专利名称：分流式两泵两级低品位燃气外热式涡轮发动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及分流式两泵两级低品位燃气外热式涡轮发动机。
背景技术：
低品位燃料，本发明只是指某种可燃气体或多种可燃气体，与其它气体混合在一起， 并且所占的比例很小，小到已经失去了商业应用价值，所以低品位燃料是稀薄的、分散的、 不稳定的。低品位燃料一般很难点燃，即使点燃，也会自动熄火；即使持续燃烧，温度也 很低。在煤矿、油田等企业在开采和提炼过程中，如果将这些低品位燃料直接排放到大气 中，会产生空气污染，加以净化处理又要消耗成本。
发明内容
本发明的目的是要提供分流式两泵两级低品位燃气外热式涡轮发动机。 本发明解决其技术问题所采取的技术方案是用分流式两泵两级涡轮发动机和特种燃 烧系统组成一台分流式两泵两级低品位燃气外热式涡轮发动机。低品位燃气包括煤矿油田 开采提炼过程中产生的稀薄可燃气体及其混合物。分流式两泵两级涡轮发动机由两级涡轮、 涡轮轴、两级增压泵轮、导轮和膨胀室壳体组成。特种燃烧系统由储气罐、防回火器、空 燃比调节器、气体增压器和电热丝网燃烧室组成。采用特种燃烧系统的出口与膨胀室壳体 下端相连通，膨胀室壳体上制有螺旋上升并且截面逐渐縮小的半圆形螺壳热气流道，从特 种燃烧系统喷出的热气通过此螺壳热气流道进入膨胀室壳体并转换成高品位机械能输出； 或者采用特种燃烧系统的出口与和膨胀室壳体低热阻连接的换热器相连通。从特种燃烧系 统喷出的热气通过换热器使膨胀室内的气体升温膨胀并转换成高品位机械能输出。
作为对上述技术方案的改进采用和膨胀室壳体一体制造的壳体换热器；在第二级增 压泵轮上方设置钟型整流罩和/或第一级涡轮的下方设置钟型整流罩;令第一级涡轮和第二 级涡轮旋转方向相反；以及对膨胀室壳体采用绝热层。
本发明的有益效果包括可将煤矿、油田等企业在开采和提炼过程中产生的这些有害 气体用低廉的成本方式转化为输出动力或电能，既能解除污染，又节约了宝贵的能源，拥 有极高的经济价值。利用壳体换热器制式的工作方式，由于不再使用强制气体增压技术， 将热气直接灌入到有一定低压的膨胀室内，仅需使用普通排风扇就能完成，所以可以大大 降低发动机自身的巨大能耗。此种工作制式也非常适合热电厂、水泥厂、钢铁厂、各种炉 窑的废热和地热与涡轮发动机内的气体换热，并将其转化成高品位机械能输出。特种燃烧 系统与低品位螺壳或换热式涡轮发动机相结合，共有五种不同结构和十种组合方式，本发 明分流式两泵两级低品位燃气外热式涡轮发动机采用两级增压泵轮可使膨胀室壳体内的气 体获得比只用一级增压泵轮更高的压力，从而使得涡轮发动机的功率大大增加。采用两级 旋转方向相反的涡轮可使热转换效率大大提高。膨胀室内采用螺旋上升并且截面逐渐縮小 的半圆形热气流道可以充分利用热气流的动能，并使热气流对空气的加热处于最佳状态。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1和图2是分流式两泵两级低品位燃气外热式涡轮发动机两个实施例的结构剖示图。 图中l.特种燃烧系统，2.分流式两泵两级螺壳涡轮发动机，3.储气罐，4.防回火器， 5.空燃比调节器，6.气体增压器，7.电热丝网燃烧室，8.第一级涡轮，9.第二级涡轮，10.
