專利名稱：中冷等壓吸熱式空氣輪機的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種空氣輪機，特別是涉及一種用于電廠的中冷等壓吸熱式空氣輪機。
背景技術(shù)：
由鍋爐、汽輪機和冷凝器構(gòu)成的蒸汽動力裝置以其大功率和工作可靠的特點被廣泛用于電廠發(fā)電的動力裝置。但在蒸汽動力裝置中，因出汽輪機的作功后乏汽要進入冷凝器中進行冷凝重新轉(zhuǎn)變成水，乏汽中的大量潛熱被散到外界產(chǎn)生了很大的散熱損失。而在申請?zhí)枮椤?00710086603.8”所描述的中冷等壓吸熱式熱氣機中，雖然通過中間冷卻等壓吸熱和利用空氣作為工質(zhì)而避免了蒸汽循環(huán)中的蒸汽冷凝損失，但由于中冷等壓吸熱式熱氣機是一種利用活塞進行作功的發(fā)動機，在制成更大功率的動力裝置時，活塞式的動力轉(zhuǎn)換機構(gòu)顯然不如汽輪機那樣能保持較小的尺寸和體積。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在保留中冷等壓吸熱式熱氣機的核心等壓吸熱結(jié)構(gòu)基礎上，結(jié)合氣輪機這種葉輪動力轉(zhuǎn)換機構(gòu)提供出一種中冷等壓吸熱式空氣輪機，這種空氣輪機不僅具有很高的熱量吸收利用效率，而且還因采用氣輪機可制成更大功率的動力裝置，從而使其更適合用于電廠發(fā)電。
本發(fā)明的中冷等壓吸熱式空氣輪機包括中間冷卻器、加熱器、鍋爐、壓氣機和經(jīng)主軸相連的氣輪機，加熱器設在鍋爐內(nèi)，或者設在其它熱源的高溫排氣或排液管道內(nèi)。其特征在于它還包括若干個由外殼和其內(nèi)的旋轉(zhuǎn)缸體所構(gòu)成的配氣裝置，旋轉(zhuǎn)缸體裝在與外殼固定連接的中心軸上，其上分別設有繞中心軸環(huán)形排列的帶冷通氣口的小副缸和另一側(cè)帶熱通氣口的大副缸，大副缸和小副缸內(nèi)相應的大小配氣活塞通過連桿與中心軸上的周轉(zhuǎn)斜盤傳動相連，旋轉(zhuǎn)缸體經(jīng)其上的齒輪被主軸上的中心齒輪帶動；在旋轉(zhuǎn)缸體旋轉(zhuǎn)時，小副缸上的冷通氣口可分別與外殼側(cè)面的小閥盤上所設的充氣口和換氣出相溝通，大副缸上的熱通氣口可分別與外殼另一側(cè)大閥盤上所設的換氣進口和出氣口相溝通；所述的壓氣機的出氣通道經(jīng)中間冷卻器與配氣裝置的小閥盤上的充氣口相連通，小閥盤的換氣出口經(jīng)管路、加熱器和隔熱管與大閥盤上的換氣進口相連通，大閥盤的出氣口經(jīng)壓力隔熱管通向氣輪機的進氣口；在采用鍋爐作外部熱源時，中間冷卻器設在以逆流方式換熱的空氣冷卻套內(nèi)，冷卻套的散熱空氣出口經(jīng)設有鼓風機的管道通向鍋爐的相應進風口。
為讓大小配氣活塞采用更有力的傳動結(jié)構(gòu)，在所述的配氣裝置中，旋轉(zhuǎn)缸體內(nèi)的各大配氣活塞分別經(jīng)連接梁與相對應的小配氣活塞連為一體，連接梁的內(nèi)側(cè)具有躲開周轉(zhuǎn)斜盤的凹入部分，在連接梁的外側(cè)面上設有滑軌，在旋轉(zhuǎn)缸體連接殼的內(nèi)側(cè)面相對應位置上設有座軌，在座軌與滑軌之間裝有用保持架和滾柱所構(gòu)成的滾柱排；在保持架上設有若干個在兩側(cè)布置的雙排或中間布置的單排安裝軸，軸上裝有相同的中間齒輪，這些齒輪與座軌和滑軌上所設的相應齒條相嚙合。
在配氣裝置的具體布置中，可讓所述的配氣裝置繞主軸對稱或環(huán)型布置，其上的出氣口與氣輪機的進氣口相對并經(jīng)壓力隔熱管連通。也可在對稱或環(huán)型布置的配氣裝置的外側(cè)再設一組相同的配氣裝置，該組配氣裝置與內(nèi)側(cè)的配氣裝置錯開一定的角度安裝，讓其上各相應的出氣口分別經(jīng)穿過內(nèi)側(cè)配氣裝置間隔空隙的加長壓力隔熱管通向氣輪機的進氣口，加長的主軸通過外側(cè)的中心齒輪帶動配氣裝置內(nèi)旋轉(zhuǎn)缸體上的齒輪。
