航空發(fā)動機余熱回收熱電聯(lián)供系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于航空發(fā)動機技術領域，特別是涉及一種航空發(fā)動機余熱回收熱電聯(lián)供系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]隨著人們生活水平的提升，生活質量的提高，人們對節(jié)能減排的意識也不斷加強。余熱資源的利用受到越來越多人們的關注，這些熱能種類繁多，包括太陽能、地熱能等新能源及各種余(廢)熱等。中低溫余熱的數(shù)量極其龐大，在鋼鐵、水泥、石油化工等行業(yè)生產過程中產生的大量中低溫余熱，包括熱水、低品位煙氣和蒸汽等，這些熱量數(shù)量大、品位低，基本不能被生產過程再利用，對這部分余熱的回收再利用，不僅可以減少對環(huán)境的污染，更能增加資源的合理利用，達到節(jié)能減排的效果。本文提出了一種利用飛機渦輪發(fā)動機燃燒后的余熱進行回收利用的熱電聯(lián)供設備。
[0003]目前，飛機上的發(fā)電設備主要有三個來源:(1)通過發(fā)動機來帶動發(fā)電機進行發(fā)電；(2)在飛機的尾部裝有一個小型的渦輪發(fā)動機和發(fā)電機，它是輔助動力裝置(APU)。這個小型發(fā)動機的作用，只是為了帶動APU發(fā)電機，其發(fā)電機的功率要比機上其他2臺發(fā)電機的功率大；(3)對于現(xiàn)代客機，還設有直流電系統(tǒng)，利用大容量蓄電池在發(fā)電機正常工作的情況下，通過變流器為飛機提供直流電，并為蓄電池充電作為備用電池。第三種發(fā)電方式只有在以上三種發(fā)電機都不能工作的極端情況下才會臨危受命，而且發(fā)電量也有限。
[0004]目前，飛機上熱水及加熱食物的方式為電加熱器或微波爐等電氣設備。飛機上眾多的儀表設備及電氣設備所需電量是不能僅僅通過蓄電池所能維持的，上述前兩種發(fā)電方式中，在與發(fā)動機渦輪軸作機械連接的附件傳動機匣上安裝的帶動發(fā)電機的發(fā)動機無論工作效率多大，它們都會分擔很大一部分用來推動渦輪的有用功，這就降低了渦輪發(fā)動機的效率降低了飛機燃油的經濟性。
[0005]對于渦輪發(fā)動機來說，燃燒室的溫度通常很高，可達到1000K以上，即使燃燒室外的溫度也可達600K以上，這部分熱量不僅沒有被充分利用反而被白白浪費掉。燃燒室外溫度過高還會對機匣的材料提出更高的要求，使用壽命大大減少，本設計就是通過利用這部分余熱對外輸出熱能和電能并通過對發(fā)動及結構的設計提高發(fā)動機性能。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種航空發(fā)動機效率得到提高，對發(fā)動機材料也起到降溫保護的作用的航空發(fā)動機余熱回收熱電聯(lián)供系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明所采用的技術解決方案是一種航空發(fā)動機余熱回收熱電聯(lián)供系統(tǒng)，包括第一蒸發(fā)器、第二蒸發(fā)器、膨脹機、冷凝器、工質泵、發(fā)電機、儲液罐、供水箱和蒸汽箱，所述的第一蒸發(fā)器、第二蒸發(fā)器設置在飛機發(fā)動機內，所述的第一蒸發(fā)器的有機工質輸出端與膨脹機的輸入端