專利名稱：渦輪發(fā)動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種渦輪發(fā)動機，特別是涉及一種高效率的渦輪發(fā)動機。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機或燃?xì)廨啓C一般包括三個主要部件:壓氣機、燃燒室和渦輪。壓氣機負(fù)責(zé)壓縮空氣。壓縮空氣和燃料在燃燒室混合、燃燒形成高溫高壓氣體。高溫氣體進入渦輪推動渦輪旋轉(zhuǎn)做工。在現(xiàn)有的發(fā)動機構(gòu)造中，壓氣機一般采用軸流式或離心式構(gòu)造。渦輪轉(zhuǎn)動的動能一部分輸出做工，另一部分通過轉(zhuǎn)軸傳遞給壓氣機帶動壓氣機旋轉(zhuǎn)。因此，壓氣機與渦輪同軸，轉(zhuǎn)速一致。但壓氣機和渦輪具有各自的效率曲線，相同的轉(zhuǎn)速使得兩者無法同時工作在各自最佳的工作點。

實用新型內(nèi)容有鑒于此，本文提出一種能夠提聞效率的潤輪發(fā)動機。本文提出的渦輪發(fā)動機包括渦輪和燃燒室，所述渦輪用以接收所述燃燒室的工質(zhì)以將所述工質(zhì)的能量轉(zhuǎn)換為機械能。所述渦輪發(fā)動機還包括雙螺桿壓氣模組，所述雙螺桿壓氣模組與所述燃燒室連接以向所述燃燒室提供壓縮空氣，所述雙螺桿壓氣模組包括至少一臺雙螺桿壓氣機，所述至少一臺雙螺桿壓氣機由電動機帶動工作。在一個實施例中，所述電動機被設(shè)計成可選擇性地接收由所述渦輪帶動的發(fā)電機提供的內(nèi)部電力和獨立于所述內(nèi)部電力的外部電力，其中該外部電力可包括蓄電池或市電。在一個實施例中，所述雙螺桿壓氣模組包括多臺雙螺桿壓氣機，其中每臺雙螺桿壓氣機可選擇性地啟動或關(guān)閉空氣壓縮功能。在一個實施例中，在所述渦輪發(fā)動機啟動或自持階段，僅有部分雙螺桿壓氣機啟動空氣壓縮功能。在一個實施例中，所述多臺雙螺桿壓氣機可依次串聯(lián)構(gòu)成復(fù)疊式壓氣機組，所述復(fù)疊式壓氣機組的最后一級壓氣機與所述燃燒室連通以向所述燃燒室提供壓縮空氣。在一個實施例中，所述雙螺桿壓氣模組包括多臺雙螺桿壓氣機，每一臺雙螺桿壓氣機由對應(yīng)的電動機帶動，其中至少一臺電動機可設(shè)有內(nèi)部電力輸入端和外部電力輸入端，其余電動機設(shè)有內(nèi)部電力輸入端，其中所述內(nèi)部電力輸入端用以接收由所述渦輪帶動的發(fā)電機提供的內(nèi)部電力，所述外部電力輸入端用以接收獨立于所述內(nèi)部電力的外部電力。在一個實施例中，所述雙螺桿壓氣模組包括多臺雙螺桿壓氣機，這些雙螺桿壓氣機分別通過第一流體通道與所述燃燒室連接，這些雙螺桿壓氣機之間利用第二流體通道依次連接，這些第一和第二流體通道是可以被控制關(guān)閉或開通的流體通道，使得通過控制這些第一和第二流體通道的關(guān)閉或開通能夠?qū)崿F(xiàn)不同數(shù)量的雙螺桿壓氣機參與壓縮空氣，其中這些參與壓縮空氣的雙螺桿壓氣機串聯(lián)形成復(fù)疊式壓氣機組。[0011]在一個實施例中，所述雙螺桿壓氣模組包括多臺雙螺桿壓氣機，所述多臺雙螺桿壓氣機并列配置，每臺雙螺桿壓氣機都與所述燃燒室連通以分別向所述燃燒室提供壓縮空氣。在一個實施例中，這些雙螺桿壓氣機可具有不同的壓比。綜上所述，本文提出的渦輪發(fā)動機采用雙螺桿壓氣模組來壓縮空氣，可以得到較高的壓縮比，進而提高渦輪發(fā)動機的效率。另一方面，壓氣模組與渦輪一側(cè)機械上獨立，可以分別設(shè)計，從而可讓兩部分同時工作在各自最佳效率點或其它想要的工作點。