在采用閉式循環(huán)的空氣輪機中，壓氣機設在氣輪機的后部，氣輪機的排氣口與壓氣機的進口相對布置，兩氣口之間通過連通函道連通，在連通函道內(nèi)設有空氣預熱器，預熱器的排風口經(jīng)設有鼓風機的管路通向鍋爐的相應進風口。
對于設在連通函道內(nèi)空氣預熱器的具體結(jié)構(gòu)，所設的空氣預熱器由若干數(shù)量的吸熱扁管構(gòu)成，這些吸熱扁管具有適長的長度并順排氣流向設在環(huán)形表的連通函道內(nèi)，各吸熱扁管以其橫截面在環(huán)形連通函道內(nèi)呈放射狀進行布置，各相鄰的吸熱扁管之間由順氣流方向布置的若干條吸熱片相連，各吸熱扁管通過吸熱片的相連構(gòu)成了一個環(huán)形的整體預熱器結(jié)構(gòu)，各吸熱扁管的轉(zhuǎn)折處前端和尾部呈流線形狀。
在采用開式循環(huán)的空氣輪機中，氣輪機的排氣通道通向鍋爐的相應進風口，在排氣通道上設有低功率時開啟的放氣閥門。
為回收氣輪機排氣中的熱量，氣輪機的排氣口經(jīng)設有空氣預熱器的排氣通道通向外界，空氣預熱器的排風口經(jīng)設有鼓風機的管路通向鍋爐的相應進風口。
為讓空氣輪機能以內(nèi)燃方式增加輸送功率，在與配氣裝置出氣口相連接的壓力隔熱管的外圍設有帶燃燒室的旁通管路，在旁通管路的進口與壓力隔熱管之間設有擺動閥，在燃燒室進行燃燒時，擺動閥從關閉旁通管路位置相應的向壓力隔熱管內(nèi)擺動。當然，也可采用更簡單的燃燒室布置方式，在與配氣裝置出氣口相連接的壓力隔熱管上直接設有加力燃燒室，所設的伸縮式燃料噴射器在噴射燃料時可伸進加力燃燒室。
本發(fā)明的中冷等壓吸熱式空氣機由于是在保留中冷等壓吸熱式熱氣機中等壓吸熱核心結(jié)構(gòu)基礎上發(fā)展起來的，這種動力裝置仍具有最高的吸熱效率，能把外部熱源中高溫氣流的熱量基本吸盡。在本發(fā)明的空氣輪機采用鍋爐作為外部熱源時，由于可把中間冷卻器的散熱空氣引入鍋爐參與燃燒，使壓氣機中產(chǎn)生的壓縮熱量也能被回收利量，從而大幅度提高了本發(fā)明的這種外燃式空氣輪機的熱效率。具有最高的循環(huán)熱效率，同時也可讓氣輪機發(fā)出很大的功率，這些優(yōu)點使本發(fā)明的空氣輪機特別適合用于電廠發(fā)電，從而為大量減少電廠的燃料消耗和降低二氧化碳溫室氣體的排放創(chuàng)造了條件。
另外，在本發(fā)明的空氣輪機中，經(jīng)過對配氣裝置內(nèi)配氣活塞所采用的傳動機構(gòu)進行完善，讓大小配氣活塞之間的連接梁通過滾柱排與旋轉(zhuǎn)缸體連接殼上的座軌相接觸，使大小配氣活塞和連接梁在承受很大離心力作用下，也不會產(chǎn)生太大的摩擦阻力并能可靠地工作。由于本發(fā)明空氣輪機中的活塞式配氣裝置、壓氣機和氣輪機這三組運動部件都能穩(wěn)定長久的運轉(zhuǎn)，這對作為電廠的動力裝置來講是非常必要的。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的空氣輪機作進一步詳細說明。
圖1是本發(fā)明中冷等壓吸熱式空氣輪機第一種實施方式的剖面圖。
圖2是圖1所示空氣輪機中連接梁和所設的滾柱排的局部放大剖面圖。
圖3是圖2中所示滾柱排的俯視4是圖1所示空氣輪機中預熱器的側(cè)視剖面圖。
圖5是圖4中沿A-A線的剖視6是本發(fā)明中冷等壓吸熱式空氣輪機第二實施方式的結(jié)構(gòu)布置簡圖。
圖7是本發(fā)明中冷等壓吸熱式空氣輪機的熱量利用和損失流向圖。