相連接，所述的膨脹機的有機工質輸出端與冷凝器的輸入端相連接，冷凝器的輸出端與儲液罐的輸入端相連接，儲液罐通過工質泵將有機工質輸入給第一蒸發(fā)器的有機工質輸入端；所述的發(fā)電機的輸入端與膨脹機的輸出端相連接，所述的第二蒸發(fā)器的工質輸入端與蒸汽箱的輸出端相連接，所述的蒸汽箱的蒸汽輸入端與第二蒸發(fā)器的工質輸出端相連接，所述的供水箱的冷水輸出端與蒸汽箱的進水端相連接；所述的冷凝器為導葉柵，所述的第一蒸發(fā)器、第二蒸發(fā)器采用空冷形式的管式換熱器，設置在機匣與燃燒室之間。
[0008]所述的蒸發(fā)器、膨脹機、冷凝器和工質泵之間采用耐高溫的金屬管道連接，所述的管道外部設置有保溫層。
[0009]所述的導葉柵設置在機匣中渦輪發(fā)動機風扇的外側，導葉柵包括葉片、外盤和實心軸，所述的實心軸兩端通過螺栓固定在葉片上，所述的葉片與外盤固定連接，所述的導葉柵外盤與機匣焊接固定在機匣上，所述的葉片內設置有導流板，所述的導流板在葉片內將工質通道呈S型設置。
[0010]所述的蒸發(fā)器采用一組橢圓形盤管，所述的盤管燃燒室外表面呈螺旋狀沿空氣流動方向排布。
[0011]所述的供水箱、蒸汽箱和第二蒸發(fā)器之間還包括輸氣管、回水管、第一控制閥、第二控制閥、水位計導管、開水箱、安全閥、密封蓋、溫度計導管、泄氣閥、進水閥、冷水閥、開水閥，所述的蒸汽箱上部與供水箱連接處設有第二控制閥，蒸汽箱內部設有開水箱，開水箱上方與供水箱連接處設有進水閥，開水箱上方還設置有安全閥和泄氣閥，在安全閥一側設有溫度計導管，所述的溫度計導管與開水箱頂部連接處設置有密封蓋，開水箱底部設有疏水管道連接飲水器的開水閥，回水管設置在蒸汽箱的底部，所述的蒸汽箱的回水管與第三換熱器的輸入端相連接，所述的輸氣管設在蒸發(fā)器的底部，所述的蒸汽箱的輸氣管與第三換熱器的輸出端相連接，所述的輸氣管內設置有第一控制閥，所述的蒸汽箱內設置有水位計導管。
[0012]所述的輸氣管、回氣管均采用螺栓通過法蘭分別與加熱器冷工質的出口端和進口端連接，所述的法蘭盤中間夾有紫銅墊，保證連接后的密封性，輸氣管和回水管均采用304不銹鋼管材。
[0013]所述的飲水器的高度要低于蒸汽箱的高度。
[0014]所述的開水箱和蒸汽箱均采用不銹鋼材料，蒸汽箱外部用橡膠石棉墊隔熱、防震并固定在汽車尾端發(fā)動機一側。
[0015]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明所具有的有益效果為:利用朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)將飛機發(fā)動機燃燒室外的余熱轉化成電能和內能，通過蒸汽直接對冷水進行加熱，改變目前飛機上采用電加熱的方式，能夠為乘客和機務人員提供足夠的飲用及生活用水，減少了從渦輪軸上分擔出來帶動發(fā)電機的有用功。加熱循環(huán)和飲用水循環(huán)完全分開，確保了飲用水的清潔衛(wèi)生。通過對導流柵結構的改進，可以對來流空氣進行預熱，還可防止在空氣較低的情況下結冰現(xiàn)象的發(fā)生。與傳統(tǒng)飛機發(fā)電裝置設計相比，本設計增加了飛機發(fā)動機的做功能力，提高了飛機燃油的經濟性；因此本專利的余熱回收熱電聯(lián)供系統(tǒng)，能有有效實現(xiàn)能源利用的最大化。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明結構及原理圖；
