CN102330573A - 有压气体涡轮增压*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有压气体涡轮增压***，包括有压气体源、涡轮压气机和动力涡轮，所述有压气体源与所述动力涡轮的气体入口连通，所述动力涡轮对所述涡轮压气机输出动力。本发明结构简单，成本低，简化了传统气体压缩***。
Description
技术领域
本发明涉及热能与动力领域，尤其是一种涡轮压气***。
背景技术
在传统的气体压缩***中或在热能与动力***中，低压或相对压力比较低的气源是比较容易得到，如果要将此具有一定压力的气体继续压缩以得到更高压力的压缩气体，则比较困难，而且气体压缩***的体积非常庞大，功耗也很大；而利用涡轮对气体进行压缩的技术已有很久的历史，涡轮具有体积小、重量轻、流量大的优势。因此，如果能够发明一种以低压气源为动力利用涡轮对气体进行压缩的***，将大幅度简化现有的气体压缩***。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出的技术方案如下：
一种有压气体涡轮增压***，包括有压气体源、涡轮压气机和动力涡轮，所述有压气体源与所述动力涡轮的气体入口连通，所述动力涡轮对所述涡轮压气机输出动力。
所述涡轮压气机设为多级涡轮压气机，和/或所述动力涡轮设为多级动力涡轮。
所述涡轮压气机设为由多个单级涡轮压气机组成的多段涡轮压气机，所述动力涡轮设为由多个单级动力涡轮组成的多段动力涡轮，所述多段涡轮压气机中的第一个单级涡轮压气机与所述多段动力涡轮中的第一个单级动力涡轮同轴设置，所述多段涡轮压气机中的第二个单级涡轮压气机与所述多段动力涡轮中的第二个单级所述动力涡轮同轴设置，依此类推；或所述涡轮压气机设为由多个单级涡轮压气机组成的多段涡轮压气机，所述动力涡轮设为由多个单级动力涡轮组成的多段动力涡轮，所述多段涡轮压气机中的第一个单级涡轮压气机与所述多段动力涡轮中的第一个单级动力涡轮以外的一个单级动力涡轮同轴设置，所述多段涡轮压气机中的第二个单级涡轮压气机与所述多段动力涡轮中的第二个单级动力涡轮以外的一个单级动力涡轮同轴设置，依此类推。
所述有压气体源设为外燃工质发生器的气体工质出口；或所述有压气体源设为内燃工质发生器的气体工质出口；或所述有压气体源设为高压气体储罐；或所述有压气体源设为气体压缩机的气体出口；或所述有压气体源设为发动机排气道。
所述有压气体源设为外燃工质发生器的气体工质出口，所述动力涡轮的气体出口经冷凝冷却器再经高压液体泵与所述外燃工质发生器的液体工质入口连通。
所述有压气体源设为内燃工质发生器的气体工质出口，所述动力涡轮的气体出口与降温器连通，所述降温器的液体出口与膨胀剂储罐连通，所述膨胀剂储罐经高压液体泵与所述内燃工质发生器的膨胀剂入口连通。
所述涡轮压气机设为多级涡轮压气机，在所述多级涡轮压气机的每个级间通道上或部分级间通道上设降温器；或所述涡轮压气机设为由多个单级涡轮压气机组成的多段涡轮压气机，在所述多段涡轮压气机的每个段间通道上或部分段间通道上设降温器。
所述有压气体源与所述涡轮压气机的气体入口连通，所述有压气体源内的气体经所述涡轮压气机进一步升压。
所述动力涡轮设为多级动力涡轮，在所述多级动力涡轮的每个级间通道上或部分级间通道上设级间气体导入口，所述有压气体源经气体控制阀与所述级间气体导入口连通。
在所述有压气体源上、在所述有压气体源和所述涡轮压气机之间的气体通道上和/或在所述涡轮压气机上设降温器。
所述涡轮压气机的出口处的承压能力大于1MPa。
所述涡轮压气机的出口与热动力***的高压气体进气道连通。
