液环式旋转壳体汽轮机及其使用方法技术

一种旋转液环式旋转壳体汽轮机(10)，具有至少一个液环式旋转壳体(13)，至少一个液环式旋转壳体具有偏心地安装的叶轮(11)，叶轮能够在周围液环(14)内旋转以便形成在叶轮的相邻叶片之间体积相继增加的室(15)。由高压气体形成的工作流体喷射到叶轮中，在叶轮处，室经由叶轮的静态轴向孔(23)内的流体入口(19)是窄的，以便转动叶轮并且如此气体基本上等熵地膨胀。流体出口(20)在叶轮的静态轴向孔内，并且与流体入口流体分隔，用于允许流体在低压和低温下逸出。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及热力发动机，更具体地，涉及液环式旋转壳体压缩机(LRRCC)热力发动机。
技术介绍
在液环式膨胀机中，叶轮偏心地安装在膨胀机主体内，其中叶轮上安装有叶片。维护液体存在于膨胀机主体内，并且由于叶轮旋转产生的离心力而冲向膨胀机主体的壁。维护液体的体积小于膨胀机主体的体积。这样，膨胀机主体内的维护液体形成周向液环，该周向液环在每种情况下形成由液环和两个叶片限定边界的室。由于膨胀机主体内的叶轮的偏心定位，室的尺寸在叶轮旋转方向上增大，由此允许气体在高压下被引入到膨胀机的窄室内以膨胀并因此转动叶轮。液环式压缩机以相似方式操作，只有在这种情况下气体被引入到膨胀机的最宽室内，使得室的尺寸在叶轮旋转方向上减小。由于叶轮旋转和室的尺寸减小，已经被吸入的气体受到压缩并且在高压侧从液环式膨胀机喷出。以本专利技术人的名义的US 2008/0314041(对应于IL 163263)公开了一种热力发动机，该热力发动机包括具有流体入口和流体出口的至少一个液环式旋转壳体压缩机(LRRCC)、与LRRCC的输出流体连通的燃烧室、以及具有流体入口和流体出口的至少一个膨胀机。流体入口与燃烧室连通。从EP 804687还已知高效的LRRCC压缩机/汽轮机。US 2008/0314041和EP 804687的内容通过引用结合在此。在US 2008/0314041中描述的热力发动机中，LRRCC同膨胀机合作使用，膨胀机可以是传统汽轮机或上述类型的液环式膨胀机。在汽轮机是具有旋转壳体的液环式膨胀机的情况中，处于高压和高温的空气喷射到壳体中以便转动叶轮。液环式汽轮机只有在壳体与叶轮一起旋转时是可行的，因为叶轮和固定的壳体之间的摩擦被抑制以获得合理的效率。在文献中已知旋转壳体旋转液环式汽轮机，但迄今为止仅仅是在理论上基于膨胀机是对压缩机的补充的物理原理。当然，尽管这在原理上是真实的，但实际的旋转壳体液环式汽轮机似乎没有被实现，并且当前使用的大多数汽轮机采用超高压蒸汽以使汽轮机在高速下转动。如所熟知的，若干个汽轮机通常串联使用，从一个汽轮机喷出的蒸汽用于转动下一个汽轮机并且诸如此类，直到蒸汽的压力过低以至于无法有效使用。随后，使用可以来自河流、大海或冷却塔的冷水来冷却蒸汽。将蒸汽用在旋转壳体旋转液环式汽轮机中已经由美国专利N0.4112688 (Shaw)提出，该美国专利描述了由膨胀气体驱动且具有旋转壳体的旋转液环式汽轮机。Shaw要求在能量传输介质中不出现相变，相变例如在兰金汽轮机循环的情况下会出现，在兰金汽轮机循环中，水转化成蒸汽并且再转化回来，造成不可避免的能量损耗以及降低的运行效率。但是，为了满足这种要求，在膨胀阶段的过程中必须不断地提供能量，以使工作介质保持为蒸汽并且由此阻止其凝结。这通过在叶轮中提供热交换器来实现。如所描述的，例如，在Wikipedia⑧中，兰金循环的使用很好地建立于蒸汽汽轮机中，在该处，使用泵来将从冷凝器接收的工作流体加压为液体，代替加压为气体。泵送工作流体通过完整循环的所有能量被损耗，正如在锅炉中工作流体的所有蒸发能量。在前者中，该能量损耗以循环，在汽轮机中不会发生凝结；所有蒸发能量通过冷凝器从循环中遗弃。但是，与在压缩机中将工作流体压缩为气体(如在卡诺循环中)相比，将工作流体作为液体泵送通过循环要求非常小部分的能量就能输送液体。兰金循环中的工作流体遵循闭环，并且不断地再利用。来自动力站的通常所见为波状的具有夹带液滴的水蒸气由冷却系统产生(不是来自闭环兰金动力循环)，并且代表不能转换成汽轮机中的有用功的废能热量(泵送和蒸发)。兰金循环相对于其它所持有的主要优点之一是在压缩阶段过程中，驱动泵所需的功相对小，工作流体在此时处于其液体相。通过冷凝流体，泵所需的功仅消耗汽轮机动力的1%至3%，并且有助于用于实际循环的更高的效率。与气轮机、例如具有接近1500°C的汽轮机进口温度的气轮机相比，上述优势由于较低的加热温度而在某种程度上消失。图1是用于传统兰金循环(基于Wikipedia 中的开源数据)的温度(T)-熵(S)图表，显示了具有如下所列的四个过程:过程1-2:工作流体从低压被泵送到高压；由于在此阶段流体是液体，泵需要很少的输入能量。过程2-3:高压液体进入锅炉，在此处，高压液体通过外部热源以恒定压力加热以变为干饱和蒸汽。