專利名稱：堯式三型低品位燃?xì)馔鉄崾綔u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及堯式三型低品位燃?xì)馔鉄崾綔u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
低品位燃料，本發(fā)明只是指某種可燃?xì)怏w或多種可燃?xì)怏w，與其它氣體混合在一起， 并且所占的比例很小，小到已經(jīng)失去了商業(yè)應(yīng)用價(jià)值，所以低品位燃料是稀薄的、分散的、 不穩(wěn)定的。低品位燃料一般很難點(diǎn)燃，即使點(diǎn)燃，也會(huì)自動(dòng)熄火即使持續(xù)燃燒，溫度也 很低。在煤礦、油田等企業(yè)在開(kāi)采和提煉過(guò)程中，如果將這些低品位燃料直接排放到大氣 中，會(huì)產(chǎn)生空氣污染，加以凈化處理又要消耗成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供堯式三型低品位燃?xì)馔鉄崾綔u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是用堯式三型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)和特種燃燒系統(tǒng) 組成一臺(tái)堯式三型低品位燃?xì)馔鉄崾綔u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。低品位燃?xì)獍旱V油田開(kāi)采提煉過(guò)程 中產(chǎn)生的稀薄可燃?xì)怏w及其混合物。堯式三型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)由兩級(jí)渦輪、兩個(gè)渦輪軸、增壓 泵輪和膨脹室殼體組成。第一級(jí)渦輪與增壓泵輪和內(nèi)齒圈連接第二級(jí)渦輪與行星架連接-行星架上均布有三個(gè)行星輪內(nèi)齒圈、行星架、三個(gè)行星輪和太陽(yáng)輪一起構(gòu)成一個(gè)行星動(dòng) 力匯流升速器，太陽(yáng)輪作為行星動(dòng)力匯流升速器的輸出端連接渦輪發(fā)電機(jī)。特種燃燒系統(tǒng) 由儲(chǔ)氣罐、防回火器、空燃比調(diào)節(jié)器、氣體增壓器和電熱絲網(wǎng)燃燒室組成。采用特種燃燒 系統(tǒng)的出口與膨脹室殼體下端相連通，膨脹室殼體上制有螺旋上升并且截面逐漸縮小的半 圓形螺殼熱氣流道，從特種燃燒系統(tǒng)噴出的熱氣通過(guò)此螺殼熱氣流道進(jìn)入膨脹室殼體并轉(zhuǎn) 換成高品位機(jī)械能輸出或者采用特種燃燒系統(tǒng)的出口與和膨脹室殼體低熱阻連接的換熱 器相連通，從特種燃燒系統(tǒng)噴出的熱氣通過(guò)換熱器使膨脹室內(nèi)的氣體升溫膨脹并轉(zhuǎn)換成高 品位機(jī)械能輸出。
作為對(duì)上述技術(shù)方案的改進(jìn)采用和堯式三型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)膨脹室殼體一體制造的殼體 換熱器采用兩級(jí)渦輪通過(guò)一個(gè)具有兩個(gè)同心安裝旋轉(zhuǎn)方向相反的輸入端和一個(gè)輸出端的 行星動(dòng)力匯流升速器形成動(dòng)力匯流在增壓泵輪上方設(shè)置鐘型整流罩和/或第一級(jí)渦輪的 下方設(shè)置鐘型整流罩，以及對(duì)膨脹室殼體采用絕熱層。
本發(fā)明的有益效果包括可將煤礦、油田等企業(yè)在開(kāi)采和提煉過(guò)程中產(chǎn)生的這些有害 氣體用低廉的成本方式轉(zhuǎn)化為輸出動(dòng)力或電能，既能解除污染，又節(jié)約了寶貴的能源，擁 有極高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。利用殼體換熱器制式的工作方式，由于不再使用強(qiáng)制氣體增壓技術(shù)， 將熱氣直接灌入到有一定低壓的膨脹室內(nèi)，僅需使用普通排風(fēng)扇就能完成，所以可以大大 降低發(fā)動(dòng)機(jī)自身的巨大能耗。此種工作制式也非常適合熱電廠、水泥廠、鋼鐵廠、各種爐 窯的廢熱和地?zé)崤c渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的氣體換熱，并將其轉(zhuǎn)化成高品位機(jī)械能輸出。
