專利名稱：渦輪復合氣體壓縮系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
渦輪復合氣體壓縮系統(tǒng)技術(shù)領域[0001]本實用新型涉及熱能與動力領域，尤其是一種渦輪復合氣體壓縮系統(tǒng)。
技術(shù)背景[0002]利用渦輪對將要進入發(fā)動機氣缸內(nèi)的氣體進行增壓的技術(shù)已有很長的歷史，渦 輪具有體積小、重量輕、流量大的優(yōu)勢，因而這一技術(shù)已得到廣泛應用。然而至今為 止，渦輪與氣體壓縮機相配合的技術(shù)還很少見，其主要原因是由于渦輪壓氣機的轉(zhuǎn)速要 求高，用機械或電的方式對其傳動很難達到數(shù)萬、甚至十萬轉(zhuǎn)以上(如果渦輪的轉(zhuǎn)速不 夠高，渦輪壓氣將失去其優(yōu)勢)。渦輪壓氣機的優(yōu)勢如上所述，氣體壓縮機無論是活塞式 氣體壓縮機、螺桿式氣體壓縮機、轉(zhuǎn)子式氣體壓縮機等由容積變化產(chǎn)生氣體壓力的氣體 壓縮機都具有與自身體積和重量相比流量小的缺點，但具有輸出氣體壓力高的優(yōu)點。因 此，急需發(fā)明一種充分發(fā)揮渦輪和氣體壓縮機各自優(yōu)勢的氣體壓縮系統(tǒng)。發(fā)明內(nèi)容[0003]為了解決上述問題，本實用新型提出的技術(shù)方案如下[0004]一種渦輪復合氣體壓縮系統(tǒng)，包括氣體壓縮機進氣道、氣體壓縮機排氣道、氣 體壓縮機、渦輪壓氣機和動力渦輪，所述渦輪壓氣機的壓縮氣體出口與所述氣體壓縮機 進氣道連通，所述氣體壓縮機進氣道經(jīng)進氣門與所述氣體壓縮機的氣缸連通，所述氣缸 經(jīng)排氣門與所述氣體壓縮機排氣道連通，在所述氣體壓縮機排氣道上設渦輪工質(zhì)導出口 和壓縮氣體導出口，所述渦輪工質(zhì)導出口經(jīng)動力渦輪工質(zhì)導入管與所述動力渦輪的氣體 工質(zhì)入口連通，所述動力渦輪對所述渦輪壓氣機輸出動力。[0005]在所述氣體壓縮機進氣道上設進氣降溫器，和/或在所述氣體壓縮機排氣道上 設排氣降溫器。[0006]所述渦輪壓氣機設為多級渦輪壓氣機，和/或所述動力渦輪設為多級動力渦 輪。[0007]所述渦輪壓氣機設為由多個單級渦輪壓氣機組成的多段渦輪壓氣機，所述動力 渦輪設為由多個單級動力渦輪組成的多段動力渦輪。[0008]所述多段渦輪壓氣機中的第一個單級渦輪壓氣機與所述多段動力渦輪中的第一 個單級動力渦輪同軸設置，所述多段渦輪壓氣機中的第二個單級渦輪壓氣機與所述多段 動力渦輪中的第二個單級所述動力渦輪同軸設置，依此類推。[0009]所述多段渦輪壓氣機中的第一個單級渦輪壓氣機與所述多段動力渦輪中的第一 個單級動力渦輪以外的一個單級動力渦輪同軸設置。[0010]在所述渦輪壓氣機上設排熱器。[0011]在所述渦輪壓氣機、所述氣體壓縮機進氣道、所述氣體壓縮機排氣道、所述氣 體壓縮機和/或所述動力渦輪工質(zhì)導入管上設排熱器。[0012]所述動力渦輪的氣體出口與所述排熱器的冷卻氣體入口連通，利用經(jīng)過所述動力渦輪降溫后的氣體作為冷源使用。[0013]所述動力渦輪的氣體出口與所述渦輪壓氣機的氣體入口連通，使經(jīng)過所述動力 渦輪降溫后的氣體重新進入所述渦輪壓氣機。