專利名稱：產(chǎn)生能的設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及根據(jù)權利要求1開始部分所述的一種產(chǎn)生能的設備。例如，從US 5,669,217和EP 1 039 115中可以了解這種設備。在已知的這些設備中，冷卻低壓壓氣機和高壓壓氣機之間空氣的冷卻裝置設計為噴水裝置。
背景技術：
正如從現(xiàn)有生產(chǎn)工藝了解的那樣，有種種原因在這種設備中使用噴水裝置。其中一個重要原因是噴水可能使這種設備獲得高效率。另一個原因是可能減少這種設備排放的污染物。
應該注意，在本發(fā)明上下文中，“噴水”這個術語包含任何形式的噴水，即包括把水噴成霧，噴預熱過的水或噴蒸汽等等。
就目前所知，這種設備的上述有利作用無法達到滿意的程度。

發(fā)明內容
本發(fā)明的第一個目的是提出一些能導致改進設備的措施。
具體地說，本發(fā)明的目的是提供一種比前面所說的那種已知設備效率更高的設備。
本發(fā)明的另一目的是推薦一些充分利用設備排出的廢氣中的熱量給噴出的水加熱或使之汽化的措施。
本發(fā)明的再一目的是提供一種比上面所說的那種已知設備排放污染更少些的設備。
本發(fā)明又一個目的是提供一種使其中的一個或多個部件工作條件最佳化，有利于例如相關部件的技術實施的設備。
本發(fā)明提供根據(jù)權利要求1開始部分的設備，其特征在于安裝空氣次通道，其入口端連接于低壓壓氣機出口與高壓壓氣機入口之間的連接點，從而，從低壓壓氣機流出的壓縮空氣形成主空氣流流到高壓壓氣機并形成次空氣流流入空氣次通道；在空氣次通道上有把水噴入次空氣流的第一噴水裝置；空氣次通道的出口端連接于壓氣機渦輪機機組出口與動力渦輪機入口之間的連接點。
把從低壓壓氣機流出的空氣流分為主空氣流和次空氣流可以使高壓壓氣機獲得的工作條件最佳化，同時又可能把水有效地噴入次空氣流。在這種情況下，冷卻主空氣流的冷卻裝置同樣可以設計為噴水裝置，然而其與次空氣流的噴水裝置無關。
優(yōu)選地，主空氣流流量大于次空氣流流量，例如，主空氣流流量占低壓壓氣機流出的總流量的70-90％，次空氣流流量占低壓壓氣機流出的總流量的10-30％。
次空氣流在壓氣機渦輪機機組的下游與主空氣流匯合，從而所述次空氣流可以保持較低的壓力。如果所述兩股空氣流匯合處壓力高于低壓壓氣機出口的壓力，可能要安裝風扇即輔助壓氣機，提高次空氣流的壓力。根據(jù)一個實例，所述風扇是電風扇。
優(yōu)選地，設有一個熱交換器，用它實現(xiàn)廢氣管道系統(tǒng)內的廢氣與第一噴水裝置下游次空氣流之間的熱交換。使用這種方法可以把盡可能多的水引進次空氣流并用廢氣的熱使之汽化。
根據(jù)本發(fā)明設備的更多具有優(yōu)越性的實施例在權利要求書和下面根據(jù)附圖的說明中說明。


圖1示出根據(jù)本發(fā)明的設備的一個示范實施例線路圖。
應該注意在下面的說明的上下文和權利要求中使用了諸如第一、第二、第三之類的數(shù)詞。這些數(shù)詞只是用來區(qū)分各個部件而已，并沒有設備內要有這個數(shù)的類似部件的意思。例如，可以設想，后面說明的第四熱交換器在生產(chǎn)的設備中沒有，但后面說明的第五和第六熱交換器在其中卻有。
具體實施例方式
圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的一種產(chǎn)生能的設備。該設備包括一個壓縮空氣的壓氣機機組。在本實施例中，所述壓氣機機組包括
—一個具有空氣入口2和空氣出口3的低壓壓氣機1；—一個具有空氣入口5和空氣出口6的高壓壓氣機4，低壓壓氣機1的空氣出口3與高壓壓氣機4的空氣入口5相連接；—一個驅動低壓壓氣機1和高壓壓氣機4的壓氣機渦輪機組，所述壓氣機渦輪機組包括一個壓氣機渦輪機7、一個空氣入口8和一個出口9，所述空氣入口8與高壓壓氣機4的空氣出口6相連接。