圖1是一種潤輪發(fā)動機用于發(fā)電的系統(tǒng)不意圖。圖2是一實施例的雙螺桿壓氣模組的系統(tǒng)不意圖。圖3是另一個實施例的雙螺桿壓氣模組的系統(tǒng)示意圖。圖4是部分雙螺桿壓氣機參與壓縮的實施例的不意圖。圖5是另一個實施例的雙螺桿壓氣模組的系統(tǒng)示意圖。其中:100、雙螺桿壓氣模組;102、燃燒室;104、渦輪;106、發(fā)電機;108、208、308、508雙螺桿壓氣機；110、210、310、510電動機；312、第一流體通道；314、第二流體通道。
具體實施方式
在詳細(xì)描述實施例之前，應(yīng)該理解的是，本實用新型不限于本申請中下文或附圖中所描述的詳細(xì)結(jié)構(gòu)或元件排布。本實用新型可為其它方式實現(xiàn)的實施例。而且，應(yīng)當(dāng)理解，本文所使用的措辭及術(shù)語僅僅用作描述用途，不應(yīng)作限定性解釋。本文所使用的“包括”、“包含”、“具有”等類似措辭意為包含其后所列出之事項、其等同物及其它附加事項。特別是，當(dāng)描述“一個某元件”時，本實用新型并不限定該元件的數(shù)量為一個，也可以包括多個。圖1是一種渦輪發(fā)動機用于發(fā)電的示意圖。如圖1，渦輪發(fā)動機主要包括雙螺桿壓氣模組100、燃燒室102和渦輪104。雙螺桿壓氣模組100與燃燒室102連接，用于向燃燒室提供壓縮空氣A。燃燒室102同時接收燃料F，接收的燃料F與壓縮空氣A混合并燃燒后，形成高溫工質(zhì)。渦輪104接收工質(zhì)后，工質(zhì)膨脹做工推動渦輪旋轉(zhuǎn)，從而將工質(zhì)的熱能轉(zhuǎn)換為機械能。作為一種示例，圖1中旋轉(zhuǎn)的渦輪104帶動發(fā)電機106進行發(fā)電。在繼續(xù)討論該渦輪發(fā)動機之前，需要指出的是，本實用新型不對燃燒室102和渦輪104的類型和構(gòu)造進行任何限制。例如，燃燒室102可以是單管燃燒室、環(huán)形燃燒室或者環(huán)管燃燒室。渦輪104可以是軸流式或離心式的，也可以是單級或多級的。就熱力循環(huán)而言，該渦輪發(fā)動機可以是單循環(huán)燃?xì)廨啓C，也是可以聯(lián)合循環(huán)蒸汽-燃?xì)廨啓C。雙螺桿壓氣模組100可包括至少一臺雙螺桿壓氣機，所述至少一臺雙螺桿壓氣機由電動機帶動工作。在圖1的示例中，雙螺桿壓氣模組100包括一臺雙螺桿壓氣機108和一臺電動機110。雙螺桿壓氣機108由電動機110帶動工作以壓縮空氣并提供壓縮空氣至燃燒室102。電動機110可設(shè)有兩個電力輸入，其中一個電力輸入用以接收在發(fā)動機啟動階段提供電動機運轉(zhuǎn)所需的電力，例如蓄電池或市電。這部分電力相對于渦輪帶動發(fā)電機106運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的電力而言是外部的，因此本文將之稱為外部電力。另一個電力輸入用以接收發(fā)動機啟動后帶動發(fā)電機106產(chǎn)生的電力，這部分電力由于是發(fā)電機106自身產(chǎn)生的電力，因此本文將之稱為內(nèi)部電力。綜上所述，在發(fā)動機啟動階段，發(fā)電機106還未產(chǎn)生電力或還未產(chǎn)生足夠的電力來帶動雙螺桿壓氣機108運行，因此需要靠外部電力來驅(qū)動雙螺桿壓氣機108。系統(tǒng)啟動后,一旦發(fā)電機106產(chǎn)生了足夠驅(qū)動雙螺桿壓氣機108的電力，雙螺桿壓氣模組100會切換到內(nèi)部電力輸入以完全靠發(fā)電機106提供的內(nèi)部電力實現(xiàn)持續(xù)自主運行。