專利名稱：燃氣蒸汽并效渦輪引擎的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種燃氣輪機與蒸汽輪機結(jié)合為一體的原動機，屬于聯(lián)合動力裝置。
眾所周知，當今各種燃氣渦輪引擎是以燃料(高揮發(fā)性油品等)為動力來源，其特點是在空氣燃燒室內(nèi)與燃油混合、燃燒、膨脹的氣體以高的速度噴出機外，形成推力；一部分膨脹氣體則驅(qū)動渦輪旋轉(zhuǎn)并傳動壓縮器，壓縮器的作用是增加進入發(fā)動機內(nèi)空氣的壓力及溫度，以有利于燃燒過程，但是所產(chǎn)生的高溫卻沒有被利用，且仍需對壓縮空氣進行冷卻，以防止因高溫而使機組發(fā)生損壞(熔化)。而蒸汽輪機的四個基本過程，由鍋爐、輪機、凝結(jié)器等各種組件來承擔，蒸汽輪機的作業(yè)流體為“水”，以熱源將輪機中作為作業(yè)流體的“水”轉(zhuǎn)化成三態(tài)中的氣態(tài)，因而必須采用外燒方式。因此，就機械動力來說，當今我們所使用的原動機，不論是燃氣或蒸汽的活塞引擎，或燃氣或蒸汽的渦輪引擎，均有大量的余熱被棄失，且機具構(gòu)造復(fù)雜，使成本提高，維修麻煩。
本實用新型的目的在于提供一種燃氣蒸汽并效渦輪引擎，使其能有效地利用燃氣、蒸汽被棄失的熱能，在不影響燃氣渦輪引擎原有功能的情況下，不再使用其他額外燃料，而能推動燃氣蒸汽并效渦輪引擎，形成燃氣輪機與蒸汽輪機相結(jié)合輸出動力的原動機，并降低原有燃氣渦輪引擎所產(chǎn)生的廢氣公害，減少污染。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的在一種燃氣蒸汽并效渦輪引擎中，在燃氣輪機的機體內(nèi)，裝置一容量尺寸與燃氣輪機相配的蒸汽輪機，使其為共同輸出功率的原動機。蒸汽輪機是裝置在把燃燒室略微提高后，在其內(nèi)部邊緣到中心軸邊的空間里。還必須具有能差速同向運轉(zhuǎn)連接輸出的結(jié)構(gòu)體，以及各式熱交換組件系統(tǒng)。該管路的熱交換系統(tǒng)必須包含有一純水柜及冷凝脫氣柜，至少有一過熱區(qū)溫控儀和冷凝溫控儀及三個釋壓閥。在出水泵后有一歧管并安裝其中兩個閥與純水柜連接。主水管最后分成前后兩路前進至過熱區(qū)，最后混合并形成過熱蒸汽而轉(zhuǎn)動汽輪機。
由于采用上述技術(shù)方案，在燃氣輪機內(nèi)部的核心部位騰出部分空間，用以裝置一蒸汽輪機，并且還裝有必要的連接體系和減速裝置以及附屬的管路交換系統(tǒng)。通過燃氣輪機運轉(zhuǎn)時，在燃氣噴嘴與冷氣噴嘴釋放出大量熱能，進而推動熱循環(huán)交換系統(tǒng)，并由此推動中間的蒸汽輪機，產(chǎn)生能量輸出。因而在驅(qū)動燃氣輪機的同時、也間接帶動蒸汽輪機，在不額外增加燃料消耗，不影響原燃氣輪機的功能之下得到一額外的能量輸出，使能量充分利用。
本實用新型以燃氣輪機為主體，在其核心裝入一蒸汽輪機，以純水作為蒸汽輪機的作業(yè)流體，利用燃氣渦輪引擎中燃燒室、燃氣噴嘴作功時所散發(fā)的熱量，使純水加溫沸騰蒸發(fā)為蒸汽，導入蒸汽輪機中來推動蒸汽輪機。利用使用過后的蒸汽的廢氣，再導往吸氣散熱導片，冷凝為液態(tài)，使燃氣渦輪引擎所產(chǎn)生的余熱得到完全利用，在相同成本下得到更佳的熱機效率，而且降低了原有燃氣渦輪引擎所產(chǎn)生的廢氣公害，降低污染，有利于環(huán)保。
本實用新型具有必要的連接體系和減速裝置，可以使兩機精確地結(jié)合在一起，在其速度各異的情況下，以其差速達到同向運轉(zhuǎn)輸出。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。


