專利名稱：蒸汽輪機(jī)與堯式三型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)合循環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及蒸汽輪機(jī)與堯式三型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)合循環(huán)。
背景技術(shù)：
多少年來，傳統(tǒng)熱電技術(shù)一直只能停留在理論值的l/3的效率的階段。直到上世紀(jì)末， 終于突破亞臨界制造技術(shù)的束縛，才使熱機(jī)效率越過了 40%的大關(guān)。如今，雖已研制成功 超超臨界發(fā)電機(jī)組，但最髙效率也不可能超過50%，仍然還有剩余50%以上的熱能未被利 用。盡管現(xiàn)有技術(shù)的鍋爐利用效率已經(jīng)極髙，也盡管采用了第二次對加熱蒸汽后的燃?xì)膺M(jìn)行 了熱交換的再利用，但仍然還有相當(dāng)一部分的熱量，從煙道出口被白白浪費(fèi)掉。能量損失更 大的部分，是在第三段低壓透平后排放的蒸汽，即便是100'C的蒸汽凝結(jié)為100'C的熱水， 所釋放的能量也大得驚人，何況第三段低壓蒸汽透平后所排放的溫度在100'C以上。如果現(xiàn) 在對提升效率的研究仍然停留在技術(shù)層面再進(jìn)行改進(jìn)，其提升空間也是極其有限的，因?yàn)槌?超臨界的機(jī)組已經(jīng)接近技術(shù)的極限，無論多么努力，發(fā)電效率已不可能大幅度再提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供蒸汽輪機(jī)與堯式三型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)合循環(huán)。 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是用蒸汽輪機(jī)和堯式三型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)組成一 個(gè)蒸汽輪機(jī)與堯式三型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)合循環(huán)。堯式三型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)由兩級渦輪、兩個(gè)渦輪軸、 增壓泵輪和膨脹室殼體組成。第一級渦輪與增壓泵輪和內(nèi)齒圈連接第二級渦輪與行星架連
接行星架上均布有三個(gè)行星輪。內(nèi)齒圈、行星架、三個(gè)行星輪和太陽輪一起構(gòu)成一個(gè)行星
動(dòng)力匯流升速器，太陽輪作為行星動(dòng)力匯流升速器的輸出端連接渦輪發(fā)電機(jī)。在膨脹室殼體 的下方設(shè)置一個(gè)進(jìn)風(fēng)架。在膨脹室殼體上設(shè)置一個(gè)與膨脹室殼體低熱阻連接的換熱器，換熱 器含有一個(gè)與蒸汽輪機(jī)乏汽管路相連接的輸入端口和一個(gè)與鍋爐給水裝置相連接的輸出端 口。進(jìn)一步，在膨脹室殼體內(nèi)設(shè)置一個(gè)內(nèi)置筒形夾套式換熱器，內(nèi)置筒形夾套式換熱器含有 一個(gè)與鍋爐煙道相連接的煙氣入口和一個(gè)與大氣連通的煙氣出口 。
作為對上述技術(shù)方案的改進(jìn)優(yōu)化采用與膨脹室殼體一體制造的殼體換熱器采用兩級 渦輪通過一個(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，在增壓泵輪的上方設(shè)置鐘型整流罩和/或在第一級渦輪的下方設(shè)置鐘型整 流罩以及在殼體換熱器上設(shè)置絕熱層。
本發(fā)明的有益效果包括將從煙道口排放的煙氣和從蒸汽輪機(jī)排放的乏汽能量再次加以 利用，能大大提高現(xiàn)有熱電廠的發(fā)電效率。專門針對利用這些剩余低品位能量的發(fā)動(dòng)機(jī)，即 大功率堯式低品位能量渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)由此而誕生。本發(fā)明應(yīng)用科學(xué)手段來彌補(bǔ)傳統(tǒng)技術(shù)無法大 幅度提髙熱機(jī)效率的缺陷，用科學(xué)的智慧來彌補(bǔ)西方技術(shù)的不足?，F(xiàn)代發(fā)電廠所使用的蒸汽 輪機(jī)一般功率都很大，因此只需安排一臺大功率機(jī)組就可與堯式低品位能量渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn) 聯(lián)合循環(huán)。當(dāng)然采用多臺組合方式也可以、甚至性能更好，可采用均布式方法來完成。在渦 輪發(fā)動(dòng)機(jī)膨脹室殼體上設(shè)置一個(gè)與膨脹室殼體低熱阻連接的換熱器，換熱器采用一個(gè)與蒸汽 輪機(jī)乏汽管路相連接的輸入端口和一個(gè)與鍋爐給水裝置相連接的輸出端口將從膨脹室殼體 下端的出水口流出的冷凝水，經(jīng)過機(jī)外加壓后，重新送回到燃燒鍋爐循環(huán)使用。大功率、低 品位渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，此時(shí)毅然成為一臺100"/。不再使用冷卻液的散熱裝置，真實(shí)替代了傳統(tǒng)熱 電技術(shù)的冷凝塔而自身獲得的散熱能量，即可轉(zhuǎn)化為渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出動(dòng)力。
