專利名稱：利用有機(jī)工作介質(zhì)的蘭金循環(huán)動(dòng)力設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及應(yīng)用膨脹機(jī)轉(zhuǎn)換熱能作功的方法，例如應(yīng)用有機(jī)工作介質(zhì)的蘭金循環(huán)動(dòng)力設(shè)備，更準(zhǔn)確地說(shuō)，是一種以低級(jí)熱源運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)力設(shè)備。
美國(guó)專利US3234734揭示了一種以各種有機(jī)流體(如、聯(lián)苯)為介質(zhì)來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)的蘭金循環(huán)動(dòng)力設(shè)備。許多有機(jī)介質(zhì)的熱力學(xué)特性是這樣的，在介質(zhì)的溫-熵(T-S)圖上的飽和蒸汽曲線具有正的斜率。因此，以飽和蒸汽狀態(tài)排出動(dòng)力設(shè)備蒸發(fā)器的工作介質(zhì)，提供到汽輪機(jī)入口，膨脹并以過(guò)熱狀態(tài)排出汽輪機(jī)。在其膨脹到冷凝器壓力時(shí)，工作介質(zhì)會(huì)產(chǎn)生大量過(guò)熱，冷凝器必須在工作介質(zhì)能被冷凝，返回蒸發(fā)器之前消除這些過(guò)熱。由冷凝器排放這些過(guò)熱到外界環(huán)境是一種浪費(fèi)，因?yàn)樵黾拥絼?dòng)力設(shè)備的蒸發(fā)器和預(yù)熱器中工作介質(zhì)的熱能被排放掉面不能轉(zhuǎn)換來(lái)作功。
該專利試圖通過(guò)減少供給冷凝器的汽化工作介質(zhì)中的過(guò)熱量來(lái)提高所述動(dòng)力設(shè)備的熱力學(xué)效率。減少汽輪機(jī)級(jí)間過(guò)熱可達(dá)到該目的。尤其是，該專利公開(kāi)了一種多級(jí)汽輪機(jī)，其中由前級(jí)排出的汽化工作介質(zhì)被從汽輪機(jī)中排出，并與來(lái)自于設(shè)在動(dòng)力設(shè)備冷凝器和蒸發(fā)器之間的預(yù)熱器中的液態(tài)工作介質(zhì)混合。因此，用于后級(jí)的工作介質(zhì)中的過(guò)熱減少，使得該熱能被利用來(lái)轉(zhuǎn)換作功，而不被冷凝器排。放其結(jié)果是，動(dòng)力設(shè)備產(chǎn)生的動(dòng)力增加，并提高了熱力學(xué)效率。
盡管美國(guó)專利US3234734的設(shè)計(jì)方法有效地改進(jìn)了應(yīng)用多級(jí)汽輪機(jī)配置以有機(jī)介質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)的蘭金循環(huán)動(dòng)力設(shè)備的性能，但卻存在沒(méi)有建議構(gòu)成一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)來(lái)在以下條件發(fā)電的節(jié)能問(wèn)題，例如，采用約10MW的低溫?zé)嵩?，如溫度低?00°F的地?zé)崴?。這樣，該專利展示了單個(gè)多級(jí)汽輪機(jī)，或用兩個(gè)汽輪機(jī)的雙循環(huán)，它們必須以齒輪減速器的方法連接發(fā)電機(jī)，因?yàn)槠啓C(jī)與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速大不相同。這種配置使構(gòu)造、維護(hù)、潤(rùn)滑復(fù)雜，因?yàn)檫@需要多級(jí)軸承和齒輪減速器。
