燃烧室设备和包括所述设备的系统技术方案

本发明专利技术的目的在于提供一种方法和一种用于实施该方法的系统，以减轻往复式燃机和燃气透平机在生成动力时的缺点。本发明专利技术基于下述理念：将多功能阀布置在燃烧室内，为燃烧过程创造更有利的条件。多功能阀可以用作输出阀，但是它还可以对压缩室的内容物提供附加的最终压缩，并且其甚至可以捕获在燃烧过程中释放的部分能量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】燃烧室设备和包括所述设备的系统专利技术的领域本专利技术涉及一种具有多功能阀的燃烧室设备，并涉及一种包括所述设备的生成动力的系统(动力生成系统，发电系统，powergeneratingsystem)。专利技术的背景在燃气透平机中，第一区域暴露于燃烧室中产生的温度。因此，至燃气透平机的输入气体的温度制约了燃气透平机的效率。在活塞发动机中，燃烧是周期性的，这允许在燃烧期间使用非常高的温度。然而，往复式活塞和曲柄机构制约活塞发动机的运行速度，因为活塞具有高质量并且所有能量被转换成活塞的机械功和热量。为了达到相当高的效率，活塞必须良好地密封和润滑。现有技术的典型发动机系统包括燃料箱和燃机。内燃机包括缸组，其具有对应的往复式活塞组。与上述设备相关的问题之一在于，移动活塞及其他移动零件必须经常用油进行润滑，这对燃机的运行温度有着显著的影响。继而，在考虑到效率时，运行温度是重要的因素。移动零件需要经常润滑，并且因此上述发动机承受低于100摄氏度的运行温度而耐用性没有显著退化。产生的热量的大部分是温度相对低的废热，这又使得难以利用废热用于能量产生或其他目的。美国专利2,095,984(H.Holzwarth)公开了一种爆燃式透平机装备。该爆燃式透平机装备包括：脉冲转子；无活塞式爆燃室，用于生成爆燃气体；以及喷嘴，用于使气体膨胀并引至专门由所述气体的间歇性吹喷驱动的转子。专利技术的简要描述因此，本专利技术的目的是提供一种方法以及一种用于实施该方法的系统，以减轻上述缺点。本专利技术的目的通过特征由独立权利要求陈述的一种燃烧室设备和一种系统实现。本专利技术的优选实施方式在丛属权利要求中公开。本专利技术基于的想法为，在燃烧室内布置多功能阀以产生对于燃烧过程更有利的条件。多功能阀可以用作输出阀，但是它还可以对燃烧室的内容物提供附加的最终压缩，并且它甚至可以捕获在燃烧过程中释放的部分能量。燃烧室设备位于燃气透平机外部，并且压缩空气可以提供给燃烧室，以便在受控且最佳的条件下进行燃烧过程并使用来自该过程的剩余热量。本专利技术的设备和系统的优点在于，使用多功能阀用于在输入阶段期间界定燃烧室内的燃烧区域，确保在点燃燃烧室中的燃料-空气混合物之前可以实现高压。燃烧室设备还允许在燃烧室内进行最终压缩，在此期间燃料-空气混合物的压力甚至进一步升高，这又减少了用需要机械能的压缩机来升高压力的需要。根据本专利技术，类似于典型的燃气透平机，在相对高的温度下从系统排出热量。这种高温排出为利用排出热量创造了有利条件。附图的简要描述在下文中，将参照所附附图通过优选的实施方式更加详细地描述本专利技术，在附图中：图1示出了根据本专利技术的一实施方式的第一发电机系统；图2示出了根据本专利技术的一实施方式的具有蒸汽循环系统的第二发电机系统；图3示出了根据本专利技术的一实施方式的具有注入器或喷射器系统的第三发电机系统；图4示出了具有两个燃烧室的系统的细节；图5示出了根据一实施方式的系统中压力随着时间的变化；图6示出了根据一实施方式的燃烧室内各种可用能量源的使用；以及图7a至图7d示出了根据本专利技术的一实施方式的燃烧室设备。专利技术的详细描述参照图1的简单实施例，动力生成系统(生成动力的系统，发电机系统，powergeneratorsystem)包括透平机22，其轴向地或通过传动装置20与动力轴51和压缩机24连接。该系统还可以包括发电机，其可以用动力轴51驱动，或者它也可以轴向连接至透平机22。