[发明专利]立式高效率汽轮发动机

说明书

技术领域

本发明是一种立式高效率汽轮发动机，涉及汽轮发动机，特别涉及利用临 界或超临界压力蒸汽的汽轮发动机。

背景技术

热力发电过程中，高温高压的过热蒸汽通过汽轮机喷嘴后，压力和温度降 低，体积膨胀，流速增高，热能转变为动能，推动汽轮机转动，由汽轮机带动 发动机发电。汽轮机排出的低温低压蒸汽送进凝汽器凝结成水，再送入锅炉循 环使用。由于汽轮机的结构不合理，蒸汽中的气化潜热没有得到利用，导致大 量热能损失，其热效率只有30％-40％。

当今能源的短缺和自然环境的恶化正激励人们千方百计提高热力发电系统 的热效率，为了降低潜热在整个热力系统的比例，目前的主要措施是通过提高 蒸汽的温度来提高发电设备的热效率，现在的蒸汽温度已提高到700℃以上，蒸 汽温度的提高，给热电设备，尤其是汽轮发动机的部件材料的强度、高温持久 性、耐蠕变性能等技术指标都提出了更高的要求，即增加了制造、维修成本， 又提高了技术难度。

迄今为止，汽轮发动机均为卧式结构，不利于气相液化与气、液分离；为 了获得较高的初级冲击速度，传统汽轮机叶轮组的叶轮直径都是由小到大，逐 级增加；高压级叶片较短，低压级叶片较长，形成的气流通道近似喇叭状。导 致气体体积过快膨胀、从而造成气流压力和流速迅速减小；后续动能转化效率 低下；同时，由于低压级叶片较长，气流冲击面积大，所以气体处于膨胀状态， 气体内能较高，不易液化，导致包括潜热在内的相当一部分内能不能被利用。传 统的汽轮发动机的这种固有的结构，是造成其热效率低下的重要原因。

一种蒸汽温度较低、热效率高，结构简单、成本较低的汽轮发动机是人们 迫切期待的。

发明内容

本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足之处，提供一种蒸汽温度低、 热效率高，结构简单、成本较低的气轮发动机。

本发明的目的可以通过如下措施来达到：

一种立式高效率汽轮发动机，包括壳体、主轴、叶轮及气流导向装置：其 特征在于：

a.叶轮组立式排布，其叶轮直径由上到下逐级减小；高压级叶片较长，低压 级叶片较短，整个汽轮机壳体呈倒置正圆锥台状；汽轮机顶部是工质流体进口， 底部是工质流体出口；

叶轮组立式排布，汽轮机顶部是工质流体进口，底部是工质流体出口；有 利于叶轮将液化的液体利用离心力甩到汽轮机壁上，沿壳体内壁上的导流槽下 流至底部，使汽、液界限清晰，避免了因汽、液不平衡而对叶轮产生液击。

叶轮直径由上到下逐级减小；高压级叶片较长，低压级叶片较短，整个汽 轮机壳体呈倒置正圆锥台状的结构使工作流体膨胀缓和，使其压力、流速慢慢 降低，有利于充分发挥所有叶轮组叶轮的作用；再说，高压、高速气流首先冲 击高压级长叶片，然后顺序冲击直径逐级减小的叶轮叶片，使所有叶轮组都处 于最佳工作状态。有利于工质携带的能量的充分转换，从而提高热效率。

b.在汽轮机中，工作流体在超临界压力条件下工作，进口是高温高压气体， 出口绝大部分是高于临界压力、低于临界温度的液体。使工质携带的显热、和 汽化潜热形式的热能几乎都转化为推动汽轮机旋转的机械能，大大减小了凝汽 器的负荷，因此，热效率极高。

本发明的目的还可以通过如下措施来达到：

本发明的立式高效率汽轮发动机，其特征在于a中所述之整个汽轮机壳体呈 倒置圆锥台状，其锥度即上、下两底面圆周直径之差：圆台高度在1∶8-1∶20 之间。

汽轮机的有效工作长度和上、下口直径对于其生产能力及热效率是至关重 要的技术参数，依据工质的热力学性能以及不同的热发电系统的需求设置，保 持流出尾级叶轮组的流体处于大于其临界压力、低于其临界温度工作状态。

本发明的立式高效率汽轮发动机的叶轮组，分为动叶轮组4与定叶轮组3， 定叶轮固定在汽轮机壳体1上，动叶轮固定在转子上，动叶轮叶片与定叶轮叶 片折流方向相反，形状相同；定叶轮组、动叶轮组沿主轴2径向间隔排布，第 一级叶轮组为定叶轮组，尾级叶轮组是动叶轮组。

本发明的立式高效率汽轮发动机，一个优选的方案，其特征在于所述之叶 轮叶片呈半圆弧面状，定叶轮组叶片与定叶轮组叶片形状相同但折流方向相反； 组成动叶轮组(4)与定叶轮组(3)的叶片均立式排布，平行于主轴(2)构成 圆环状叶轮组。