特種燃燒系統(tǒng)與低品位螺殼或換熱式渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)相結(jié)合，共有五種不同結(jié)構(gòu)和十種組 合方式，本發(fā)明堯式三型低品位燃?xì)馔鉄崾綔u輪發(fā)動(dòng)機(jī)釆用增壓泵輪可使膨脹室內(nèi)的氣體 獲得一定的壓力，從而使得渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的效率得到提升。采用兩級(jí)渦輪可進(jìn)一步提髙發(fā)動(dòng) 機(jī)的效率。膨脹室內(nèi)采用螺旋上升并且截面逐漸縮小的半圓形熱氣流道可以充分利用熱氣 流的動(dòng)能，并使熱氣流對(duì)空氣的加熱處于最佳狀態(tài)，也有利于動(dòng)力渦輪的利用。
本發(fā)明采用無(wú)外殼的行星動(dòng)力匯流升速器還使得兩級(jí)渦輪具有自適應(yīng)能力從而使渦 輪發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)始終處于最佳匹配和最高效率狀態(tài)。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1和圖2是堯式三型低品位燃?xì)馔鉄崾綔u輪發(fā)動(dòng)機(jī)兩個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)剖示圖。 圖中l(wèi).特種燃燒系統(tǒng)，2.堯式三型螺殼渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，3.儲(chǔ)氣罐，4.防回火器，5.空燃 比調(diào)節(jié)器，6.氣體增壓器，7.電熱絲網(wǎng)燃燒室，8.第一級(jí)渦輪，9.第二級(jí)渦輪，10.第一 渦輪軸，ll.第二渦輪軸，12.增壓泵輪，13.膨脹室殼體，14.內(nèi)齒圈，15.行星架，16.行 星輪，17.太陽(yáng)輪，18.發(fā)電機(jī)，19.鐘型整流罩，20.進(jìn)風(fēng)架，21.螺殼熱氣流道，22.堯式 三型換熱渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，23.殼體換熱器，24.換熱器出口。
具體實(shí)施例方式
在圖1中，特種燃燒系統(tǒng)1和堯式三型螺殼渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)2組成一臺(tái)堯式三型低品位燃 氣螺殼渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。特種燃燒系統(tǒng)l由儲(chǔ)氣罐3、防回火器4、空燃比調(diào)節(jié)器5、氣體增壓 器6和電熱絲網(wǎng)燃燒室7組成。堯式三型螺殼渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)2由第一級(jí)渦輪8和第二級(jí)渦輪 9、第一渦輪軸IO、第二渦輪軸ll、增壓泵輪12和膨脹室殼體13組成。第一級(jí)渦輪8與 增壓泵輪12和內(nèi)齒圈14連接第二級(jí)渦輪9與行星架15連接，第一級(jí)渦輪8的旋轉(zhuǎn)方 向與第二級(jí)渦輪9的相反。行星架15上均布有三個(gè)行星輪16:內(nèi)齒圈14、行星架15、三 個(gè)行星輪16和太陽(yáng)輪17 —起構(gòu)成一個(gè)具有兩個(gè)同心安裝旋轉(zhuǎn)方向相反的輸入端和一個(gè)輸 出端的行星動(dòng)力匯流升速器，太陽(yáng)輪17作為行星動(dòng)力匯流升速器的輸出端連接發(fā)電機(jī)18。 在增壓泵輪12上方和第一級(jí)渦輪8的下方各設(shè)置一個(gè)鐘型整流罩19。在膨脹室殼體13 的下方含有一個(gè)進(jìn)風(fēng)架20。膨脹室殼體13上制有螺旋上升并且截面逐漸縮小的半圓形螺 殼熱氣流道21。特種燃燒系統(tǒng)1的電熱絲網(wǎng)燃燒室7的出口與膨脹室殼體下端13相連通。 從電熱絲網(wǎng)燃燒室7的出口噴出的熱氣通過(guò)螺殼熱氣流道21進(jìn)入膨脹室殼體13并轉(zhuǎn)換成 高品位機(jī)械能輸出。膨脹室殼體13帶有絕熱層以減少熱損。