因此本發(fā)明的目的是提供一種新的改進(jìn)的膨脹機(jī)，如采用有機(jī)工作介質(zhì)的蘭金循環(huán)動(dòng)力設(shè)備，這一般以中溫或低溫流體的較低級(jí)熱源運(yùn)轉(zhuǎn)，它簡(jiǎn)單、可靠。
根據(jù)本發(fā)明產(chǎn)生動(dòng)力的裝置包括一對(duì)膨脹機(jī)組，最好為多組汽輪機(jī)組，每個(gè)機(jī)組具有接收汽化工作介質(zhì)的入口和輸出軸，每個(gè)機(jī)組利用提供到其入口的汽化工作介質(zhì)，使工作介質(zhì)膨脹并在輸出軸產(chǎn)生功率，過(guò)熱的工作介質(zhì)產(chǎn)生了熱損耗。一臺(tái)發(fā)電機(jī)安裝在機(jī)組之間，直接與機(jī)組的輸出軸耦合。本發(fā)明提供了一種從一個(gè)機(jī)組向另一個(gè)機(jī)組入口供給消耗過(guò)熱熱能的工作介質(zhì)的方法。
由于汽輪機(jī)分成分離的機(jī)組并且安裝在發(fā)電機(jī)兩邊，動(dòng)力設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)被簡(jiǎn)化，因?yàn)橹恍枰獌蓚€(gè)軸承來(lái)支承汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)，并且不需要在蒸氣機(jī)組和發(fā)電機(jī)之間設(shè)置減速系統(tǒng)。
本發(fā)明的裝置進(jìn)一步包括一個(gè)蒸發(fā)器，用來(lái)提供汽化工作介質(zhì)給機(jī)組之一;一個(gè)預(yù)熱器，最好與蒸發(fā)器分離，用來(lái)將加熱的工作介質(zhì)供給蒸發(fā)器，最好還包括一個(gè)混合器，設(shè)置在機(jī)組之間，經(jīng)過(guò)混合器使來(lái)自一個(gè)機(jī)組的消耗了熱能的過(guò)熱工作介質(zhì)傳送到另一機(jī)組的入口。最可取的方法被提供來(lái)將液態(tài)工作介質(zhì)供到混合器以便降低工作介質(zhì)的過(guò)熱量，該介質(zhì)送到其它機(jī)組的入口。供給混合器的液態(tài)工作介質(zhì)最好是由預(yù)熱器加熱的工作介質(zhì)。另一種選擇是，液態(tài)工作介質(zhì)直接來(lái)源于沒(méi)有預(yù)熱的冷凝器輸出端。
參照附圖以實(shí)例的方式描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中

圖1是根據(jù)本發(fā)明的動(dòng)力設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的方框圖。
圖2為一種典型有機(jī)介質(zhì)的溫-熵(T-S)圖。
圖3是本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例的方框圖。
參照附圖，標(biāo)號(hào)10表示根據(jù)本發(fā)明的裝置，包括一對(duì)多級(jí)汽輪機(jī)組12、14，每個(gè)機(jī)組具有接收汽化工作介質(zhì)的入口16和輸出軸18。這些汽輪機(jī)組利用提供到入口16的汽化工作介質(zhì)來(lái)蒸發(fā)工作介質(zhì)并在輸出軸18上產(chǎn)生功率，并且被過(guò)加熱的工作質(zhì)消耗熱量，如以下所述。裝置10進(jìn)一步包括安裝在機(jī)組12和14之間的發(fā)電機(jī)20，它與機(jī)組的輸入軸直接連接。特別是軸18是以發(fā)電機(jī)20的相對(duì)端延伸的整體軸的自由端，并且被安裝在兩個(gè)分離的軸承22、24中，由此來(lái)支承發(fā)電機(jī)和兩個(gè)汽輪機(jī)組。汽輪機(jī)組12包括固定聯(lián)接到輸出軸18上的輪盤26A，以及輪盤周邊上的許多透平葉片28A。汽輪機(jī)組14包括輪盤26B，它固定連接到軸18上，以及該葉輪周邊上的許多透平葉片28B。各機(jī)組，最好也包括發(fā)電機(jī)20都裝在機(jī)殼30內(nèi)。
