[发明专利]涡轮复合气体压缩系统

说明书

技术领域

本发明涉及热能与动力领域，尤其是一种涡轮复合气体压缩系统。

背景技术

利用涡轮对将要进入发动机气缸内的气体进行增压的技术已有很长的历史，涡轮具有体积小、重量轻、流量大的优势，因而这一技术已得到广泛应用。然而至今为止，涡轮与气体压缩机相配合的技术还很少见，其主要原因是由于涡轮压气机的转速要求高，用机械或电的方式对其传动很难达到数万、甚至十万转以上(如果涡轮的转速不够高，涡轮压气将失去其优势)。涡轮压气机的优势如上所述，气体压缩机无论是活塞式气体压缩机、螺杆式气体压缩机、转子式气体压缩机等由容积变化产生气体压力的气体压缩机都具有与自身体积和重量相比流量小的缺点，但具有输出气体压力高的优点。因此，急需发明一种充分发挥涡轮和气体压缩机各自优势的气体压缩系统。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出的技术方案如下：

一种涡轮复合气体压缩系统，包括气体压缩机进气道、气体压缩机排气道、气体压缩机、涡轮压气机和动力涡轮，所述涡轮压气机的压缩气体出口与所述气体压缩机进气道连通，所述气体压缩机进气道经进气门与所述气体压缩机的气缸连通，所述气缸经排气门与所述气体压缩机排气道连通，在所述气体压缩机排气道上设涡轮工质导出口和压缩气体导出口，所述涡轮工质导出口经动力涡轮工质导入管与所述动力涡轮的气体工质入口连通，所述动力涡轮对所述涡轮压气机输出动力。

在所述气体压缩机进气道上设进气降温器，和/或在所述气体压缩机排气道上设排气降温器。

所述涡轮压气机设为多级涡轮压气机，和/或所述动力涡轮设为多级动力涡轮。

所述涡轮压气机设为由多个单级涡轮压气机组成的多段涡轮压气机，所述动力涡轮设为由多个单级动力涡轮组成的多段动力涡轮。

所述多段涡轮压气机中的第一个单级涡轮压气机与所述多段动力涡轮中的第一个单级动力涡轮同轴设置，所述多段涡轮压气机中的第二个单级涡轮压气机与所述多段动力涡轮中的第二个单级所述动力涡轮同轴设置，依此类推。

所述多段涡轮压气机中的第一个单级涡轮压气机与所述多段动力涡轮中的第一个单级动力涡轮以外的一个单级动力涡轮同轴设置。

在所述涡轮压气机上设排热器。

在所述涡轮压气机、所述气体压缩机进气道、所述气体压缩机排气道、所述气体压缩机和/或所述动力涡轮工质导入管上设排热器。

所述动力涡轮的气体出口与所述排热器的冷却气体入口连通，利用经过所述动力涡轮降温后的气体作为冷源使用。

所述动力涡轮的气体出口与所述涡轮压气机的气体入口连通，使经过所述动力涡轮降温后的气体重新进入所述涡轮压气机。

本发明的原理是利用动力源对所述气体压缩机输出动力，所述气体压缩机产生压缩气体，利用所述气体压缩机产生的压缩气体的一部分推动所述动力涡轮使所述动力涡轮产生动力，利用所述动力涡轮产生的动力使所述涡轮压气机旋转并产生具有一定压力的压缩气体，由所述涡轮压气机产生的压缩气体为所述气体压缩机提供气源；换言之，气体首先进入所述涡轮压气机，在所述涡轮压气机内被增压后进入所述气体压缩机，气体在所述气体压缩机内被进一步压缩增压后排出所述气体压缩机，由所述气体压缩机排出的气体的一部分去推动所述动力涡轮使所述动力涡轮对所述涡轮压气机输出动力，由所述气体压缩机排出的气体的另一部分作为系统输出的高压压缩气体。

本发明所公开的涡轮复合气体压缩系统由于采用压缩气体作为动力源推动所述动力涡轮，再由所述动力涡轮对所述涡轮压气机输出动力的方式，所以可以使所述动力涡轮和所述涡轮压气机处于相当高的转速下工作，充分发挥所述动力涡轮和所述涡轮压气机的优势。不仅如此，在这个系统中，如果对进入所述动力涡轮的压缩气体进行一定的冷却，就可以使所述动力涡轮的气体出口的温度处于较低甚至相当低的水平，为此，由所述动力涡轮的气体出口出来的气体可以作为冷源使用用于制冷等目的，也可以作为冷源使用以对所述涡轮复合气体压缩系统中的需要冷却的气体、工质或部件进行冷却。