所述动力涡轮的气体出口与所述降温器的冷却流体入口连通，利用经所述动力涡轮降温后的气体作为所述降温器的冷源。
本发明的原理是利用所述有压气体源中的有压气体推动所述动力涡轮对所述涡轮压气机输出动力，所述涡轮压气机对气体进行压缩；在某些方案中，可以利用所述有压气体源中的一部分气体推动所述动力涡轮对所述涡轮压气机输出动力，所述涡轮压气机对所述有压气体源中的另一部分气体进行压缩，进而得到更高压力的压缩气体。本发明所公开的有压气体涡轮增压***由于利用气体为动力，所以可使所述动力涡轮和所述涡轮压气机处于相当高的转速下工作，充分发挥所述动力涡轮和所述涡轮压气机的优势。不仅如此，在这个***中的所述动力涡轮的气体出口的温度处于较低甚至相当低的水平，为此，由所述动力涡轮的气体出口出来的气体可以作为冷源使用用于制冷等目的，也可以作为冷源使用以对所述有压气体涡轮增压***中的需要冷却的气体、工质或部件进行冷却。
本发明所谓有压气体源是指一切能够提供具有一定压力的气体的***，如传统压气机***、风机***、有压气体储罐、外燃工质发生器、内燃工质发生器等；所谓降温器是指一切能够使流体降温的装置，它可以是散热器，也可以是以冷却为目的的热交换器，以及混合式降温装置(所谓混合式降温装置是指通过混入低温物质达到降温目的的装置)；所谓的涡轮压气机是指利用旋转叶片或旋转通道对气体进行压缩的机构，它可以是单级的、多级的，也可以是多个单级或多个多级组合而成；所谓动力涡轮是指利用有压气体推动叶片或通道旋转对外作功的机构；所谓的高压气体是指经过涡轮压气机进一步增压后的压缩气体；所谓外燃工质发生器是指通过外燃加热方式形成具有一定压力的气体工质的装置，例如锅炉等，在设有锅炉的结构中，由锅炉产生的有压气体作为推动所述动力涡轮的工质；所谓内燃工质发生器是指通过内燃加热方式形成具有一定压力的气体工质的装置，例如内燃燃烧室等，在设有内燃燃烧室的结构中，由燃烧室产生的有压气体作为推动所述动力涡轮的工质。
本发明中，所谓的热动力***是指一切利用将热量转化成功的***，例如内燃机、外燃机等；所谓的膨胀剂是指不参与燃烧化学反应起升温或降温以及调整作功工质摩尔数的作用并参与膨胀作功的工质，如水、二氧化碳、氦气、液氮、液体二氧化碳等。
本发明中，所述涡轮压气机的出口处的气体压力可以大于1.5MPa、2MPa、2.5MPa、3MPa、3.5MPa、4MPa、4.5MPa、5MPa、5.5MPa、6MPa、6.5MPa、7MPa、7.5MPa、8MPa、8.5MPa、9MPa、9.5MPa或大于10MPa，相应地，所述涡轮压气机的出口处的承压能力设为大于1.5MPa、2MPa、2.5MPa、3MPa、3.5MPa、4MPa、4.5MPa、5MPa、5.5MPa、6MPa、6.5MPa、7MPa、7.5MPa、8MPa、8.5MPa、9MPa、9.5MPa或大于10MPa。
本发明中，所谓多段是指多个涡轮压气机串联或多个动力涡轮串联所形成的连接关系，它与多级的区别在于每个段都具有一个动力轴，实质上相当于多轴式多级结构，而传统的多级是指共轴式多级结构；所谓第一个单级和第二个单级的排列顺序是以气体流为顺序的，入口处定义为第一级。
本发明中所谓连通是指直接连通、经过若干过程(包括与其他物质混合等)的间接连通或经泵、控制阀等受控连通。
为了实现本发明所公开的有压气体涡轮增压***的正常工作，可根据公知技术，在适当的位置设置泵和控制阀等部件、单元或***。
本发明的有益效果如下：
本发明结构简单，成本低，简化了传统气体压缩***。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图；
图2为本发明实施例2的结构示意图；