在本實施例中，壓氣機1、4和壓氣機渦輪機7安裝于一根共同的轉軸10上。
空氣主通道12延伸于空氣出口3和空氣入口5之間，主空氣流通過所述主通道12從低壓壓氣機1流到高壓壓氣機4?？諝獯瓮ǖ?3的入口端與所述空氣主通道12相連接，從而源自低壓壓氣機1的空氣出口的壓縮空氣形成主氣流流到高壓壓氣機4，并形成次空氣流流進空氣次通道13。
從低壓壓氣機1流出的空氣流優(yōu)選地分開成主空氣流大于次空氣流，例如，主空氣流流量達到總氣流量的85％，次空氣流流量達到總氣流量的15％。這兩個流量的比可以通過例如限定次通道與主通道相對的通道面積保持恒定。如果適合，可以安裝控制裝置，例如閥裝置，優(yōu)選方案是安裝在空氣次通道內，以開/關和或控制空氣次通道13的與空氣主通道12相對的通道面積。
在空氣次通道13中有把水噴射進次空氣流的第一噴水裝置15。
設有第四噴水裝置17用來冷卻空氣主通道12內的主空氣流。
正如一般了解的那樣，無論以什么方法噴水，這對冷卻設備內的空氣和提高質量流通速率都是需要的，具有各種優(yōu)點。
在本實施例中。在空氣次通道13的第一噴水裝置15的上游設有風扇18，有限地提高次空氣流的壓力。所述風扇18有低的輸出，如果適合，可用電驅動。
圖1內所示設備還包括壓氣機渦輪機7的入口8上游的高壓燃燒裝置20。在本實施例中，還顯示了在壓氣機渦輪機7的出口9的下游設有低壓燃燒裝置25。
在燃燒裝置20、25內，壓縮空氣(與在其內的水蒸汽一起)和適當?shù)娜剂系幕旌衔锶紵?br> 所述設備還有動力渦輪機30，所述動力渦輪機有釋放機械能，例如，驅動發(fā)電機32，的旋轉軸31。所述動力渦輪機30有入口33和廢氣出口35，在本實例中入口33連接于低壓燃燒裝置25的出口。
所述設備還有一個廢氣管道系統(tǒng)，其入口端40連接于動力渦輪機30的廢氣出口35。
在本實施例中，空氣次通道13的出口端連接于壓氣機渦輪機7的出口9與低壓燃燒裝置25的入口之間的連接點。
所述廢氣管道系統(tǒng)包括廢氣主通道41和廢氣次通道42，這兩條通道41、42連接于動力渦輪機30的出口35，從而，主廢氣流流進廢氣主通道41，次廢氣流流進廢氣次通道42。
主廢氣流流量優(yōu)選地大于次廢氣流流量，例如，這兩者之間的比大約與上面所述主空氣流與次空氣流之間的比相同。
第一熱交換器50實現(xiàn)廢氣管道系統(tǒng)內的廢氣與次空氣流之間的熱交換，優(yōu)選地在第一噴水裝置15的下游。
第二熱交換器60實現(xiàn)主通道41內的主廢氣流與從高壓壓氣機4到壓氣機渦輪機7的入口的主空氣流之間的熱交換。這種第二熱交換器在專業(yè)領域常常被稱為同流換熱器。
第三熱交換器70實現(xiàn)廢氣次通道42內的廢氣與第一熱交換器50的下游的空氣次通道13內的次空氣流之間的熱交換。
廢氣次通道42的出口端連接于第二熱交換器60下游的廢氣主通道41。而第一熱交換器50就安裝在此連接點的下游，因而所有廢氣都經(jīng)過第一熱交換器50。
第四熱交換器80實現(xiàn)第三熱交換器70下游廢氣次通道42內的廢氣與第一熱交換器50下游空氣次通道13內的次空氣流之間的熱交換。
第一熱交換器50優(yōu)選地設計成能在這些廢氣排出之前從其中取出盡可能多的熱來。
假使適當可以通過把水噴于廢氣管道系統(tǒng)出口附近而把已經(jīng)噴出的水回收，因為這些水可以和以前噴出的水一起收集起來。
在所示變型中，空氣次通道13的出口端連接于壓氣機渦輪機7與低壓燃燒裝置25之間的連接點。
在一變型中，低壓燃燒裝置位于空氣次通道13內，用于燃燒次空氣流與燃料的適當混合物。這可以通過例如圖1中虛線所示的那樣把燃燒裝置結合在空氣次通道13中做到，雖然也可以設想有多個低壓燃燒裝置。
