一種低溫混合動力燃氣輪機及工作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低溫混合動力燃氣輪機及工作方法，其中的一種低溫混合動力燃氣輪機，包括：燃料輸送管、第一軸連器、管路、燃燒室、液態(tài)空氣噴嘴、氣輪機、第二軸連器、空氣入口、排氣段、第三軸連器及壓氣機；所述燃料輸送管連接燃燒室；所述第一軸連器設置在壓氣機的前端；所述空氣入口設置在壓氣機的后端；所述燃燒室設置在管路內；所述液態(tài)空氣噴嘴設置在管路內靠近燃燒室的出口處；所述第二軸連器連接壓氣機氣輪機；所述第三軸連器設置在氣輪機的后端；所述排氣段設置在氣輪機的前端出口處。本發(fā)明充分利用熱能做功，同時降低溫度，降低材料工藝要求，省去散熱系統(tǒng)，系統(tǒng)復雜性下降、提高燃料利用效率。
【專利說明】一種低溫混合動力燃氣輪機及工作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于燃氣輪機領域，具體涉及一種低溫混合動力燃氣輪機及工作方法。
【背景技術】
[0002]燃氣輪機(GasTurbine)是一種以連續(xù)流動的氣體作為工質、把熱能轉換為機械功的旋轉式動力機械。在空氣和燃氣的主要流程中，只有壓氣機(Compressor)、燃燒室(Combustor)和氣輪機(Turbine)這三大部件組成的燃氣輪機循環(huán)，通稱為簡單循環(huán)。大多數燃氣輪機均采用簡單循環(huán)方案。因為它的結構最簡單，而且最能體現出燃氣輪機所特有的體積小、重量輕、起動快、少用或不用冷卻水等一系列優(yōu)點。
[0003]壓氣機從外界大氣環(huán)境吸入空氣，并經過軸流式壓氣機逐級壓縮使之增壓，同時空氣溫度也相應提高；壓縮空氣被壓送到燃燒室與噴入的燃料混合燃燒生成高溫高壓的燃氣；然后再進入到氣輪機中膨脹做功，推動氣輪機帶動壓氣機和外負荷轉子一起高速旋轉，實現了氣體或液體燃料的化學能部分轉化為機械功。從氣輪機中排出的廢氣排至大氣自然放熱。這樣，燃氣輪機就把燃料的化學能轉化為熱能，又把部分熱能轉變成機械能。通常在燃氣輪機中，壓氣機是由氣輪機膨脹做功來帶動的，它是氣輪機的負載。在簡單循環(huán)中，氣輪機發(fā)出的機械功有1 / 2到2 / 3左右用來帶動壓氣機，其余的1 / 3左右的機械功用來輸出機械能，如驅動發(fā)電機。在燃氣輪機起動的時候，首先需要外界動力，一般是起動機帶動壓氣機，直到氣輪機發(fā)出的機械功大于壓氣機消耗的機械功時，外界起動機脫扣，燃氣輪機才能自身獨立工作。
[0004]燃氣輪機是以連續(xù)流動的氣體為工質帶動葉輪高速旋轉，將燃料的能量轉變?yōu)橛杏霉Φ膬热际絼恿C械，是一種旋轉葉輪式熱力發(fā)動機。燃氣輪機可以是一個廣泛的稱呼，基本原理大同小異，一般所指的燃氣氣輪機發(fā)動機，通常是指用于船舶(以軍用作戰(zhàn)艦艇為主)、車輛(通常是體積龐大可以容納得下燃氣氣輪機的車種，例如坦克、工程車輛等)。與推進用的氣輪機發(fā)動機不同之處，在于其氣輪機除了要帶動傳動軸，傳動軸再連上車輛的傳動系統(tǒng)、船舶的螺旋槳等外，還會另外帶動壓氣機。
[0005]燃氣輪機的工作過程是，壓氣機連續(xù)地從大氣中吸入空氣并將其壓縮；壓縮后的空氣進入燃燒室，與噴入的燃料混合后燃燒，成為高溫高壓高速燃氣，隨即流入燃氣氣輪機中膨脹做功，推動氣輪機葉輪帶著壓氣機葉輪一起旋轉；加熱后的高溫燃氣的做功能力顯著提高，因而燃氣氣輪機在帶動壓氣機的同時，尚有余功作為燃氣輪機的輸出機械功。燃氣輪機由靜止起動時，需用起動機帶著旋轉，待加速到能獨立運行后，起動機才脫開。
