[发明专利]双工质联合循环透平机降温提效方法

说明书

技术领域　

本发明涉及燃气轮机、蒸汽轮机技术领域，针对燃气轮机消除热伤害、提高热效率、降低自耗功的方法，即双工质联合循环透平机降温提效方法。适用于陆路、水路大小行走机械和座台机械的动力源。

背景技术

热力学认为：“‘热’不能直接转化成为机械功，必须借助于工质”。

在现有技术中，“热~工质—机械功”，“热”的来源是燃料的热值，是个固定值；“工质”是热功转换的介质，它被“气燃比”和发动机的结构精准固定，也是个固定值；“机械功”是用固定的“工质”转化固定的“热”，得到的“机械功”结果，必然也是个固定值。

所以，用固定值转化固定值得到的结果必然是固定值，这就是热力机械热效率提高不上去的根本原因。

闭口燃烧方式的发动机只能利用第一梯阶的化学能，对第二梯阶以后的能量只能作为“剩余热”排放到大气中，作无用功。

开口燃烧方式的发动机对第一梯阶能量不具备利用和转化的设备条件，只能利用第二梯阶的物理能，对第一梯阶和第三梯阶以后的热能无偿排放，作无用功。

燃气轮机（简单）循环的热效率18%，工作温度提高到1430℃热效率可达38%。高温、高速的工质对叶轮叶片的伤害非常严重。

燃气轮机：热效率低、热伤害严重、自耗功大、选材要求高，制造成本高、实际应用受限。A、热效率：18~38% 。B、工作温度：1340~1430℃（燃气指标）。C、提高热效率的理念是：尽量提高工作温度，用增大工质“比容”的方法提高工质流量。D、为了降低高温对燃烧室和叶轮的伤害，需要大量的空气对燃气轮机进行冷却，进入压气机的空气2/3作为冷却工质，只有1/3是为燃料供氧的，压气机的负担非常沉重。E、叶轮和燃烧室必须采用高级耐高温材质。

程氏循环：在一部燃气轮机中并联完成勃雷登循环和郎肯循环。

A、热效率：≈53%。B、第二工质在余热锅炉内完成相变。C、蒸汽（与燃气）等压状态补入燃烧室。D、相变势能在储存和输送衰减后才得以利用。E、余热锅炉和配套设施占用巨大空间。F、余热回收后再利用。

双机联合循环热力机组：燃气轮机与蒸汽轮机共同使用一份燃料能，使用两种不同工质。分别完成勃雷登循环和郎肯循环，分别作输出功。双机热效率：≈55%。不适用于小型机械和行走机械。

内燃机：“气燃比”是确保碳氢化合物完全氧化供氧需求的精准比例，而不是保证“热功转换”精准“工质需求”。A、汽油机热效率：27~30%，柴油机热效率：37~42%。B、单一工质完成单一循环。C、活塞连杆组惯量大，运转震动大，噪音大、故障率高、维修周期短。D、强制冷却系统散失热量30%，尾气携走热量30%，作了无用功。如何实现工质总量调控，是消除热伤害、提高热效率的关键。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足而提供一种以燃气、水为工质，两种不同的工质在一部透平中串联完成勃雷登循环和郎肯循环的双工质联合循环透平机降温提效方法。

本发明的技术解决方案是：双工质联合循环透平机降温提效方法，其特征在于一部透平中同时采用燃气工质和水为第二工质，创建合理的“工质热比”，以变量的工质转化固定值的燃料内能，提高燃料能的利用率；第二工质在燃烧室等压的相变室内遇热完成相变，不从燃气中直接吸收热量，不影响燃料的正常燃烧；第二工质的相变势能与第一工质的燃烧势能衔接作功，以调节工质总量来控制发动机温度和热效率。

环形燃烧室和相变室是双质透平可以对燃料能中第一梯阶的化学能和第二梯阶及以后的物理能同时进行热功转化的互补设备条件。

第二工质以汽液界面温度补入相变室，缩短相变滞后时间，避免衰减，体现强势利用。

把不同燃烧方式的透平式发动机精简成一部透平，在燃气轮机结构的基础上增加第二工质补给系，实现两种不同工质在一部透平中串联完成勃雷登循环和郎肯循环。

采用燃气工质和水为第二工质，燃气在燃烧室内燃烧，第二工质在相变室内相变，然后湿蒸汽与燃气混合换热、作功，实现工质总量调控。

第二工质以汽液界面温度补入相变室，为零部件降温同时发生相变。

把不同燃烧方式的两部透平式发动机精简成一部透平，实现两种不同的工质在一部透平中串联完成勃雷登循环和郎肯循环。