接一个换热器4，用于回收透平机作功后的高温乏气(尾气)，还可预热进入储能室的第二工质水。进入储能室前的第二工质水最好通过第二工质补给系统5处理，使水经过过滤器6进入柱塞泵7，限流阀8，加压，换热器4换热，升温至98℃以上，进入高压喷雾器9。即预先提高了工质的内能又缩短了水的相变时间。透平接有启动电机10，在开始启动透平1、空气压缩机2时，向燃烧室3提供燃烧所需的氧气。

参见图2，燃烧室3外环包有储能室11，为圆锥筒状，储能室11左端带有进液嘴12(高压喷雾器9喷嘴)，沿圆周设置多个。储能室11后端呈弧面(沿轴向剖开)环腔(沿径向)涡流室13形状，尤如浪花翻转内面形状，以使蒸汽汽化形成涡流。贴燃烧室3外壁环包有相变通道14，相变通道14后端与储能室11相通，前端与燃烧室3前部相通。在相变通道14内顺有隔板和贯通各隔板的螺旋通道15，使汽、液混合状态的水增加与燃烧室3外壁的接触时间，继续向燃烧室3吸热，继续完成相变。

在燃烧室3出口端部设有圆锥形喉管16，限制燃气在燃烧室3内的流速，加强燃烧室壁向外的热传导，提高出口处的外围流速，加强燃气与水蒸汽的热交换。

涡流室13上有从换热器4导来的湿蒸汽入口17，引入湿蒸汽，在涡流室13内形成径向涡流。

工作工程：

燃料加压，通过燃油入口18进入预热管迂回到针阀处，在针阀前安装一个电预热塞19，以备冷车起动时使用。

将预热塞接通12V(或24V)直流电约30-60秒，燃油被汽化。  (若直接采用气体燃料，可免予预热过程)

将火花塞20接通13000-18000V高压电，缓慢打开针阀。

接通起动电机10，渐开针阀，燃油被点燃，由预燃室出口喷入燃烧室3的入口。预燃室出口周围仍有过量空气补入，为燃油提供充足的氧气，降低燃油初始阶段对燃烧室3的热伤害，并可适量增加燃气工质的质量。

燃油在燃烧室3内不断燃烧，体积急剧膨胀，产生势能。

在燃烧室3出口端部设有圆锥形喉管16，限制燃气在燃烧室3内的流速，加强燃烧室壁向外的热传导，提高出口处的外围流速。

第二工质补给系统5来的水进入热水进液嘴12(热水入口)，由多个喷嘴以喇叭状雾流喷向燃烧室3外壁(换热胆)，同时激溅到涡流室13，形成轴向涡流。在涡流室13外壁设有一对湿蒸汽入口17和一对压缩空气入口18在涡流室13内形成径向涡流，轴向涡流的水雾被径向涡流继续粉碎，然后逆向喷涂于燃烧室3外壁，通过相变通道14，完成相变，产生相变势能，在喷口处与燃气汇合，进行热交换，在小喉管16的前方低压区(大口径前处)又可进一步热交换，使气、汽平均温度被控制在400-420℃，压力在3-14kg/cm²(因机型而定)。气、汽混合势能冲向转子叶片，输出轴功。

透平机1的乏汽温度仍然很高，要利用换热器4回收，使第二工质水初步升温，同时乏汽又被降温、降压和降噪音。

双工质总量可以人工调控，保证热功转换能力的调控。第二工质以水为最佳。所用燃料不限于液态燃料，还可以是其他燃料，如气态燃料等等。

适用范围：

微型机：功率至300千瓦，便携发电设备，各种机动车，工程机械，水上舟艇，矿上设备，铁路运输等等。

小型机：功率300-10000千瓦，如水上运输、铁路运输或军事。

中型机：功率1万-30万千瓦。

大型机：功率30-60千瓦，重型、火力发电设备等等。

Claims (9)

1、一种双工质联合循环透平机，包括透平机(1)，与透平机(1)同轴连接的空气压缩机(2)及输出轴，燃烧室(3)出口管路与透平机(1)入口连接通，空气压缩机(2)出口与燃烧室(3)入口连接通，其特征在于燃烧室(3)外环包有储能室(11)，储能室(11)带有进液嘴(12)；贴燃烧室(3)外壁环包有相变通道(14)，相变通道(14)后端与储能室(11)相通，前端与燃烧室(3)前部相通。

2、按照权利要求1所述的双工质联合循环透平机，其特征在于储能室(11)后端呈弧面环腔涡流室(13)形状。

3、按照权利要求1所述的双工质联合循环透平机，其特征在于燃烧室(3)出口端部设有圆锥形喉管(16)。

4、按照权利要求1所述的双工质联合循环透平机，其特征在于所述的相变通道(14)内顺有隔板和贯通各隔板的螺旋通道(15)。

5、按照权利要求2所述的双工质联合循环透平机，其特征在于涡流室(13)上有蒸汽入口(17)。

6、按照权利要求1所述的双工质联合循环透平机，其特征在于所述的储能室(11)为圆锥筒状。

7、按照权利要求2所述的双工质联合循环透平机，其特征在于燃烧室(3)出口端部设有圆锥形喉管(16)。

8、按照权利要求7所述的双工质联合循环透平机，其特征在于所述的相变通道(14)内顺有隔板和贯通各隔板的螺旋通道(15)。

9、按照权利要求8所述的双工质联合循环透平机，其特征在于涡流室(13)上有蒸汽入口(17)。