依據(jù)動(dòng)力設(shè)備的輸出功率，每個(gè)機(jī)組可以包含一級(jí)以上，最好為二級(jí)。汽輪機(jī)組的入口16如圖所示，但按照有關(guān)有機(jī)介質(zhì)汽輪機(jī)的習(xí)慣作法，各入口為環(huán)形噴咀形式，以此來(lái)提供汽化工作介質(zhì)。裝置10進(jìn)一步包括管道32形式的設(shè)備，以便從機(jī)組14向機(jī)組12提供消耗了熱能的過(guò)熱工作介質(zhì)。
由于工作介質(zhì)在汽輪機(jī)組中順序使用，經(jīng)過(guò)每個(gè)機(jī)組的壓力比大多要小于單個(gè)多級(jí)整體汽輪機(jī)的一部分的機(jī)組的壓力比。這也就是說(shuō)，如果汽態(tài)工作介質(zhì)到機(jī)組14的入口壓力是200磅/平方英寸，在機(jī)組12入口的壓力可能是60磅/平方英寸的數(shù)量級(jí)，冷凝器的壓力可能是20磅/平方英寸的數(shù)量級(jí)。如果使用單個(gè)多級(jí)汽輪機(jī)，通過(guò)汽輪機(jī)的壓力降約為10∶1。旋轉(zhuǎn)速度是低價(jià)發(fā)電機(jī)理想旋轉(zhuǎn)速度的幾倍，其速度大約為1800RPM(轉(zhuǎn)數(shù)/分)。
根據(jù)本發(fā)明，使用二個(gè)分離的機(jī)組將使通過(guò)每個(gè)機(jī)組的壓力降約為3∶1。所以，汽輪機(jī)組將以1800轉(zhuǎn)/分鐘這個(gè)最適宜的速度高效運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)發(fā)電機(jī)20是標(biāo)準(zhǔn)的旋轉(zhuǎn)速度。這樣就不需要汽輪機(jī)組和發(fā)電機(jī)之間的任何齒輪減速。這種構(gòu)造也允許發(fā)電機(jī)20的外伸軸固定在軸承22和24中，并有足夠的附加外伸量來(lái)固定機(jī)組的輪盤26A和26B。如果條件允許每個(gè)機(jī)組中可使用二個(gè)或更多輪盤。
盡管附圖中表示的各機(jī)組12和14為單級(jí)，最好配置兩級(jí)，以戊烷為工作介質(zhì)，發(fā)電機(jī)20在以上規(guī)定的輸入條件下將發(fā)電3.5MW。
動(dòng)力設(shè)備10進(jìn)一步包括蒸發(fā)器34，以提供汽化工作介質(zhì)到機(jī)組14的入口16;預(yù)熱器36，用來(lái)提供加熱的工作介質(zhì)給蒸發(fā)器34;冷凝器38，用以冷凝來(lái)自汽輪機(jī)組12的消耗了熱量的工作介質(zhì)，并且產(chǎn)生冷凝液，利用泵40將冷凝液返回到預(yù)熱器36。最好裝置10進(jìn)一步包括混合器42，它設(shè)在機(jī)組12和14之間，通過(guò)它來(lái)自機(jī)組14的消耗熱量的過(guò)熱工作介質(zhì)經(jīng)管路32傳送到汽輪機(jī)組12的入口16。
管路44構(gòu)成提供液態(tài)工作介質(zhì)給混合器42的裝置，以在工作介質(zhì)被供給機(jī)組12的入口16之前，降低由機(jī)組14排出的工作介質(zhì)的過(guò)熱量。尤其是，混合器42是一個(gè)腔，其中由管路44提供的液態(tài)工作介質(zhì)被噴射進(jìn)由機(jī)組14排出的過(guò)熱汽化工作介質(zhì)。向混合器提供足夠的容積，以使工作介質(zhì)在進(jìn)入機(jī)組12的入口16之前，降低工作介質(zhì)的過(guò)熱量。本設(shè)計(jì)使工作介質(zhì)在機(jī)組12的入口處是處在基本飽和蒸汽狀態(tài)。