進(jìn)一步，對從煙道上排放出去的燃煤廢氣加以利用。具體方法包括兩種方法一將煙道管道排放的廢氣，與堯式三型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)膨脹室殼體下端的進(jìn)氣管路相連接。由于膨脹室 殼體內(nèi)存有一定的低壓，所以燃煤廢氣不會自動(dòng)進(jìn)入，反而會形成倒灌而進(jìn)入煙道。因此， 必須在管道的連接處，增設(shè)一臺風(fēng)扇，強(qiáng)行將廢氣送入膨脹室殼體內(nèi)，實(shí)現(xiàn)廢氣的第二次做 功。風(fēng)扇提供的壓力，應(yīng)與堯式三型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)增壓泵輪產(chǎn)生的壓力相同，以保證空氣進(jìn)入 和廢氣灌入能同時(shí)進(jìn)行，并獲得一個(gè)穩(wěn)定的配比。由于強(qiáng)制風(fēng)扇耗用的功率很大，將廢氣直 接灌入到膨脹室殼體內(nèi)的方式，價(jià)值不一定很大。因此也可采用方法二采用內(nèi)置式換熱器 為低品位發(fā)動(dòng)機(jī)提供熱能。煙氣通過內(nèi)置筒形夾套式換熱器加熱膨脹室殼體內(nèi)的氣體。這兩 種方式哪種更好，須由實(shí)驗(yàn)決定。在煙氣和乏汽能量的雙重作用下，堯式三型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)將 會產(chǎn)生難以想象的巨大輸出動(dòng)力。
蒸汽輪機(jī)與務(wù)式低品位渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)聯(lián)合循環(huán)，共有五種不同結(jié)構(gòu)和組合方式，殼式 三型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)綜合性能價(jià)格比最高，它采用一級增壓泵輪可使膨脹室殼體內(nèi)的氣體獲得一 定的壓力，能夠確保廢氣的動(dòng)能和壓力的有效利用。這樣既能降低制造成本，又能使得渦輪 發(fā)動(dòng)機(jī)的效率得到提高。采用兩級渦輪制式當(dāng)然更可以進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。
本發(fā)明采用無外殼的行星動(dòng)力匯流升速器還使得兩級渦輪具有自適應(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)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
圖1是蒸汽輪機(jī)與堯式三型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)合循環(huán)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)剖示圖。 圖中l(wèi).蒸汽輪機(jī)，2.渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，3.鍋爐，4.高壓蒸汽管，5.汽輪發(fā)電機(jī)，6.乏汽管 路，7.輸入端口， 8.膨脹室殼體，9.殼體換熱器，IO.輸出端口， ll.第一級渦輪，12.第二 級渦輪，13.第一渦輪軸，14.第二渦輪軸，15.增壓泵輪，16.內(nèi)齒圈，17.行星架，18.行星 輪，19.太陽輪，20.渦輪發(fā)電機(jī)，21.鐘型整流罩，22.進(jìn)風(fēng)架，23.內(nèi)置筒形夾套式換熱器， 24.鍋爐煙道，25.煙道入口， 26.煙道出口。
具體實(shí)施例方式
在圖1中，蒸汽輪機(jī)1與堯式三型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)2組成一臺蒸汽輪機(jī)與堯式三型渦輪發(fā)動(dòng) 機(jī)聯(lián)合循環(huán)。鍋爐3產(chǎn)生的髙壓蒸汽通過高壓蒸汽管4進(jìn)入蒸汽輪機(jī)1做功驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī) 5。從蒸汽輪機(jī)1出來的乏汽通過乏汽管路6和輸入端口 7進(jìn)入與膨脹室殼體8 —體制造的 殼體換熱器9。殼體換熱器9通過輸出端口 10與鍋爐3給水裝置相連接。第一級渦輪ll、 第二級渦輪12、第一渦輪軸13、第二渦輪軸14、增壓泵輪15和膨脹室殼體8 —起組成一 臺務(wù)式三型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。第一級渦輪11與增壓泵輪15和內(nèi)齒圈16連接。第二級渦輪12 與行星架17連接。行星架17上均布有三個(gè)行星輪18。內(nèi)齒圈16、行星架17、三個(gè)行星輪 18和太陽輪19 一起構(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。太陽輪19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)20。在增壓 泵輪15上方和第一級渦輪11的下方各含有一個(gè)鐘型整流罩21。在膨脹室殼體8的下方是 一個(gè)進(jìn)風(fēng)架22。在膨脹室殼體8內(nèi)有一個(gè)內(nèi)置筒形夾套式換熱器23，內(nèi)置筒形夾套式換熱 器23帶有一個(gè)與鍋爐煙道24相連接的煙道入口 25以及一個(gè)與大氣連通的煙道出口 26。
圖1所示實(shí)施例的工作原理為從蒸汽輪機(jī)1輸出的乏汽與鍋爐煙道24內(nèi)的煙氣通過 殼體換熱器9和內(nèi)置筒形夾套式換熱器23使膨脹室殼體8內(nèi)的空氣膨脹產(chǎn)生勢能推動(dòng)第一 級渦輪11轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過第一渦輪軸13帶動(dòng)增壓泵輪15使得從進(jìn)風(fēng)架22進(jìn)入膨脹室殼體8 的空氣增壓。增壓的空氣經(jīng)過兩個(gè)換熱器加熱產(chǎn)生更大的壓力，推動(dòng)第一級渦輪ll加速轉(zhuǎn) 動(dòng)。這又使得增壓泵輪15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)2迅 速達(dá)到滿功率輸出。這些輸出功率通過渦輪發(fā)電機(jī)20轉(zhuǎn)化為電能輸出。殼體換熱器9帶有 絕熱層以減少熱損。