圖l所示實(shí)施例的工作原理為儲(chǔ)氣罐3中的低品位燃?xì)饨?jīng)過(guò)防回火器4，被氣體增 壓器6泵送進(jìn)電熱絲網(wǎng)燃燒室7?？杖急日{(diào)節(jié)器5通過(guò)控制空氣的流入量來(lái)調(diào)節(jié)進(jìn)入電熱 絲網(wǎng)燃燒室7的低品位燃?xì)獾臐舛龋_保渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)工作穩(wěn)定高效。進(jìn)入電熱絲網(wǎng)燃 燒室7的混合氣體被電熱絲網(wǎng)點(diǎn)燃并充分徹底燃燒。燃燒產(chǎn)生的熱氣進(jìn)入螺殼熱氣流道 21。由于這些熱氣具有熱能和動(dòng)能，而嫘殼熱氣流道21為充分利用熱氣氣流的動(dòng)能提供 了條件。在螺殼熱氣流道21附近，熱氣與從進(jìn)風(fēng)架20進(jìn)入膨脹室殼體13的增壓空氣充 分換熱并使空氣膨脹產(chǎn)生勢(shì)能。這些勢(shì)能和動(dòng)能共同推動(dòng)第一級(jí)渦輪8轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過(guò)第一 渦輪軸10帶動(dòng)增壓泵輪12使得從進(jìn)風(fēng)架20進(jìn)入膨脹室殼體13的空氣增壓。增壓的空氣 經(jīng)熱氣加熱產(chǎn)生更大的壓力，推動(dòng)第一級(jí)渦輪8加速轉(zhuǎn)動(dòng)。這又使得增壓泵輪12的增壓 作用進(jìn)一步增強(qiáng)，由此形成雪崩反應(yīng)，使渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)迅速達(dá)到滿功率輸出。這些輸出功率 通過(guò)發(fā)電機(jī)18轉(zhuǎn)化為電能輸出。
在圖2中，特種燃燒系統(tǒng)1和堯式三型換熱渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)22組成一臺(tái)堯式三型低品位 燃?xì)鈸Q熱渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。特種燃燒系統(tǒng)1由儲(chǔ)氣罐3、防回火器4、空燃比調(diào)節(jié)器5、氣體增 壓器6和電熱絲網(wǎng)燃燒室7組成。堯式三型換熱渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)22由第一級(jí)渦輪8和第二級(jí) 渦輪9、第一渦輪軸10、第二渦輪軸ll、增壓泵輪12和膨脹室殼體13組成。第一級(jí)渦輪 8與增壓泵輪12和內(nèi)齒圈14連接第二級(jí)渦輪9與行星架15連接第一級(jí)渦輪8的旋轉(zhuǎn) 方向與第二級(jí)渦輪9的相反。行星架15上均布有三個(gè)行星輪16，內(nèi)齒圈14、行星架15、 三個(gè)行星輪16和太陽(yáng)輪17 —起構(gòu)成一個(gè)具有兩個(gè)同心安裝旋轉(zhuǎn)方向相反的輸入端和一個(gè) 輸出端的行星動(dòng)力匯流升速器，太陽(yáng)輪17作為行星動(dòng)力匯流升速器的輸出端連接發(fā)電機(jī) 18。在增壓泵輪12上方和第一級(jí)渦輪8的下方各設(shè)置一個(gè)鐘型整流罩19。在膨脹室殼體 13的下方含有一個(gè)進(jìn)風(fēng)架20。殼體換熱器23與膨脹室殼體13 —體制造。特種燃燒系統(tǒng)1 的電熱絲網(wǎng)燃燒室7的出口與殼體換熱器23相連通。從電熱絲網(wǎng)燃燒室7的出口噴出的熱氣通過(guò)殼體換熱器23將膨脹室殼體13內(nèi)的空氣加熱，自身冷卻后從換熱器出口 24進(jìn) 入大氣。轉(zhuǎn)移到膨脹室殼體13內(nèi)空氣中的熱能由堯式三型換熱渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)22轉(zhuǎn)換成高品 位機(jī)械能輸出。殼體換熱器23帶有絕熱層以減少熱損。