圖1是本實用新型裝置的外觀及主要系統(tǒng)線路圖圖2是本實用新型裝置的熱態(tài)交換分布圖圖3是本實用新型裝置的剖視圖圖4是圖3中壓縮空氣出口導管34至熱氣導氣片63之間的結(jié)構(gòu)的俯視圖圖5是吸氣散熱導片結(jié)構(gòu)圖圖6是水系循環(huán)圖圖7是蒸汽輪機的連接圖圖8是熱氣導片座正視圖圖9是熱氣導片座、燃燒室及支架的俯視圖
圖10a是導氣片中空通蒸汽模組化示意圖(具有模組下蓋)
圖10b是導氣片中空通蒸汽模組化示意圖(具有模組上蓋的通氣室)
圖11是排氣箱管與蒸汽輪機連接的細部立體圖
圖12是蒸汽輪機的立體圖現(xiàn)將本實用新型實施例中各附圖標記說明如下在
圖1所示的本實用新型的外觀及主要系統(tǒng)線路圖中，11為冷凝溫度儀，12為發(fā)動機及齒輪箱，13為電池，14為冷凝脫氣柜，15為設(shè)在機體下方的壓力泵組，16為機油冷卻器，17為儀表板，控制板，18為汽水分離回水閥，19為機油箱，20為水管，蒸汽管，熱交換管，23為燃料管及濾器，24為保溫材料，25為純水柜，26為溫度及油門壓力比例閥，33為脫氣出氣口，84為蒸汽排汽管道，89為蒸汽溫度儀，壓力儀，90為溫度，蒸汽壓力，水壓等回路自動控制單元。
在圖3所示的本實用新型裝置剖視圖中，0為主軸，01為徑向軸承，02為止推軸承，03為鎖緊螺栓組合，04為齒栓槽及鍵，05為主軸傳動齒輪，06為附件軸及傳動齒輪，07為離合器及變速箱，08為啟動馬達，09為吸氣散熱導片，蒸汽冷凝器，也是支架，10為機殼外罩，21為動翼，22為定翼，28為壓縮段的后支架，管路孔道，31為壓縮器的動翼輪盤組合，套固在主軸上，34為壓縮空氣出口導管，是由蒸汽輪機外殼支架形成的，40為燃燒室，41為燃燒室外罩，42為多孔霧化的噴油嘴，43為火焰保持塊，44為高壓電氣點火焊，45為燃燒室支架，60為熱氣渦輪外罩，61為熱氣渦輪動翼輪盤組合，套固在主軸上，63為蒸汽渦輪段的熱氣導氣片，80為蒸汽輪機的套軸，81為蒸汽輪機的外殼，82為蒸汽噴嘴，83為蒸汽輪機外殼固定栓，與熱氣導氣片63固定，85為減速器內(nèi)主軸上的齒輪，86為減速器內(nèi)的中間旋臂齒輪，固定在蒸汽輪機的套軸上，87為內(nèi)接齒輪。
在圖4所示的壓縮空氣出口導管34至燃氣導氣片63之間的結(jié)構(gòu)圖中，27表示空氣流線，35為燃燒段的蒸汽輪機外殼支架及蒸汽排出孔，46為熱氣渦輪段的供蒸汽輪機裝卸孔區(qū)及高壓散熱氣流孔道。
在圖5所示的吸氣散熱導片結(jié)構(gòu)圖中，8401為排氣箱管，8402為排氣管固定耳座，0904為冷凝熱交換鰭片(鉛)，0905為接頭。
在圖6所示的水系循環(huán)圖中，2001為高壓水泵(壓力為150kg/cm2)，2002為止回閥，2003為10口歧路的分水盤，2004為分水歧管，共有等長、等徑的10支，2005為低壓熱交換鰭，2006為中壓熱交換鰭，2007為高壓過熱泵，2008為低壓水汽釋放閥，通到水泵的進水口處，位于進入導氣片的外面，2009為冷凝溫度控制閥，2010為至油門的控制閥。
在圖7所示的蒸汽輪機的連接圖中，2011為過熱水管，4501為燃燒筒固定支架，4502為支架鎖環(huán)，6301為固定六角螺栓，6303為固定螺，6305為導氣片與蒸汽輪機的連接鎖環(huán)，6306為連接鎖環(huán)6305的鎖螺，6307為蒸汽管的固定簧片，8201為噴嘴的通氣螺栓(不銹鋼)，8701為螺孔。
在圖8所示的熱氣導片座圖中，6302為固定翼，6304為導氣片模組的固定框。
在圖9所示的熱氣導片座、燃燒室及支架圖中，4001為側(cè)燃引孔，45為燃燒室支架，6315為燃燒筒接觸口緣線，4101為燃燒筒外罩。