圖8是本發(fā)明中冷等壓吸熱式空氣輪機第三實施方式的剖面圖。
具體實施例方式
圖1至圖5示出了本發(fā)明中冷等壓吸熱式空氣輪機的第一實施方式。這種空氣輪機包括中間冷卻器14、加熱器36、鍋爐41、壓氣機8和經(jīng)主軸26相連的氣輪機28，加熱器36設在使用固體燃料的鍋爐41中。在采用其它外部熱源時(如核反應堆)，加熱器設在這種外部熱源的高溫排氣或排液管道內(nèi)。為進行等壓狀態(tài)的吸熱過程，在中間冷卻器14與加熱器36之間設有配氣裝置48，配氣裝置由外殼49和其內(nèi)的旋轉(zhuǎn)缸體76構(gòu)成，旋轉(zhuǎn)缸體裝在與外殼49固定連接的中心軸62上，其上分別設有繞中心軸環(huán)形排列的帶冷通氣口83的小副缸82和另一側(cè)帶熱通氣口93的大副缸92。大副缸92和小副缸82內(nèi)相應的大小配氣活塞95，85通過連桿與中心軸62上的周轉(zhuǎn)斜盤66傳動相連。在旋轉(zhuǎn)缸體76上設有齒輪77，主軸26上的中心齒輪27帶動齒輪77使旋轉(zhuǎn)缸體轉(zhuǎn)動。在旋轉(zhuǎn)缸體76轉(zhuǎn)動時，小副缸82上的冷通氣口83可分別與外殼49側(cè)面的小閥盤50上所設的充氣口51和換氣出口53相溝通；大副缸91上的熱通氣口93可分別與外殼另一側(cè)大閥盤56上所設的換氣進口58和出氣口60相溝通。
本發(fā)明中冷等壓吸熱式空氣輪機的各部件總體布置如圖1所示，壓氣機8的出氣通道11經(jīng)中間冷卻器14與配氣裝置的小閥盤50上的充氣口51相連通，小閥盤的換氣出口53經(jīng)管路55、加熱器36和隔熱管38與大閥盤56上的換氣進口58相連通，大閥盤的出氣口60經(jīng)壓力隔熱管61通向氣輪機28的進氣口。由于本實施方式中采用的是鍋爐作為外部熱源，為充分回收利用壓氣機8所產(chǎn)生的壓縮熱，壓氣機后面的中間冷卻器14設在了以逆流方式換熱的空氣冷卻套18內(nèi)，冷卻套的散熱空氣出口21經(jīng)設有鼓風機24的管道23通向鍋爐41的相應進風口42。逆流中冷換熱所得到的較高溫度散熱空氣被引入鍋爐參與燃燒后，可使中間冷卻所產(chǎn)生的熱量損失被大部分回收利用，而壓氣機卻因進行中間冷卻使所消耗的壓縮功大幅度減少。在圖1所示的第一實施方式中，壓氣機8設在了氣輪機28的后面，氣輪機的排氣口與壓氣機8的進氣口相對布置，兩氣口之間通過連通函道35連通，從而構(gòu)成了一種閉式空氣循環(huán)系統(tǒng)。為回收氣輪機28的排氣熱量，改善壓氣機8的進氣狀態(tài)，在連通函道35內(nèi)還設有空氣預熱器104，預熱器的排風口107經(jīng)設有鼓風機109的管路108通向鍋爐41的相應進風口43。顯然，為獲得較高溫度的預熱空氣，空氣預熱器104與氣輪機28的排氣流是以逆流方式換熱的，并且，所設的鼓風機109也應具有調(diào)速功能，以便在功率降低、排氣溫度也降低時相應調(diào)小冷卻風量。
在本發(fā)明的中冷等壓吸熱式空氣輪機運行過程中，通過中間冷卻器14所進行的中間冷卻過程和通過加熱器36所進行的等壓吸熱過程是被配氣裝置48隔開并相互促進的兩個循環(huán)過程，經(jīng)中冷后的壓縮空氣溫度越低，壓氣機8所消耗的壓縮功也越少，同時也越有利于讓加熱器36從鍋爐中吸收更多的熱量。為讓進出大小副缸的氣體能流暢的通行，在小副缸82的吸氣和排氣行程中，小副缸的冷通氣口83可分別與外殼小閥盤50上的充氣口51和換氣出口52溝通接近180°的角度(冷通氣口不能同時溝通充氣口和換氣出口)。在大副缸92進氣過程中，大副缸的熱通氣口93與大閥盤56上的換氣進口58溝通角度為180°。而在大副缸92排氣過程中，即可以在大配氣活塞95從下止點向上移動時讓大閥盤上的出氣口60與熱通氣口93接通，也可以適當減小出氣口60的所占角度，讓大配氣活塞95對大副缸92內(nèi)的作功氣體先進行一定程度的壓縮，再讓壓力提高的作功氣體經(jīng)熱通氣口從開通的出氣口60沖出，推動輪機28對外作功。當然，也不能讓出氣口60所占角度減少的太多，以避免大加密封的難度和增加周轉(zhuǎn)斜盤所承受的機械負荷。
