[发明专利]换热式高效率汽轮发动机

说明书

技术领域

本发明是一种换热式高效率汽轮发动机，属于汽轮发动机。

背景技术

热力发电过程中，高温高压的过热蒸汽通过汽轮机喷嘴后，压力和温度降 低，体积膨胀，流速增高，热能转变为动能，推动汽轮机转动，由汽轮机带动 发动机发电。汽轮机排出的低温低压蒸汽送进凝汽器凝结成水，再送入锅炉循 环使用。由于汽轮机的结构不够合理，蒸汽中的膨胀热、蒸汽余速能量及潜热 没有得到利用，导致大量能量损失，其热效率只有30％-40％。

由于受卡诺循环热效率的制约，目前自然界的低温热源仍然无法被利用。 现在提高热效率的主要措施是通过提高蒸汽的温度到700℃以上。蒸汽温度的提 高，不仅大量消耗了能源，同时给热电设备，尤其是汽轮发动机的部件材料的 强度、高温持久性、耐蠕变性能等技术指标都提出了更高的要求，即增加了制 造、维修成本，又提高了技术难度。

为了获得较高的初级冲击速度，传统汽轮机叶轮组的叶轮直径都是由小到 大，逐级增加；高压级叶片较短，低压级叶片较长，叶轮越靠后直径就越大， 形成的气流通道近似喇叭状。导致气体体积膨胀后不能被再利用。从而造成气 流内能转化效率低下，使包括膨胀热，余速及潜热在内的相当一部分内能不能 被利用。传统的汽轮发动机的这种固有的结构，是造成其热效率低下的重要原 因。

一种能够利用自然界的常温或低温热源、结构简单、蒸汽稳定较低、热效 率极高的汽轮发动机是人们迫切期待的。

发明内容

本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足之处，而提供一种能够利用 自然界的常温或低温热源、结构简单、蒸汽温度较低、热效率极高的汽轮发动 机。

本发明的目的可以通过如下措施来达到：

本发明的换热式高效率汽轮发动机，包括壳体、主轴、叶轮及气流导向装 置；其特征在于：

a.叶轮上装有换热器(2)，为冲击叶片之前的气流与冲击叶片之后的气流之 间进行热量交换提供设备支持；

b.进入汽轮组的工质气流(1)在冲击叶片之前，首先流经换热器(2)，在 换热器(2)中，与冲击叶片做功后的工质气流进行逆流换热，自身吸热后，冲 击汽轮组叶片做功；

c.冲击叶片做功后的工质气流，流经换热器(2)，与冲击叶片之前的工质 气流(1)进行逆流换热，自身放热后，进入下一级叶轮组，重复膨胀-换热- 做功-收缩-换热-进入下一级叶轮组的工作过程；

d.在整个汽轮机中，工质气流在高压力条件下工作，进口是高压气体，出口 绝大部分为低压低温的超临界气体或低温的气液混合体。

本发明的发明人发现在汽轮机中，进入叶轮组的工质气流由于膨胀加速， 温度压力都会降低；而工质气流冲击叶轮叶片后气流通道口径变窄，导致其压 力与温度瞬时升高。甚至温度会高于汽轮机进口气流加速后温度。因此激发了 在汽轮机叶轮上装有换热器(2)，为冲击叶片之前的气流与冲击叶片之后的气 流之间进行热量交换提供设备支持的发明创造灵感，打破了卡诺循环热效率的 制约。本发明设计了换热式高效率气轮发动机，传统汽轮机叶轮组中，冲击叶 片前后的气流之间从来没有人想到设置换热器，本发明的叶轮上设计了进出口 气流换热器(2)，供出口气流的高压低速气流的热量传递给进口的低压高速气 流，使气流中的热量被充分利用。从而，大大提高了本发明的汽轮发动机的热 效率，完成了本发明。

在本发明的汽轮机中，工作流体在超临界压力条件下工作，进口是高压气 体，出口绝大部分为低压低温的超临界气体或低温的气液混合体。使工质携带 的膨胀热、余速能、潜热能几乎全部转化为推动汽轮机旋转的机械能，大大减 小了凝汽器的负荷，因此，热效率极高。

本发明的目的还可以通过如下措施来达到：

本发明的换热式高效率汽轮发动机，其特征在于是一种立式换热式高效汽 轮发电机，工质气流自上而下进入汽轮机；在每个叶轮组中，工质气流(1)先 向四周扩散加速，经换热器(2)换热后，冲击叶轮叶片，再利用余速从四周向 中心汇集，气流通道变窄，升温、升压，经换热器(2)换热后。进入下一级叶 轮组。

立式换热式高效汽轮发电机，汽轮机顶部是工质流体进口，底部是工质流 体出口；有利于叶轮将液化的液体利用离心力甩到汽轮机壁上，沿壳体内壁下 流至底部，使汽、液界限清晰，避免了因汽、液不平衡而对叶轮产生液击。