[发明专利]一种流体涡轮发动机

说明书

技术领域

本发明涉及流体和热力机械，尤其是涉及一种可输入多种能源的混合动力机械。

背景技术

各种发动机是人类社会文明的产物，它已成为当今社会发展不可缺少的机械。因此，人们开发了利用各种能源的发动机，各种结构的发动机主要是利用各种能源的热力膨胀能、动能、势能、压力能等，当然，也有利用电磁能量的电动机。这些发动机从其利用的能源类别大概可分为以下两类：一类是利用化石能源的发动机，包括大家熟知的各种内燃机、汽轮机、喷气涡轮机等，这些都属于热机，是建立在热力学基础之上的，都是以消耗化石能源为主的发动机。第一类发动机运行稳定、环境适应性好、可移动性好、可调节性好、体积相对较小。尽管人们已经开发出了各种节能环保的热机，但这一类热机仍然对环境存在一定破坏性，特别是化石能源会走向枯竭，对人类未来的生产和生活会构成极大的威胁。第二类是利用可再生能源的发动机，包括大家熟知的各种风力涡轮机、水流涡轮机等，我们可称其为冷机，都是以消耗可再生能源为主的发动机。尽管第二类发动机对环境的影响较小，所消耗的能源可再生，但由于其所利用的能源大都存在波动性、随机性和稀薄性，使得输出稳定性差、利用率低、体积相对庞大、一次性投资大、利用成本高，只能安装在存在某种可再生能源的地方等缺点。从以上两类发动机所利用的能源品种来分析，我们可以发现，无论那种发动机都是一个品种的能源对应一种结构的发动机，而且都是独立运行的。

按所使用的能源品位，现有发动机可分为三类：一类是利用高温高压能流的高品位能源发动机，例如：燃油、燃气发动机，喷气涡轮发动机、汽轮机等，这些发动机既可利用化石能源，也可以利用部分可再生能源，如生物质能。二类是利用中温中压能流的中品位能源发动机，例如：膨胀动力机、水轮机、液压马达、气动马达等。三类是利用低温低压能流的低品位能源发动机，例如：风力涡轮机、热能风力涡轮机、海流涡轮机等。上述发动机是一个品位的能源对应一类发动机。另外，在利用低品位能源发动机机中，由于机械的静摩擦力、惯性阻力、流体阻力的存在，使得当能流的密度较小时发动机难以启动，即低品位能流的能量不能得到有效利用。为此人们采取了多种方式解决上述问题，（1）利用磁悬浮轴承技术来消除摩擦阻力，有效地降低了启动所需的能流强度，提高了涡轮机的输出能力。但磁悬浮轴承无法消除发动机启动时的惯性阻力和流体阻力，因此所能降低的启动能流强度是有限的。（2）改进发电机结构，如：将发电机的槽型由直槽型改成斜槽型，但效果不十分明显。（3）电动机拖动模式，例如：中国专利申请号为201020044819.5公开的一种用于低风速的持续运转风力发电机，主发电机与电动机同轴，低风速时，电动机带动主发电机启动并运行至额定转速，当风速大时，风轮带动主发电机发电，同时电动机也运行于发电状态。又如：中国专利申请号为201010270584.6公开的一种实现永磁风力发电机组低风速起动的方法，发电机组在低风速条件下首先使全功率变流器处于拖动工作模式，从电网吸收电能，使发电机运转直至达到切入转速，之后全功率变流器才转换为发电运行模式。但这种方式都是利用电网的电能，不能利用其他形式的能源。

发明内容

本发明要解决的技术问题：一是涡轮发动机可有效利用低品位能流的能量。二是涡轮发动机起动和运行时，能同时利用多种能源，包括化石能源和多种可再生能源，同时适应高品位能源和低品位能源，达到互补输入、稳定输出的目的。

为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：