由于本發(fā)明的中冷等壓吸熱式空氣輪機在用于電廠時通常會被制成很大的功率，為適應氣輪機28的大流量特性，除增大配氣裝置的尺寸外，主要是靠增加配氣裝置的數(shù)量。所設的配氣裝置48可繞主軸26對稱(兩臺時)或環(huán)型布置，其上的出氣口60與氣輪機28的進氣口相對并經(jīng)壓力隔熱管61連通。如這種布置仍達不到所需的輸氣量，還可以在上述對稱或環(huán)型布置的配氣裝置48的外側(cè)再設一組相同的配氣裝置(圖中未畫)，并讓該組配氣裝置與內(nèi)側(cè)的配氣裝置錯開一定的角度安裝，以便讓其上各相應的出氣口60分別經(jīng)穿過內(nèi)側(cè)配氣裝置間隔空隙的加長壓力隔熱管通向氣輪機28的進氣口。同時，為帶動外側(cè)的配氣裝置，加長的主軸26也通過外側(cè)的中心齒輪帶動外側(cè)各配氣裝置內(nèi)旋轉(zhuǎn)缸體76上的齒輪77。
在配氣裝置48中，為簡化傳動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)缸體76的各大配氣活塞95分別經(jīng)連接梁86與相對應的小配氣活塞85連為一體，周轉(zhuǎn)斜盤66通過連桿96與大配氣活塞相連，連接梁86的內(nèi)側(cè)具有躲開周轉(zhuǎn)斜盤66的凹入部分87。為讓旋轉(zhuǎn)缸體適應更高的轉(zhuǎn)速，并減少大小配氣活塞和連接梁因很大離心力所產(chǎn)生的摩擦阻力，如圖2所示，在連接梁的外側(cè)面上設有滑軌88，而在旋轉(zhuǎn)缸體連接殼78的內(nèi)側(cè)面相對應位置上設有座軌80，在連接梁的滑軌與連接殼的座軌之間增設了滾柱排98。所設的滾柱排98由保持架100和滾柱99構(gòu)成(參看圖3)，為讓滾柱排98在隨連接梁86往復移動中能保持在規(guī)定的移動位置，在保持架100上設有若干個在兩則布置的雙排安裝軸102(也可把安裝軸設在中間進行單排布置)，安裝軸上裝有相同的中間齒輪101，這些齒輪與座軌和滑軌上所設的相應齒條81，89相嚙合。所設的滾柱排98只是為克服較大的離心力作用，也可讓連接梁86的兩側(cè)面形成滑軌，并與連接殼上的相應軌面相配合，這樣就可讓大小配氣活塞只通過活塞環(huán)與氣缸內(nèi)壁相接觸，而不必在兩者之間進行潤滑，以保持內(nèi)部循環(huán)空氣的潔凈。因大配氣活塞95側(cè)質(zhì)量較重，實際中要在小配氣活塞側(cè)增加一定的平衡配重。
對于設在氣輪機28與壓氣機8之間的連通函道35內(nèi)的空氣預熱器104，如圖4和圖5所示，主要采取了有利于降低氣流阻力的結(jié)構(gòu)方式，這種空氣預熱器由若干數(shù)量的吸熱扁管112構(gòu)成這些吸熱扁管具有適當?shù)拈L度并順排氣流向設在環(huán)形的連通函道35內(nèi)，各吸熱扁管以其橫截面在環(huán)形連通函道內(nèi)呈放射狀進行布置，各相鄰的吸熱扁管112之間由順排氣流方向布置的若干條起支撐作用的吸熱片113相連。上述各吸熱扁管通過吸熱片的相連構(gòu)成了一個環(huán)形的整體預熱器結(jié)構(gòu)，各吸熱扁管的轉(zhuǎn)折處前端和尾部呈流線形狀。