此外，在所示設備中還安裝了第五熱交換器90和第六熱交換器95，實現(xiàn)廢氣主通道41內的廢氣與從高壓壓氣機4到壓氣機渦輪機7這一段的主空氣流之間的熱交換。在本實施例中，正如在主空氣流方向所見到的那樣，所述第五和第六熱交換器安裝于第二熱交換器60的上游。
還可以看到為了把水噴入第五和第六熱交換器90、95之間的主空氣流，安裝了第二噴水裝置100。
另外，所述設備還安裝了把水噴入高壓壓氣機4與第六熱交換器95之間的主空氣流內的第三噴水裝置110。
在一個變型中，有可能設置多臺壓氣機渦輪機，而不是一臺壓氣機渦輪機，例如，一臺壓氣機渦輪機驅動低壓壓氣機，另一臺壓氣機渦輪機驅動高壓壓氣機。
在再一個變型中，可能有驅動發(fā)電機的壓氣機渦輪機和與發(fā)電機相連接用于驅動壓氣機組的一臺或多臺壓氣機的電動機。
把水噴入次空氣流并把從廢氣中取得的熱供給次空氣流也可以用圖中顯示的方法之外的辦法做到。例如，把一個或多個熱交換器安裝于噴水裝置的上游，把噴水裝置與熱交換器安裝于同一個地點，或者把噴水裝置安裝于熱交換器之間，這些都是可以的。
正如早先提到的那樣，噴水的方法多種多樣，根據(jù)情況而定，例如，以霧、蒸汽的形式。
要噴的水可以借助從廢氣抽出的熱預熱，但也可以借助從壓氣機下游壓縮空氣抽出的水預熱。
冷卻高壓壓氣機上游主氣流的冷卻裝置也可以用噴水以外的方法，例如，注入冷空氣或其他冷卻介質，或者不同方法的結合。如果適當，例如如果所述設備安裝于熱環(huán)境內，可以在低壓壓氣機入口或低壓壓氣機內冷卻空氣。
圖1所示設備內的通常的溫度列于下面，但不必受此限制。
—從低壓壓氣機流出的空氣130℃；—經(jīng)第四噴水裝置冷卻后的主空氣流40℃；—高壓壓氣機出口的主空氣流165℃；—經(jīng)第三噴水裝置冷卻后的主空氣流90℃；—同流換熱器下游的主空氣流640℃；—高壓燃燒裝置出口處的主空氣流850℃；—壓氣機渦輪機出口處的主空氣流620℃；—低壓燃燒裝置出口處的空氣流900℃；—動力渦輪機出口處的廢氣流640℃。
權利要求
1.一種產(chǎn)生能的設備，包括—一個壓縮空氣的壓氣機機組，此機組包括—一個有空氣入口和出口的低壓壓氣機；—一個有入口和出口的高壓壓氣機，所述低壓壓氣機的出口通過空氣主通道連接于所述高壓壓氣機的入口；—一個驅動所述低壓壓氣機和/或所述高壓壓氣機的壓氣機渦輪機機組，所述壓氣機渦輪機機組有一臺壓氣機渦輪機或一系列壓氣機渦輪機，所述壓氣機渦輪機機組還有入口和出口，所述入口連接于所述高壓壓氣機的出口。—冷卻所述高壓壓氣機出口上游一個位置的空氣的冷卻裝置；—供壓縮空氣與燃料的混合物燃燒用的燃燒裝置；—具有供送機械能的旋轉軸的動力渦輪機，所述動力渦輪機有入口和廢氣出口，所述入口連接于所述壓氣機渦輪機機組出口；—廢氣管道系統(tǒng)，其入口端連接于所述動力渦輪機的廢氣出口，所述設備的特征在于—設有空氣次通道，其入口端連接于所述低壓壓氣機出口與所述高壓壓氣機入口之間的連接點，從而源自所述低壓壓氣機出口的壓縮空氣形成主空氣流，經(jīng)空氣主通道流到所述高壓壓氣機，并形成次空氣流，流入空氣次通道；—在空氣次通道上設有第一噴水裝置，把水噴入所述空氣次通道；—所述空氣次通道的出口端連接于所述壓氣機渦輪機機組的出口與所述動力渦輪機入口之間的連接點。
2.根據(jù)權利要求1的設備，其特征在于在所述空氣次通道內安裝風扇，用以提高所述次空氣流的壓力。
3.根據(jù)權利要求1或2的設備，其特征在于設有第一熱交換器，用以實現(xiàn)廢氣管道系統(tǒng)內的廢氣與所述次空氣流之間的熱交換，優(yōu)選地設在所述第一噴水裝置的下游。
