CN210622877U - 双动力汽轮机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种双动力汽轮机，由汽轮机和燃料发动机构成，在所述燃料发动机外壳上或发动机歧管上或发动机汽缸外部或发动机尾气出口的任意部位设置热交换器，将发动机余热转化为高压蒸汽；所述汽轮机进气口连接所述热交换器的高压蒸汽出口和所述燃料发动机排气口，构成双动力汽轮机。本实用新型使燃料发动机热效率提高到60％以上、节约燃油20％以上、尾气排放污染降低60％以上；不但适用于地面发动机也适用于海、空发动机；从根本上解决燃料发动机效率低、油耗高、污染严重的问题；使燃料发动机成为节能、环保的发动机。

Description

双动力汽轮机

技术领域

本实用新型属于燃料发动机技术领域，尤其是涉及一种双动力汽轮机。

背景技术

现有的燃料发动机包括燃油发动机和燃气发动机，可以分为爆燃驱动和气流驱动发动机。爆燃驱动发动机以活塞发动机和转子发动机为主。气流驱动发动机以燃气轮机和蒸汽轮机为主。现有汽轮机都是燃气或者蒸汽单一气体驱动的。

其不足之处是：爆燃驱动发动机只利用了燃料爆燃的压力驱动发动机。大量的热量没有做功就被排放掉了，效率很低，浪费和污染严重。

燃气轮机只利用了燃料燃烧产生的高速气流驱动发动机转动。燃料爆燃的压力和热量没有得到充分利用。大量的热量没有做功就被排放掉了，效率很低，浪费和污染严重。这些都是亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型旨在解决现有燃料发动机效率很低，浪费和污染严重等等问题，提出一种双动力汽轮机，充分利用发动机排放的余热，产生蒸汽为发动机提供二次动力。提高热效率、节约燃料、减少污染。

为了达到上述目的，本实用新型采取的技术方案为：

本实用新型由汽轮机和燃料发动机构成。燃料发动机主要是燃油发动机和燃气发电机。其特征在于：在所述发动机外壳上或发动机歧管上或发动机尾气出口的任意部位或发动机汽缸外部设置热交换器，将发动机余热转化为高压蒸汽。所述汽轮机进气口，连接所述热交换器的高压蒸汽出口和所述发动机排气出口，构成双动力汽轮机。

优选是：将所述热交换器的换热器部件或换热装置设置在可以吸收燃料发动机余热的任意部位。

还包括：所述热交换器或换热器部件设置在涡轮增压器外壳上的。

所述热交换器包括：盘管结构或锅炉结构或燃气热水器结构或内热结构或外热结构或水套炉结构。所述热交换器设置在燃料发动机产生高温的任意位置，所述热交换器吸收发动机余热，产生高压蒸汽，为本实用新型的双动力汽轮机提供新的动力。

对于燃气轮机，将燃烧室作为燃料发动机。也可以采用高速转子发动机或高速活塞发动机作为燃料发动机，为其提供高速气流。所述热交换器换热器部件设置在尾喷口内部或者外部或者机体内部或者外部任意可以吸收余热的位置，产生高压蒸汽。再将高压蒸汽喷入汽轮机进气口，与燃烧室排气口排出的高温高压燃气形成燃气和蒸汽双动力推动的汽轮机。

对于爆燃发动机，所述汽轮机进气口，同时连接热交换器的高压蒸汽出口和燃料发动机尾气出口，两种气体混合后进入汽轮机，或者是分别连接所述两个出口，两种气体进入汽轮机后再混合。形成燃气和蒸汽双动力推动的汽轮机。

两种气体混合后降低了排气的温度，消除高温了对汽轮机的损坏，降低了对涡轮机材质要求，有效延长汽轮机寿命。混合排出的水蒸气遇冷凝结成水，可以大大降低排放污染。

进一步：所述汽轮机是独立的或与所述燃料发动机连轴的。

所述独立的汽轮机还包括发动机涡轮增压器。将涡轮增压器设计为独立的双气驱动汽轮机。利用涡轮增压器外壳热量或者进出口热量产生高压蒸汽，再输入到其涡轮机形成二次动力。提高涡轮机的输出动力，增加压缩机输出排量和压力，为发动机提供充足的进气流量和压力。

将换热器部件设置在涡轮增压器上，还可以降低涡轮增压器温度，消除其自燃的风险，延长涡轮增压器寿命。从根本上消除现有涡轮增压器存在的缺陷。

所述汽轮机与燃料发动机连轴的，包括：两个轴之间是直接连接或通过离合器连接或变速机构连接或自动控制机构连接。

进一步，所述汽轮机是涡轮机结构、叶轮机结构、蒸汽轮机结构、燃气轮机结构、转子发动机结构、罗茨流量计结构、气动马达结构的其中一种。

进一步，所述燃料发动机是活塞发动机、喷气发动机、涡扇发动机、涡轴发动机、燃气轮机、转子发动机的一种。

进一步，所述热交换器的高压蒸汽出口，同时连接所述汽轮机进气口和涡轮增压器进气口，或者单独连接所述汽轮机进气口或涡轮增压器进气口。

对于涡轮增压器发动机，高压蒸汽出口同时连接所述汽轮机进气口和涡轮增压器进气口，可以同时为所述汽轮机和涡轮增压器增加动力。通过自动控制器，可以将蒸汽动力合理分配到汽轮机和涡轮增压器上，提高效率。