图3为本发明实施例3的结构示意图；
图4为本发明实施例4的结构示意图；
图5为本发明实施例5的结构示意图；
图6为本发明实施例6的结构示意图；
图7为本发明实施例7的结构示意图；
图8为本发明实施例8的结构示意图；
图9为本发明实施例9的结构示意图；
图10为本发明实施例10的结构示意图；
图11为本发明实施例11的结构示意图；
图12为本发明实施例12的结构示意图；
图13为本发明实施例13的结构示意图；
图14为本发明实施例14的结构示意图；
图15为本发明实施例15的结构示意图；
图16为本发明实施例16的结构示意图；
图17为本发明实施例17的结构示意图；
图18为本发明实施例18的结构示意图；
图19为本发明实施例19的结构示意图，
图中：
1有压气体源、2涡轮压气机、3动力涡轮、4降温器、5膨胀剂储罐、6高压液体泵、8气体控制阀、101外燃工质发生器、102内燃工质发生器、103高压气体储罐、104气体压缩机、105发动机排气道、201多级涡轮压气机、301多级动力涡轮、202多段涡轮压气机、302多段动力涡轮、400冷凝冷却器、444热交换器、701级间气体导入口、800热动力***。
具体实施方式
实施例1
如图1所示的有压气体涡轮增压***，包括有压气体源1、涡轮压气机2和动力涡轮3，所述有压气体源1与所述动力涡轮3的气体入口连通，所述动力涡轮3对所述涡轮压气机2输出动力，所述涡轮压气机2的出口处的承压能力大于1MPa。
具体实施时，所述涡轮压气机2的出口处的气体压力可大于1.5MPa、2MPa、2.5MPa、3MPa、3.5MPa、4MPa、4.5MPa、5MPa、5.5MPa、6MPa、6.5MPa、7MPa、7.5MPa、8MPa、8.5MPa、9MPa、9.5MPa或大于10MPa，因此相应地，所述涡轮压气机2的出口处的承压能力应设计为大于1.5MPa、2MPa、2.5MPa、3MPa、3.5MPa、4MPa、4.5MPa、5MPa、5.5MPa、6MPa、6.5MPa、7MPa、7.5MPa、8MPa、8.5MPa、9MPa、9.5MPa或大于10MPa。
实施例2
如图2所示的有压气体涡轮增压***，其与实施例1的区别在于：所述涡轮压气机设为多级涡轮压气机201，所述动力涡轮设为多级动力涡轮301。
具体实施时，也可以仅将所述涡轮压气机设为多级涡轮压气机201，或仅将所述动力涡轮设为多级动力涡轮301。
实施例3
如图3所示的有压气体涡轮增压***，其与实施例1的区别在于：所述涡轮压气机设为由多个单级涡轮压气机组成的多段涡轮压气机202，所述动力涡轮设为由多个单级动力涡轮组成的多段动力涡轮302，所述多段涡轮压气机202中的第一个单级涡轮压气机与所述多段动力涡轮302中的第一个单级动力涡轮同轴设置，所述多段涡轮压气机202中的第二个单级涡轮压气机与所述多段动力涡轮302中的第二个单级所述动力涡轮同轴设置，依此类推。
实施例4
如图4所示的有压气体涡轮增压***，其与实施例3的区别在于：所述涡轮压气机设为由多个单级涡轮压气机组成的多段涡轮压气机202，所述动力涡轮设为由多个单级动力涡轮组成的多段动力涡轮302，所述多段涡轮压气机202中的第一个单级涡轮压气机与所述多段动力涡轮302中的第一个单级动力涡轮以外的一个单级动力涡轮同轴设置，所述多段涡轮压气机202中的第二个单级涡轮压气机与所述多段动力涡轮302中的第二个单级动力涡轮以外的一个单级动力涡轮同轴设置，依此类推。
实施例5
如图5所示的有压气体涡轮增压***，其与实施例1的区别在于：所述有压气体源设为外燃工质发生器101的气体工质出口。
实施例6