在
圖10a和
圖10b所示的導氣片中空模組化圖中，6310為導氣片模組上蓋的通氣室，6316為導氣片模組下蓋，6317為模組鎖板。
在
圖11所示的排氣箱管與蒸汽輪機連接圖中，8403為橡膠阻氣套。
下面將本實用新型主要結(jié)構(gòu)及主要工作過程說明如下
圖1所示的本實用新型的外觀，與一般的燃氣輪機外觀大致相同，僅另外增加些水管、水柜及覆蓋著保溫材料的外罩。在燃氣輪機里加裝一容量尺寸與其相配的蒸汽輪機，蒸汽輪機的立體圖如
圖10所示。蒸汽輪機的位置是在把燃燒室略微提高后，在其內(nèi)部邊緣到中心軸邊的空間里(請參閱圖3所示)，形成共同輸出功率的原動機。蒸汽輪機的機頭必須通過減速器內(nèi)若干個對角的中間旋臂齒輪86，使其嵌合在蒸汽輪機的套軸80頭部，并與減速器內(nèi)主軸上的一齒輪85相嚙合，最后與固定在蒸汽輪機外殼內(nèi)的一內(nèi)接齒輪87內(nèi)相互旋轉(zhuǎn)，以互動差值的速比與主軸0同向、同時運轉(zhuǎn)。
如圖3、7、8、9、10所示，在蒸汽輪機頭部機殼內(nèi)有一中間中空輻射環(huán)狀的燃燒簡固定支架4501外部引導高壓氣流進入燃燒室40，中間則引出蒸汽排汽到機前冷凝，該支架4501與燃燒筒外罩4101固定，尾部與熱氣導氣片63連接，形成可脹縮的結(jié)構(gòu)體。
本實用新型燃氣蒸汽并效渦輪引擎具有各式熱交換組件系統(tǒng)。其管路熱交換系統(tǒng)必須包含有一純水柜25及冷凝脫氣柜14，至少有一過熱區(qū)溫控儀和冷凝溫控儀11及三個釋壓閥。在出水泵后有一歧管，并安裝其中兩個閥與純水柜25連接。主水管最后分成前后二路前進至過熱區(qū)，最后混合并形成過熱蒸汽而轉(zhuǎn)動汽輪機(請參閱
圖1所示)。在該管路熱交換系統(tǒng)中，熱交換的進氣口導片為冷凝區(qū)，進氣口導片是中空外部曲折多面的散熱鰭片。由前路進入過熱區(qū)的熱交換管，是各別繞行在燃燒室的外部高熱區(qū)進行熱交換。由后路進行的中段加溫區(qū)，是以進行熱氣渦輪定翼的翼片冷卻交換方式加溫，以在定翼中空植入小蒸汽管回流的串、并聯(lián)而成。前、后混合的蒸汽最后必須穿過有中空的熱氣導氣片63，以小蒸汽管先串聯(lián)后并聯(lián)而形成過熱蒸汽再分區(qū)供給若干個蒸汽噴嘴82使用，并也為熱氣導氣片63冷卻。
本實用新型的水系循環(huán)過程如下請參閱圖6所示，液態(tài)的純水由冷凝脫氣柜14出發(fā)，經(jīng)過高壓水泵2001加壓后注入本實用新型熱循環(huán)交換系統(tǒng)，分別注入10口歧路的分水盤2003及經(jīng)過止回閥2002后注入低壓熱交換鰭2005，再繞向高壓過熱泵2007，最后導向低溫水汽釋放閥2008；而原先經(jīng)10口歧路分水盤2003的另一路經(jīng)分水歧管2004注入位于后方燃氣噴嘴中的低壓熱交換鰭2005，再導向中壓熱交換鰭2006再次加熱升溫，最后也導向低溫水汽釋放閥2008；此時將尚未轉(zhuǎn)化沸騰成為蒸汽的純水，引回引擎下方的純水系統(tǒng)，經(jīng)過止回閥2002再注入高壓水泵2001，再次引導進行沸騰；而存在低溫水汽釋放閥2008的蒸汽則導向熱氣導氣片63。
此時請參閱圖7所示，在經(jīng)過熱氣導氣片63的再次加溫將蒸汽容積膨脹到最大后，經(jīng)由過熱水管2011注入蒸汽輪機中，推動蒸汽輪機中的扇葉，再從蒸汽排汽管道84將余汽排出。