进一步，所述热交换器由水箱、换热装置和储气罐构成，所述热交换器通过所述储气罐连接所述汽轮机。

热交换器是将液体转化为气体的***。水箱、换热装置和储气罐是构成***的基本条件。通过储气罐可以将蒸汽存储起来，随时为汽轮机提供动力输出，保障安全、方便控制。

进一步，所述热交换器连接自动控制器，所述换热装置、水箱、储气罐上分别设置压力、温度、液位、流量传感器连接所述自动控制器，所述换热装置、水箱、储气罐的汽、液压力、温度、液位和流量由自动控制器控制。

进一步，所述自动控制器还连接所述汽轮机进气口或热交换器出气口，所述自动控制器通过压力信号或流量信号或转速信号或油门信号，控制所述汽轮机进气流量和转速。

所述自动控制器通过流量控制器，连接所述汽轮机进气口或热交换器出气口的。所述自动控制器，通过热交换器蒸汽压力信号、蒸汽流量信号、燃料发动机或所述汽轮机转速信号、节气门传感器或油门传感器信号控制所述汽轮机进气流量和转速。

还包括连接涡轮增压器进气口的流量控制器。所述自动控制器，通过燃料发动机进气流量、进气压力、发动机转速信号、节气门传感器或油门传感器信号控制所述涡轮增压器进气流量、转速和空气输出流量。

进一步，所述热交换器上设置低温自动放水装置或者手动放水装置。

冬季结冰危害发动机安全。必须保证所述热交换器内部存水在0度及时排空，防止结冰。还包括：将所述热交换器设计为防冻裂结构的，或所述换热器设置有防冻装置或安全阀。

进一步，所述汽轮机输出轴上连接鼓风机、压缩机、排风扇、空气增压器、发电机、水泵、矿山机械、钻机、运输设备的一种或几种。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型使燃料发动机热效率提高到60％以上、节约燃油20％以上、尾气排放污染降低60％以上；不但适用于地面发动机也适用于海、空发动机；从根本上解决燃料发动机效率低、油耗高、污染严重的问题；使燃料发动机成为节能、环保的发动机。

本实用新型利用燃料发动机尾气作为汽轮机一次动力；利用发动机高温或尾气高温，把冷水加热转化为高压蒸汽，做为汽轮机提供二次动力。高压蒸汽和发动机排气共同为汽轮机提供混合动力，构成双气驱动汽轮机。相当于在原燃料发动机不增加能耗条件下，增加了一台新的发动机。双气驱动汽轮机可以单独工作驱动其他设备，也可以与所述燃料发动机连轴工作，增大燃料发动机输出动力，大大提高燃料发动机热效率。两种气体混合后降低了排气的温度，消除了高温对汽轮机的损坏，降低了对汽轮机材质要求，有效延长汽轮机寿命。混合排出的水蒸气遇冷凝结成水，可以溶解排气中大量的烟尘、颗粒物、氮氧化物、碳氢化合物等，大大降低排放污染。

本实用新型对于带涡轮增压器的发动机，采用双气驱动涡轮增压器，从根本上消除涡轮增压器存在的高温等一系列缺陷；保证涡轮增压器全程高速旋转有效增大发动机进气量，提高了燃油发动机输出动力和热效率，减少了不完全燃烧产生的废气排放。

附图说明

图1为本实用新型实施例所述的双动力汽轮机示意图；

图2为本实用新型实施例所述的带水箱和储气罐的双动力汽轮机示意图；

图3为本实用新型实施例为双动力汽轮机是涡轮增压器的示意图；

图4为本实用新型实施例为燃料发动机是燃气轮机的示意图。

图中

1、燃料发动机； 2、热交换器；

3、排气歧管； 4、热交换器蒸汽出口；

5、燃料发动机排气口； 6、尾气进口；

7、蒸汽进口； 8、汽轮机；

9、废气出口； 10、汽轮机输出轴；

11、燃料发动机输出轴； 12、水箱；

13、储气罐； 14、气体流量控制器；

15、涡轮增压器； 16、涡轮增压器压缩机；

17、涡轮增压器出气口； 18、涡轮增压器进气口；

19、水； 20、高压蒸汽；

21、热交换器补水控制阀； 22、水箱进水阀；

23、燃气轮机空气压缩机。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

实施例1

如图1所示是本实用新型独立的双动力汽轮机和燃料发动机示意图

将热交换器2设置在燃料发动机1排气歧管3外部，吸收排气热量将将热交换器2内部的水19加热产生高压蒸汽20。将热交换器蒸汽出口4连接汽轮机的蒸汽进口7，高压蒸汽20通过交换器蒸汽出口4，向汽轮机8输入高压蒸汽20，驱动汽轮机8转动。燃料发动机排气口5连接汽轮机的尾气进口6，向汽轮机8输入燃料发动机排气，驱动汽轮机8转动，两种气体同时驱动汽轮机8转动，形成双动力汽轮机。两种混合气体做功后通过汽轮机废气出口9排入大气。