过程3-4:干饱和蒸汽膨胀通过汽轮机，产生动力。这减小了蒸汽的温度和压力，并且会出现一些凝结。过程4-1:湿蒸汽随后进入在汽轮机外部的冷凝器，在此处，湿蒸汽以恒定压力凝结以变成饱和液体。在理想的兰金循环中，泵和汽轮机是等熵的，即，泵和汽轮机不产生熵，由此使净功输出最大。过程1-2和3-4在T-S图表上以竖直线表示，并且更接近地类似卡诺循环的过程1-2和3-4。图1中所示的兰金循环防止蒸汽在汽轮机中膨胀之后终止在过热区域，这减少了由冷凝器去除的热量。点3位于T-S曲线的绘制蒸汽和气体之间的边界的包络线上。因此，如果工作流体是水，在点3的右边，而如果工作流体是纯蒸汽则在左边，即，在T-S曲线的包络线内工作流体是湿蒸汽并且在点I的左边，工作流体是水。由于蒸汽是湿的并且当水滴以高压撞击在汽轮机叶片上时，水滴容易导致诸如叶片的点蚀和腐蚀等损坏，在实际的汽轮机中将工作流体的温度从3降到4被认为是不希望的。这毁损汽轮机的性能并且有时导致不可逆的损坏，致使叶片不能再利用。这个问题通过使用耐腐蚀的特殊材料已经被解决，但这些特殊材料非常昂贵。为了避免在使用传统材料的同时由湿蒸汽造成的点蚀，通常采用蒸汽在点3处过热，以便在被引导至汽轮机叶片上之前将温度提升至接近1000°c。由点划线示出的过热使蒸汽干燥，由此避免汽轮机叶片点蚀的问题。通常，允许蒸汽凝结到由T-S曲线上的5表示的点，在该处，其温度大大降低并且随后再加热且再次作为干蒸汽被引导至汽轮机叶片，在汽轮机叶片处，其损耗热量并且冲击T-S曲线的点6，在该处，其熵(S)明显高于传统兰金循环的熵，且没有过热。总之，兰金循环要么需要特殊材料用于汽轮机叶片，在这种情况下，等熵的热能转换是可行的，但以非常昂贵的汽轮机叶片为代价；要么需要过热以确保在热能转换阶段过程中，蒸汽保持干燥。这降低了发动机的总体效率。本专利技术试图提供近似兰金循环的优势，其基本上是等熵的，且不需要蒸汽在热能转换阶段过程中被干燥。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是在旋转壳体旋转液环式汽轮机中采用蒸汽，同时避免蒸汽凝结至少直到其已经做了充分的功，由此使其作为推进剂有效。另一个目的是提供一种使用部分兰金循环的气轮机，其基本上是等熵的，但不需要蒸汽在热能转换阶段过程中被干燥。根据本专利技术的一方面，提供一种旋转液环式旋转壳体气轮机，包括:至少一个液环式旋转壳体，其具有偏心安装的叶轮，所述叶轮能够在周围液环内旋转以便形成在叶轮的相邻叶片之间体积相继增加的室，流体入口，其在叶轮的静态轴向孔内，用于将作为气体的流体在高压下喷射到叶轮内，在叶轮处，室是窄的以便转动叶轮并且如此以基本上等熵地膨胀，以及流体出口，其在叶轮的静态轴向孔内，并且与流体入口流体分隔，用于允许流体在低压和低温下尚开。根据本专利技术的另一方面，提供一种包括这种汽轮机的热力发动机。这种方案的主要优势在于不需要压缩机，由此节约能量且提高热力学效率。这又意味本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.03.09 IL 2043891.一种旋转液环式旋转壳体汽轮机(10)，包括: 至少一个液环式旋转壳体(13)，其具有偏心地安装的叶轮(11)，所述叶轮(11)能够在周围液环(14)内旋转以便形成在叶轮的相邻叶片之间体积相继增加的室(15)， 流体入口(19)，其在叶轮的静态轴向孔(23)内，用于将作为气体的流体在高压下喷射到叶轮内，在叶轮处，室是窄的以便转动叶轮并且如此以基本上等熵地膨胀，以及 流体出口(20)，其在叶轮的静态轴向孔内，并且与流体入口流体分隔，用于允许流体在低压和低温下尚开。2.根据权利要求1所述的汽轮机，包括位于所述叶轮和壳体之间的机械联接件(17，18)，以便以相似速率转动叶轮和壳体。3.根据权利要求1或2所述的汽轮机，其中，所述气体能够在与位于汽轮机外侧的冷液体冷凝器(35)直接接触时凝结。4.根据权利要求1或2所述的汽轮机，其中，所述气体能够在汽轮机内侧进行冷液体喷洒时凝结。5.根据权利要求3或4所述的汽轮机，其中，所述液环比气体更热以防止气体凝结。6.根据权利要求3至5中任意一项所述的汽轮机，其中，在使用中，流体在不需要压缩的情况下从气体相改变为液体相。7.根据权利要求3至6中任意一项所述的汽轮机，其中，所述液环与水不融合。8.根据权利要求7所述的汽轮机，其中，所述液环由比水密度大的液体形成。9.根据权利要求5所述的汽轮机，其中，所述液环是水。10.根据权利要求7或8所述的汽轮机，其中，所述液环是油。11.根据权利要求7或8所述的汽轮机，其中，所述液环是浓盐水。12.一种热力发动机(40)，包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·阿萨夫，
申请(专利权)人：阿加姆能源系统有限公司，
类型：
国别省市：