動(dòng)力設(shè)備運(yùn)行所需要的熱能由低溫?zé)嵩刺峁竦責(zé)崴缺还┙o蒸發(fā)器34。在蒸發(fā)器中工作介質(zhì)汽化之后，消耗了熱能的地?zé)崴唤?jīng)管路42傳送到預(yù)熱器36，預(yù)熱器中地?zé)崴挠酂醾鹘o了預(yù)熱器中的液態(tài)工作介質(zhì)。然后進(jìn)一步消耗了熱量的地?zé)崴ǔ１惠斔偷阶⑸渚刑幚怼?br> 由冷凝器38產(chǎn)生的冷凝液，圖示為由水冷卻，但也可選擇由空氣冷卻，冷凝液是在圖2中T-S圖中的狀態(tài)“a”。因此，冷凝液完全處于T-S圖中的飽和液體線上。泵40用于提高液態(tài)工作介質(zhì)的壓力，然后將介質(zhì)移送到T-S圖的過(guò)冷卻區(qū)域中的“b”狀態(tài)。
在預(yù)熱器36中，當(dāng)工作介質(zhì)溫度被升高到蒸發(fā)器的溫度時(shí)，工作介質(zhì)的狀態(tài)從“b”變化到“c”，位置“c”是處于T-S圖的飽和液線上。在蒸發(fā)器34中的飽和液吸收的熱能引起工作介質(zhì)在等溫和等壓下汽化，如圖2的T-S圖所示。在蒸發(fā)器出口，工作介質(zhì)處于基本飽和的蒸氣狀態(tài)。如“d”點(diǎn)所示。汽化的工作介質(zhì)被送到機(jī)組14的入口16。在該機(jī)組中，工作介質(zhì)基本上等熵地膨脹到過(guò)熱區(qū)，結(jié)束于蒸發(fā)器和冷凝器中間壓力的“e”狀態(tài)點(diǎn)。有機(jī)介質(zhì)的T-S圖中的正的飽和蒸氣斜率導(dǎo)致由機(jī)組14排出的蒸氣的過(guò)熱狀態(tài)。
由機(jī)組14排出的消耗了熱能的工作介質(zhì)被提供給混合器42，預(yù)熱器36中“c”狀態(tài)點(diǎn)的液體被噴射到汽化工作介質(zhì)中。該液體由過(guò)熱工作介質(zhì)的熱交換過(guò)程所汽化，以致工作介質(zhì)在機(jī)組12的入口大體處于“f”狀態(tài)。這就是說(shuō)，汽化工作介質(zhì)由于混合器42的作用沿著等壓線移動(dòng)到飽和蒸氣狀態(tài)。因此，提供到機(jī)組12入口16的流量比提供到機(jī)組14的入口16的流量要大，這是因?yàn)橛深A(yù)熱器36吸取介質(zhì)并經(jīng)管路44供到混合器42的緣故。
基本飽和的蒸汽提供到機(jī)組12，在機(jī)組中膨脹作功驅(qū)動(dòng)軸18，并產(chǎn)生處于“g”狀態(tài)點(diǎn)的消耗了熱量的過(guò)熱工作介質(zhì)。該消耗了熱量的過(guò)熱工作介質(zhì)提供到冷凝器38，冷凝器中經(jīng)冷凝工作介質(zhì)“g”狀態(tài)到“a”狀態(tài)并周而復(fù)始地循環(huán)。
圖1所示裝置的一些優(yōu)點(diǎn)可以由圖2看到，圖2中陰影線的區(qū)域表示降低從機(jī)組14到機(jī)組12的工作介質(zhì)過(guò)熱總量。一般沒(méi)有混合器42，該熱量將被噴射到冷凝器38內(nèi)的環(huán)境空間內(nèi)。然而在本發(fā)明中，該熱量在第二機(jī)組內(nèi)被利用于產(chǎn)生功率的目的。該附加功由噴射入混合器42中液體的增加量來(lái)表示。
圖1所示裝置更進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在提高了汽輪機(jī)效率，該目的的達(dá)到是通過(guò)降低經(jīng)過(guò)每個(gè)機(jī)組的壓力比，采用更大的葉片尺寸，使用改進(jìn)的葉片角度，并且流量的增加是通過(guò)改變汽輪機(jī)組排列為串聯(lián)而不是并聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。