圖6是本發(fā)明中冷等壓吸熱式空氣輪機的第二實施方式簡圖，與第一實施方式不同，在第二實施方式中，氣輪機28的排氣通道34被引向了鍋爐41的相應進風口43，讓氣輪機所排出的帶有一定余熱的作功后空氣通過進入鍋爐參與燃燒，使空氣中的熱量被充分吸收，以減少鍋爐中的燃料消耗。在輸出功率經(jīng)常變化的空氣輪機中，在排氣通道34上還設有放氣閥門(圖中未畫)，以便在功率降低時開啟閥門適當放氣，配合鍋爐41調(diào)整燃料47的燃燒發(fā)熱量。圖6中的這種空氣輪機采用的是開式循環(huán)布置方式。
下面結(jié)合圖6第二實施方式對本發(fā)明中冷等壓吸熱式空氣輪機的工作過程進行說明，這種空氣輪機包括等溫壓縮、等壓吸熱和膨脹作功三個過程，其中的等溫壓縮和等壓吸熱是被隔開進行的能相互促進的循環(huán)過程。
(1)等溫壓縮過程壓氣機8把從進口10吸入的空氣進行壓縮，通過中間冷卻器14后所產(chǎn)生的低溫壓縮空氣(低于60℃)沿出氣通道11順箭頭17方向經(jīng)充氣口51進入處于吸氣狀態(tài)的小副缸82。在小副缸82內(nèi)的小配氣活塞85行到下止點充滿了低溫壓縮空氣的小副缸也轉(zhuǎn)過充氣口51時，等溫壓縮過程結(jié)束。
等溫壓縮，讓壓氣機8在壓縮過程中所產(chǎn)生的壓縮熱被中間冷卻器14導向空氣冷卻套18，使壓縮終點狀態(tài)的壓縮空氣溫度和壓力大幅度降低。壓縮空氣溫度的降低，為所進行的等壓吸熱過程提供了最大的溫度差；而壓縮空氣壓力的降低，則大幅度減少了壓氣機所消耗的壓縮功，改善了壓氣機的壓縮狀態(tài)。
在利用鍋爐41作為加熱器36的外部熱源時，進行等溫壓縮所產(chǎn)生的壓縮熱也不會白白散掉，而是利用逆流換熱的空氣冷卻套18充分回收，然后再讓溫度升高的散熱空氣由鼓風機24引入鍋爐41參與燃燒，從而相應降低燃料的消耗。
(2)等壓吸熱過程這一過程是利用小副缸82的排氣和大副缸92的吸氣過程來實現(xiàn)的，當充滿低溫壓縮空氣的小副缸82隨旋轉(zhuǎn)缸體轉(zhuǎn)動開始進行排氣時，其上的冷通氣口83也與換氣出口53溝通，向上移動的小配氣活塞85便把小副缸中的低溫壓縮空氣沿箭頭39方向排進加熱器36，被鍋爐41中的燃燒氣體加熱。與此同時，經(jīng)加熱器被溝通的另一側(cè)大副缸92內(nèi)的大配氣活塞95正在向下止點移動進行吸氣，讓被加熱器36加熱后的高溫作功空氣(600℃)經(jīng)隔熱管38箭頭40方向從換氣進口58充進大副缸92。因大副缸的容積較大于小副缸，被加熱器加熱的低溫壓縮空氣體積便能在大副缸中得到相應的膨脹，使加熱循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的氣體壓力并不上升，讓吸熱過程在等壓狀態(tài)進行。在小副缸內(nèi)的小配氣活塞行到上止點、大副缸中的大配氣活塞行到下止點并充滿高溫作功空氣后，等壓吸熱過程結(jié)束。
因等壓吸熱，使剛進入加熱器36中的低溫壓縮空氣溫度并不升高，仍可以從快流過加熱器外圍的溫度已經(jīng)降低的燃燒氣體中吸收相應的熱量，讓鍋爐所產(chǎn)生的燃燒氣體中的熱量能被基本吸盡，從而提高了燃料熱量的利用效率，也增加了加熱器的吸熱潛力。
進行等壓吸熱過程時，在同時被聯(lián)通的大小副缸中，因大小配氣活塞面積的不同，大配氣活塞95會被推動相應作功，至少可以產(chǎn)生帶動旋轉(zhuǎn)缸體76自身進行旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動力。
(3)膨脹作功過程在等壓吸熱過程結(jié)束、充滿高溫作功空氣的大副缸92轉(zhuǎn)到與出氣口60相溝通的位置后，其內(nèi)的大配氣活塞95便把高溫作功空氣沿箭頭94方向排向氣輪機28，推動氣輪機轉(zhuǎn)動，帶動壓氣機8和旋轉(zhuǎn)缸體76運轉(zhuǎn)并對外作功。從氣輪機28排出的仍具有一定溫度的空氣則經(jīng)排氣通道34沿箭頭33方向進入鍋爐41參與燃燒。