如图6所示的有压气体涡轮增压***，其与实施例1的区别在于：所述有压气体源设为外燃工质发生器101的气体工质出口，所述动力涡轮3的气体出口经冷凝冷却器400再经高压液体泵6与所述外燃工质发生器101的液体工质入口连通。
实施例7
如图7所示的有压气体涡轮增压***，其与实施例1的区别在于：所述有压气体源设为内燃工质发生器102的气体工质出口。
实施例8
如图8所示的有压气体涡轮增压***，其与实施例1的区别在于：所述有压气体源设为内燃工质发生器102的气体工质出口，所述动力涡轮3的气体出口与降温器4连通，所述降温器4的液体出口与膨胀剂储罐5连通，所述膨胀剂储罐5经高压液体泵6与所述内燃工质发生器102的膨胀剂入口连通。
实施例9
如图9所示的有压气体涡轮增压***，其与实施例1的区别在于：所述有压气体源设为高压气体储罐103。
实施例10
如图10所示的有压气体涡轮增压***，其与实施例1的区别在于：所述有压气体源设为气体压缩机104的气体出口。
实施例11
如图11所示的有压气体涡轮增压***，其与实施例3的区别在于：所述涡轮压气机设为由多个单级涡轮压气机组成的多段涡轮压气机202，在所述多段涡轮压气机202的每个段间通道上或部分段间通道上设降温器4。
实施例12
如图12所示的有压气体涡轮增压***，其与实施例2的区别在于：所述涡轮压气机设为多级涡轮压气机201，在所述多级涡轮压气机201的每个级间通道上或部分级间通道上设降温器4。
实施例13
如图13所示的有压气体涡轮增压***，其与实施例1的区别在于：所述有压气体源1与所述涡轮压气机2的气体入口连通，所述有压气体源1内的气体经所述涡轮压气机2进一步升压。利用所述有压气体源1中的一部分有压气体推动所述动力涡轮3作功，所述动力涡轮3对所述涡轮压气机2输出动力，所述涡轮压气机2将所述有压气体源1中的另一部分有压气体进行压缩，进而得到更高压力的压缩气体。
实施例14
如图14所示的有压气体涡轮增压***，其与实施例1的区别在于：所述涡轮压气机设为多级涡轮压气机201，所述动力涡轮设为多级动力涡轮301，在所述多级动力涡轮301的每个级间通道上或部分级间通道上设级间气体导入口701，所述有压气体源1经气体控制阀8与所述级间气体导入口701连通。
实施例15
如图15所示的有压气体涡轮增压***，其与实施例13的区别在于：所述涡轮压气机设为多级涡轮压气机201，所述动力涡轮设为多级动力涡轮301，在所述多级动力涡轮301的每个级间通道上或部分级间通道上设级间气体导入口701，所述有压气体源1经气体控制阀8与所述级间气体导入口701连通。
实施例16
如图16所示的有压气体涡轮增压***，其与实施例13的区别在于：在所述有压气体源1上、在所述有压气体源1和所述涡轮压气机2之间的气体通道上和在所述涡轮压气机2上设降温器4，用来将所述有压气体涡轮增压***内的气体冷却，提高所述动力涡轮3的动力和所述涡轮压气机2的压气效率。
实施例17
如图17所示的有压气体涡轮增压***，其与实施例13的区别在于：在涡轮压气机2的压缩气体通道上设置第一个热交换器444，在所述动力涡轮3和所述有压气体源1之间的气体连通通道上设置第二个所述热交换器444，所述动力涡轮3的气体出口与第一个所述热交换器444的冷却流体入口连通，第一个所述热交换器444的冷却流体出口与第二个所述热交换器444的冷却流体入口连通，利用经所述动力涡轮3降温后的气体作为所述热交换器444的冷源。
实施例18
如图18所示的有压气体涡轮增压***，其与实施例1的区别在于：所述涡轮压气机2的出口与热动力***800的高压气体进气道连通。
实施例19