綜合汽輪機(jī)的低轉(zhuǎn)速和消除機(jī)組和發(fā)電機(jī)間的齒輪減速器，以及使用公共的一體軸來(lái)固定汽輪機(jī)輪盤和發(fā)電機(jī)，允許由兩個(gè)軸承支承動(dòng)力設(shè)備的機(jī)械部分，消除了聯(lián)軸，達(dá)到了最好的匹配，并且?guī)缀鯖](méi)有振動(dòng)應(yīng)力出現(xiàn)，因而便于機(jī)械設(shè)計(jì)。此外，因?yàn)榻档土宿D(zhuǎn)速，汽輪機(jī)輪盤中的應(yīng)力也被降低。因此，達(dá)到了特殊的效率和簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)的目的，當(dāng)然同時(shí)維護(hù)也減少了。
根據(jù)本發(fā)明，消耗了熱能的地?zé)崴臏囟瓤梢员唤档偷叫碌淖钸m宜點(diǎn)，這是相對(duì)于液感工作介質(zhì)沒(méi)被添加來(lái)降低供給其它機(jī)組的工作介質(zhì)過(guò)熱量的系統(tǒng)而言。這樣允許更大量的熱能被輸出到動(dòng)力設(shè)備中以同樣的卡諾效率提高了功率輸出。
由于較好地應(yīng)用了增加的膨脹級(jí)數(shù)，本發(fā)明中使用的葉片馬赫數(shù)被有益地降低，以致汽輪機(jī)效率更高。此外，由于根據(jù)本發(fā)明的安排，汽輪機(jī)組為串聯(lián)，經(jīng)過(guò)汽輪機(jī)級(jí)的流量是并聯(lián)運(yùn)行汽輪機(jī)的兩倍，導(dǎo)致增加葉片高度而達(dá)到更高的效率水平。而且，通過(guò)各級(jí)汽輪機(jī)的更高的質(zhì)量流量及在每一級(jí)的低壓力率的共同作用，減少了附加的損耗，這是由于汽輪機(jī)輪盤密封的泄漏(如，大量工作介質(zhì)從汽輪機(jī)輪盤泄漏及在汽輪機(jī)葉輪圓周邊和汽輪機(jī)汽缸之間流動(dòng))，以及噴咀隔板的損耗減小的緣故。還有由于要補(bǔ)充液態(tài)工作介質(zhì)到混合器中以降低供給下游機(jī)組的工作介質(zhì)的過(guò)熱量，低壓機(jī)組的汽輪機(jī)葉片高度可以被進(jìn)一步增加，進(jìn)而增加汽輪機(jī)效率。
另外，本發(fā)明允許使用比美國(guó)專利US4，578，953和4，700，543所致導(dǎo)使用汽輪機(jī)級(jí)數(shù)還要多的汽輪機(jī)級(jí)，綜合參考美國(guó)專利。最好在本發(fā)明中采用4級(jí)汽輪機(jī)(如，每個(gè)機(jī)組有兩個(gè)透平輪盤)，二個(gè)機(jī)組并聯(lián)，根據(jù)以上兩篇美國(guó)專利建造和運(yùn)行的每個(gè)機(jī)組通常使用兩個(gè)透平級(jí)。圖3給出了本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例，由于應(yīng)用本發(fā)明的更多級(jí)，該系統(tǒng)的非議計(jì)特性被大大提高。
非設(shè)計(jì)性能主要是由外界空氣溫度和/或冷凝器冷卻介質(zhì)的溫度的變化引起的，冷卻介質(zhì)調(diào)整了冷卻器的壓力，因而改變了汽輪機(jī)的背壓。由于分隔汽輪機(jī)成為分離的機(jī)組，第四級(jí)或末級(jí)中的馬赫數(shù)可以足夠高(如，約為M＝1.2)以致使上游輪盤與背壓的變化基本上相脫離。因而基本上只是末級(jí)受汽輪機(jī)的壓力降變化的影響。例如，如果汽輪機(jī)被設(shè)計(jì)成經(jīng)過(guò)整個(gè)汽輪機(jī)的壓力降為200psi(磅/英寸2)，由于非設(shè)計(jì)條件原因，實(shí)際壓力降增加到220psi，末級(jí)將受到附加的20psi的壓力降，同時(shí)上游的其他級(jí)將保持在最佳的設(shè)計(jì)狀態(tài)中。