圖2所示實(shí)施例的工作原理為儲(chǔ)氣罐3中的低品位燃?xì)饨?jīng)過(guò)防回火器4，被氣體增 壓器6泵送進(jìn)電熱絲網(wǎng)燃燒室7?？杖急日{(diào)節(jié)器5通過(guò)控制空氣的流入量來(lái)調(diào)節(jié)進(jìn)入電熱 絲網(wǎng)燃燒室7的低品位燃?xì)獾臐舛?，使系統(tǒng)工作更穩(wěn)定有效。進(jìn)入電熱絲網(wǎng)燃燒室7的混 合氣體被電熱絲網(wǎng)點(diǎn)燃并充分徹底燃燒。燃燒產(chǎn)生的熱氣進(jìn)入殼體換熱器23，與從進(jìn)風(fēng)架 20進(jìn)入膨脹室殼體13的增壓空氣充分換熱并使空氣膨脹產(chǎn)生勢(shì)能。這些勢(shì)能推動(dòng)第一級(jí) 渦輪8轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過(guò)第一渦輪軸10帶動(dòng)增壓泵輪12使得從進(jìn)風(fēng)架20進(jìn)入膨脹室殼體13 的空氣增壓。增壓的空氣經(jīng)熱氣加熱產(chǎn)生更大的壓力，推動(dòng)第一級(jí)渦輪8加速轉(zhuǎn)動(dòng)。這又 使得增壓泵輪12的增壓作用進(jìn)一步增強(qiáng)，由此形成雪崩反應(yīng)，使渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)迅速達(dá)到滿 功率輸出。這些輸出功率通過(guò)發(fā)電機(jī)18轉(zhuǎn)化為電能輸出。
這里要強(qiáng)調(diào)圖1實(shí)施例中由于增壓泵輪12的轉(zhuǎn)動(dòng)使膨脹室殼體13內(nèi)的氣體按照螺 旋曲線旋轉(zhuǎn)。螺殼熱氣流道21的角度與增壓泵輪12產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)氣流的運(yùn)動(dòng)方向相同，從 而增強(qiáng)了氣流運(yùn)動(dòng)能量，更有利于兩級(jí)渦輪的動(dòng)能利用。
還需要指出圖1和圖2實(shí)施例中，第一級(jí)渦輪8只吸收了一部分膨脹的能量做功， 將剩余的能量留給第二級(jí)渦輪9繼續(xù)吸收做功。第一級(jí)渦輪8所做的功一部分通過(guò)第一渦 輪軸10傳遞給增壓泵輪12,另一部分功率傳遞給內(nèi)齒圈14。第二級(jí)渦輪9通過(guò)第二級(jí)渦 輪軸11將功率傳遞給行星架15。這兩個(gè)渦輪在行星動(dòng)力匯流升速器中完成動(dòng)力匯流并通 過(guò)太陽(yáng)輪20傳遞給發(fā)電機(jī)21轉(zhuǎn)化為電能輸出。行星動(dòng)力匯流升速器還使渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng) 始終處在效率曲線的髙位運(yùn)行。
現(xiàn)有的燃?xì)馔鉄崾綔u輪發(fā)動(dòng)機(jī)都設(shè)有多級(jí)導(dǎo)輪機(jī)構(gòu)，在許多場(chǎng)合它們都具有有益效 果。但經(jīng)我們研究發(fā)現(xiàn)導(dǎo)輪機(jī)構(gòu)的存在同時(shí)也使發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，而且還影響發(fā)動(dòng) 機(jī)的工作效率。如果能夠采用可逆性的渦輪和泵輪來(lái)取代導(dǎo)輪，既可以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，又能大 大提高工作效率。所以這里不采用導(dǎo)輪。
本發(fā)明的技術(shù)要求為當(dāng)兩只旋轉(zhuǎn)方向相反的渦輪均為125轉(zhuǎn)/分時(shí)，行星動(dòng)力匯流 升速器升速比為6:1,帶動(dòng)750轉(zhuǎn)/分的50赫茲交流發(fā)電機(jī)并網(wǎng)發(fā)電。
順便指出，圖1實(shí)施例由于氣體增壓器6耗用的功率很大，將燃?xì)庵苯庸嗳氲脚蛎浭?殼體13內(nèi)的方式，價(jià)值不一定很大。因此也可采用圖2實(shí)施例的方法采用殼體換熱器 23為低品位發(fā)動(dòng)機(jī)提供熱能，并將其轉(zhuǎn)化成髙品位機(jī)械能輸出。這兩種方式哪種更好，須 由實(shí)驗(yàn)決定。
權(quán)利要求