当通过流过透平机的流体向透平机馈送能量时，透平机22的转子转动。透平机转子的转动驱动传动装置20以及动力轴51和压缩机24(这二者连接至传动装置)。透平机、发生器(发电机，生成器)、动力轴和压缩机可以通过驱动轴、轴(轮轴)或其他适合的动力传动装置方式连接至传动装置。该设备将馈送至透平机22的能量转换成动力轴51的机械功，并通过压缩机24转换成空气压力，该压缩机压缩空气，用于燃烧室10。在一实施方式中，压缩机24使压缩空气积聚进入空气箱32，然后将在空气箱32中积聚的压缩空气馈送至燃烧室10。压缩机24优选地为螺杆式压缩机，其效率高并且能够向燃烧室10和空气箱32提供高的压力。在一实施方式中，系统包括与第一螺杆式压缩机24串联连接的第二螺杆式压缩机，以向空气箱提供甚至更高的压力。在一实施方式中，系统包括以下组合：轴流式压缩机24，诸如径向式压缩机，和螺杆式压缩机(与该轴流式压缩机24串联连接)，以向空气箱提供空气。这些压缩机中的一个或多个或全部可以为例如轴流式、径向式、螺杆式、活塞式或者一些其他类型的压缩机。这一连串的压缩机可以是并联或串联连接的所述压缩机类型中的一种或多种的组合。该一个或多个压缩机优选地布置成将至空气箱的压力增加至超过2MPa。在一实施方式中，该一个或多个压缩机布置成将至空气箱的压力增加至超过3MPa、3.5MPa或4MPa。在一实施方式中，可以用电马达驱动压缩机24。在一实施方式中，可以在串联连接的第一压缩机和第二压缩机之间设置中间冷却器，以冷却压缩机之间的空气。在一实施方式中，可以在串联连接的压缩机级中的一些或全部之间设置中间冷却器，以冷却压缩机之间的空气。然后中间冷却器可以用于生成蒸汽，该蒸汽可以在燃烧循环的膨胀阶段之间以短的高压蒸汽脉冲的形式注入到燃烧室中。在一实施方式中，串联连接的螺杆式压缩机可以共用公共轴，使得连续的压缩级沿公共轴分隔，并且在每个压缩级之间设置中间冷却器，以从压缩气体中提取热量。来自任何压缩级的压缩空气可以被引导流入燃烧室10、空气室27、空气箱32或系统的一些其他部分中。燃烧室内的燃烧是爆燃燃烧，而不是爆震燃烧。爆震燃烧是一种不希望的现象，因为压力趋于上升到可以损坏系统(尤其是控制阀)的水平。爆燃燃烧根本不同于在本生成动力的系统的背景下所不希望的爆震燃烧。爆燃是亚音速燃烧过程，其中火焰前锋通过燃料-空气混合物，火焰速度从大约每秒一米到每秒几百米，以缓慢的速度释放反应的热量。爆震产生超音速燃烧波，其相对于未燃烧的燃料-空气混合物每秒传播数千米。爆震波是由在其正后面的反应区释放的能量驱动的冲击波。所描述的系统基本上基于汉弗莱循环(Humphreycycle)发动机。与布雷登循环(Braytoncycle)的主要区别在于布雷登循环的恒压加入热量(加热)过程被恒容加入热量过程所取代。理想的汉弗莱循环包括四个过程：进气的可逆且绝热压缩；恒容加入热量；气体的可逆且绝热膨胀；以及恒压排热。简而言之，汉弗莱循环发动机是一种装备，其中气体的压缩和膨胀的重要部分在一个或多个步骤中发生在燃烧室外部。所述重要部分优选是50％以上，但在一些实施方式中，其可以是20％以上、25％以上、30％以上、35％以上、40％以上或45％以上。发电机系统还包括燃烧室10，该燃烧室布置成接收来自压缩机24、空气室或来自空气箱32的压缩空气，并接收来自燃料箱30的燃料，以引发燃烧过程。压缩空气通过可控多功能阀从空气箱释放进入燃烧室10。压缩空气在进入燃烧室之前用热量回收单元40来预加热，该热量回收单元将热量从燃烧室传递至压缩空气。在最后的压缩机之后可以使用再生器(回热器)，用以在将压缩空气馈送至燃烧室或馈送至绕过燃烧室的旁路管路(管道)之前加热压缩空气。