3第一涡轮轴，ll.第二涡轮轴，12.第一级增压泵轮，13.第二级增压泵轮，14.导轮，15. 膨胀室壳体，16.发电机，17.钟型整流罩，18.进风架，19.螺壳热气流道，20.分流式两泵 两级换热涡轮发动机，21.壳体换热器，22.换热器出口。
具体实施例方式
在图1中，特种燃烧系统1和分流式两泵两级螺壳涡轮发动机2组成一台分流式两泵 两级低品位燃气螺壳涡轮发动机。特种燃烧系统1由储气罐3、防回火器4、空燃比调节器 5、气体增压器6和电热丝网燃烧室7组成。分流式两泵两级螺壳涡轮发动机2由第一级涡 轮8、第二级涡轮9、第一涡轮轴IO、第二涡轮轴ll、第一级增压泵轮12、第二级增压泵 轮13、导轮14和膨胀室壳体15组成。第一级涡轮8连接第一级增压泵轮12和第二级增 压泵轮13。导轮14固定安装在两级增压泵轮中间的膨胀室壳体15的内壁。第二级涡轮9 通过第二涡轮轴11与发电机16连接。第一级涡轮8和第二级涡轮9旋转方向相反。在第 二级增压泵轮13上方和第一级涡轮8的下方各设置一个钟型整流罩17。在膨胀室壳体15 的下方含有一个进风架18。膨胀室壳体15上制有螺旋上升并且截面逐渐縮小的半圆形螺 壳热气流道19。特种燃烧系统1的电热丝网燃烧室7的出口与膨胀室壳体15下端相连通。 膨胀室壳体15带有绝热层以减少热损。
图l所示实施例的工作原理为储气罐3中的低品位燃气经过防回火器4，被气体增 压器6泵送进电热丝网燃烧室7。空燃比调节器5通过控制空气的流入量来调节进入电热 丝网燃烧室7的低品位燃气的浓度，确保涡轮发动机系统工作稳定高效。进入电热丝网燃 烧室7的混合气体被电热丝网点燃并充分彻底燃烧。燃烧产生的热气进入螺壳热气流道19。 由于这些热气具有热能和动能，而螺壳热气流道19为充分利用热气气流的动能提供了条 件。在螺壳热气流道19附近，热气与从进风架18进入膨胀室壳体15的增压空气充分换热 并使空气膨胀产生势能。这些势能和动能共同推动第一级涡轮8转动，第一级涡轮8带动 第一级增压泵轮12和第二级增压泵轮13。经过两级泵轮增压，使得从进风架18进入膨胀 室壳体15内的压力进一步提高。增压的空气经热气加热产生更大的压力，推动第一级涡轮 8加速转动。这又使得两级增压泵轮的增压作用进一步增强，由此形成雪崩反应，达到增 加进气增压的目的。第一级涡轮8只吸收了一部分膨胀的能量做功，将剩余的能量留给第 二级涡轮9继续吸收做功。第二级涡轮9做的功通过第二涡轮轴11传递给发电机16转化 为电能输出。
在图2中，特种燃烧系统1和分流式两泵两级换热涡轮发动机20组成一台分流式两泵 两级低品位燃气换热涡轮发动机。特种燃烧系统1由储气罐3、防回火器4、空燃比调节器 5、气体增压器6和电热丝网燃烧室7组成。分流式两泵两级换热涡轮发动机20由第一级 涡轮8、第二级涡轮9、第一涡轮轴IO、第二涡轮轴ll、第一级增压泵轮12、第二级增压 泵轮13、导轮14和膨胀室壳体15组成。第一级涡轮8连接第一级增压泵轮12和第二级 增压泵轮13。导轮14固定安装在两级增压泵轮中间的膨胀室壳体15的内壁。第二级涡轮 9通过第二涡轮轴11与发电机16连接。第一级涡轮8和第二级涡轮9旋转方向相反。在 第二级增压泵轮13上方和第一级涡轮8的下方各设置一个钟型整流罩17。在膨胀室壳体 15的下方含有一个进风架18。壳体换热器21与膨胀室壳体15 —体制造。特种燃烧系统1 的电热丝网燃烧室7的出口与壳体换热器21相连通。从电热丝网燃烧室7的出口喷出的热 气通过壳体换热器21将膨胀室壳体15内的空气加热，自身冷却后从换热器出口 22进入大 气。转移到膨胀室壳体15内空气中的热能由分流式两泵两级换热涡轮发动机20转换成高 品位机械能输出。壳体换热器21带有绝热层以减少热损。