相對于傳統(tǒng)的軸流式或離心式壓氣機而言，雙螺桿壓氣機具有壓比高的優(yōu)勢，因此可以提高發(fā)動機效率。而且，雙螺桿壓氣機108的運行是依靠電力(無論是外部電力還是內(nèi)部電力)來推動的，因此，渦輪104本身無需同現(xiàn)有渦輪發(fā)動機那樣將一定比例的動力通過機械傳動的方式傳遞給帶動雙螺桿壓氣機108的電動機110。換句話說,壓氣模組一側(cè)與渦輪一側(cè)沒有任何機械傳動的關(guān)系。因此，這兩部分可以獨立設(shè)計，可以設(shè)計成讓兩部分同時工作在最佳效率點?；蛘?，為了其它目的而讓這兩部分分別工作在其它所希望的工作點。如上所述，雙螺桿壓氣模組也可以包括多個雙螺桿壓氣機，現(xiàn)在實施例詳細(xì)討論如下。圖2是雙螺桿壓氣模組包括多個雙螺桿壓氣機的一個實施例。本實施例中僅討論雙螺桿壓氣模組的另一實施例，而在渦輪一側(cè)的構(gòu)造可以參考圖1的實施例。本實施例的雙螺桿壓氣模組的多個雙螺桿壓氣機208依次串聯(lián)構(gòu)成復(fù)疊式壓氣機組。每個雙螺桿壓氣機由對應(yīng)的電動機210驅(qū)動。在啟動階段，有時候不需要所有的雙螺桿壓氣機都參與空氣壓縮，因此可選擇運行其中的一個或多個雙螺桿壓氣機進行空氣壓縮。在圖2的示例中，在發(fā)動機啟動階段，僅運行復(fù)疊式壓氣機組的第一級雙螺桿壓氣機208進行空氣壓縮。該運行的雙螺桿壓氣機208產(chǎn)生的壓縮空氣直接注入燃燒室。類似于圖1的實施例，一旦渦輪帶動的發(fā)電機可以提供足夠的電力，則由該發(fā)電機提供的內(nèi)部電力來帶動這些雙螺桿壓氣機208。此時每一級壓氣機的壓縮空氣通入下一級壓氣機，進一步提高壓比。最后一級壓氣機的壓縮空氣通入燃燒室。在電動機210的電力輸入設(shè)計上，可僅在用以啟動發(fā)動機的那一級壓氣機(例如，第一級雙螺桿壓氣機208 )上同時設(shè)置外部電力輸入和內(nèi)部電力輸入，而其余雙螺桿壓氣機208僅設(shè)置內(nèi)部電力輸入。應(yīng)當(dāng)理解的是，在其它實施例中，在啟動階段，可選擇任何一級或多級壓氣機來提供壓縮空氣。發(fā)動機的運行過程中負(fù)荷可能發(fā)生變化。因此，在發(fā)生負(fù)荷變化的情況下，可以僅開啟適當(dāng)數(shù)量的雙螺桿壓氣機以匹配渦輪一側(cè)的負(fù)荷變化。因此，這些雙螺桿壓氣機可以設(shè)計成可被選擇性地啟動或關(guān)閉空氣壓縮功能，這樣只有在需要的時候才被啟動以壓縮空氣。例如，在最高設(shè)計功率或負(fù)荷下，可能全部雙螺桿壓氣機都啟動以進行空氣壓縮。而在維持自持功率下，可能只需要其中的一個或多個雙螺桿壓氣機啟動以進行空氣壓縮。在自持功率與最大設(shè)計功率之間，可以讓適當(dāng)數(shù)量的雙螺桿壓氣機啟動以進行空氣壓縮。圖3所示的壓氣模組可以實現(xiàn)上述功能。本實施例中僅討論雙螺桿壓氣模組的另一實施例，而在渦輪一側(cè)的構(gòu)造可以參考圖1的實施例。本實施例的雙螺桿壓氣模組包括多個雙螺桿壓氣機308，每個雙螺桿壓氣機由對應(yīng)的電動機310驅(qū)動。這些雙螺桿壓氣機308分別通過第一流體通道312與燃燒室102連接，這些雙螺桿壓氣機308之間利用第二流體通道314依次連接，這些第一和第二流體通道312、314是可以被控制(例如通過閥門控制)關(guān)閉或開通的流體通道，使得通過控制這些第一和第二流體通道的關(guān)閉或開通能夠?qū)崿F(xiàn)不同數(shù)量的雙螺桿壓氣機參與壓縮空氣，而這些參與壓縮空氣的雙螺桿壓氣機串聯(lián)形成復(fù)疊式壓氣機組。