[0014]本實用新型的原理是利用動力源對所述氣體壓縮機輸出動力，所述氣體壓縮機 產(chǎn)生壓縮氣體，利用所述氣體壓縮機產(chǎn)生的壓縮氣體的一部分推動所述動力渦輪使所述 動力渦輪產(chǎn)生動力，利用所述動力渦輪產(chǎn)生的動力使所述渦輪壓氣機旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生具有一 定壓力的壓縮氣體，由所述渦輪壓氣機產(chǎn)生的壓縮氣體為所述氣體壓縮機提供氣源；換 言之，氣體首先進入所述渦輪壓氣機，在所述渦輪壓氣機內(nèi)被增壓后進入所述氣體壓縮 機，氣體在所述氣體壓縮機內(nèi)被進一步壓縮增壓后排出所述氣體壓縮機，由所述氣體壓 縮機排出的氣體的一部分去推動所述動力渦輪使所述動力渦輪對所述渦輪壓氣機輸出動 力，由所述氣體壓縮機排出的氣體的另一部分作為系統(tǒng)輸出的高壓壓縮氣體。[0015]本實用新型所公開的渦輪復合氣體壓縮系統(tǒng)由于采用壓縮氣體作為動力源推動 所述動力渦輪，再由所述動力渦輪對所述渦輪壓氣機輸出動力的方式，所以可以使所述 動力渦輪和所述渦輪壓氣機處于相當高的轉(zhuǎn)速下工作，充分發(fā)揮所述動力渦輪和所述渦 輪壓氣機的優(yōu)勢。不僅如此，在這個系統(tǒng)中，如果對進入所述動力渦輪的壓縮氣體進行 一定的冷卻，就可以使所述動力渦輪的氣體出口的溫度處于較低甚至相當?shù)偷乃剑瑸?此，由所述動力渦輪的氣體出口出來的氣體可以作為冷源使用用于制冷等目的，也可以 作為冷源使用以對所述渦輪復合氣體壓縮系統(tǒng)中的需要冷卻的氣體、工質(zhì)或部件進行冷 卻。[0016]本實用新型中所謂的氣體壓縮機是指由容積變化產(chǎn)生氣體壓力的氣體壓縮裝 置，可以是活塞式氣體壓縮機、螺桿式氣體壓縮機或轉(zhuǎn)子式氣體壓縮機；所謂氣體壓縮 機排氣道是指與所述氣體壓縮機的壓縮氣體出口連通的壓縮氣體通道；所謂氣體壓縮機 進氣道是指與所述氣體壓縮機的氣體入口連通的氣體通道；所謂的排氣是指被所述氣體 壓縮機壓縮后的高壓壓縮氣體；所謂排氣降溫器是指對壓縮后的高壓壓縮氣體進行降溫 的裝置，可以是散熱器，也可以是以降溫為目的的熱交換器，還可以是將溫度較低的流 體與高壓壓縮氣體進行混合的混合式排氣降溫器，所謂的混合式排氣降溫器是指將高壓 壓縮氣體和低溫流體直接混合進行傳熱的降溫器，其本質(zhì)是一個容器，在此容器中排氣 和低溫流體進行混合，為了增加混合的均勻度，在此容器中可設導流結(jié)構(gòu)、攪拌機構(gòu)或 射流結(jié)構(gòu)；所謂進氣降溫器是指將進入所述氣體壓縮機的氣體進行降溫的裝置，同排氣 降溫器；所謂排熱器是指將熱量對外排出的裝置，它可以是散熱器，也可以是以降溫為 目的的熱交換器；所謂的渦輪壓氣機是指利用旋轉(zhuǎn)葉片或旋轉(zhuǎn)通道對氣體進行壓縮的機 構(gòu)，它可以是單級的、多級的，也可以是多個單級或多個多級組合而成；所謂動力渦輪 是指利用排氣推動葉片或通道旋轉(zhuǎn)對外作功的機構(gòu)；所謂多段是指多個渦輪壓氣機串聯(lián) 或多個動力渦輪串聯(lián)；所謂第一個單級和第二個單級的排列順序是以氣缸為起點沿氣 體連接管道以離開氣缸遠近為依據(jù)的，距離氣缸近的為第一級，次之為第二級，依此類 推。[0017]本實用新型中所謂連通是指直接連通、經(jīng)過若干過程(包括與其他物質(zhì)混合等) 的間接連通或經(jīng)泵、控制閥等受控連通。[0018]為了實現(xiàn)本實用新型所公開的渦輪復合氣體壓縮系統(tǒng)的正常工作，根據(jù)流動的需要在適當?shù)奈恢迷O置泵和控制閥等。[0019]本實用新型的有益效果如下[0020]本實用新型所公開的渦輪復合氣體壓縮系統(tǒng)充分發(fā)揮了渦輪和氣體壓縮機各自 的優(yōu)勢，實現(xiàn)了高效的氣體壓縮系統(tǒng)。