圖2是航空發(fā)動機余熱發(fā)電系統(tǒng)剖面圖； 圖3為冷凝器正視圖；
圖4為導葉柵葉片的剖視圖；
圖5為系統(tǒng)蒸發(fā)器主視圖；
圖6為系統(tǒng)蒸發(fā)器俯視圖；
圖7為系統(tǒng)蒸發(fā)器側視圖；
圖8為航空發(fā)動機供熱系統(tǒng)示意圖。
[0017]圖中I飛機發(fā)動機、2冷凝器、3第一蒸發(fā)器、4第二蒸發(fā)器、5膨脹機、
6儲液罐、7工質泵、8發(fā)電機、9供水箱、10蒸汽箱、11輸氣管、
12回水管、13第一控制閥、14水位計導管、15開水箱、16安全閥、
17密封蓋、18溫度計導管、19泄氣閥、20進水閥、21第二控制閥、
22冷水閥、23開水閥、24空氣、25風扇、26低壓壓縮機、
27高壓壓縮機、28齒輪箱、29燃燒室、30高壓渦輪、31低壓渦輪、
32高溫氣體、33實心軸、34外盤、35葉片、36導流板。
【具體實施方式】
[0018]實施例1:
如圖1所示:一種航空發(fā)動機余熱發(fā)電系統(tǒng)，由飛機發(fā)動機I作為熱源，包括第一蒸發(fā)器3、第二蒸發(fā)器4、膨脹機5、冷凝器2、工質泵7、發(fā)電機8、儲液罐6、供水箱9和蒸汽箱10，所述的第一蒸發(fā)器3、第二蒸發(fā)器4設置在飛機發(fā)動機I內，所述的第一蒸發(fā)器3的有機工質輸出端與膨脹機5的輸入端相連接，所述的膨脹機5的有機工質輸出端與冷凝器2的輸入端相連接，冷凝器2的輸出端與儲液罐6的輸入端相連接，儲液罐6通過工質泵7將有機工質輸入給第一蒸發(fā)器3的有機工質輸入端；所述的發(fā)電機8的輸入端與膨脹機5的輸出端相連接，所述的第二蒸發(fā)器4的工質輸入端與蒸汽箱10的輸出端相連接，所述的蒸汽箱10的蒸汽輸入端與第二蒸發(fā)器4的工質輸出端相連接，所述的供水箱9的冷水輸出端與蒸汽箱10的進水端相連接；所述的冷凝器2為導葉柵，所述的第一蒸發(fā)器3、第二蒸發(fā)器4采用空冷形式的管式換熱器，設置在機匣與燃燒室29之間。
[0019]所述的蒸發(fā)器、膨脹機5、冷凝器2和工質泵7之間采用耐高溫的金屬管道連接，所述的管道外部設置有保溫層，減少熱量損失。其中膨脹機5為航空發(fā)動機余熱發(fā)電系統(tǒng)中的重要動力部件，是通過高溫高壓的氣體膨脹做功將內能轉化為機械能的一種新型的動力輸出部件，目前市場上已有千瓦級別的膨脹機5設備，適合本系統(tǒng)所需，可商業(yè)購得。其中工質泵7主要是為來自冷凝器2的飽和工質加壓的，通過工質泵7加壓使飽和工質變成高壓的過冷液，從而在蒸發(fā)器中吸熱變成高溫高壓的氣體，來推動膨脹機5做功，根據(jù)有機工質的熱力學特性，工質泵7的工作壓力在I MPa _2MPa，揚程為150m左右即可滿足本系統(tǒng)要求。蒸發(fā)器需要兩個，一個流經工質為朗肯循環(huán)有機工質，一個流經工質為水。發(fā)電機8:發(fā)電機8在本系統(tǒng)中是將機械能轉化為電能重要部件，發(fā)電機8技術在我國的應用已經發(fā)展的足夠成熟。本領域熟練技術人員可根據(jù)現(xiàn)有技術和系統(tǒng)的規(guī)模進行選擇和設置各種型號的發(fā)電機8。由于本系統(tǒng)中冷凝器2和蒸發(fā)器在機匣內部不用考慮散熱問題對系統(tǒng)的