專利名稱：蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置的制作方法
說明本發(fā)明涉及一種蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置，其包括燃?xì)廨啓C(jī)單元(A)和蒸汽輪機(jī)單元(B)，其中燃?xì)廨啓C(jī)單元(A)至少包括安裝在壓縮機(jī)軸上的氣體壓縮機(jī)、燃燒室和安裝在燃?xì)廨啓C(jī)軸上的燃?xì)廨啓C(jī)；并且其中蒸汽輪機(jī)單元(B)部分包括封閉的蒸汽管線，至少包括泵、蒸汽發(fā)生器，其在工作期間與來自燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒氣體換熱接觸，安裝在蒸汽輪機(jī)軸上的蒸汽輪機(jī)，以及冷凝器。
蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置是眾所周知的，并且它們以各種結(jié)構(gòu)用于工業(yè)中。在引文中作為參考的蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置的示例被公開，比如美國專利US-B1-6,223,518。這些蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置可被分為兩種類型，即多軸型和單軸型。
比如，一種已知的多軸蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置在附

圖1中示出，其中所述的裝置包括燃?xì)廨啓C(jī)單元(A)和蒸汽輪機(jī)單元(B)，燃?xì)廨啓C(jī)單元(A)至少包括氣體壓縮機(jī)1，該壓縮機(jī)安裝在氣體壓縮機(jī)軸4上，燃燒室2和安裝在燃?xì)廨啓C(jī)軸5上的燃?xì)廨啓C(jī)3。氣體壓縮機(jī)1通過入口1a引入空氣，所述的氣體被壓縮機(jī)1壓縮后以壓縮的形式通過出口1b被送入燃燒室2。在燃燒室內(nèi)，所述的壓縮氣體與通過入口2a供給的燃料發(fā)生燃燒，之后，燃燒氣體排出燃燒室2，隨后通過入口3a進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)3。燃燒氣體驅(qū)動燃?xì)廨啓C(jī)3，使所述的燃?xì)廨啓C(jī)3與燃?xì)廨啓C(jī)軸5一起旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動負(fù)荷，該負(fù)荷在圖1中用標(biāo)記12標(biāo)識。
在這一蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置中，氣體壓縮機(jī)1和燃?xì)廨啓C(jī)3安裝在同一軸4、5上。這意味著由燃燒氣體驅(qū)動的燃?xì)廨啓C(jī)3也驅(qū)動氣體壓縮機(jī)1，以壓縮通過入口1a引入的空氣。
圖1所示的已知蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置的蒸汽輪機(jī)單元(B)包括封閉的蒸汽管線6，其內(nèi)安裝有泵7。蒸汽發(fā)生器8也安裝在蒸汽管線6內(nèi)，并且蒸汽管線6與來自燃?xì)廨啓C(jī)3的燃燒氣體3b換熱接觸。因此，穿過蒸汽發(fā)生器8和蒸汽管線6的水被加熱成蒸汽，該蒸汽穿過安裝在蒸汽輪機(jī)軸10上的蒸汽輪機(jī)9。這使得蒸汽輪機(jī)9和蒸汽輪機(jī)軸10驅(qū)動另一負(fù)荷13。蒸汽通過冷凝器11排出蒸汽輪機(jī)9，在冷凝器11內(nèi)，蒸汽進(jìn)行冷卻并凝縮。緊接著，泵7將凝縮并冷卻的蒸汽(水)再次泵入蒸汽發(fā)生器8。
在這一多軸的現(xiàn)有技術(shù)的蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置中，由燃?xì)廨啓C(jī)3產(chǎn)生的剩余熱被用作驅(qū)動蒸汽輪機(jī)9和附加負(fù)荷13的動力。另一方面，在多軸的裝置中去掉蒸汽輪機(jī)9是可能的，以便被傳送的動力僅僅是由燃?xì)廨啓C(jī)3所傳送的動力。
已知的蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置的另一示例為所謂的單軸型，該示例在附圖2中示出。在這一附圖中，與圖1所示的示例相同的部件用相同的標(biāo)記標(biāo)識。
