大功率柴油机与循环式两泵两级涡轮发动机联合循环.pdf

大功率柴油机与循环式两泵两级涡轮发动机联合循环。柴油机的排气管与循环式两泵两级涡轮发动机膨胀室壳体下端相连通、柴油机的水道通过热水干道与和循环式两泵两级涡轮发动机膨胀室壳体一体制造的壳体换热器相连通，柴油机排放的余热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。循环式两泵两级涡轮发动机由两级涡轮、涡轮轴、两级增压泵轮和膨胀室壳体组成。本发明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。采用无外壳的行星动力汇流升速器还使两级涡轮具有自适应能力从而使涡轮发动机组系统始终处于最佳匹配和最高效率状态。

1.  大功率柴油机与循环式两泵两级涡轮发动机联合循环，由多台均布的大功率柴油机和一台循环式两泵两级涡轮发动机组成；大功率柴油机的排气管与循环式两泵两级涡轮发动机膨胀室壳体下端相连通，大功率柴油机排放的余热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；循环式两泵两级涡轮发动机由两级涡轮、两个涡轮轴、两级增压泵轮、行星动力汇流升速器和膨胀室壳体组成；第一级涡轮与与第二级增压泵轮和内齿圈连接；第二级涡轮与行星架和第一级增压泵轮连接，行星架上均布有三个行星轮；内齿圈、行星架、三个行星轮和太阳轮一起构成一个行星动力汇流升速器，太阳轮作为行星动力汇流升速器的输出端连接涡轮发电机，其特征在于大功率柴油机的水道通过热水干道与和循环式两泵两级涡轮发动机膨胀室壳体一体制造的壳体换热器相连通。

