專利名稱：換熱式高效率汽輪發(fā)動機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是一種換熱式高效率汽輪發(fā)動機，屬于汽輪發(fā)動機。
背景技術：
熱力發(fā)電過程中，高溫高壓的過熱蒸汽通過汽輪^^噴嘴后，壓力和溫度降 低，體積膨脹，流速增高，熱能轉變?yōu)閯幽?，推動汽輪機轉動，由汽輪機帶動 發(fā)動機發(fā)電。汽輪機排出的低溫低壓蒸汽送進凝汽器凝結成水，再送入鍋爐循 環(huán)使用。由于汽輪機的結構不夠合理，蒸汽中的膨脹熱、蒸汽余速能量及潛熱
沒有得到利用，導致大量能量損失，其熱效率只有30% - 40%。
由于受卡諾循環(huán)熱效率的制約，目前自然界的低溫熱源仍然無法被利用。 現(xiàn)在提高熱效率的主要措施是通過提高蒸汽的溫度到700。C以上。蒸汽溫度的提 高，不僅大量消耗了能源，同時給熱電設備，尤其是汽輪發(fā)動機的部件材料的 強度、高溫持久性、耐蠕變性能等技術指標都提出了更高的要求，即增加了制 造、維修成本，又提高了技術難度。
為了獲得較高的初級沖擊速度，傳統(tǒng)汽輪機葉輪組的葉輪直徑都是由小到 大，逐級增加；高壓級葉片較短，低壓級葉片較長，葉輪越靠后直徑就越大， 形成的氣流通道近似喇叭狀。導致氣體體積膨脹后不能被再利用。從而造成氣 流內(nèi)能轉化效率低下，使包括膨脹熱，余速及潛熱在內(nèi)的相當一部分內(nèi)能不能 被利用。傳統(tǒng)的汽輪發(fā)動機的這種固有的結構，是造成其熱效率低下的重要原 因。
一種能夠利用自然界的常溫或低溫熱源、結構簡單、蒸汽穩(wěn)定較低、熱效 率極高的汽輪發(fā)動機是人們迫切期待的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于避免上述現(xiàn)有技術中的不足之處，而提供一種能夠利用 自然界的常溫或低溫熱源、結構簡單、蒸汽溫度較低、熱效率極高的汽輪發(fā)動 機。
本發(fā)明的目的可以通過如下措施來達到
本發(fā)明的換熱式高效率汽輪發(fā)動機，包括殼體、主軸、葉輪及氣流導向裝 置；其特征在于
a. 葉輪上裝有換熱器(2),為沖擊葉片之前的氣流與沖擊葉片之后的氣流之 間進行熱量交換提供設備支持；
b. 進入汽輪組的工質氣流(1)在沖擊葉片之前，首先流經(jīng)換熱器(2),在 換熱器(2)中，與沖擊葉片做功后的工質氣流進行逆流換熱，自身吸熱后，沖擊汽輪組葉片做功；
c. 沖擊葉片做功后的工質氣流，流經(jīng)換熱器(2),與沖擊葉片之前的工質 氣流(1)進行逆流換熱，自身放熱后，進入下一級葉輪組，重復膨脹_換熱-做功-收縮-換熱-進入下一級葉輪組的工作過程；
d. 在整個汽輪機中，工質氣流在高壓力條件下工作，進口是高壓氣體，出口 絕大部分為低壓低溫的超臨界氣體或低溫的氣液混合體。
本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在汽輪機中，進入葉輪組的工質氣流由于膨脹加速， 溫度壓力都會降低；而工質氣流沖擊葉輪葉片后氣流通道口徑變窄，導致其壓 力與溫度瞬時升高。甚至溫度會高于汽輪機進口氣流加速后溫度。因此激發(fā)了 在汽輪機葉輪上裝有換熱器(2)，為沖擊葉片之前的氣流與沖擊葉片之后的氣 流之間進行熱量交換提供設備支持的發(fā)明創(chuàng)造靈感，打破了卡諾循環(huán)熱效率的 制約。本發(fā)明設計了換熱式高效率氣輪發(fā)動機，傳統(tǒng)汽輪機葉輪組中，沖擊葉 片前后的氣流之間從來沒有人想到設置換熱器，本發(fā)明的葉輪上設計了進出口 氣流換熱器(2)，供出口氣流的高壓低速氣流的熱量傳遞給進口的低壓高速氣 流，使氣流中的熱量被充分利用。從而，大大提高了本發(fā)明的汽輪發(fā)動機的熱 效率，完成了本發(fā)明。