在上述空氣輪機所進行的等溫壓縮、等壓吸熱和膨脹作功過程中，能提高熱效率的有利因素主要包括兩個方面，首先是等壓吸熱可把鍋爐產(chǎn)生的熱量基本吸盡，其次是等溫壓縮，它不僅讓壓氣機所消耗的壓縮功最少、而且壓縮過程中所散發(fā)的熱量和氣輪機的排氣熱量都能被引進鍋爐進行回收，讓本發(fā)明的空氣輪機所損失的熱量很少。
本發(fā)明中冷等壓吸熱式空氣輪機在循環(huán)過程中的熱量利用和損失流向圖如圖7所示，100％的燃料熱量被鍋爐排熱損失了10％后，余下的90％被加熱器吸收，加熱器吸收的熱量在氣輪機作功排氣和壓氣機中間冷卻時所產(chǎn)生的排熱散熱損失為25％。但由于采用鍋爐作為外部熱源，在25％的散熱損失中，可有15％的熱量以返回鍋爐參與燃燒的方式被充分回收，使氣輪機的燃料熱量利用效率從65％提高到80％。在以上分析中，雖然只是對本發(fā)明空氣輪機的初步效率預測，但只要調(diào)整好鍋爐發(fā)熱量與加熱器吸熱量之間的平衡，讓逆流加熱的燃燒氣體以很低的溫度(80℃～100℃)排出鍋爐，同時，把中間冷卻和氣輪機排氣中的熱量也充分回收并引向鍋爐，便可讓本發(fā)明的這種空氣輪機總體效率達到最高狀態(tài)。由于熱量損失很小，實際中達到70％的有效效率應該是很容易的，從而使本發(fā)明的空氣輪機成為可向大型化發(fā)展、并能全面替代普通電廠中蒸汽動力系統(tǒng)的高效動力裝置。
圖8描述的是本發(fā)明中冷等壓吸熱式空氣輪機的第三種實施方式，這種實施方式的空氣輪機也是采用開式循環(huán)，氣輪機28的排氣口經(jīng)設有空氣預熱器104的排氣通道34通向大氣，空氣預熱器的排風口經(jīng)設有鼓風機109的管路108通向鍋爐41的相應進風口43，以回收氣輪機28排氣中的熱量。
在本實施方式中，在與配氣裝置出氣口60相連接的壓力隔熱管61的外圍還設有帶燃燒室68的旁通管路70，在旁通管路的進口與壓力隔熱管61之間設有擺動閥72，這樣，在需要短時加大輸出功率，讓燃燒室進行噴油燃燒時，相配合的擺動閥72便會從關閉旁通管路70的狀態(tài)，相應向壓力隔熱管61內(nèi)擺動(如圖中虛線擺動閥位置所示)，讓燃燒室68得到燃燒所需的熱空氣流。這種結(jié)構(gòu)布置方案是一種包含外燃和內(nèi)燃并以外燃為主的復合循環(huán)方式。
由于采用復合循環(huán)的空氣輪機功率變化范圍更大，為了讓氣輪機28后面的空氣預熱器104能充分有效的回收排氣中所含的熱量，鼓風機109被調(diào)速裝置115控制，根據(jù)排氣通道34上所設的溫度傳感器116的溫度變化信息，在大功率時可相應增加鼓風機的轉(zhuǎn)速，讓空氣預熱器內(nèi)的氣流快速流動，以便能從排氣通道內(nèi)的高溫排氣中回收更多熱量。
作為對第三實施方式的簡化性改進設計，也可在與配氣裝置出氣口60相連接的壓力隔熱管61上直接設置加力燃燒室(圖中未畫)，同時還要設置伸縮式燃料噴射器，以便在需要時讓燃料噴射器伸進加力燃燒室噴油燃燒，以短時增加空氣輪機的功率輸出。
以上對本發(fā)明中冷等壓吸熱式空氣輪機的三個不同實施方式進行了充分的說明，由于本發(fā)明的這種空氣輪機在運行中所產(chǎn)生的熱量損失很少，將成為最節(jié)省燃料的電廠發(fā)電動力裝置，為大幅度減少二氧化碳溫室氣體的排放創(chuàng)造了必要條件。因所產(chǎn)生的廢熱很少，這種新型動力裝置不需設普通蒸汽電廠中所用的冷卻塔，也不會向大氣或海水中大量排熱。而用空氣作工質(zhì)，還可擺脫對水的依賴，使電廠的選址所受限制最少。當然，本發(fā)明的這種空氣輪機不僅適合于作為電廠的動力裝置，在大中型船舶和地面動力源中作為動力裝置也是完全可行的。