再請參閱圖5、11所示，從蒸汽排汽管道84的排汽管固定耳座8402將使用過后的蒸汽經(jīng)過排汽箱管8401導往置放于引擎前方的吸氣散熱導片09，經(jīng)過冷凝熱交換鰭片0904的循環(huán)散熱后，經(jīng)由汽水分離回水閥18調(diào)節(jié)控制，只允許已將蒸汽冷凝后轉(zhuǎn)為液態(tài)的純水通過，最后導回冷凝脫氣柜14，完成整體水系循環(huán)。
本實用新型采用四大結(jié)構(gòu)的結(jié)合法，可快速卸合。蒸汽輪機頭端先用螺孔鎖片把軸與殼內(nèi)外鎖定然后再整體裝卸，而中心軸承等潤滑方法，是采用部分中心軸內(nèi)外由對稱導管作輸油潤滑并局部冷卻。空氣壓縮器與熱氣渦輪的動翼輪盤31、61支座結(jié)構(gòu)，是在機體上采用各級分件整件一體成型方法，加工平衡后，可快速套裝組合成所設(shè)計的方式。至于蒸汽輪機外殼是在壓縮空氣出口導管34的上方固定，另與熱氣導氣片63相連接而定位，并形成容許脹縮的結(jié)構(gòu)體。熱氣導氣片63因受高熱，因而以鈦鋼材中間成孔或植入小蒸汽管，先串聯(lián)再并聯(lián)，后分區(qū)供給多個蒸汽噴嘴82使用，并也作為熱氣導氣片63的冷卻方法。
在熱氣渦輪的定翼第一級、第二級里，均可以此方法使水汽進入回流而冷卻，而動翼則以高壓空氣流入后順氣流而出予以冷卻，最后與排氣余熱一并由尾部熱交換管回收。
本實用新型運轉(zhuǎn)的程序、控制模式(請參閱
圖1所示)是在起動后，先由冷凝脫氣柜14在一定水位供水。若水位不足則由純水柜25補充水量后再由歧管釋壓閥調(diào)控水量。釋壓閥在回熱區(qū)里溫度在0℃～180℃以內(nèi)會全部釋出不進入噴嘴，180℃以上漸漸閉合至全量供汽，在純水柜釋壓兩個歧管上，前者由冷凝溫度儀11冷凝設(shè)定供水，后者由油門深淺比例釋壓供水，如果超過各種設(shè)定的負荷值時，則由緊急空氣冷卻切換控制單位作減速或停車準備。一切就緒后，當水路由前、后分二路各自進入熱交換單元，最后進入過熱區(qū)，而直接進入蒸汽輪機噴嘴作功運轉(zhuǎn)，因是整機同時運轉(zhuǎn)，故不易出現(xiàn)汽錘現(xiàn)象。最后排汽由中區(qū)支架(參閱圖4)蒸汽排汽管道84、蒸汽排出孔35排至機前吸氣導片(參閱
圖1)作冷凝交換成一循環(huán)。以上是整機運轉(zhuǎn)汽與水的控制模式。
本實施例設(shè)計為10個燃燒區(qū)，冷凝區(qū)及歧管，10口蒸汽噴嘴，10組熱交換管，以達到平均迅速的熱交換方式，而由前路的汽水管的流通量是后路的三分之一流通量，以達到前部壓縮器的中間冷卻和后部的余熱盡數(shù)回收效果，把熱完全圍堵在作功的場合內(nèi)，減少散熱之下而盡量作功，但由于增加蒸汽輪機，包括管路等，會增加重量，因而消耗功率，故采用低壓強力冷凝沖動及反動混合式的蒸汽輪機作為設(shè)計要點，因而控制在容許的蒸汽排放的最低壓及溫度，使蒸汽輪機及管壁等可減輕其厚度重量并增加系統(tǒng)的安全性。
本實用新型的熱態(tài)交換分布圖如圖2所示。
本實用新型各參數(shù)值比較請參見下表
本實用新型結(jié)構(gòu)中高溫導氣翼片制造成中空通水汽的方法為以鈦合金等不銹鋼材，以無縫管在其周圍與翼周圍略等長之下，擠壓成型。加熱擠壓成型后嵌入有成型的板孔上下兩面，并加以焊固后再次加工、拋平、鉆孔，最后與上下已沖壓成型的上下頭蓋套壓并鎖固。上下各只留一汽管接嘴，再放進各十分之一區(qū)的導氣片框內(nèi)，以達到通汽效果。
蒸汽輪機頭部的旋臂齒系，因蒸汽輪機套軸頭部加大，故在其與機殼接緣運轉(zhuǎn)處嵌入減阻合金，給油潤滑，并以多道槽與阻帶共同防止漏蒸汽與機油，并在其中間槽以一通孔給予一正氣壓使油汽各自分離。