[0021]圖1為本實用新型實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；[0022]圖2為本實用新型實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；[0023]圖3為本實用新型實施例3的結(jié)構(gòu)示意圖；[0024]圖4為本實用新型實施例4的結(jié)構(gòu)示意圖；[0025]圖5為本實用新型實施例5的結(jié)構(gòu)示意圖；[0026]圖6為本實用新型實施例6的結(jié)構(gòu)示意圖；[0027]圖7為本實用新型實施例7的結(jié)構(gòu)示意圖；[0028]圖8為本實用新型實施例8的結(jié)構(gòu)示意圖；[0029]圖9為本實用新型實施例9的結(jié)構(gòu)示意圖；[0030]圖10為本實用新型實施例10的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
[0031]實施例1[0032]如圖1所示的渦輪復合氣體壓縮系統(tǒng)，包括氣體壓縮機進氣道1、氣體壓縮機排 氣道2、氣體壓縮機3、渦輪壓氣機4和動力渦輪5，渦輪壓氣機4的壓縮氣體出口與氣體 壓縮機進氣道1連通，氣體壓縮機進氣道1經(jīng)進氣門7與氣體壓縮機3的氣缸301連通， 氣缸301經(jīng)排氣門8與氣體壓縮機排氣道2連通，在氣體壓縮機排氣道2上設渦輪工質(zhì)導 出口 221和壓縮氣體導出口 222，渦輪工質(zhì)導出口 221經(jīng)動力渦輪工質(zhì)導入管224與動力 渦輪5的氣體工質(zhì)入口連通，動力渦輪5對渦輪壓氣機4輸出動力，渦輪壓氣機4的氣體 入口與低壓氣源6連通，所謂低壓氣源6是指可以提供空氣、低壓氧氣或低壓含氧氣體的 系統(tǒng)，例如發(fā)動機的進氣系統(tǒng)等，氣體壓縮機3與動力源300連接，動力源300對氣體壓 縮機3輸出動力；壓縮氣體導出口 222是系統(tǒng)輸出高壓壓縮氣體的出口。氣體壓縮機3 可以是活塞式氣體壓縮機、螺桿式氣體壓縮機或轉(zhuǎn)子式氣體壓縮機。本實施例所公開的 方案中，氣體首先進入渦輪壓氣機4，在渦輪壓氣機4內(nèi)被增壓后進入氣體壓縮機3，氣 體在氣體壓縮機3內(nèi)被進一步壓縮增壓后排出氣體壓縮機3，由氣體壓縮機3排出的氣體 的一部分去推動動力渦輪5使動力渦輪5對渦輪壓氣機4輸出動力，由氣體壓縮機3排出 的氣體的另一部分作為系統(tǒng)輸出的高壓壓縮氣體，這樣就充分發(fā)揮了渦輪壓氣機4和氣 體壓縮機3各自的優(yōu)勢，實現(xiàn)了高效的氣體壓縮系統(tǒng)。[0033]實施例2[0034]如圖2所示的渦輪復合氣體壓縮系統(tǒng)，其與實施例1的區(qū)別在于在氣體壓縮機 進氣道1上設進氣降溫器100。這樣設置的目的是將進入氣體壓縮機3的氣體進行冷卻， 增加進入氣體壓縮機3的氣體的量，提高氣體壓縮機3的壓氣效率。[0035]實施例3[0036]如圖3所示的渦輪復合氣體壓縮系統(tǒng)，其與實施例1的區(qū)別在于在與氣體壓縮 機排氣道2連通的動力渦輪工質(zhì)導入管2M上設排氣降溫器200，這樣設置的目的是將進 入動力渦輪5的高壓壓縮氣體進行冷卻，增加進入動力渦輪5的高壓壓縮氣體的量，提高 動力渦輪5的動力，進而提高渦輪壓氣機4的壓氣效率。