4.根據(jù)權利要求3的設備，其特征在于所述廢氣管道系統(tǒng)包括廢氣主通道和廢氣次通道，這兩者都連接于所述動力渦輪機的出口，從而主廢氣流流入廢氣主通道，次廢氣流流入廢氣次通道；還設有第二熱交換器，用于實現(xiàn)主廢氣流與從高壓壓氣機到壓氣機渦輪機入口的主空氣流之間的熱交換；和還設有第三熱交換器，用于實現(xiàn)廢氣次通道內的廢氣與空氣次通道內的次空氣流之間的熱交換。
5.根據(jù)權利要求4的設備，其特征在于廢氣次通道以其出口端在第二熱交換器的下游與廢氣主通道連接；第一熱交換器安排在此連接點的下游。
6.根據(jù)權利要求4或5的設備，其特征在于還設有第四熱交換器，用于實現(xiàn)所述第三熱交換器下游廢氣次通道內的廢氣與第一熱交換器下游空氣次通道內的次空氣流之間的熱交換。
7.根據(jù)上述權利要求中一項或多項的設備，其特征在于低壓燃燒裝置位于所述壓氣機渦輪機機組出口與動力渦輪機之間。
8.根據(jù)權利要求7的設備，其特征在于所述空氣次通道的出口連接于所述壓氣機渦輪機機組與所述低壓燃燒裝置之間的連接點。
9.根據(jù)上面權利要求中一項或多項的設備，其特征在于低壓燃燒裝置位于所述空氣次通道內，用于燃燒次空氣流與燃料的混合物。
10.根據(jù)上面權利要求中一項或多項的設備，其特征在于還設有第五和第六熱交換器，用以實現(xiàn)廢氣主通道內廢氣與從高壓壓氣機到壓氣機渦輪機機組這一段主空氣流之間的熱交換。
11.根據(jù)權利要求10的設備，其特征在于還設有第二噴水裝置，用于把水噴入第五和第六熱交換器之間的主空氣流。
12.根據(jù)上面權利要求中一項或多項的設備，其特征在于還設有第三噴水裝置，用于把水噴入高壓壓氣機下游的主空氣流內。
13.根據(jù)上面權利要求中一項或多項的設備，其特征在于把冷卻低壓壓氣機出口與高壓壓氣機出口之間主空氣流的冷卻裝置設計為第四噴水裝置。
14.根據(jù)上面權利要求中一項或多項的設備，其特征在于高壓燃燒裝置位于高壓壓氣機出口與壓氣機渦輪機機組入口之間，用于燃燒所述壓縮空氣與燃料的混合物。
15.根據(jù)上面權利要求中一項或多項的設備，其特征在于所述壓氣機渦輪機機組包括一臺壓氣機渦輪機，所述壓氣機渦輪機與所述低壓壓氣機和所述高壓壓氣機安裝于一根共同的轉軸上。
16.根據(jù)上面權利要求1-14中一項或多項的設備，其特征在于壓氣機渦輪機驅動發(fā)電機；設有多臺與所述發(fā)電機相結合的電動機，用于驅動所述壓氣機機組的一臺或數(shù)臺壓氣機。
17.根據(jù)權利要求3的設備，其特征在于還設有第五噴水裝置，用于把水噴入第一熱交換器下游的次空氣流，例如，第三和第四熱交換器之間。
全文摘要
產(chǎn)生能的設備包括供壓縮空氣之用的壓氣機機組。該機組有一臺低壓壓氣機，通過空氣主通道與高壓壓氣機連接。另外，還有一個壓氣機渦輪機機組，用于驅動低壓壓氣機和/或高壓壓氣機。所述設備還有供燃燒壓縮空氣與燃料的混合物用的燃燒裝置和一臺動力渦輪機，此渦輪機有一旋轉軸，用于釋放機械能。廢氣管道系統(tǒng)連接于所述動力渦輪機的廢氣出口。所述設備包括空氣次通道，其入口端連接于所述低壓壓氣機出口與所述高壓壓氣機入口之間的連接點，從而源自所述低壓壓氣機出口的壓縮空氣形成主空氣流經(jīng)空氣主通道流到所述高壓壓氣機并形成次空氣流流入空氣次通道。在空氣次通道上設有第一噴水裝置，用于把水噴入次空氣流。所述空氣次通道的出口端連接于所述壓氣機渦輪機機組的出口與所述動力渦輪機的入口之間的連接點。
文檔編號F02C3/30GK1491317SQ02804524
公開日2004年4月21日 申請日期2002年1月2日 優(yōu)先權日2001年1月4日
發(fā)明者魯?shù)婪颉ず嗟吕锟怂? 魯?shù)婪?亨德里克斯 申請人:特伯咨詢有限公司, A·S·A·有限公司