權(quán)利要求
1.一種中冷等壓吸熱式空氣輪機，它包括中間冷卻器(14)、加熱器(36)、鍋爐(41)、壓氣機(8)和經(jīng)主軸(26)相連的氣輪機(28)，加熱器(36)設在鍋爐(41)內(nèi)，或者設在其它熱源的高溫排氣或排液管道內(nèi)。其特征在于它還包括若干個由外殼(49)和其內(nèi)的旋轉(zhuǎn)缸體(76)所構(gòu)成的配氣裝置(48)，旋轉(zhuǎn)缸體(76)裝在與外殼(49)固定連接的中心軸(62)上，其上分別設有繞中心軸環(huán)形排列的帶冷通氣口(85)的小副缸(82)和另一側(cè)帶熱通氣口(93)的大副缸(92)，大副缸(92)和小副缸(82)內(nèi)相應的大小配氣活塞(95、85)通過連桿與中心軸(62)上的周轉(zhuǎn)斜盤(66)傳動相連，旋轉(zhuǎn)缸體(76)經(jīng)其上的齒輪(77)被主軸(26)上的中心齒輪(27)帶動；在旋轉(zhuǎn)缸體(76)旋轉(zhuǎn)時，小副缸(82)上的冷通氣口(83)可分別與外殼(49)側(cè)面的小閥盤(50)上所設的充氣口(51)和換氣出(53)相溝通，大副缸(92)上的熱通氣口(93)可分別與外殼(49)另一側(cè)大閥盤(56)上所設的換氣進口(58)和出氣口(60)相溝通；所述的壓氣機(8)的出氣通道(11)經(jīng)中間冷卻器(14)與配氣裝置的小閥盤(50)上的充氣口(51)相連通，小閥盤的換氣出口(53)經(jīng)管路(55)、加熱器(36)和隔熱管(38)與大閥盤上的換氣進口(58)相連通，大閥盤的出氣口(60)經(jīng)壓力隔熱管(61)通向氣輪機(28)的進氣口；在采用鍋爐作外部熱源時，中間冷卻器(14)設在以逆流方式換熱的空氣冷卻套(18)內(nèi)，冷卻套的散熱空氣出口(21)經(jīng)設有鼓風機(24)的管道(23)通向鍋爐(41)的相應進風口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣輪機，其特征在于在所述的配氣裝置中，旋轉(zhuǎn)缸體(76)內(nèi)的各大配氣活塞(95)分別經(jīng)連接梁(86)與相對應的小配氣活塞(85)連為一體，連接梁的內(nèi)側(cè)具有躲開周轉(zhuǎn)斜盤的凹入部分(87)，在連接梁的外側(cè)面上設有滑軌(88)，在旋轉(zhuǎn)缸體連接殼(78)的內(nèi)側(cè)面相對應位置上設有座軌(80)，在座軌與滑軌之間裝有用保持架(100)和滾柱(99)所構(gòu)成的滾柱排(98)；在保持架(100)上設有若干個在兩側(cè)布置的雙排或中間布置的單排安裝軸(102)，軸上裝有相同的中間齒輪(101)，這些齒輪與座軌和滑軌上所設的相應齒條相嚙合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的空氣輪機，其特征在于所述的配氣裝置(48)繞主軸(26)對稱或環(huán)型布置，其上的出氣口(60)與氣輪機(28)的進氣口相對并經(jīng)壓力隔熱管(61)連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的空氣輪機，其特征在于在對稱或環(huán)型布置的配氣裝置(48)的外側(cè)再設一組相同的配氣裝置，該組配氣裝置與內(nèi)側(cè)的配氣裝置錯開一定的角度安裝，讓其上各相應的出氣口(60)分別經(jīng)穿過內(nèi)側(cè)配氣裝置間隔空隙的加長壓力隔熱管通向氣輪機(28)的進氣口，加長的主軸(26)通過外側(cè)的中心齒輪(27)帶動配氣裝置內(nèi)旋轉(zhuǎn)缸體(76)上的齒輪(77)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的空氣輪機，其特征在于壓氣機(8)設在氣輪機(28)的后部，氣輪機的排氣口與壓氣機的進口相對布置，兩氣口之間通過連通函道(35)連通，在連通函道(35)內(nèi)設有空氣預熱器(104)，預熱器的排風口經(jīng)設有鼓風機(109)的管路(108)通向鍋爐(41)的相應進風口。