图2所示实施例的工作原理为储气罐3中的低品位燃气经过防回火器4，被气体增 压器6泵送进电热丝网燃烧室7。空燃比调节器5通过控制空气的流入量来调节进入电热 丝网燃烧室7的低品位燃气的浓度，使系统工作更稳定有效。进入电热丝网燃烧室7的混
4合气体被电热丝网点燃并充分彻底燃烧。燃烧产生的热气进入壳体换热器21，与从进风架 18进入膨胀室壳体15的增压空气充分换热并使空气膨胀产生势能。这些势能推动第一级 涡轮8转动，第一级涡轮8带动第一级增压泵轮12和第二级增压泵轮13。经过两级泵轮 增压，使得从进风架18进入膨胀室壳体15内的压力进一步提高。增压的空气经换热产生 更大的压力，推动第一级涡轮8加速转动。这又使得两级增压泵轮的增压作用进一步增强, 由此形成雪崩反应，达到增加进气增压的目的。第一级涡轮8只吸收了一部分膨胀的能量 做功，将剩余的能量留给第二级涡轮9继建吸收做功。第二级涡轮9做的功通过第二涡轮 轴11传递给发电机16转化为电能输出。
这里要强调图1实施例中由于两级增压泵轮的转动使膨胀室壳体15内的气体按照螺 旋曲线旋转。螺壳热气流道19的角度与两级增压泵轮产生的旋转气流的运动方向相同，从 而增强了气流运动能量，更有利于两级涡轮的动能利用。
顺便指出，图1实施例由于气体增压器6耗用的功率很大，将燃气直接灌入到膨胀室 壳体15内的方式，价值不一定很大。因此也可采用图2实施例的方法采用壳体换热器 21为低品位发动机提供热能。这两种方式哪种更好，须由实验决定。
现有的燃气涡轮发动机都设有多级导轮机构，在许多场合它们都具有有益效果。但经 我们研究发现导轮机构的存在同时也使发动机的结构复杂化，而且还影响发动机的工作 效率。如果能够采用可逆性的涡轮和泵轮来取代导轮，既可以简化结构，又能大大提高工 作效率。所以这里只采用一个导轮。
权利要求
1.分流式两泵两级低品位燃气外热式涡轮发动机，由分流式两泵两级涡轮发动机和特种燃烧系统组成；低品位燃气包括煤矿油田开采提炼过程中产生的稀薄可燃气体及其混合物；分流式两泵两级涡轮发动机由两级涡轮、两个涡轮轴、两极增压泵轮、导轮和膨胀室壳体组成；采用特种燃烧系统的出口与膨胀室壳体下端相连通，膨胀室壳体上制有螺旋上升并且截面逐渐缩小的半圆形螺壳热气流道，从特种燃烧系统喷出的热气通过此螺壳热气流道进入膨胀室壳体并转换成高品位机械能输出；或者采用特种燃烧系统的出口与和膨胀室壳体低热阻连接的换热器相连通，从特种燃烧系统喷出的热气通过换热器使膨胀室壳体内的气体升温膨胀并转换成高品位机械能输出，其特征在于含有一个由储气罐、防回火器、空燃比调节器、气体增压器和电热丝网燃烧室组成的特种燃烧系统。
2. 根据权利要求1所述的发动机，其特征在于特种燃烧系统的出口与和膨胀室壳体一体制 造的壳体换热器相连通。
3. 根据权利要求1或2所述的发动机，其特征在于在第二级增压泵轮的上方含有一个钟型 整流罩和/或在第一级涡轮的下方含有一个钟型整流罩。
4. 根据权利要求1或2所述的发动机，其特征在于膨胀室壳体含有绝热层。
全文摘要
用分流式两泵两级涡轮发动机和特种燃烧系统组成一台分流式两泵两级低品位燃气外热式涡轮发动机。涡轮发动机由两级涡轮、两个涡轮轴、两级增压泵轮和胀室壳体组成。特种燃烧系统由储气罐、防回火器、空燃比调节器、气体增压器和电热丝网燃烧室组成，其出口与膨胀室壳体下端相连通或与和膨胀室壳体低热阻连接的换热器相连通，从特种燃烧系统产生的热气使膨胀室壳体内的气体升温膨胀并转换成高品位机械能输出。本发明可将煤矿、油田等企业在开采提炼过程中产生的有害气体用低廉的成本方式转化为输出动力或电能，既能解除污染，又节约了宝贵的能源。
文档编号F02C7/236GK101493038SQ200810033089
公开日2009年7月29日 申请日期2008年1月25日 优先权日2008年1月25日
发明者杨锡尧 申请人:杨锡堃