1.堯式三型低品位燃?xì)馔鉄崾綔u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，由堯式三型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)和特種燃燒系統(tǒng)組成；低品位燃?xì)獍旱V油田開(kāi)采提煉過(guò)程中產(chǎn)生的稀薄可燃?xì)怏w及其混合物；堯式三型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)由兩級(jí)渦輪、兩個(gè)渦輪軸、增壓泵輪和膨脹室殼體組成；第一級(jí)渦輪與增壓泵輪和內(nèi)齒圈連接；第二級(jí)渦輪與行星架連接；行星架上均布有三個(gè)行星輪；內(nèi)齒圈、行星架、三個(gè)行星輪和太陽(yáng)輪一起構(gòu)成一個(gè)行星動(dòng)力匯流升速器，太陽(yáng)輪作為行星動(dòng)力匯流升速器的輸出端連接發(fā)電機(jī)，采用特種燃燒系統(tǒng)的出口與膨脹室殼體下端相連通，膨脹室殼體上制有螺旋上升并且截面逐漸縮小的半圓形螺殼熱氣流道，從特種燃燒系統(tǒng)噴出的熱氣通過(guò)此螺殼熱氣流道進(jìn)入膨脹室殼體并轉(zhuǎn)換成高品位機(jī)械能輸出；或者采用特種燃燒系統(tǒng)的出口與和膨脹室殼體低熱阻連接的換熱器相連通，從特種燃燒系統(tǒng)噴出的熱氣通過(guò)換熱器使膨脹室殼體內(nèi)的氣體升溫膨脹并轉(zhuǎn)換成高品位機(jī)械能輸出，其特征在于含有一個(gè)由儲(chǔ)氣罐、防回火器、空燃比調(diào)節(jié)器、氣體增壓器和電熱絲網(wǎng)燃燒室組成的特種燃燒系統(tǒng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于特種燃燒系統(tǒng)的出口與和膨脹室殼體一體 制造的殼體換熱器相連通。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于在增壓泵輪的上方含有一個(gè)鐘型整流 罩和/或在第一級(jí)渦輪的下方含有一個(gè)鐘型整流罩。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于兩級(jí)渦輪通過(guò)一個(gè)具有兩個(gè)同心安裝 旋轉(zhuǎn)方向相反的輸入端和一個(gè)輸出端的行星動(dòng)力匯流升速器形成動(dòng)力匯流。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于膨脹室殼體含有絕熱層。
全文摘要
用堯式三型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)和特種燃燒系統(tǒng)組成一臺(tái)堯式三型低品位燃?xì)馔鉄崾綔u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)由兩級(jí)渦輪、渦輪軸、增壓泵輪和脹室殼體組成。膨脹室殼體的下方有一個(gè)進(jìn)風(fēng)架；在進(jìn)風(fēng)口上方有一個(gè)固定安裝于第一渦輪軸上的增壓泵輪。特種燃燒系統(tǒng)由儲(chǔ)氣罐、防回火器、空燃比調(diào)節(jié)器、氣體增壓器和電熱絲網(wǎng)燃燒室組成，其出口與螺殼渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)膨脹室殼體下端相連通或與和換熱渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)膨脹室殼體低熱阻連接的殼體換熱器相連通，從特種燃燒系統(tǒng)產(chǎn)生的熱氣使膨脹室殼體內(nèi)的氣體升溫膨脹并轉(zhuǎn)換成高品位機(jī)械能輸出。本發(fā)明可將煤礦、油田等企業(yè)在開(kāi)采提煉過(guò)程中產(chǎn)生的有害氣體用低廉的成本方式轉(zhuǎn)化為輸出動(dòng)力或電能，既能解除污染，又節(jié)約了寶貴的能源。
文檔編號(hào)F02C7/22GK101493043SQ200810033139
公開(kāi)日2009年7月29日 申請(qǐng)日期2008年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月25日
發(fā)明者楊錫堯 申請(qǐng)人:楊錫堯