例如，圖4給出了選擇其中三個雙螺桿壓氣機進行壓縮空氣的例子。在圖示中，被選中的三個雙螺桿壓氣機以及對應(yīng)的電動機310利用實線表示，其余未被選中的壓氣機及其對應(yīng)的電動機利用虛線表示，而且開通的流體通道也以實線表示，而關(guān)閉的流體通道以虛線表示。在所示的例子中，這三個雙螺桿壓氣機308構(gòu)成復(fù)疊式壓氣機組，空氣依次經(jīng)由這些雙螺桿壓氣機308壓縮后，從最后一級(第三級)雙螺桿壓氣機308 (此時所稱的最后一級是相對于參與壓縮空氣的壓氣機而言)經(jīng)對應(yīng)的第一流體通道312進入燃燒室102，而對應(yīng)于前兩級雙螺桿壓氣機308的第一流體通道312都是關(guān)閉的(虛線表示)。這三個雙螺桿壓氣機308中的最后一級雙螺桿壓氣機308與緊鄰的下一個雙螺桿壓氣機308之間的第二流體通道也是關(guān)閉的，因此，這三個雙螺桿壓氣機308之后的所有壓氣機都關(guān)閉，不參與空氣壓縮。根據(jù)需要，可以選擇任意數(shù)目的壓氣機參與壓縮空氣，因此例子中選擇三個壓氣機只是用于舉例說明，而不應(yīng)視作對本實用新型的限制。圖5是雙螺桿壓氣模組包括多個雙螺桿壓氣機的另一個實施例。本實施例中僅討論雙螺桿壓氣模組，而在渦輪一側(cè)的構(gòu)造可以參考圖1的實施例。本實施例的雙螺桿壓氣模組的多個雙螺桿壓氣機508并列設(shè)置。每個雙螺桿壓氣機由對應(yīng)的電動機510驅(qū)動，并都與燃燒室連通。同樣，在啟動階段，可能不需要所有的雙螺桿壓氣機都參與空氣壓縮，因此可選擇運行其中的一個或多個雙螺桿壓氣機進行空氣壓縮。在圖5的示例中，在發(fā)動機啟動階段，僅運行其中一個雙螺桿壓氣機，例如第一個雙螺桿壓氣機508，進行空氣壓縮。該運行的雙螺桿壓氣機508產(chǎn)生的壓縮空氣直接注入燃燒室。在啟動階段，這些其余的雙螺桿壓氣機并未開啟空氣壓縮功能，因此不會向燃燒室提供壓縮空氣。一旦渦輪帶動的發(fā)電機可以提供足夠的電力，則由該發(fā)電機提供的內(nèi)部電力來帶動這些雙螺桿壓氣機。此時，每個運行的雙螺桿壓氣機都向燃燒室提供壓縮空氣。在電動機的電力輸入設(shè)計上，可以僅在用以啟動發(fā)動機的壓氣機(例如，第一個雙螺桿壓氣機508 )上同時設(shè)置外部電力輸入端和內(nèi)部電力輸入端，而其余雙螺桿壓氣機僅設(shè)置內(nèi)部電力輸入端。再次所稱的外部電力和內(nèi)部電力的概念與第一實施例中的概念一樣，因此不再贅述。同樣，在發(fā)生負(fù)荷變化的情況下，可以關(guān)閉其中的一個或多個雙螺桿壓氣機以匹配渦輪一側(cè)的負(fù)荷變化。因此，這些雙螺桿壓氣機也可以設(shè)計成可被選擇性地啟動或關(guān)閉空氣壓縮功能，這樣只有在需要的時候才被啟動以壓縮空氣。在上述各實施例中，每個雙螺桿壓氣機可以是相同的構(gòu)造，具有相同的壓比，也可以是不同的構(gòu)造，具有不同的壓比。每個雙螺桿壓氣機可以并列地分別向燃燒室提供壓縮空氣，也可以以復(fù)疊的方式向燃燒室提供壓縮空氣，提高壓比。本文所描述的概念在不偏離其精神和特性的情況下可以實施成其它形式。所公開的具體實施例應(yīng)被視為例示性而不是限制性的。因此，本實用新型的范圍是由所附的權(quán)利要求，而不是根據(jù)之前的這些描述進行確定。在權(quán)利要求的字面意義及等同范圍內(nèi)的任何改變都應(yīng)屬于這些權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求1.一種渦輪發(fā)動機，其包括渦輪和燃燒室，所述渦輪用以接收所述燃燒室的工質(zhì)以將所述工質(zhì)的能量轉(zhuǎn)換為機械能，其特征在于，所述渦輪發(fā)動機還包括雙螺桿壓氣模組，所述雙螺桿壓氣模組與所述燃燒室連接以向所述燃燒室提供壓縮空氣，所述雙螺桿壓氣模組包括至少一臺雙螺桿壓氣機，所述至少一臺雙螺桿壓氣機由電動機帶動工作。