權(quán)利要求1．一種燃氣蒸汽并效渦輪引擎，其特征在于在燃氣輪機的機體內(nèi)裝置一容量尺寸與燃氣輪機相配的蒸汽輪機，使其為共同輸出功率的原動機；蒸汽輪機是裝置在把燃燒室略微提高后，在其內(nèi)部邊緣到中心軸邊的空間里；還必須具有能差速同向運轉(zhuǎn)連接輸出的結(jié)構(gòu)體，以及各式熱交換組件系統(tǒng)；該管路的熱交換系統(tǒng)必須包含有一純水柜(25)及冷凝脫氣柜(14)，至少有一過熱區(qū)溫控儀和冷凝溫控儀(11)及三個釋壓閥，在出水泵后有一歧管并安裝其中兩個閥與純水柜(25)連接，主水管最后分成前后二路前進至過熱區(qū)，最后混合并形成過熱蒸汽而轉(zhuǎn)動汽輪機。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃氣蒸汽并效渦輪引擎，其特征在于在蒸汽輪機頭部機殼內(nèi)有一中間中空輻射環(huán)狀的支架(4501)外部引導高壓氣流進入燃燒室(40)，中間則引出蒸汽排汽到機前冷凝，該支架(4501)與外罩(4101)固定，尾部與熱氣導氣片(63)連接形成可脹縮的結(jié)構(gòu)體。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃氣蒸汽并效渦輪引擎，其特征在于蒸汽輪機的機頭必須通過若干個對角的旋臂齒輪(86)，使其嵌合在蒸汽輪機的套軸(80)頭部、并與主軸(0)上的一齒輪(85)相嚙合，最后與在蒸汽輪機外殼內(nèi)的一內(nèi)接齒輪(87)內(nèi)相互旋轉(zhuǎn)，以互動差值的速比與主軸(0)同向、同時運轉(zhuǎn)。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃氣蒸汽并效渦輪引擎，其特征在于所述的管路熱交換系統(tǒng)，其熱交換的進氣口導片為冷凝區(qū)，進氣口導片是中空外部曲折多面的散熱鰭片。
5．根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃氣蒸汽并效渦輪引擎，其特征在于所述的管路熱交換系統(tǒng)中，由前路進入過熱區(qū)的熱交換管，是各別繞行在燃燒室的外部高熱區(qū)進行熱交換。
6．根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃氣蒸汽并效渦輪引擎，其特征在于所述的管路熱交換系統(tǒng)中，由后路進行的中段加溫區(qū)，是以進行熱氣渦輪定翼的翼片冷卻交換方式加溫，以在定翼中空植入小蒸汽管回流的串、并聯(lián)而成。
7．根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃氣蒸汽并效渦輪引擎，其特征在于所述的管路交換系統(tǒng)中，前、后混合的蒸汽最后必須穿過有中空的熱氣導氣片(63)，以小蒸汽管先串聯(lián)后并聯(lián)而形成過熱蒸汽再進入蒸汽噴嘴(82)。
專利摘要一種燃氣蒸汽并效渦輪引擎,是在燃氣輪機的機體內(nèi)裝置一蒸汽輪機,配置必要的連接體系、減速裝置及附屬的管路交換系統(tǒng),形成共同輸出功率的原動機。利用燃氣輪機運轉(zhuǎn)時釋放出大量熱能,通過熱循環(huán)交換系統(tǒng),進而推動蒸汽輪機,使燃氣輪機所產(chǎn)生的余熱得到充分利用,降低廢氣公害,有利環(huán)保。本實用新型所具有的減速裝置,可使二機精確地結(jié)合,在其速度各異的情況下,以其差速達到同向運轉(zhuǎn)輸出。
文檔編號F02C6/00GK2349361SQ9825000
公開日1999年11月17日 申請日期1998年12月11日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月11日
發(fā)明者陳伯祿 申請人:陳伯祿