如图19所示的有压气体涡轮增压***，其与实施例1的区别在于：所述有压气体源设为发动机排气道105。
显然，本发明不限于以上实施例，根据本领域的公知技术和本发明所公开的技术方案，可以推导出或联想出许多变型方案，所有这些变型方案，也应认为是本发明的保护范围。
Claims (13)
1.一种有压气体涡轮增压***，包括有压气体源(1)、涡轮压气机(2)和动力涡轮(3)，其特征在于：所述有压气体源(1)与所述动力涡轮(3)的气体入口连通，所述动力涡轮(3)对所述涡轮压气机(2)输出动力。
2.如权利要求1所述有压气体涡轮增压***，其特征在于：所述涡轮压气机(2)设为多级涡轮压气机(201)，和/或所述动力涡轮(3)设为多级动力涡轮(301)。
3.如权利要求1所述有压气体涡轮增压***，其特征在于：所述涡轮压气机(2)设为由多个单级涡轮压气机组成的多段涡轮压气机(202)，所述动力涡轮(3)设为由多个单级动力涡轮组成的多段动力涡轮(302)。
4.如权利要求1所述有压气体涡轮增压***，其特征在于：所述有压气体源(1)设为外燃工质发生器(101)的气体工质出口；或所述有压气体源(1)设为内燃工质发生器(102)的气体工质出口；或所述有压气体源(1)设为高压气体储罐(103)；或所述有压气体源(1)设为气体压缩机(104)的气体出口；或所述有压气体源(1)设为发动机排气道(105)。
5.如权利要求1所述有压气体涡轮增压***，其特征在于：所述有压气体源(1)设为外燃工质发生器(101)的气体工质出口，所述动力涡轮(3)的气体出口经冷凝冷却器(400)再经高压液体泵(6)与所述外燃工质发生器(101)的液体工质入口连通。
6.如权利要求1所述有压气体涡轮增压***，其特征在于：所述有压气体源(1)设为内燃工质发生器(102)的气体工质出口，所述动力涡轮(3)的气体出口与降温器(4)连通，所述降温器(4)的液体出口与膨胀剂储罐(5)连通，所述膨胀剂储罐(5)经高压液体泵(6)与所述内燃工质发生器(102)的膨胀剂入口连通。
7.如权利要求1所述有压气体涡轮增压***，其特征在于：所述涡轮压气机(2)设为多级涡轮压气机(201)，在所述多级涡轮压气机(201)的每个级间通道上或部分级间通道上设降温器(4)；或所述涡轮压气机(2)设为由多个单级涡轮压气机组成的多段涡轮压气机(202)，在所述多段涡轮压气机(202)的每个段间通道上或部分段间通道上设降温器(4)。
8.如权利要求1所述有压气体涡轮增压***，其特征在于：所述有压气体源(1)与所述涡轮压气机(2)的气体入口连通。
9.如权利要求1所述有压气体涡轮增压***，其特征在于：所述动力涡轮(3)设为多级动力涡轮(301)，在所述多级动力涡轮(301)的每个级间通道上或部分级间通道上设级间气体导入口(701)，所述有压气体源(1)经气体控制阀(8)与所述级间气体导入口(701)连通。
10.如权利要求1所述有压气体涡轮增压***，其特征在于：在所述有压气体源(1)上、在所述有压气体源(1)和所述涡轮压气机(2)之间的气体通道上和/或在所述涡轮压气机(2)上设降温器(4)。
11.如权利要求1所述有压气体涡轮增压***，其特征在于：所述涡轮压气机(2)的出口处的承压能力大于1MPa。
12.如权利要求1所述有压气体涡轮增压***，其特征在于：所述涡轮压气机(2)的出口与热动力***(800)的高压气体进气道连通。
13.如权利要求3、7或10所述有压气体涡轮增压***，其特征在于：所述动力涡轮(3)的气体出口与所述降温器(4)的冷却流体入口连通。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120125 |