在本發(fā)明的汽輪機中，工作流體在超臨界壓力條件下工作，進口是高壓氣 體，出口絕大部分為低壓低溫的超臨界氣體或低溫的氣液混合體。使工質攜帶 的膨脹熱、余速能、潛熱能幾乎全部轉化為推動汽輪機旋轉的機械能，大大減 小了凝汽器的負荷，因此，熱效率極高。
本發(fā)明的目的還可以通過如下措施來達到
本發(fā)明的換熱式高效率汽輪發(fā)動機，其特征在于是一種立式換熱式高效汽 輪發(fā)電機，工質氣流自上而下進入汽輪機；在每個葉輪組中，工質氣流(l)先 向四周擴散加速，經(jīng)換熱器(2)換熱后，沖擊葉輪葉片，再利用余速從四周向 中心匯集，氣流通道變窄，升溫、升壓，經(jīng)換熱器(2)換熱后。進入下一級葉 輪組。
立式換熱式高效汽輪發(fā)電機，汽輪機頂部是工質流體進口，底部是工質流 體出口；有利于葉輪將液化的液體利用離心力甩到汽輪機壁上，沿殼體內(nèi)壁下 流至底部，使汽、液界限清晰，避免了因汽、液不平衡而對葉輪產(chǎn)生液擊。
本發(fā)明的換熱式高效率汽輪發(fā)動機，其特征在于是一種立式呈倒置正圓錐 臺狀的汽輪發(fā)動機，汽輪發(fā)動機中的葉輪組直徑由上到下逐級減小，整個汽輪 機殼體呈倒置正圓錐臺狀；其錐度控制在上、下兩底面圓周直徑之差圓臺高 度在1 : 8-20之間。
為了便于充分利用氣流的膨脹熱，余速能和潛熱能，各級葉輪直徑都是由大到小，逐級減小，充分利用流體內(nèi)能。由于葉輪直徑由上到下逐級減??；高 壓級葉片較長，低壓級葉片較短，整個汽輪機殼體呈倒置正圓錐臺狀的結構使 工作流體膨脹緩和，使其壓力、流速慢慢降低，有利于充分發(fā)揮所有葉輪組葉 片的作用；再說，高壓、高速氣流首先沖擊高壓級長葉片，然后順序沖擊直徑 逐級減小的葉輪葉片，使所有葉輪組都處于最佳工作狀態(tài)。有利于工質攜帶的 能量的充分轉換，從而提高熱效率。汽輪機的有效工作長度和上、下口直徑對 于其生產(chǎn)能力及熱效率是至關重要的技術參數(shù)，依據(jù)工質的熱力學性能以及不 同的熱發(fā)電系統(tǒng)的需求設置，保持流出尾級葉輪組的流體處于大于其臨界壓力、 低于其臨界溫度工作狀態(tài)。
本發(fā)明的換熱式高效率汽輪發(fā)動機，其特征在于所述之葉輪上和殼體內(nèi)壁 上設有縱向導流槽。以^更于液化后的液體及時沿導流槽流向才幾殼，再沿才幾殼流 向底部排出，避免液擊。
本發(fā)明的換熱式高效率汽輪發(fā)動機，其特征在于兩個或兩個以上換熱式高 效率汽輪發(fā)動機串聯(lián)疊加使用，組成多級汽輪機。會進一步提高汽輪機的熱效 率。
本發(fā)明的換熱式高效率汽輪發(fā)動機，其特征在于所述之葉輪葉片呈拋物線 曲面或弧面狀，定葉^"組葉片與定葉輪組葉片形狀相同，^i斤流方向相反。
高速工作氣流沿葉輪組中心軸進入汽輪發(fā)動機，經(jīng)噴嘴射向定葉輪組葉片 后，隨即被折流并沖擊動葉輪組的葉片，導致葉輪旋轉；同時，沖擊動葉輪后 的氣流被動葉片折流，沖入到下一級定葉輪葉片，工作氣流再次被折流，沖擊 下一級動葉輪。這樣工質氣流攜帶的能量在行程中對多級葉輪做功消耗，內(nèi)能 不斷減少，而被液化。同時，動葉輪不斷旋轉對外做功發(fā)電。葉輪葉片呈拋物 線曲面或弧面狀，定葉輪組葉片與定葉輪組葉片形狀相同，但折流方向相反。 為汽輪機熱效率的提高做出突出貢獻。