2.  根据权利要求1所述的联合循环，其特征在于大功率柴油机的水道通过热水干道与和循环式两泵两级涡轮发动机膨胀室壳体一体制造的壳体换热器循环连通。

3.  根据权利要求1或2所述的联合循环，其特征在于排气管以切线方向与膨胀室圆筒壳体连接。

4.  根据权利要求1或2所述的联合循环，其特征在于两级涡轮通过一个具有两个同心安装转速相反的输入端和一个输出端的行星动力汇流升速器形成动力汇流。

5.  根据权利要求1或2所述的联合循环，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。

6.  根据权利要求1或2所述的联合循环，其特征在于膨胀室壳体含有绝热层。

大功率柴油机与循环式两泵两级涡轮发动机联合循环
所属技术领域
本发明涉及大功率柴油机与循环式两泵两级涡轮发动机联合循环。
背景技术
现有技术的发电厂，为了降低发电成本，一般都采用大功率柴油机或燃气涡轮发动机，作为应急或调峰电机使用。尽管内燃机的发电效率要远远高于煤炭发电效率，但由于内燃机使用燃料的昂贵，一般只能作为应急或调峰使用。如果能够提高内燃机热机效率，如果能够降低内燃机使用燃料的成本，不仅可以降低应急或调峰时的发电成本，甚至还可能改变发电性质。大功率柴油机是世界上所有热机效率最高的一种动力机器，大功率低速柴油机已达50％的热效率。大功率中高速柴油机也已达45％的热效率。但即便是世界上最高效率的动力机器，也仍然有一半的能量，甚至是超过一半的能量被白白浪费掉，因此改进的余地仍然是非常之大。
发明内容
本发明的目的是要提供大功率柴油机与循环式两泵两级涡轮发动机联合循环。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：用多台均布的大功率柴油机和一台循环式两泵两级涡轮发动机组成一台大功率柴油机与循环式两泵两级涡轮发动机联合循环。大功率柴油机的排气管与循环式两泵两级涡轮发动机膨胀室壳体下端相连通，大功率柴油机的水道通过热水干道与和循环式两泵两级涡轮发动机膨胀室壳体一体制造的壳体换热器相连通，大功率柴油机排放的余热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。循环式两泵两级涡轮发动机由两级涡轮、两个涡轮轴、两级增压泵轮、行星动力汇流升速器和膨胀室壳体组成。第一级涡轮与第二级增压泵轮和内齿圈连接；第二级涡轮与行星架和第一级增压泵轮连接；行星架上均布有三个行星轮。内齿圈、行星架、三个行星轮和太阳轮一起构成一个行星动力汇流升速器，太阳轮作为行星动力汇流升速器的输出端连接涡轮发电机。
作为对上述技术方案的改进：采用大功率柴油机的水道通过热水干道与和循环式两泵两级涡轮发动机膨胀室壳体一体制造的壳体换热器循环连通；采用排气管以切线方向与膨胀室圆筒壳体连接；在第二级增压泵轮上方设置钟型整流罩和/或在第一级涡轮的下方设置钟型整流罩；令两级增压泵轮的旋转方向相反；在膨胀室壳体上设置绝热层。
本发明的有益效果包括：可将大功率柴油机的废热转换成高品位机械能输出。大功率柴油机被冷却液所带走的能量不是太多，冷却水的温度也不是很高，但也有30～50℃的温差，足够达到低品位能量发动机可再利用的目的。大功率柴油机的水道通过热水干道与和循环式两泵两级涡轮发动机膨胀室壳体一体制造的壳体换热器循环连通，可提高换热效率并节约用水。采用排气管以切线方向与膨胀室圆筒壳体连接，可使废气以切线方向进入膨胀室圆筒壳体并且废气运动方向与增压泵轮的旋转方向一致，有利于涡轮利用废气动能。
大功率柴油机参与发电行业的机组，一般只有一至两万千瓦，最大的柴油机也不超过十万马力。因此。与蒸汽轮机相比，尤其是与超超临界的蒸汽轮机相比，就要小得多了。所以，用十台八台柴油机与一台低品位涡轮发动机实现联合循环，也不为之过多。
大功率柴油机与新设计的系列涡轮发动机组成的联合循环，共有五种不同结构和组合方式。本发明大功率柴油机与循环式两泵两级涡轮发动机联合循环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和增压泵轮可使热转换效率大大提高。采用无外壳的行星动力汇流升速器还使两级涡轮具有自适应能力从而使涡轮发动机组系统始终处于最佳匹配和最高效率状态。
由于低品位能量涡轮发动机的工作性质决定，它的机型必定是庞大的，它的功率也必须达到很大值以后才会体现它的经济价值。所以在确保废气能量充足供应的情况下，要提高发动机的输出动力或更多的电能，最佳情况不是象风力发电机那样增设更多的机组来完成。而是采用提高单机容量的功率来实现，此种做法可能会更好。因此一种专门应对大功率输出，采用多点均布供能方式的涡轮发动机要比螺壳式单点供能方式的涡轮发动机更胜一筹。此种工作制式，相对来说效率更高，制造成本更低。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是大功率柴油机与循环式两泵两级涡轮发动机联合循环实施例的结构剖示图。
图中1.大功率柴油机，2.循环式两泵两级涡轮发动机，3.第一级涡轮，4.第二级涡轮，5.第一涡轮轴，6.第二涡轮轴，7.第一级增压泵轮，8.第二级增压泵轮，9.膨胀室壳体，10.内齿圈，11.行星架，12.行星轮，13.太阳轮，14.发电机，15.钟型整流罩，16.进风架，17.排气管，18.水道，19.热水干道，20.壳体换热器。
具体实施方式
在图1中，多台大功率柴油机1和循环式两泵两级涡轮发动机2组成一台大功率柴油机与循环式两泵两级涡轮发动机联合循环。循环式两泵两级涡轮发动机2由第一级涡轮3、第二级涡轮4、第一涡轮轴5、第二涡轮轴6、第一级增压泵轮7、第二级增压泵轮8、行星动力汇流升速器和膨胀室壳体9组成。第一级涡轮3与第二级增压泵轮8和内齿圈10连接；第二级涡轮4与行星架11和第一级增压泵轮7连接。行星架11上均布有三个行星轮12。内齿圈10、行星架11、三个行星轮12和太阳轮13一起构成一个具有两个同心安装旋转方向相反的输入端和一个输出端的行星动力汇流升速器。太阳轮13作为行星动力汇流升速器的输出端连接涡轮发电机14。在涡轮发动机2的第二级增压泵轮8上方和第一级涡轮3的下方各含有一个钟型整流罩15。在膨胀室壳体9的下方含有一个进风架16。膨胀室壳体9含有绝热层以减少热损。大功率柴油机1的排气管17与循环式两泵两级涡轮发动机2的膨胀室壳体9下端相连通。大功率柴油机1的水道18通过热水干道19与和循环式两泵两级涡轮发动机2膨胀室壳体9一体制造的壳体换热器20循环连通。
图1所示实施例的工作原理为：大功率柴油机1的废气进入循环式两泵两级涡轮发动机2膨胀室壳体9内使膨胀室壳体9内的气体升温膨胀产生势能；同时，大功率柴油机1水道18的热水通过与壳体换热器20换热也使循环式两泵两级涡轮发动机2膨胀室内壳体9的气体升温膨胀产生势能。这些势能推第一级涡轮3转动，并通过第一涡轮轴5带动第二级增压泵轮8使得从进风架16进入膨胀室壳体9的空气增压。增压的空气经过废气和壳体换热器20的加热产生更大的压力，推动第一级涡轮3加速转动。这又使得第二级增压泵轮8的增压作用进一步增强，由此形成雪崩反应，使涡轮发动机2迅速达到满功率输出。这些输出功率通过涡轮发电机14转化为电能输出。
这里要强调：第一级涡轮3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4继续吸收做功。第一级涡轮3所做的功一部分通过第一涡轮轴5传递给第二级增压泵轮8，另一部分功率传递给内齿圈10。第二级涡轮4通过第二级涡轮轴6将功率传递给行星架11。这两个涡轮在行星动力汇流升速器中完成动力汇流并通过太阳轮13传递给发电机14转化为电能输出。行星动力汇流升速器还使涡轮发动机系统始终处在效率曲线的高位运行。
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。所以这里不采用导轮。
本发明的技术要求为：当两只旋转方向相反的涡轮均为125转/分时，行星动力汇流升速器升速比为6∶1，驱动750转/分的50赫兹交流发电机并网发电。