[0006]燃氣輪機的工作過程是最簡單的，稱為簡單循環(huán)；此外，還有回熱循環(huán)和復雜循環(huán)。燃氣輪機的工質來自大氣，最后又排至大氣，是開式循環(huán)；此外，還有工質被封閉循環(huán)使用的閉式循環(huán)。燃氣輪機與其他熱機相結合的稱為復合循環(huán)裝置。
[0007]燃氣輪機是一種先進而復雜的成套動力機械裝備，是典型的高新技術密集型產品。作為高科技的載體，燃氣輪機代表了多理論學科和多工程領域發(fā)展的綜合水平，是21世紀的先導技術。發(fā)展集新技術、新材料、新工藝于一身的燃氣輪機產業(yè)，是國家高技術水平和科技實力的重要標志之一，具有十分突出的戰(zhàn)略地位。
[0008]燃氣輪機與其它動力機械相比，具有重量輕、體積小、啟動快、可靠性好、單機功率大、運行平穩(wěn)、壽命長、維修方便等優(yōu)點。因此，燃氣輪機的應用前景非常廣闊。
[0009]燃氣初溫和壓氣機的壓縮比，是影響燃氣輪機效率的兩個主要因素。提高燃氣初溫，并相應提高壓縮比，可使燃氣輪機效率顯著提高。

【發(fā)明內容】

[0010]本發(fā)明針對上述問題，提供一種低溫混合動力燃氣輪機及工作方法。根據本發(fā)明的一個方面，提供了一種低溫混合動力燃氣輪機，包括:燃料輸送管、第一軸連器、管路、燃燒室、液態(tài)空氣噴嘴、氣輪機、第二軸連器、空氣入口、排氣段、第三軸連器及壓氣機；所述燃料輸送管連接燃燒室；所述第一軸連器設置在壓氣機的前端；所述空氣入口設置在壓氣機的后端；所述燃燒室設置在管路內；所述液態(tài)空氣噴嘴設置在管路內靠近燃燒室的出口處；所述第二軸連器連接壓氣機氣輪機；所述第三軸連器設置在氣輪機的后端；所述排氣段設置在氣輪機的前端出口處。
[0011]根據本發(fā)明的有一方面，提供了一種低溫混合動力燃氣輪機工作方法，包括以下步驟:
[0012]S1，燃料進入以后噴入燃燒室，壓氣機壓縮升壓后的空氣部分進入燃燒室和燃料混合，一定比例的氣體和燃料混合后在燃燒室燃燒，部分直接繞過燃燒室外壁和燃料燃燒完的廢氣混合，燃燒產生的熱量使得所有空氣和燃料燃燒完的廢氣升溫膨脹，成為高溫高速氣流；
[0013]S2，高溫高壓氣流和液態(tài)空氣噴嘴噴出的液態(tài)空氣混合后，混合氣體溫度迅速下降，但液態(tài)空氣受熱氣化膨脹，使得混合介質仍進一步膨脹，產生更高壓力，較低溫度的氣流；
[0014]S3，高壓低溫氣流推動氣輪機工作，旋轉，氣體膨脹，降溫，泄壓，釋放能量，到達排氣段，排到大氣。
[0015]進一步地，還包括:所述氣輪機通過第三軸連器輸出動力做功，后面可以帶發(fā)電機，也可以帶輪船動力軸，也可以帶動需要旋轉扭矩動力源的其它機器設備。
[0016]更進一步地，還包括:所述低溫混合動力燃氣輪機通過第一軸連器連接啟動動力
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[0017]更進一步地，還包括:所述壓氣機工作中動力來自于第二軸連器，啟動過程中動力來自于第一軸連器。
[0018]本發(fā)明的優(yōu)點:[0019]使用液態(tài)空氣這種新工質吸收熱量，物理氣化體積膨脹做功，充分利用熱能使之轉化為機械能，同時降低溫度，降低材料工藝要求，省去散熱系統(tǒng)，不需要其它熱回收、煙氣熱量再利用系統(tǒng)，系統(tǒng)復雜性下降、燃料利用效率大幅提高；采用液態(tài)空氣對系統(tǒng)無害，環(huán)境無害，節(jié)能減排；