單軸蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置與圖1所示的多軸蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置具有相同的部件，氣體壓縮機(jī)1、燃?xì)廨啓C(jī)3、蒸汽輪機(jī)9和所要驅(qū)動的負(fù)荷12在單軸蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置中安裝在同一軸4、5、10上。與圖1的示例相比，單軸蒸汽輪機(jī)9不使用聯(lián)軸器不能單獨(dú)地操作和停止，通過聯(lián)軸器，蒸汽輪機(jī)9可與燃?xì)廨啓C(jī)3和氣體壓縮機(jī)1分離。然而，這些附加的部件使單軸蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置更加昂貴和更加復(fù)雜。
圖2所示的和前述的美國專利US-B1-6,223,518中所公開的單軸蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置被應(yīng)用在本申請中，其中所有的動力輸出被傳遞到單軸。單軸蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置的一個缺陷為在裝置作為一體起動時，至少負(fù)荷12和/或蒸汽輪機(jī)9必須與所述的軸分離，因?yàn)榉駝t就需要另外的外部鍋爐使所述的裝置總體運(yùn)轉(zhuǎn)。同樣，這一方面也使單軸裝置更加復(fù)雜和更加昂貴。
已知蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置的上述類型相對復(fù)雜并具有許多結(jié)構(gòu)上的缺陷，還限制了所產(chǎn)生的動力向負(fù)荷的傳送，由此其總效率受到了限制。
事實(shí)上多軸蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置在蒸汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)之間不具有機(jī)械聯(lián)軸器，但是，整個裝置所產(chǎn)生的動力分散在兩個輸出軸上并由此分散在兩個不同的負(fù)荷上。單軸蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置在蒸汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)之間不具有機(jī)械聯(lián)軸器，所有的動力通過一個軸都被傳送到所驅(qū)動的負(fù)荷。
本發(fā)明的目的在于提供一種如引文所述的蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置，其不具有多軸和單軸類型的蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置的缺陷。尤其是，本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單的蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置，其不具有各種復(fù)雜的額外部件。
根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)本發(fā)明的蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置的特征在于在工作期間蒸汽輪機(jī)驅(qū)動氣體燃?xì)廨啓C(jī)單元的氣體壓縮機(jī)。尤其是，蒸汽輪機(jī)和氣體壓縮機(jī)安裝在同一軸上。
通過氣體壓縮機(jī)，使得在蒸汽輪機(jī)單元(B)內(nèi)產(chǎn)生的動力傳遞給燃?xì)廨啓C(jī)成為可能，從而通過燃?xì)廨啓C(jī)幾乎所有的由所述的裝置整體產(chǎn)生的動力都能傳遞給一根軸。此外，在蒸汽輪機(jī)循環(huán)過程中由燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)生的余熱的利用產(chǎn)生了較高的效率。由于所有產(chǎn)生動力都被傳送給一根軸或者負(fù)荷，因而所述裝置整體的總體性能/效率被顯著的提高。此外，因?yàn)槿細(xì)廨啓C(jī)與氣體壓縮機(jī)不安裝在同一軸上，所述的裝置不包括蒸汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)之間的機(jī)械聯(lián)軸器。因此使用另外的分離機(jī)構(gòu)是不必要的，該分離機(jī)構(gòu)僅會使所述的裝置更加復(fù)雜和更加昂貴。因此，除此之外，根據(jù)本發(fā)明的蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置的特征在于與已知的實(shí)施例相比具有提高了的負(fù)荷特征。
根據(jù)本發(fā)明，蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置的一個特殊實(shí)施例的特征在于蒸汽輪機(jī)驅(qū)動至少一個另外的氣體壓縮機(jī)，其通過中間冷卻器與第一氣體壓縮機(jī)串連。通過提供一個第二氣體壓縮機(jī)或者多個氣體壓縮機(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)單元(A)的效率能夠被進(jìn)一步的提高。
蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置的更加有效的實(shí)施例的特征在于至少一個另外的蒸汽輪機(jī)與所述的蒸汽輪機(jī)串連。為了獲得緊湊的結(jié)構(gòu)，氣體壓縮機(jī)和蒸汽輪機(jī)安裝在同一軸上。另一方面，一個氣體壓縮機(jī)和一個蒸汽輪機(jī)可安裝在相應(yīng)的共用軸上。
蒸汽輪機(jī)單元的效率能夠被進(jìn)一步的提高，因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的特定的實(shí)施例，流過蒸汽管線的水在工作期間與流過中間冷卻器的空氣進(jìn)行換熱接觸。尤其是，根據(jù)單向流原理或者根據(jù)逆流原理，所述的換熱接觸都能發(fā)生。
在根據(jù)本發(fā)明的蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置的其它實(shí)施例中，蒸汽輪機(jī)可以是脈沖式蒸汽輪機(jī)或是輻流式蒸汽輪機(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)可以是離心式氣體壓縮機(jī)或者是軸流式氣體壓縮機(jī)，并且蒸汽發(fā)生器可以是直流式余熱鍋爐。
現(xiàn)在將接合附圖對本發(fā)明做更詳盡的描述，其中圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的多軸蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置的實(shí)施例；圖2示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的多軸蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置的另一實(shí)施例；圖3-9示出了根據(jù)本發(fā)明的蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置的各種實(shí)施例。
在討論圖3-9所示的實(shí)施例的過程中，與圖1和圖2所示的實(shí)施例中相同的部件用相同的標(biāo)記標(biāo)識。
在圖3所示的根據(jù)本發(fā)明的蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置的實(shí)施例中，氣體壓縮機(jī)1與蒸汽輪機(jī)9一起安裝在一根軸4、10上。使用這一結(jié)構(gòu)的根據(jù)本發(fā)明的蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置，由蒸汽輪機(jī)單元(B)所產(chǎn)生的動力通過軸4、10和氣體壓縮機(jī)1傳遞到燃?xì)廨啓C(jī)3，以便由該裝置所產(chǎn)生的所有動力都被傳遞到軸5以驅(qū)動負(fù)荷12。
根據(jù)本發(fā)明，蒸汽輪機(jī)9為一脈沖式蒸汽輪機(jī)。這樣的脈沖式蒸汽輪機(jī)具有非常堅固、簡單緊湊和經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)，并且很明顯，從技術(shù)的角度來說，它們非常適用于本發(fā)明所要應(yīng)用的場所。此外，這樣的蒸汽輪機(jī)的特征還在于通過燃?xì)廨啓C(jī)將動力更加有效地傳遞給負(fù)荷。這使得這個裝置的性能/效率得到了顯著的提高。
蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置的一個顯著特征在氣體壓縮機(jī)1和燃?xì)廨啓C(jī)3之間的機(jī)械分離，因?yàn)椴幌髨D1和圖2所示的實(shí)施例(現(xiàn)有技術(shù))那樣兩部件安裝在同一軸4、5上。由于這一氣體壓縮機(jī)1和燃?xì)廨啓C(jī)3之間的機(jī)械分離，不再必須使用額外的復(fù)雜的聯(lián)軸器機(jī)構(gòu)。
另外，蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置的更加有效的實(shí)施例在圖4中示出，其中另外的氣體壓縮機(jī)1′安裝在氣體壓縮機(jī)1和蒸汽輪機(jī)9的共用軸4、10上。被壓縮的空氣通過入口1a、第一氣體壓縮機(jī)1 ′和中間冷卻器14被送至第二氣體壓縮機(jī)1，之后，通過管線1b被送至燃燒室2。對所供給空氣的多級壓縮和冷卻使裝置的效率得到了顯著的提高。雖然兩個氣體壓縮機(jī)1-1′在圖4中安裝在軸4、10上，但是可以理解多個串連的氣體壓縮機(jī)可安裝在同一軸4、10上。