增加末級(jí)馬赫數(shù)的方法是從壓力較低的機(jī)組，如機(jī)組12中的工作介質(zhì)內(nèi)吸取更多的功。這就要求增加機(jī)組12內(nèi)的壓力降。此外，由于本設(shè)計(jì)汽輪機(jī)使機(jī)組12產(chǎn)生更高的功率，達(dá)到了較高的總汽輪機(jī)效率。該機(jī)組與具有較高壓力的機(jī)組14相比具有固有的更高效率，原因是機(jī)組12中汽輪機(jī)輪盤的滲漏較少，以及因?yàn)樵黾訖C(jī)組12中葉片的高度使產(chǎn)生更低的質(zhì)量流量密度。另外，由于使用了一對(duì)機(jī)組，設(shè)計(jì)中允許更大的靈活性，致使增加了汽輪機(jī)效率。例如，機(jī)組12中的反動(dòng)等級(jí)可以大于機(jī)組14的反動(dòng)等級(jí)，葉片速度可以是不同的，兩個(gè)機(jī)組的蒸汽噴咀噴射速度也可以不同，等等。這樣，由于在維持高效率等級(jí)時(shí)輪盤尺寸變化，所以當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速能被保持在約1800RPM(轉(zhuǎn)/分鐘)時(shí)，每個(gè)機(jī)組12和14的葉片速度可以有很大不同。
另外，由于安裝電機(jī)20在機(jī)組12和14之間，軸18上的轉(zhuǎn)矩被軸向抵消，這樣避免必須由轉(zhuǎn)軸中的一個(gè)軸傳遞兩個(gè)機(jī)組產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。
盡管圖示混合器42由預(yù)熱器36提供液態(tài)工作介質(zhì)，冷凝器38產(chǎn)生的冷凝液形式的液態(tài)工作介質(zhì)也可以從泵40的出口供給混合器。這種情況下，需要更少量的液體為中間級(jí)降低過(guò)熱量，因?yàn)槔淠涸谥虚g級(jí)壓力下升高到飽和液體溫度時(shí)要首先吸收顯熱，然后吸收過(guò)熱工作介質(zhì)中的汽化潛熱。
雖然圖示混合器42由預(yù)熱器36提供液態(tài)工作介質(zhì)，在某些條件下，混合器42可以被去除以便允許設(shè)備32僅僅將消耗了熱能的過(guò)熱蒸汽機(jī)組14傳送到機(jī)組12的入口16，然而，上述的許多優(yōu)點(diǎn)將存在于這樣的系統(tǒng)中。因此，該系統(tǒng)的成本被降低。
雖然圖1所示預(yù)熱器36以蒸發(fā)器34接受消耗了熱能的地?zé)崴?，?dāng)二個(gè)或二個(gè)以上這樣的裝置或系統(tǒng)(如，多個(gè)系統(tǒng)或裝置)以類似于美國(guó)專利Nos，578，953和4，700，543的方式串聯(lián)配置一起使用時(shí)，地?zé)崴鼙灰源?lián)方式便利地提供給每個(gè)系統(tǒng)的蒸發(fā)器，如圖3所示，以產(chǎn)生消耗了熱量的地?zé)崴?。消耗了熱量的地?zé)崴缓笠圆⒙?lián)方式提供給每個(gè)系統(tǒng)的預(yù)熱器。當(dāng)該配置被應(yīng)用時(shí)，最好不使用中間機(jī)組降低過(guò)熱量。
基本上幾乎任何有機(jī)介質(zhì)都能用于本發(fā)明。目前最好的有機(jī)介質(zhì)是正戊烷。
作為本發(fā)明有效性的一個(gè)例子，當(dāng)介質(zhì)由預(yù)熱器中排出以降低以機(jī)組14排出的消耗了熱量的工作介質(zhì)的過(guò)熱量時(shí)，在26%的附加工作介質(zhì)流到機(jī)組12的情況下，由發(fā)電機(jī)20產(chǎn)生的凈發(fā)電量將增加11%，并且有15%的附加熱能被輸入到動(dòng)力設(shè)備。在這種情況下，預(yù)熱器熱傳遞區(qū)必須增加100%，冷凝器區(qū)必須增加17%。另外，整個(gè)汽輪機(jī)率效將增加5%，即使由機(jī)組14排出的消耗了熱能的工作介質(zhì)在沒(méi)有降低過(guò)熱量的情況下傳送到機(jī)組12的入口時(shí)也是如此。