图1中是独立的双动力汽轮机和燃料发动机。汽轮机输出轴10和燃料发动机输出轴11还可以连接起来构成同轴输出的一个发动机，增加动力、节约燃料、减少排气污染。

实施例2

如图2所示是带水箱和储气罐的双动力汽轮机和燃料发动机示意图

实施例2在实施例1的基础上增加了水箱12和储气罐13。水箱12和热交换器2通过热交换器补水控制阀21连通，为热交换器补水，保证热交换器内部有适量水，产生足够多蒸汽。补水阀是自动控制或者手动控制完成的。热交换器蒸汽出口4连接储气罐13，产生的高压蒸汽通过出气口存储到储气罐13。高压蒸汽通过气体流量控制器14输出到汽轮机蒸汽进口7，通过气体流量控制器14控制并驱动汽轮机转动；水箱13上设置有水箱进水阀22可以往水箱加水。

实施例3

如图3所示是汽轮机为涡轮增压器的示意图

实施例3是带涡轮增压器的燃料发动机。蒸汽和尾气通过涡轮机的尾气进口6和蒸汽进口7同时驱动涡轮增压器，大大提高增压器的输出流量和压力。为发动机提供更多的空气助燃。混合尾气通过废气出口9混合排出。有效提高发动机效率、节约燃油、减少排放污染。

实施例4

如图4所示是燃气轮机结构的双气驱动汽轮机示意图。

图中1是燃气轮机的燃烧室作为燃料发动机1。燃料发动机1的高压燃气通过燃料发动机排气口5输入汽轮机的尾气进口6，为汽轮机提供一次动力。废气通过废气出口9排出。热交换器2设置在汽轮机废气出口9外部，热交换器吸收尾气热量产生高压蒸汽，高压蒸汽通过热交换器蒸汽出口4输入汽轮机蒸汽进口7，为汽轮机8提供二次动力。两种混合气体驱动汽轮机做功后通过废气出口9排出。由于高压蒸汽的进入，大大降低了排气温度。由此可以降低对喷口材料耐高温要求，降低成本、延长发动机寿命，大大提高发动机效率、节约燃料，尤其是混合气体排放可以大大降低排放污染。

本实施例还可以由转子发动机或活塞发动机取代燃烧室，充分利用燃料爆燃的动力，驱动转子发动机或活塞发动机之后再驱动汽轮机，取得更高的燃油效率。所述转子发动机或活塞发动机可以独立运转驱动发电机或其它设备，也可以与所述汽轮机连轴运转，进一步增加汽轮机动力。该方法还适用于喷气发动机、涡扇发动机等。

以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种双动力汽轮机，由汽轮机和燃料发动机构成，其特征在于：在所述燃料发动机外壳上或发动机歧管上或发动机汽缸外部或发动机尾气出口的任意部位设置热交换器，将发动机余热转化为高压蒸汽；所述汽轮机进气口连接所述热交换器的高压蒸汽出口和所述燃料发动机排气口，构成双动力汽轮机；所述汽轮机是涡轮机结构或转子发动机结构或罗茨流量计结构或气动马达结构的。

2.根据权利要求1所述的双动力汽轮机，其特征在于：所述汽轮机是独立的或与所述燃料发动机连轴的。

3.根据权利要求1所述的双动力汽轮机，其特征在于：所述燃料发动机是活塞发动机或喷气发动机或涡扇发动机或涡轴发动机或燃气轮机或转子发动机。

4.根据权利要求1所述的双动力汽轮机，其特征在于：所述热交换器的高压蒸汽出口同时连接所述汽轮机进气口和涡轮增压器进气口，或者单独连接所述汽轮机进气口或涡轮增压器进气口。

5.根据权利要求1或4所述的双动力汽轮机，其特征在于：所述热交换器由水箱、换热装置和储气罐构成，所述热交换器通过所述储气罐连接所述汽轮机进气口。

6.根据权利要求5所述的双动力汽轮机，其特征在于：所述热交换器连接自动控制器，所述换热装置、水箱、储气罐上分别设置压力、温度、液位、流量传感器连接所述自动控制器，所述换热装置、水箱、储气罐的汽、液压力、温度、液位和流量由自动控制器控制。

7.根据权利要求6所述的双动力汽轮机，其特征在于：所述自动控制器还连接所述汽轮机进气口，所述自动控制器通过压力信号或流量信号或转速信号或油门信号，控制所述汽轮机进气流量和转速。

8.根据权利要求1所述的双动力汽轮机，其特征在于：所述热交换器上设置低温自动放水装置或者手动放水装置。

9.根据权利要求1所述的双动力汽轮机，其特征在于：汽轮机的输出轴上连接鼓风机、压缩机、排风扇、空气增压器、发电机、水泵、矿山机械、钻机、运输设备的一种或多种。

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