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的空氣輪機，其特征在于所設的空氣預熱器(104)由若干數(shù)量的吸熱扁管(112)構(gòu)成，這些吸熱扁管具有適長的長度并順排氣流向設在環(huán)形的連通函道(35)內(nèi)，各吸熱扁管以其橫截面在環(huán)形連通函道內(nèi)呈放射狀進行布置，各相鄰的吸熱扁管(112)之間由順氣流方向布置的若干條吸熱片(113)相連，各吸熱扁管通過吸熱片的相連構(gòu)成了一個環(huán)形的整體預熱器結(jié)構(gòu)，各吸熱扁管的轉(zhuǎn)折處前端和尾部呈流線形狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的空氣輪機，其特征在于氣輪機(28)的排氣通道(34)通向鍋爐(41)的相應進風口，在排氣通道上設有低功率時開啟的放氣閥門。
8.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的空氣輪機，其特征在于氣輪機(28)的排氣口經(jīng)設有空氣預熱器(104)的排氣通道(34)通向外界，空氣預熱器的排風口經(jīng)設有鼓風機(109)的管路(108)通向鍋爐(41)的相應進風口。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的空氣輪機，其特征在于在與配氣裝置出氣口(60)相連接的壓力隔熱管(61)的外圍設有帶燃燒室(68)的旁通管路(70)，在旁通管路的進口與壓力隔熱管(61)之間設有擺動閥(72)，在燃燒室進行燃燒時，擺動閥(72)從關閉旁通管路位置相應的向壓力隔熱管內(nèi)擺動。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的空氣輪機，其特征在于在與配氣裝置出氣口(60)相連接的壓力隔熱管(61)上設有加力燃燒室，所設的伸縮式燃料噴射器在噴射燃料時伸進加力燃燒室。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種中冷等壓吸熱式空氣輪機，它包括中間冷卻器(14)、加熱器(36)、鍋爐(41)、壓氣機(8)和經(jīng)主軸(26)相連的氣輪機(28)，為進行等壓吸熱而設的配氣裝置(48)處在加熱器與氣輪機之間；中間冷卻直接減少了壓氣機的壓縮功消耗，也為等壓吸熱提供了最大的溫度差，而隔開進行的等壓吸熱過程因可把鍋爐燃氣中的熱量基本吸盡，從而大幅度提高了加熱器的吸熱效率。在采用鍋爐作為外部熱源時，當把中間冷卻和氣輪機的散熱排熱都引入鍋爐參與燃燒后，也使這些熱量損失被回收利用，讓循環(huán)熱效率又進一步提高；由于本發(fā)明的空氣輪機適合制成更大的功率并能以煤碳為燃料，把它作為電廠發(fā)電的動力裝置是完全可行的。
文檔編號F01K3/00GK101050714SQ20071009740
公開日2007年10月10日 申請日期2007年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月9日
發(fā)明者韓培洲 申請人:韓培洲