[0020]氣輪機靜態(tài)和工作狀態(tài)直接溫度變化范圍小，其動靜葉片間隙不用調整，氣輪機結構簡化、效率提高；
[0021]提高燃燒效率，又沒有提高燃燒溫度，NOx氮氧化物排放減少；[0022]本發(fā)明用于軍事領域大型裝備如坦克、軍艦、直升機，由于噴出的尾氣沒有高溫熱量，紅外特性、紫外特性大幅減弱，使得紅外尋的武器無法定位跟蹤，實現紅外隱身。
[0023]除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點。下面將參照圖，對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]構成本申請的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的不當限定。
[0025]圖1是本發(fā)明的一種低溫混合動力燃氣輪機結構示意圖；
[0026]圖2是本發(fā)明的一種低溫混合動力燃氣輪機工作方法流程圖。
[0027]附圖標記:
[0028]1為燃料進氣口、2第一軸連器、3管路、4為燃燒室、6為液態(tài)空氣噴嘴、8為氣輪機、9為第二軸連器、10為空氣入口、11為排氣段、12為第三軸連器、13為壓氣機。
【具體實施方式】
[0029]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0030]實施例1
[0031]參考圖1，如圖1所示的一種低溫混合動力燃氣輪機，包括:燃料輸送管1、第一軸連器2、管路3、燃燒室4、液態(tài)空氣噴嘴6、氣輪機8、第二軸連器9、空氣入口 10、排氣段11、第三軸連器12及壓氣機13 ;所述燃料輸送管1連接燃燒室4 ;所述第一軸連器2設置在壓氣機13的前端；所述空氣入口 10設置在壓氣機13的后端；所述燃燒室4設置在管路3內；所述液態(tài)空氣噴嘴6設置在管路3內靠近燃燒室4的出口處；所述第二軸連器9連接壓氣機13氣輪機8 ;所述第三軸連器12設置在氣輪機8的后端；所述排氣段11設置在氣輪機8的前端出口處。
[0032]參考圖2，如圖2所示的一種低溫混合動力燃氣輪機工作方法，包括以下步驟:
[0033]S1，燃料進入以后噴入燃燒室4，壓氣機13壓縮升壓后的空氣部分進入燃燒室4和燃料混合，一定比例的氣體和燃料混合后在燃燒室4燃燒，部分直接繞過燃燒室4外壁和燃料燃燒完的廢氣混合，燃燒產生的熱量使得所有空氣和燃料燃燒完的廢氣升溫膨脹，成為高溫高速氣流；
[0034]S2，高溫高壓氣流和液態(tài)空氣噴嘴6噴出的液態(tài)空氣混合后，混合氣體溫度迅速下降，但液態(tài)空氣受熱氣化膨脹，使得混合介質仍進一步膨脹，產生更高壓力，較低溫度的氣流；
[0035]S3，高壓低溫氣流推動氣輪機8工作，旋轉，氣體膨脹，降溫，泄壓，釋放能量，到達排氣段11，排到大氣。
[0036]還包括:所述氣輪機8通過第三軸連器12輸出動力做功，后面可以帶發(fā)電機，也可以帶輪船動力軸，也可以帶動需要旋轉扭矩動力源的其它機器設備，如通過變速箱實現直升飛機的動力。[0037]還包括:所述低溫混合動力燃氣輪機通過第一軸連器2連接啟動動力裝置。
[0038]還包括:所述壓氣機13工作中動力來自于第二軸連器9，啟動過程中動力來自于第一軸連器2。