2.如權(quán)利要求1所述的渦輪發(fā)動機，其特征在于，所述電動機被設(shè)計成可選擇性地接收由所述渦輪帶動的發(fā)電機提供的內(nèi)部電力或獨立于所述內(nèi)部電力的外部電力。
3.如權(quán)利要求2所述的渦輪發(fā)動機，其特征在于，所述外部電力包括蓄電池或市電。
4.如權(quán)利要求1所述的渦輪發(fā)動機，其特征在于，所述雙螺桿壓氣模組包括多臺雙螺桿壓氣機，其中每臺雙螺桿壓氣機可選擇性地啟動或關(guān)閉空氣壓縮功能。
5.如權(quán)利要求1所述的渦輪發(fā)動機，其特征在于，所述雙螺桿壓氣模組包括多臺雙螺桿壓氣機，在所述渦輪發(fā)動機啟動或自持階段，僅有部分雙螺桿壓氣機啟動空氣壓縮功能。
6.如權(quán)利要求1所述的渦輪發(fā)動機，其特征在于，所述雙螺桿壓氣模組包括多臺雙螺桿壓氣機，所述多臺雙螺桿壓氣機依次串聯(lián)構(gòu)成復(fù)疊式壓氣機組，所述復(fù)疊式壓氣機組的最后一級壓氣機與所述燃燒室連通以向所述燃燒室提供壓縮空氣。
7.如權(quán)利要求1所述的渦輪發(fā)動機，其特征在于，所述雙螺桿壓氣模組包括多臺雙螺桿壓氣機，每一臺雙螺桿壓氣機由對應(yīng)的電動機帶動，其中至少一臺電動機設(shè)有內(nèi)部電力輸入端和外部電力輸入端,其余電動機設(shè)有內(nèi)部電力輸入端,其中所述內(nèi)部電力輸入端用以接收由所述渦輪帶動的發(fā)電機提供的內(nèi)部電力，所述外部電力輸入端用以接收獨立于所述內(nèi)部電力的外部電力。
8.如權(quán)利要求1所述的渦輪發(fā)動機，其特征在于，所述雙螺桿壓氣模組包括多臺雙螺桿壓氣機，這些雙螺桿壓氣機分別通過第一流體通道與所述燃燒室連接，這些雙螺桿壓氣機之間利用第二流體通道依次連接，這些第一和第二流體通道是可以被控制關(guān)閉或開通的流體通道，使得通過控制這些第一和第二流體通道的關(guān)閉或開通能夠?qū)崿F(xiàn)不同數(shù)量的雙螺桿壓氣機參與壓縮空氣，其中這些參與壓縮空氣的雙螺桿壓氣機串聯(lián)形成復(fù)疊式壓氣機組。
9.如權(quán)利要求1所述的渦輪發(fā)動機，其特征在于，所述雙螺桿壓氣模組包括多臺雙螺桿壓氣機，所述多臺雙螺桿壓氣機并列配置，每臺雙螺桿壓氣機都與所述燃燒室連通以分別向所述燃燒室提供壓縮空氣。
10.如權(quán)利要求1所述的渦輪發(fā)動機，其特征在于，這些雙螺桿壓氣機具有不同的壓比。
專利摘要本實用新型提出的渦輪發(fā)動機包括渦輪和燃燒室，所述渦輪用以接收所述燃燒室的工質(zhì)以將所述工質(zhì)的能量轉(zhuǎn)換為機械能。所述渦輪發(fā)動機還包括雙螺桿壓氣模組，所述雙螺桿壓氣模組與所述燃燒室連接以向所述燃燒室提供壓縮空氣，所述雙螺桿壓氣模組包括至少一臺雙螺桿壓氣機，所述至少一臺雙螺桿壓氣機由電動機帶動工作。
文檔編號F02C3/00GK203050891SQ20132004969
公開日2013年7月10日 申請日期2013年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月29日
發(fā)明者王崎文 申請人:深圳智慧能源技術(shù)有限公司