[0037]實施例4[0038]如圖4所示的渦輪復合氣體壓縮系統(tǒng)，其與實施例1的區(qū)別在于渦輪壓氣機4 設為多級渦輪壓氣機400，動力渦輪5設為多級動力渦輪500。這樣設置的目的同樣是為 了提高動力渦輪5的動力，進而提高渦輪壓氣機4的壓氣效率。[0039]實施例5[0040]如圖5所示的渦輪復合氣體壓縮系統(tǒng)，其與實施例1的區(qū)別在于渦輪壓氣機4 設為由多個單級渦輪壓氣機組成的多段渦輪壓氣機401，動力渦輪5設為由多個單級動力 渦輪組成的多段動力渦輪501。多段渦輪壓氣機401中的第一個單級渦輪壓氣機與多段動 力渦輪501中的第一個單級動力渦輪同軸設置，多段渦輪壓氣機401中的第二個單級渦輪 壓氣機與多段動力渦輪501中的第二個單級動力渦輪同軸設置，依此類推。這樣設置的 目的同樣是為了提高動力渦輪5的動力，進而提高渦輪壓氣機4的壓氣效率。[0041]實施例6[0042]如圖6所示的渦輪復合氣體壓縮系統(tǒng)，其與實施例5的區(qū)別在于多段渦輪壓氣 機401中的第一個單級渦輪壓氣機與多段動力渦輪501中的第一個單級動力渦輪以外的一 個單級動力渦輪同軸設置。[0043]實施例7[0044]如圖7所示的渦輪復合氣體壓縮系統(tǒng)，其與實施例1的區(qū)別在于在渦輪壓氣機 4上設排熱器402。這樣設置的目的是將進入渦輪壓氣機4的氣體進行冷卻，增加進入渦 輪壓氣機4的氣體的量，提高渦輪壓氣機4的壓氣效率。[0045]實施例8[0046]如圖8所示的渦輪復合氣體壓縮系統(tǒng)，其與實施例1的區(qū)別在于在低壓氣源6 和渦輪壓氣機4之間的通道上、在氣體壓縮機進氣道1上、在動力渦輪工質(zhì)導入管2M上 和壓縮氣體導出管223上分別設排熱器1234，排熱器1234設為散熱器。這樣設置的目的 是為了將氣體進行冷卻，提高系統(tǒng)的壓縮效率。[0047]此外，還可以在氣體壓縮機排氣道2、氣體壓縮機3上設排熱器1234。[0048]實施例9[0049]如圖9所示的渦輪復合氣體壓縮系統(tǒng)，其與實施例1的區(qū)別在于在氣體壓縮機 進氣道1上和在動力渦輪工質(zhì)導入管2M上設排熱器1234，排熱器1234設為以冷卻為目 的的熱交換器，所述動力渦輪5的氣體出口與所述排熱器1234的冷卻氣體入口連通，利 用經(jīng)過所述動力渦輪5降溫后的氣體作為冷源使用，將氣體進行冷卻，提高系統(tǒng)的壓縮效率。[0050]實施例10[0051]如圖10所示的渦輪復合氣體壓縮系統(tǒng)，其與實施例1的區(qū)別在于動力渦輪5 的氣體出口與渦輪壓氣機4的氣體入口連通，使經(jīng)過動力渦輪5降溫后的氣體重新進入渦 輪壓氣機4。這樣設置的目的同樣是將進氣進行冷卻，增加進入渦輪壓氣機4的氣體的量，提高渦輪壓氣機4的壓氣效率，同時提高氣體的利用率。
權(quán)利要求1.一種渦輪復合氣體壓縮系統(tǒng)，包括氣體壓縮機進氣道(1)、氣體壓縮機排氣道 (2),氣體壓縮機(3)、渦輪壓氣機(4)和動力渦輪(5)，其特征在于所述渦輪壓氣機 (4)的壓縮氣體出口與所述氣體壓縮機進氣道(1)連通，所述氣體壓縮機進氣道(1)經(jīng)進 氣門(7)與所述氣體壓縮機(3)的氣缸(301)連通，所述氣缸(301)經(jīng)排氣門(8)與所述 氣體壓縮機排氣道( 連通，在所述氣體壓縮機排氣道( 上設渦輪工質(zhì)導出口(221)和 壓縮氣體導出口 022)，所述渦輪工質(zhì)導出口(221)經(jīng)動力渦輪工質(zhì)導入管(224)與所述 動力渦輪(5)的氣體工質(zhì)入口連通，所述動力渦輪( 對所述渦輪壓氣機(4)輸出動力。
