多工质涡轮发动机制造技术

一种多工质涡轮发动机，包括用于将工质的能量转换为机械能的涡轮。多工质涡轮发动机设有第一工质进气通道和第二工质进气通道。第一工质进气通道和第二工质进气通道构造成用以将第一工质和第二工质分别引入涡轮的不同涡轮部做工。由于不同工质在涡轮的不同涡轮部上做工，因此可以综合不同工质的优势，而且使得不同工质的单独回收成为可能。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种涡轮发动机，特别是一种采用多种工质的涡轮发动机。
技术介绍
美国专利第4248039号公开了一种双工质平行复合循环燃气涡轮发动机。随后的几十年间，人们也对这种双工质涡轮发动机提出不少改进。在这种双工质涡轮发动机中，燃气与蒸汽一起进入涡轮做工，显著提高燃气效率。但是，由于蒸汽的回注，也导致了燃气温度的降低。而燃气温度的降低也造成了燃气自身做工能力的降低。另外，这种双工质涡轮发动机的排气同时含有燃气和蒸汽。燃气中含有多种杂质，在回收蒸汽的过程中，需要除掉各种杂质，因此工艺较复杂。而且，燃气与蒸汽混合在一起， 排气量非常大，需要非常庞大的回收/冷凝设备，使得蒸汽的回收变得异常困难。
技术实现思路
有鉴于此，本技术提出一种多工质涡轮发动机，以期可以解决至少一种前述问题。本技术提出一种多工质涡轮发动机，所述多工质涡轮发动机设有第一工质进气通道和第二工质进气通道，所述第一工质进气通道和第二工质进气通道构造成用以将第一工质和第二工质分别引入所述涡轮发动机的涡轮的不同涡轮部做工。在一实施例中，所述多工质涡轮发动机在所述涡轮的排气侧设有第一工质排气通道和第二工质排气通道，所述第一工质排气通道设置成实质上仅接收做工后的第一工质，所述第二工质排气通道设置成实质上仅接收做工后的第二工质。在一实施例中，所述涡轮的不同涡轮部形成进气分界线，所述第一工质排气通道和第二工质排气通道在所述涡轮排气侧形成工质接收分界线，所述工质接收分界线在所述涡轮的旋转方向上相对于所述进气分界线偏转一角度，使得所述做工后的第一工质实质上全部进入所述第一工质排气通道以及所述做工后的第二工质实质上全部进入所述第二工质排气通道。其中，所述角度可根据涡轮前压力与温度、进气/排气流道设计参数、涡轮转速、排气背压综合确定。在一实施例中，所述第二工质包括蒸汽，所述多工质涡轮发动机包括水回收系统，用以将经所述第二工质排气通道排出的蒸汽回收至所述第二工质进气通道作为第二工质继续使用。在一实施例中，所述水回收系统包括冷凝装置，其设置成用以将所述第二工质排气通道内的蒸汽冷凝为液态水以降低涡轮排气背压。在一实施例中，所述水回收系统包括换热器，所述换热器利用所述第一工质排气通道内的第一工质和所述第二工质排气通道内的第二工质至少其中之一的热量来加热被所述冷凝装置冷凝之后的第二工质。 在一实施例中，在发动机未工作时，水存储于回收系统中，在发动机工作时，所述水被所述第二工质排气通道内的第二工质加热成蒸汽。在一实施例中，所述涡轮包括多级涡轮。在另一实施例中，所述第一工质包括燃气，所述第二工质包括蒸汽，所述多工质涡轮发动机包括用于提供所述燃气的燃烧室以及用于提供所述蒸汽的蒸汽锅炉。在上述实施例中，不同工质在涡轮的不同涡轮部上做工，因此可以综合不同工质的优势。而且，也由于不同工质在不同的涡轮部上做工，这使得不同工质的单独回收成为可倉泛。附图说明图I是显示不同工质在涡轮的不同涡轮部做工的概念示意图。图2是涡轮的轴向平面示意图，例示出一种涡轮部的划分。图3是涡轮的简化示意图，说明工质排气相对工质进气的偏转角度。图4是涡轮进气和排气构造的侧视组合图。图5是图4的涡轮进气和排气构造的分解图。图6是图4的涡轮进气和排气构造另一角度的分解图。图7是径向流涡轮的进气和排气构造的示意图。图8是图7的径向流涡轮的进气和排气构造的另一角度示意图。图9是二级涡轮的简化示意图，说明工质排气相对于工质进气的偏转角度。图10是涡轮的轴向示意图，例示出涡轮部的另一种划分。图11是应用本申请创新概念的涡轮发动机的实施例的系统示意图。图12是应用本申请创新概念的另一种涡轮发动机的实施例的系统示意图。具体实施方式在详细描述实施例之前，应该理解的是，本技术不限于本申请中下文或附图中所描述的详细结构或元件排布。本技术可为其它方式实现的实施例。而且，应当理解，本文所使用的措辞及术语仅仅用作描述用途，不应作限定性解释。本文所使用的“包括”、“包含”、“具有”等类似措辞意为包含其后所列出之事项、其等同物及其它附加事项。