4這里要強(qiáng)調(diào)第一級渦輪ll只吸收了一部分膨脹的能量做功，將剩余的能量留給第二 級渦輪12繼續(xù)吸收做功。第一級渦輪11所做的功一部分通過第一渦輪軸13傳遞給增壓泵 輪15,另一部分功率傳遞給內(nèi)齒圈16。第二級渦輪12通過第二級渦輪軸14將功率傳遞給 行星架17。這兩個(gè)渦輪在行星動(dòng)力匯流升速器中完成動(dòng)力匯流后通過太陽輪19傳遞給渦輪 發(fā)電機(jī)20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 高位運(yùn)行。氣體在膨脹室殼體8內(nèi)以螺旋方式上升可以充分?jǐn)嚢?，提髙氣體的換熱效率，也 更有利于轉(zhuǎn)化為渦輪的輸出動(dòng)力。
現(xiàn)有的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)都設(shè)有多級導(dǎo)輪機(jī)構(gòu)，在許多場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取代導(dǎo)輪，既可以簡化結(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。
權(quán)利要求
1.蒸汽輪機(jī)與堯式三型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)合循環(huán)，由蒸汽輪機(jī)和堯式三型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)組成，堯式三型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)組由兩級渦輪、兩個(gè)渦輪軸、增壓泵輪和膨脹室殼體組成；第一級渦輪與增壓泵輪和內(nèi)齒圈連接；第二級渦輪與行星架連接；行星架上均布有三個(gè)行星輪；內(nèi)齒圈、行星架、三個(gè)行星輪和太陽輪一起構(gòu)成一個(gè)行星動(dòng)力匯流升速器，太陽輪作為行星動(dòng)力匯流升速器的輸出端連接渦輪發(fā)電機(jī)，其特征在于在膨脹室殼體上含有一個(gè)與膨脹室殼體低熱阻連接的換熱器，換熱器含有一個(gè)與蒸汽輪機(jī)乏汽管路相連接的輸入端口和一個(gè)與鍋爐給水裝置相連接的輸出端口。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聯(lián)合循環(huán)，其特征在于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)膨脹室內(nèi)含有一個(gè)內(nèi)置筒形夾 套式換熱器，內(nèi)置筒形夾套式換熱器含有一個(gè)與鍋爐煙道相連接的煙氣入口和一個(gè)與大 氣連通的煙氣出口。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的聯(lián)合循環(huán)，其特征在于含有一個(gè)與膨脹室殼體一體制造的殼 體換熱器。
4. 根據(jù)S利要求1或2所述的聯(lián)合循環(huán)，其特征在于兩級渦輪通過一個(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所述的聯(lián)合循環(huán)，其特征在于在增壓泵輪的上方含有一個(gè)鐘型整流 罩和/或在第一級渦輪的下方含有一個(gè)鐘型整流罩。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的聯(lián)合循環(huán)，其特征在于殼體換熱器上含有絕熱層。
全文摘要
用蒸汽輪機(jī)和堯式三型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)組成一個(gè)蒸汽輪機(jī)與堯式三型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)合循環(huán)。在膨脹室殼體上含有一個(gè)與膨脹室殼體低熱阻連接的換熱器；在膨脹室內(nèi)設(shè)置一個(gè)內(nèi)置筒形夾套式換熱器。本發(fā)明應(yīng)用科學(xué)手段來彌補(bǔ)傳統(tǒng)技術(shù)無法大幅度提高熱機(jī)效率的缺陷，用科學(xué)的智慧來彌補(bǔ)西方技術(shù)的不足。在煙氣和乏汽能量的雙重作用下，低品位渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)將會產(chǎn)生難以想象的巨大輸出動(dòng)力。堯式三型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)采用增壓泵輪可使膨脹室殼體內(nèi)的氣體獲得一定的壓力，從而使得渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的效率大大增加。采用兩級渦輪可進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。本發(fā)明采用無外殼的行星動(dòng)力匯流升速器還使得兩級渦輪具有自適應(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)。
文檔編號F01K23/02GK101493021SQ20081003314
公開日2009年7月29日 申請日期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 申請人:楊錫堯