一种等温等压船用燃气轮机的制作方法

本技术属于储能，特别涉及到一种等温等压船用燃气轮机。

背景技术：

1、燃气轮机作为一种高效、清洁的动力设备，在船舶动力系统中具有广泛的应用。然而，传统的燃气轮机在能源利用率方面仍有提升的空间。为了提高燃气轮机的效率，减少能源消耗和排放，等温多级压缩膨胀和逆流等压换热技术被引入到燃气轮机设计中。

2、等温多级压缩膨胀技术是一种先进的燃气轮机技术，它通过多个级别的压缩和膨胀过程，使得工质在压缩和膨胀过程中温度保持不变，从而提高了能源转换效率。这种技术可以减少压缩和膨胀过程中的能量损失，使得更多的能量能够被转化为有用的机械功。

3、逆流换热器是实现等温多级压缩膨胀技术的关键设备之一。它能够有效地回收燃气轮机尾气中的热量，并将其用于压缩空气的预热。这种预热过程是在等压条件下进行的，可以进一步提高燃气轮机的效率。通过逆流换热器的设计，可以使得高温尾气中的热量得到充分利用，减少能源的浪费。

4、在船舶应用方面，由于船舶长时间在海上航行，对于能源的需求量大，且要求动力系统具有高度的可靠性和稳定性。因此，采用等温多级压缩膨胀技术和逆流换热器的燃气轮机，不仅能够提高能源利用率，减少能源消耗，还能够降低船舶的运营成本，提高其经济效益。

技术实现思路

1、本实用新型提供一种等温等压船用燃气轮机，结合了等温压缩、等温膨胀和等压逆流换热等3个技术，实现压缩空气发电与燃气的有机结合，提高了燃气轮机的热效率。

2、具体描述如下：一种等温等压船用燃气轮机，包括等温压缩机、等温膨胀机、多个冷却器、多个燃烧室、逆流换热器、液体燃料罐、控制装置、循环工质以及他们之间的连接管道；

3、所述等温压缩机是多级等温压缩机；所述冷却器直接浸没在水中冷却，冷凝器安装于每两级等温压缩机之间的压缩工质管路上；

4、所述等温膨胀机是多级等温膨胀机；所述燃烧室安装于每两级等温膨胀机之间的膨胀工质管路上或逆流换热器与首级等温膨胀机之间的工质管路上；

5、所述液体燃料罐通过管道分别与每个燃烧室连通；

6、所述等温压缩机的首级等温压缩机工质进口直接与大气相连，末级等温压缩机的工质出口与逆流换热器的工质通道进口连通，逆流换热器的工质通道的出口与燃烧室的首级燃烧室工质进口连通；等温膨胀机的末级等温膨胀机的尾气出口与逆流换热器的尾气通道进口连通，逆流换热器的尾气通道出口与空气连通。

7、进一步地，所述冷却器直接浸没在水中，冷却器的空气介质通道的进/出口分别连接到上一级等温压缩机的工质出口/下一级等温压缩机的工质进口。

8、进一步地，所述液体燃料罐中装有燃油、甲醇或液化天然气中的一种。

9、进一步地，所述等温压缩机为离心式或轴流式类型

10、进一步地，所述等温膨胀机为透平式类型。

11、进一步地，所述等温压缩机和等温膨胀机同轴串接组成。

12、如上所述燃气轮机，由于将等温压缩机分为多级，且每级压缩的温度上升被限制在较小温差值，再加上每次压缩之后，利用冷却器将被压缩的工质温度降下来，这就近似实现了“等温压缩”的过程；采用类似的方法，实现了工质在膨胀过程中的近似“等温膨胀”过程。这就使整个热力过程成为比较接近于“卡诺循环”的过程，因此，可以获得比较高的系统热效率。

13、通过采用多级膨胀伴随多级加热的方法，与单级膨胀或少数几级膨胀过程相比，工质在整个膨胀过程中均可以保持在较高温度以及较高的平均温度。根据卡诺循环原理，该温度越高，热力系统的效率越高。同理，通过多级压缩和散热冷却，使压缩过程，保持在较低的温度，实现近似的“等温压缩”，这同样提升了热力系统的效率。通过比较理论循环的最高效率，可以了解本实用新型的效率提升的潜力。

14、所述冷却器直接浸没在海水中，使用海水进行冷却进一步降低了冷却成本，提高了系统的经济性。

15、所述逆流换热器允许高温尾气与待预热的压缩空气在换热器中逆向流动，进行等压换热，从而最大化热量交换效率。

16、本燃气轮机用于船上与现有的船用燃气轮机相比，采用多级等温压缩和膨胀的工作循环模式，能够优化温度管理和减少不可逆损失，实现了对热量的更有效利用；通过逆流换热器的设计、等压回收与预热、海水冷却以及采用液体燃料发电等技术手段，可以显著提高船上燃气轮机系统的能源利用率和效率。这些技术不仅有助于降低运营成本，还有助于减少环境污染和碳排放。

技术特征：

1.一种等温等压船用燃气轮机，其特征在于，包括等温压缩机、等温膨胀机、多个冷却器、多个燃烧室、逆流换热器、液体燃料罐、控制装置、循环工质以及他们之间的连接管道；

2.根据权利要求1所述的一种等温等压船用燃气轮机，其特征在于，所述冷却器直接浸没在水中，冷却器的空气介质通道的进/出口分别连接到上一级等温压缩机的工质出口/下一级等温压缩机的工质进口。

3.根据权利要求1所述的一种等温等压船用燃气轮机，其特征在于，所述液体燃料罐中装有燃油、甲醇或液化天然气中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种等温等压船用燃气轮机，其特征在于，所述等温压缩机为离心式或轴流式类型。

5.根据权利要求1所述的一种等温等压船用燃气轮机，其特征在于，所述等温膨胀机为透平式类型。

6.根据权利要求1所述的一种等温等压船用燃气轮机，其特征在于，所述等温压缩机和等温膨胀机同轴串接组成。

技术总结
一种等温等压船用燃气轮机，包括等温压缩系统、等温膨胀系统、逆流换热器、液体燃料罐、控制装置、循环工质以及他们之间的连接管道；所述等温压缩系统的工质进口直接与大气相连，等温压缩系统的工质出口与逆流换热器的工质通道一端连通，逆流换热器的工质通道的另一端与等温膨胀系统的工质进口连通；等温膨胀系统的尾气出口与逆流换热器的尾气通道进口连通，逆流换热器的尾气通道出口与空气连通。该设计旨在通过多级压缩、多级膨胀以及等压逆流换热过程，提高燃气发动机效率。

技术研发人员：祝帝文,祝长宇
受保护的技术使用者：北京中热动力设备有限公司
技术研发日：20240625
技术公布日：2025/3/27