圖5示出了圖4所示的根據(jù)本發(fā)明的蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置的特殊實(shí)施例，中間冷卻器安裝在蒸汽輪機(jī)單元(B)的蒸汽管線6上，以便來自冷凝器11的冷凝蒸汽(水)與來自多級壓縮組合1-1′并流過中間冷卻器的壓縮空氣進(jìn)行換熱接觸。流過蒸汽管線6的蒸汽和流過氣體壓縮機(jī)1′-1的空氣相互逆流；不過，根據(jù)單向流原理也可發(fā)生熱交換。
圖6的實(shí)施例基本上與圖4所示的實(shí)施例相同，不同只是在圖6所示的實(shí)施例中，另外的蒸汽輪機(jī)9′安裝在軸4、10上，蒸汽輪機(jī)9′與蒸汽輪機(jī)9串連。所有的氣體壓縮機(jī)1、1′和蒸汽輪機(jī)9、9′安裝在同一軸4、10上。
圖7示出了圖5和圖6所示實(shí)施例的組合。
在圖8中，每一氣體壓縮機(jī)1-1′和每一蒸汽輪機(jī)9-9′安裝在分離的軸(4，10；15，16)上。雖然這在附圖中沒有示出，但是中間冷卻器14可以設(shè)置在串連的氣體壓縮機(jī)1-1′之間(類似于圖4)。與圖7所示的實(shí)施例類似，這一實(shí)施例可以使用中間冷卻器，其設(shè)置在蒸汽輪機(jī)單元(B)中的蒸汽管線6上，其中來自冷凝器11的冷凝蒸汽(水)與來自多級氣體壓縮機(jī)組合1-1′的壓縮空氣進(jìn)行換熱接觸，其穿過中間冷卻器。
在圖9中，多個蒸汽輪機(jī)和氣體壓縮機(jī)單元平行連接。這一實(shí)施例特別是應(yīng)用在脈沖式蒸汽輪機(jī)與壓縮機(jī)一起使用的情況下，尤其是與離心式壓縮機(jī)一起使用的情況。事實(shí)上，脈沖式蒸汽輪機(jī)具有堅固、耐用的結(jié)構(gòu)，并且生產(chǎn)成本低廉，但是它們僅能用于特定的輸出水平。通過連接多個脈沖式蒸汽輪機(jī)9，所述的裝置作為一個整體能夠顯著的提高其輸出水平，每一蒸汽輪機(jī)9與(離心)蒸汽壓縮機(jī)1一起組合使用，所述的蒸汽壓縮機(jī)設(shè)置在分離的軸4、10上并與一個較大的燃燒室2和一較大的燃?xì)廨啓C(jī)3平行，如圖9所示。
這使得使用以前有可用部件技術(shù)上的限制而未能獲得的應(yīng)用的裝置成為可能。
與之相似，氣體壓縮機(jī)和蒸汽輪機(jī)的數(shù)量可多于兩個，類似于圖4-9所示的實(shí)施例。
顯然，通過使氣體壓縮機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)械分離并使蒸汽輪機(jī)驅(qū)動氣體壓縮機(jī)，所示的根據(jù)本發(fā)明的蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置的實(shí)施例獲得與已知的蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置相比具有提高的負(fù)荷特征的裝置成為可能，而不需使用各種機(jī)械連接機(jī)構(gòu)，其中由所述的裝置產(chǎn)生的動力被完全傳送到輸出軸以驅(qū)動負(fù)荷。
所有所示的實(shí)施例的特征為，當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)或者負(fù)荷在使用中處于停機(jī)止?fàn)顟B(tài)時(即在燃燒室2處于有效工作期間)，總是通過蒸汽輪機(jī)9驅(qū)動氣體壓縮機(jī)，從而燃?xì)廨啓C(jī)能夠快速的再次工作。當(dāng)使用連續(xù)驅(qū)動的氣體壓縮機(jī)時，燃?xì)廨啓C(jī)能夠快速再次進(jìn)入運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。僅僅驅(qū)動氣體壓縮機(jī)的蒸汽輪機(jī)才需要高速運(yùn)轉(zhuǎn)以起動所述的裝置。一旦氣體壓縮機(jī)傳送壓力，空閑的燃?xì)廨啓C(jī)就能由停止轉(zhuǎn)換到驅(qū)動負(fù)荷而不用分離負(fù)荷。
此外，根據(jù)單向流原理或者根據(jù)逆流原理，蒸汽發(fā)生器8與來自燃?xì)廨啓C(jī)3的燃燒氣體之間的換熱接觸都能夠發(fā)生。
權(quán)利要求
1.一種蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置，包括燃?xì)廨啓C(jī)單元(A)和蒸汽輪機(jī)單元(B)，其中燃?xì)廨啓C(jī)單元(A)至少包括安裝在壓縮機(jī)軸(4)上的氣體壓縮機(jī)，燃燒室(2)和安裝在燃?xì)廨啓C(jī)軸(5)上的燃?xì)廨啓C(jī)(3)；其中蒸汽輪機(jī)單元(B)部分包括封閉蒸汽管線(6)，至少包括泵(7)，蒸汽發(fā)生器(8)，該蒸汽發(fā)生器在工作期間與來自燃?xì)廨啓C(jī)(3)的燃燒氣體(3b)進(jìn)行換熱接觸，安裝在蒸汽輪機(jī)軸(10)上的蒸汽輪機(jī)(9)，以及冷凝器(11)，并且其中蒸汽輪機(jī)在工作期間驅(qū)動燃?xì)廨啓C(jī)單元的氣體壓縮機(jī)，其特征在于一個或多個所述的蒸汽輪機(jī)為脈沖式蒸汽輪機(jī)。