本發(fā)明的方法和裝置所提供的優(yōu)點(diǎn)和積極效果，由本發(fā)明前述的最佳實(shí)施例看是明顯的。在不脫離權(quán)利要求所描述的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以作各種變化和更改。
權(quán)利要求
1.一種以能源液體發(fā)電的蘭金循環(huán)動(dòng)力設(shè)備(10)，包括下列各組成部分一個(gè)預(yù)熱器(36)，能利用能源液體中的熱能，用來(lái)預(yù)熱液態(tài)工作介質(zhì)；一個(gè)蒸發(fā)器(34)，能利用能源液體中的熱能，用來(lái)蒸發(fā)由預(yù)熱器(34)產(chǎn)生的預(yù)加熱的液態(tài)工作介質(zhì)；一個(gè)第一汽輪機(jī)組(14)，具有接收蒸發(fā)器(34)產(chǎn)生的汽化工作介質(zhì)的入口(16)，還具有一個(gè)輸出軸(18)，第一機(jī)組(14)利用來(lái)自蒸發(fā)器(34)的汽化工作介質(zhì)來(lái)膨脹工作介質(zhì)使在輸出軸(18)產(chǎn)生功率，以及產(chǎn)生消耗了熱能的過(guò)熱工作介質(zhì)；一個(gè)第二機(jī)組(12)，具有入口(16)，和一個(gè)輸出軸(18)，第二機(jī)組(12)利用汽化工作介質(zhì)來(lái)膨脹工作介質(zhì)以在輸出軸(18)上產(chǎn)生功率，以及產(chǎn)生消耗了熱能的過(guò)熱工作介質(zhì)；一個(gè)發(fā)電機(jī)(20)，與機(jī)組(12和14)的輸出軸(18)相連接；一個(gè)冷凝器(38)，用以冷凝由第二機(jī)組(12)產(chǎn)生的消耗了熱能的工作介質(zhì)使成為冷凝液；設(shè)備(40)用來(lái)供給冷凝液到預(yù)熱器(36)；其特征是發(fā)電機(jī)(20)安裝在機(jī)組(12和14)之間，由第一機(jī)組(14)產(chǎn)生的消耗了熱能的工作介質(zhì)被提供到第二機(jī)組(12)的入口(16)，并且第二機(jī)組(12)的汽輪機(jī)效率高于第一級(jí)機(jī)組(14)的汽輪機(jī)效率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的有機(jī)蘭金循環(huán)動(dòng)力設(shè)備，其特征是第二汽輪機(jī)組(12)包括至少一個(gè)汽輪機(jī)級(jí)，其末級(jí)基本上將所述二汽輪機(jī)組的上游級(jí)與第二機(jī)組背壓的變化隔離。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的有機(jī)蘭金循環(huán)動(dòng)力設(shè)備，其特征是第二汽輪機(jī)組(12)中的末級(jí)馬赫數(shù)約為1.2，以致基上將所述第二汽輪機(jī)組(12)的上游級(jí)與背壓的變化相隔離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于有機(jī)工作介質(zhì)為戊烷。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的動(dòng)轉(zhuǎn)設(shè)備，其特征是發(fā)電機(jī)(20)被設(shè)置在機(jī)組(12和14)之間，發(fā)電機(jī)(20)允許由機(jī)組(12和14)的輸出軸(18)直接驅(qū)動(dòng)，機(jī)組以相對(duì)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)電機(jī)以同樣轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的動(dòng)力設(shè)備，其特征是相對(duì)低速