例如，当描述装置A包括第一 B元件和第二 B元件时，除特别声明外，这种描述并不排除该装置可包含第三B元件或更多的B元件的可能性。除特别声明外，“安装”、“连接”和“支撑”等类似措辞应作广义解释，包含直接及间接的安装、连接、支撑。此外，“连接”不限于物理的或机械的连接。图I是多工质涡轮发动机的涡轮部分的概念示意图。多工质涡轮发动机的涡轮20接收工质以将工质的能量转换为机械能。如图所示，第一工质和第二工质分别被引入涡轮20的不同做工部位或涡轮部以分别在不同的涡轮部膨胀做工。同时参考图2，其为涡轮的轴向平面示意图。涡轮20包括第一涡轮部20A和第二涡轮部20B,第一涡轮部20A和第二涡轮部20B的分界线为C1-0-C2 (0为涡轮20圆心)，其中第一涡轮部20A和第二涡轮部20B用于分别接收第一工质和第二工质，使得第一涡轮部20A实质上仅将第一工质的能量转换为机械能，第二涡轮部20B实质上仅将第二工质的能量转换为机械能。第一工质和第二工质在涡轮20中做工后，可以根据需要进行处理，例如被排放或者是回收等。需要指出的是，在此将涡轮20分为第一涡轮部20A和第二涡轮部20B是为了更好地展示第一工质和第二工质被引入涡轮的不同部位做工的这个概念。为此，在此定义的第一涡轮部20A和第二涡轮部20B并不是涡轮20上的特定的固定部位，而是指在给定时刻被分界线C1-0-C2划分的不同部位。例如，在图2的例子中，分界线C1-0-C2是水平的，因此在给定时刻，旋转至水平分界线C1-0-C2上方的涡轮部位被定义为第一涡轮部20A，而旋转至水平分界线C1-0-C2下方的涡轮部位被定义为第二涡轮部20B。作为一种实施例，第一工质可以包括燃气，第二工质可以包括水或者蒸汽(水在系统的不同阶段可能呈液态或气态形式)。燃气和蒸汽是目前涡轮发动机中使用最普遍的两种工质。其中，燃气是燃料燃烧后的燃烧产物，而燃料可以是例如汽油、天然气、丙烷、柴油、煤油，也可以是可再生燃料，例如E85酒精汽油、生物柴油及生物气体等等。但是，本技术的不同工质在涡轮的不同部分做工的概念并不排斥其它不同工质的组合。当第一工质包括燃烧产物，第二工质包括蒸汽时，该多工质涡轮发动机实质上是将根据布雷顿循环的做工与根据朗肯循环的做工整合在同一个动力涡轮上进行做工。相对于现有的燃气-蒸汽联合循环而言，这样可以使涡轮发动机组的结构更加紧凑。通常而言，燃气进涡轮前的温度越高，其做工能力就越高，涡轮发动机热效率也就越高。但随着燃气温度的提高，对涡轮部件如叶片的耐热能力也提出更大挑战。一般布雷顿循环的工质温度高达1000多摄氏度，有的甚至超过2000摄氏度，而朗肯循环的工质温度相对要低很多，通常低于700摄氏度。在该多工质涡轮发动机中，燃气和蒸汽在涡轮的不同涡轮部各自做工，因此在任一时刻，涡轮只有一部分接收高温燃气的高温，而另一部分接收蒸汽的相对低温，而随着涡轮不停地旋转，之前接收高温的那一部分涡轮部会不断地旋转至接收蒸汽的部位而被蒸汽冷却。由于燃气和蒸汽在不同的涡轮部单独做工，因此，虽然蒸汽不断地冷却之前接收燃气高温的那些涡轮部，但不会降低燃气的高温，即本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多工质涡轮发动机，包括用于将工质的能量转换为机械能的涡轮，其特征在于，所述多工质涡轮发动机包括第一工质进气通道和第二工质进气通道，所述第一工质进气通道和第二工质进气通道构造成用以将第一工质和第二工质分别引入所述涡轮的不同涡轮部做工。2.如权利要求I所述的多工质涡轮发动机，其特征在于，所述多工质涡轮发动机在涡轮排气侧设有第一工质排气通道和第二工质排气通道，所述第一工质排气通道设置成实质上仅接收做工后的第一工质，所述第二工质排气通道设置成实质上仅接收做工后的第二工质。3.如权利要求2所述的多工质涡轮发动机，其特征在于，所述涡轮的不同涡轮部形成进气分界线，所述第一工质排气通道和第二工质排气通道在所述涡轮排气侧形成工质接收分界线，所述工质接收分界线在所述涡轮的旋转方向上相对于所述进气分界线偏转一角度，使得所述做工后的第一工质实质上全部进入所述第一工质排气通道以及所述做工后的第二工质实质上全部进入所述第二工质排气通道。4.如权利要求2所述的多工质涡轮发动机，其特征在于，所述第二工质包括蒸汽，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志强，
申请(专利权)人：深圳智慧能源技术有限公司，
类型：实用新型
国别省市：