再生器可以使用来自例如排放气体(废气)或燃烧室的废热用于加热压缩空本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃烧室设备，包括：用于燃烧燃料的燃烧室(70)，布置为控制供应空气的输入的输入阀(71)，用于控制向所述燃烧室(70)供应燃料的输入的装置，以及用于排放来自所述燃烧室(70)的燃烧产物的输出(72)，所述燃烧室(70)由中空容器形成，具有中心轴线(X‑X)，第一轴向端部分(70A)和相对的第二轴向端部分(70B)，其特征在于所述空气和所述燃料被供应到所述燃烧室(70)的所述第一轴向端部分(70A)，所述输出(72)定位于所述燃烧室(70)的所述第二轴向端部分(70B)，所述设备还包括在所述燃烧室(70)内能够轴向移动的多功能阀(73、74)，所述多功能阀(73、74)包括阀盘(73)和杆(74)，所述杆安装在所述阀盘(73)上并从所述燃烧室(70)的所述第二轴向端部分(70B)突出，由此所述阀盘(73)将所述燃烧室(70)的内部分成在所述阀盘(73)的每个轴向侧的两个室部分，第一室部分形成在所述阀盘(73)和所述燃烧室(70)的所述第一轴向端部分(70A)之间，在所述阀盘(73)朝向所述燃烧室(70)的所述第二轴向端部分(70B)移动时，形成通向所述输出(72)的可变体积的燃烧室。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.09 FI 201650931.一种燃烧室设备，包括：用于燃烧燃料的燃烧室(70)，布置为控制供应空气的输入的输入阀(71)，用于控制向所述燃烧室(70)供应燃料的输入的装置，以及用于排放来自所述燃烧室(70)的燃烧产物的输出(72)，所述燃烧室(70)由中空容器形成，具有中心轴线(X-X)，第一轴向端部分(70A)和相对的第二轴向端部分(70B)，其特征在于所述空气和所述燃料被供应到所述燃烧室(70)的所述第一轴向端部分(70A)，所述输出(72)定位于所述燃烧室(70)的所述第二轴向端部分(70B)，所述设备还包括在所述燃烧室(70)内能够轴向移动的多功能阀(73、74)，所述多功能阀(73、74)包括阀盘(73)和杆(74)，所述杆安装在所述阀盘(73)上并从所述燃烧室(70)的所述第二轴向端部分(70B)突出，由此所述阀盘(73)将所述燃烧室(70)的内部分成在所述阀盘(73)的每个轴向侧的两个室部分，第一室部分形成在所述阀盘(73)和所述燃烧室(70)的所述第一轴向端部分(70A)之间，在所述阀盘(73)朝向所述燃烧室(70)的所述第二轴向端部分(70B)移动时，形成通向所述输出(72)的可变体积的燃烧室。2.根据权利要求1所要求保护的燃烧室设备，其特征在于，所述多功能阀(73、74)通过作用在所述多功能阀(73、74)的所述杆(74)上的电动线性驱动来操作。3.根据权利要求1或2所要求保护的燃烧室设备，其特征在于，所述电动线性驱动用作发生器，以便当所述阀盘(73)和所述杆(74)通过所述燃烧室(70)的第一部分中点燃的空气和燃料的混合物的膨胀而移动时发电。4.根据权利要求1至3中任一项所要求保护的燃烧室设备，其特征在于，所述多功能阀(73、74)包括在所述阀盘(73)内的至少一个管路，并且被布置成通过水流过所述管路来冷却。5.根据权利要求1至4中任一项所要求保护的燃烧室设备，其特征在于，所述多功能阀(73、74)包括至少一个管路，其在所述阀盘(73)中具有输出，所述多功能阀(73、74)布置成通过所述管路供应水并喷洒来自所述输出的所述水。6.根据权利要求1至5中任一项所要求保护的燃烧室设备，其特征在于，所述多功能阀(73、74)布置成，当燃料和空气已经供应至所述第一室部分并且所述输入阀(71)关闭时，通过减小所述燃烧室(70)的所述第一室部分的体积来压缩所述燃烧室(70)的输入内容物。7.一种生成动力的系统，具有透平机(22)，与一个或多个压缩机(24)连接，用于将馈送至所述透平机(22)的能量转换成能够转动的动力轴的机械能并用一个或...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒂莫·艾瑞玛，
申请(专利权)人：芬诺能源有限公司，
类型：发明
国别省市：芬兰,FI