本發(fā)明的換熱式高效率汽輪發(fā)動機，其特征在于是一種低沸點工質汽輪發(fā) 動機；在汽輪發(fā)動機中，工作流體在超臨界壓力條件下工作，進口是高壓氣體， 出口絕大部分是低溫低壓的超臨界氣體或低溫的氣液混合體。特別適用于自然 能源熱發(fā)電系統(tǒng)中采用的低沸點工質汽輪發(fā)動機，所述之低沸點工質是氮、氧、 氬、氖、二氧化碳、氙氣、氨。
本發(fā)明的換熱式高效率汽輪發(fā)動機對比現(xiàn)有技術有如下顯著效果
1. 提供了一種能夠利用自然界的常溫或低溫熱源、結構簡單、蒸汽溫度較 低、熱效率極高的汽輪發(fā)動機；
2. 蒸汽溫度較低、熱效率高蒸汽溫度在500。C以下，熱效率在95%以上；
3. 結構簡單、體積較小、維修方便、制造成本低；4. 特別適用于把自然界的低溫熱能轉化為電能的熱發(fā)電系統(tǒng)。是一種節(jié)約 能源、保護環(huán)境理想的高效率的汽輪發(fā)動機；
5. 方便、靈活地組合為多級汽輪發(fā)動機，用途廣泛；
6. 適合建造大型的發(fā)電系統(tǒng)，完全可以全面取代現(xiàn)有的汽輪機。
具體實施例方式
本發(fā)明下面將結合附圖作進一步詳述


圖1是換熱式高效率汽輪發(fā)動機汽輪組剖視結構示意圖中
1 -汽輪組進口工質氣流； 2-換熱器；
3 -隔流板；
4 -靜葉輪； 5-靜葉片；
6 -動葉輪；
7 -動葉輪；
8- 汽輪機中軸；
9- 汽輪組出口工質流體；
10 -汽輪機與發(fā)電機連接裝置。 本發(fā)明下面將結合實施例作進一步詳述 實施例1 —種換熱式高效率汽輪發(fā)電機
a. 葉輪上裝有換熱器(2)，為沖擊葉片之前的氣流與沖擊葉片之后的氣流之 間進行熱量交換提供設備支持；
b. 進入汽輪組的工質氣流(1)在沖擊葉片之前，首先流經(jīng)換熱器(2)，在 換熱器(2)中，與沖擊葉片做功后的工質氣流進行逆流換熱，自身吸熱后，沖 擊汽輪組葉片做功；
c. 沖擊葉片做功后的工質氣流，流經(jīng)換熱器(2),與沖擊葉片之前的工質 氣流(l)進行逆流換熱，自身放熱后，進入下一級葉輪組，重復膨脹-換熱-做功-收縮-換熱-進入下一級葉輪組的工作過程；
d. 在整個汽輪機中，工質氣流在高壓力條件下工作，進口是高壓氣體，出口 絕大部分為低壓低溫的超臨界氣體或低溫的氣液混合體。
葉輪葉片呈拋物線曲面或弧面狀，定葉輪組葉片與定葉輪組葉片形狀相同， 但折流方向相反。熱效率95 %以上。
實施例2—種立式換熱式高效汽輪發(fā)電機
按照實施例1的換熱式高效汽輪發(fā)動機， 一種立式換熱式高效汽輪發(fā)電機,葉輪上和殼體內(nèi)壁上設有縱向導流槽。工質氣流自上而下進入汽輪機；在每個 葉輪組中，工質氣流(1)先向四周擴散加速，經(jīng)換熱器(2)換熱后，沖擊葉 輪葉片，再利用余速從四周向中心匯集，氣流通道變窄，升溫、升壓，經(jīng)換熱 器(2)換熱后。進入下一級葉輪組。熱效率95%以上。
實施例3 —種立式呈倒置正圓錐臺狀的換熱式高效率汽輪發(fā)動機 按照實施例2的立式高效率汽輪發(fā)動機， 一種立式呈倒置正圓錐臺狀的換 熱式高效率汽輪發(fā)動機，汽輪發(fā)動機中的葉輪組直徑由上到下逐級減小，整個 汽輪機殼體呈倒置正圓錐臺狀；其錐度控制在上、下兩底面圓周直徑之差圓 臺高度在l : 8-20之間。低沸點工質采用二氧化石友。熱效率在95%以上。 實施例4 一種立式換熱式高效率蒸汽輪發(fā)動機