2.如權(quán)利要求1所述渦輪復合氣體壓縮系統(tǒng)，其特征在于在所述氣體壓縮機進 氣道(1)上設進氣降溫器(100)，和/或在所述氣體壓縮機排氣道( 上設排氣降溫器 (200)。
3.如權(quán)利要求1所述渦輪復合氣體壓縮系統(tǒng)，其特征在于所述渦輪壓氣機(4)設為 多級渦輪壓氣機G00)，和/或所述動力渦輪(5)設為多級動力渦輪(500)。
4.如權(quán)利要求1所述渦輪復合氣體壓縮系統(tǒng)，其特征在于所述渦輪壓氣機(4)設為 由多個單級渦輪壓氣機組成的多段渦輪壓氣機G01)，所述動力渦輪( 設為由多個單級 動力渦輪組成的多段動力渦輪(501)。
5.如權(quán)利要求4所述渦輪復合氣體壓縮系統(tǒng)，其特征在于所述多段渦輪壓氣機 (401)中的第一個單級渦輪壓氣機與所述多段動力渦輪(501)中的第一個單級動力渦輪 同軸設置，所述多段渦輪壓氣機G01)中的第二個單級渦輪壓氣機與所述多段動力渦輪 (501)中的第二個單級所述動力渦輪同軸設置，依此類推。
6.如權(quán)利要求4所述渦輪復合氣體壓縮系統(tǒng)，其特征在于所述多段渦輪壓氣機 (401)中的第一個單級渦輪壓氣機與所述多段動力渦輪(501)中的第一個單級動力渦輪以 外的一個單級動力渦輪同軸設置。
7.如權(quán)利要求1所述渦輪復合氣體壓縮系統(tǒng)，其特征在于在所述渦輪壓氣機(4)上 設排熱器(402)。
8.如權(quán)利要求1所述渦輪復合氣體壓縮系統(tǒng)，其特征在于在所述渦輪壓氣機(4)、 所述氣體壓縮機進氣道(1)、所述氣體壓縮機排氣道( 、所述氣體壓縮機( 和/或所 述動力渦輪工質(zhì)導入管(224)上設排熱器(1234)。
9.如權(quán)利要求8所述渦輪復合氣體壓縮系統(tǒng)，其特征在于所述動力渦輪(5)的氣體 出口與所述排熱器1234)的冷卻氣體入口連通，利用經(jīng)過所述動力渦輪(5)降溫后的氣體 作為冷源使用。
10.如權(quán)利要求1所述渦輪復合氣體壓縮系統(tǒng)，其特征在于所述動力渦輪(5)的氣 體出口與所述渦輪壓氣機(4)的氣體入口連通，使經(jīng)過所述動力渦輪( 降溫后的氣體重 新進入所述渦輪壓氣機(4)。
專利摘要本實用新型公開了一種渦輪復合氣體壓縮系統(tǒng)，包括氣體壓縮機進氣道、氣體壓縮機排氣道、氣體壓縮機、渦輪壓氣機和動力渦輪，所述渦輪壓氣機的壓縮氣體出口與所述氣體壓縮機進氣道連通，所述氣體壓縮機進氣道經(jīng)進氣門與所述氣體壓縮機的氣缸連通，所述氣缸經(jīng)排氣門與所述氣體壓縮機排氣道連通，在所述氣體壓縮機排氣道上設渦輪工質(zhì)導出口和壓縮氣體導出口，所述渦輪工質(zhì)導出口經(jīng)動力渦輪工質(zhì)導入管與所述動力渦輪的氣體工質(zhì)入口連通，所述動力渦輪對所述渦輪壓氣機輸出動力。本實用新型所公開的渦輪復合氣體壓縮系統(tǒng)充分發(fā)揮了渦輪和氣體壓縮機各自的優(yōu)勢，實現(xiàn)了高效的氣體壓縮系統(tǒng)。
文檔編號F02B37/10GK201810391SQ20102057259
公開日2011年4月27日 申請日期2010年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月22日
發(fā)明者靳北彪 申請人:靳北彪