2.如權(quán)利要求1所述的蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置，其特征在于蒸汽輪機(jī)和氣體壓縮機(jī)安裝在同一軸(4，10)上。
3.如權(quán)利要求1或2所述的蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置，其特征在于燃?xì)廨啓C(jī)與氣體壓縮機(jī)安裝在不同的軸(5)上。
4.如前述一個或多個權(quán)利要求所述的蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置，其特征在于蒸汽輪機(jī)驅(qū)動至少一個另外的氣體壓縮機(jī)(1′)，該氣體壓縮機(jī)通過中間冷卻器(14)與第一氣體壓縮機(jī)(1)串連。
5.如前述一個或多個權(quán)利要求所述的蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置，其特征在于至少一個另外的蒸汽輪機(jī)(9′)與蒸汽輪機(jī)(9)串連。
6.如權(quán)利要求4或5所述的蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置，其特征在于氣體壓縮機(jī)(1，1′)和蒸汽輪機(jī)(9，9′)安裝在同一軸(4，10)上。
7.如權(quán)利要求4或5所述的蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置，其特征在于一個氣體壓縮機(jī)(1，1′)和一個蒸汽輪機(jī)(9，9′)安裝在相應(yīng)的共用軸(4，10；15，16)上。
8.如權(quán)利要求4-7中的一個或多個權(quán)利要求所述的蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置，其特征在于流過蒸汽管線(6)的水在工作期間與流過中間冷卻器(14)的空氣進(jìn)行換熱接觸。
9.如權(quán)利要求8所述的蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置，其特征在于所述的換熱接觸根據(jù)單向流原理而發(fā)生。
10.如權(quán)利要求9所述的蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置，其特征在于所述的換熱接觸根據(jù)逆流原理而發(fā)生。
11.如前述一個或多個權(quán)利要求所述的蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置，其特征在于一個或多個所述的蒸汽輪機(jī)為輻流式蒸汽輪機(jī)。
12.如前述一個或多個權(quán)利要求所述的蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置，其特征在于一個或多個所述的氣體壓縮機(jī)為離心式氣體壓縮機(jī)。
13.如前述一個或多個權(quán)利要求所述的蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置，其特征在于一個或多個所述的氣體壓縮機(jī)為軸流式氣體壓縮機(jī)。
14.如前述一個或多個權(quán)利要求所述的蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置，其特征在于所述的蒸汽發(fā)生器為直流式余熱鍋爐。
全文摘要
一種蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置，包括燃?xì)廨啓C(jī)單元(A)和蒸汽輪機(jī)單元(B)，其中燃?xì)廨啓C(jī)單元(A)至少包括安裝在壓縮機(jī)軸的氣體壓縮機(jī)(1)，燃燒室(2)和安裝在燃?xì)廨啓C(jī)軸(5)上的燃?xì)廨啓C(jī)(3)；其中蒸汽輪機(jī)單元(B)包括封閉蒸汽管線(6)，該蒸汽輪機(jī)單元至少包括泵(7)，蒸汽發(fā)生器(8)，它在工作期間與來自燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒氣體進(jìn)行換熱接觸，安裝在蒸汽輪機(jī)軸上的蒸汽輪機(jī)(9)，以及冷凝器(11)。根據(jù)本發(fā)明的蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)裝置，其特征在于蒸汽輪機(jī)在工作期間驅(qū)動燃?xì)廨啓C(jī)單元的氣體壓縮機(jī)(1)。
文檔編號F02C7/143GK1656304SQ03812351
公開日2005年8月17日 申請日期2003年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月10日
發(fā)明者亨克·奧沃柯克 申請人:亨克·奧沃柯克