按照實施例1的汽輪發(fā)動機，工質為300-500"C的水蒸氣。是由3個換熱 式高效率汽輪發(fā)動機串聯(lián)疊加使用，組成3級汽輪機發(fā)動機。
權利要求
1.一種換熱式高效率汽輪發(fā)動機，包括殼體、主軸、葉輪及氣流導向裝置；其特征在于a.葉輪上裝有換熱器(2)，為沖擊葉片之前的氣流與沖擊葉片之后的氣流之間進行熱量交換提供設備支持；b.進入汽輪組的工質氣流(1)在沖擊葉片之前，首先流經(jīng)換熱器(2)，在換熱器(2)中，與沖擊葉片做功后的工質氣流進行逆流換熱，自身吸熱后，沖擊汽輪組葉片做功；c.沖擊葉片做功后的工質氣流，流經(jīng)換熱器(2)，與沖擊葉片之前的工質氣流(1)進行逆流換熱，自身放熱后，進入下一級葉輪組，重復膨脹-換熱-做功-收縮-換熱-進入下一級葉輪組的工作過程；d.在整個汽輪機中，工質氣流在高壓力條件下工作，進口是高壓氣體，出口絕大部分為低壓低溫的超臨界氣體或低溫的氣液混合體。
2. 按照權利要求1的換熱式高效率汽輪發(fā)動機，其特征在于是一種立式換熱 式高效汽輪發(fā)電機，工質氣流自上而下進入汽輪機；在每個葉輪組中，工質氣 流(1)先向四周擴散加速，經(jīng)換熱器(2)換熱后，沖擊葉輪葉片，再利用余 速從四周向中心匯集，氣流通道變窄，升溫、升壓，經(jīng)換熱器(2)換熱后。進 入下一級葉4侖組。
3. 按照權利要求2的換熱式高效率汽輪發(fā)動機，其特征在于是一種立式呈 倒置正圓錐臺狀的汽輪發(fā)動機，汽輪發(fā)動機中的葉輪組直徑由上到下逐級減小， 整個汽輪機殼體呈倒置正圓錐臺狀；其錐度控制在上、下兩底面圓周直徑之差 圓臺高度在1 : 8-20之間。
4. 根據(jù)權利要求2的換熱式高效率汽輪發(fā)動機，其特征在于所述之葉輪上和 殼體內(nèi)壁上設有縱向導流槽。
5.按照權利要求1的換熱式高效率汽輪發(fā)動機，其特征在于兩個或兩個以上 換熱式高效率汽輪發(fā)動機串聯(lián)疊加使用，組成多級汽輪機。
6. 根據(jù)權利要求1的換熱式高效率汽輪發(fā)動機，其特征在于所述之葉輪葉 片呈拋物線曲面或弧面狀，定葉輪組葉片與定葉輪組葉片形狀相同，但折流方 向相反。
7. 根據(jù)權利要求1的換熱式高效率汽輪發(fā)動機，其特征在于是一種低沸點工 質汽輪發(fā)動機；在汽輪機中，工作流體在超臨界壓力條件下工作，進口是高壓 氣體，出口絕大部分是低溫低壓的超臨界氣體或低溫的氣液混合體。
8. 根據(jù)權利要求8的換熱式高效率汽輪發(fā)動機，其特征在于所述之低沸點工 質是氮、氧、氬、氖、二氧化碳、氙氣、氨。
全文摘要
本發(fā)明是一種換熱式高效率汽輪發(fā)電機。屬于汽輪發(fā)動機技術領域。包括殼體、主軸、葉輪及氣流導向裝置；其特征在于葉輪上裝有換熱器(2)，進入汽輪組的工質氣流(1)在沖擊葉片之前，首先流經(jīng)換熱器(2)，在換熱器(2)中，與沖擊葉片做功后的工質氣流逆流換熱，自身吸熱后，沖擊汽輪組葉片做功；沖擊葉片做功后的工質氣流，流經(jīng)換熱器(2)，與沖擊葉片之前工質氣流(1)逆流換熱，自身放熱后，進入下一級葉輪組，重復膨脹-換熱-做功-收縮-換熱的工作過程；提供了一種能夠利用自然界的常溫或低溫熱源、結構簡單、蒸汽溫度較低、熱效率極高的汽輪發(fā)動機。廣泛用于低沸點工質汽輪發(fā)動機、現(xiàn)行蒸汽輪機，熱效率達95％以上。
文檔編號F01D5/06GK101526015SQ20091013437
公開日2009年9月9日 申請日期2009年4月10日 優(yōu)先權日2008年7月22日
發(fā)明者劉昂峰 申請人:劉昂峰