[0039]本發(fā)明除了使用液態(tài)空氣外，其它環(huán)保、廉價的液態(tài)物質也可以使用，如液態(tài)氮氣、液態(tài)二氧化碳，水。只是考慮成本、環(huán)保、設備腐蝕、效率因素，水的問題是汽化熱太大、對氣輪機有腐蝕，效率低，汽化熱帶走熱量太多。本發(fā)明的重點在于介質吸熱，物理膨脹，降溫，壓力反增，對系統(tǒng)沒有腐蝕性，因此，汽化熱小的介質最好。
[0040]本發(fā)明采用液態(tài)空氣新工質吸收燃燒熱量，物理氣化膨脹做功，充分利用熱能轉化為機械能，同時降低氣輪機工作溫度，降低材料工藝要求，省去散熱系統(tǒng)，系統(tǒng)復雜性下降、提高燃料利用效率，采用液態(tài)空氣對系統(tǒng)無害，環(huán)境無害，節(jié)能減排；氣輪機靜態(tài)和工作動態(tài)溫度差距變化范圍小，動靜葉片間隙不用調整，氣輪機效率提高；提高燃燒效率，又不用提高燃燒溫度，NOx氮氧化物排放減少；本發(fā)明用于軍事領域大型裝備如坦克、軍艦、直升機，由于噴出的尾氣沒有熱量，紅外特性、紫外特性大幅減弱，使得紅外尋的武器無法定位跟蹤，實現紅外隱身。
[0041 ] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種低溫混合動力燃氣輪機,其特征在于,包括:燃料輸送管(I)、第一軸連器(2)、管路(3)、燃燒室(4)、液態(tài)空氣噴嘴(6)、氣輪機(8)、第二軸連器(9)、空氣入口(10)、排氣段(11)、第三軸連器(12)及壓氣機(13);所述燃料輸送管(I)連接燃燒室(4);所述第一軸連器(2)設置在壓氣機(13)的前端；所述空氣入口(10)設置在壓氣機(13)的后端；所述燃燒室(4)設置在管路(3)內；所述液態(tài)空氣噴嘴(6)設置在管路(3)內靠近燃燒室(4)的出口處；所述第二軸連器(9)連接壓氣機(13)氣輪機(8);所述第三軸連器(12)設置在氣輪機(8)的后端；所述排氣段(11)設置在氣輪機(8)的前端出口處。
2.一種低溫混合動力燃氣輪機工作方法，其特征在于，包括以下步驟: SI，燃料進入以后噴入燃燒室(4)，壓氣機(13)壓縮升壓后的空氣部分進入燃燒室(4)和燃料混合，一定比例的氣體和燃料混合后在燃燒室(4)燃燒，部分直接繞過燃燒室(4)外壁和燃料燃燒完的廢氣混合，燃燒產生的熱量使得所有空氣和燃料燃燒完的廢氣升溫膨脹，成為高溫高速氣流； S2，高溫高壓氣流和液態(tài)空氣噴嘴(6)噴出的液態(tài)空氣混合后，混合氣體溫度迅速下降，但液態(tài)空氣受熱氣化膨脹，使得混合介質仍進一步膨脹，產生更高壓力，較低溫度的氣流； S3，高壓低溫氣流推動氣輪機(8)工作，旋轉，氣體膨脹，降溫，泄壓，釋放能量，到達排氣段(11)，排到大氣。
3.根據權利要求2所述的低溫混合動力燃氣輪機工作方法，其特征在于，還包括:所述氣輪機(8)通過第三軸連器(12)輸出動力做功，后面可以帶發(fā)電機，也可以帶輪船動力軸，也可以帶動需要旋轉扭矩動力源的其它機器設備。
4.根據權利要求2所述的低溫混合動力燃氣輪機工作方法，其特征在于，還包括:所述低溫混合動力燃氣輪機通過第一軸連器(2)連接啟動動力裝置。
5.根據權利要求 2所述的低溫混合動力燃氣輪機工作方法，其特征在于，還包括:所述壓氣機(13)工作中動力來自于第二軸連器(9),啟動過程中動力來自于第一軸連器(2)。
【文檔編號】F02C3/04GK103790706SQ201410079951
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年3月6日 優(yōu)先權日:2014年3月6日
【發(fā)明者】茍仲武 申請人:茍仲武