為1800轉(zhuǎn)/分鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的動(dòng)力設(shè)備，其特征是發(fā)電機(jī)(20)安裝在機(jī)組(12和14)之間，發(fā)電機(jī)(20)允許由機(jī)組輸出軸(18)直接驅(qū)動(dòng)，機(jī)組以相對(duì)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)電機(jī)以同樣轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的動(dòng)力設(shè)備，其特征是相對(duì)低速為1800轉(zhuǎn)/分鐘。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的動(dòng)力設(shè)備，第二系統(tǒng)的補(bǔ)充特征是，具有至少一個(gè)系統(tǒng)所具有的同樣組成部分，以及以串聯(lián)方式向系統(tǒng)的所有蒸發(fā)器(34)提供能源液體，以產(chǎn)生消耗了熱能的能源液體的設(shè)備;還有為以并聯(lián)方式向系統(tǒng)所有預(yù)熱器(36)提供消耗了熱能的能源液體的設(shè)備。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的有機(jī)蘭金循環(huán)動(dòng)力設(shè)備，其特征是工作介質(zhì)為有機(jī)流體。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的有機(jī)蘭金循環(huán)動(dòng)力設(shè)備，其特征是能源液體是中溫或低溫流體。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的有機(jī)蘭金循環(huán)動(dòng)力設(shè)備，其特征是能源流體為地?zé)崃黧w。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的有機(jī)蘭金循環(huán)動(dòng)力設(shè)備，其特征是能源流體為地?zé)崴?br> 14.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的動(dòng)力設(shè)備，混合器(42)的補(bǔ)充特征是其設(shè)置在各系統(tǒng)的機(jī)組(12和14)之間，消耗了熱量的過(guò)熱工作介質(zhì)經(jīng)由混合器(42)從一個(gè)機(jī)組(14)傳送到另一個(gè)機(jī)組(12);另外設(shè)備(44)提供液態(tài)工作介質(zhì)到混合器(42)，用來(lái)降低供給另一機(jī)組(12)的入口(16)的工作介質(zhì)的過(guò)熱量。
全文摘要
蘭金循環(huán)動(dòng)力設(shè)備包括一對(duì)多級(jí)汽輪機(jī)組，每個(gè)機(jī)組具有一個(gè)接受汽化工作介質(zhì)的入口和一個(gè)輸出軸，以及每個(gè)機(jī)組利用提供到其入口的汽化工作介質(zhì)以膨脹工作介質(zhì)在輸出軸產(chǎn)生功率及產(chǎn)生消耗了熱量的過(guò)熱工作介質(zhì)。一臺(tái)發(fā)電機(jī)被安裝在機(jī)組之間，直接與機(jī)組輸出軸相連。消耗熱量的過(guò)熱工作介質(zhì)從一個(gè)機(jī)組提供給另一組的入口。
文檔編號(hào)F01K7/00GK1086290SQ9311688
公開(kāi)日1994年5月4日 申請(qǐng)日期1993年7月24日 優(yōu)先權(quán)日1992年7月24日
發(fā)明者L·Y·布朗尼基, A·艾洛維 申請(qǐng)人:奧馬特工業(yè)有限公司