[发明专利]超膨胀涡轮机组

说明书

本发明属于燃气轮机装置。

目前世界各国广泛使用燃气轮机为飞行器、发电机组、机车、船舶、汽车的动力源。他排出的气体温度远高于环境大气温度，这样就损失了相当大的一部分由燃料中获得的热能。为了提高燃气轮机的经济性，人们采用了多种方法来利用它排出的气体中的热能，其中有：

回热器，用回热器吸收排出气体的热量来加热燃烧室前经过压缩的气体，以减少燃料的消耗;

燃气轮机-蒸汽轮机联合循环，用燃气轮机排出的高温气体加热水产生水蒸汽，推动蒸汽轮机输出功;

蒸汽回注式燃气轮机，用燃气轮机排出的高温气体加热水，产生水蒸汽，注入燃气轮机的涡轮对外输出功。

这些方法的一般性介绍可见《燃气轮机》（清华大学电力工程系燃气轮机教研室编，水利电力出版社1978年版）及《航空改型蒸汽回注式燃机的发展及其结构特点》（《国际航空》杂志1990年第9期）。

本发明提出使用超膨胀涡轮机组来利用燃气轮机排出的及其他装置排出的高温气体（水蒸汽除外）的热能对外输出功。

超膨胀涡轮机组如附图由涡轮、热交换器、压缩机及联结用管道组成，其中可以装有阀门等其他零部件。

一般燃气轮机的涡轮出口压力略高于大气压，本发明涡轮出口压力远低于大气压。所以本发明命名为超膨胀涡轮机组。本发明的涡轮可以为前端燃气轮机涡轮的一部分，也可以为一独立涡轮。

本发明的工作过程如下：

由前端燃气轮机或其他装置排出的高温气体进入超膨胀涡轮机组的涡轮1，在其中膨胀到远低于环境大气压的压力同时输出功，然后气体进入冷却介质可为液体或气体的热交换器2，被冷却降温，然后由压缩机3压缩排入大气或其他装置。由于气体膨胀功大于吸收的压缩功，本机组对外净输出功。

本机组可在适当位置设置阀门以便进行控制。

本发明的优点：

1.可以利用前端燃气轮机或其他装置排出的压力略高于环境大气压的高温气体的热能;

2.超膨胀涡轮机组可以作为一套单独装置联接于前端燃气轮机及其他排出高温气的装置之后，单独对外输出功，不影响原有燃气轮机或其他装置;

3.本机组的涡轮可与前端燃气轮机的涡轮合为一体设计，提高设计灵活性;

4.由于高温气体在涡轮中膨胀后温度下降，热交换器可以小于回热循环及燃气轮机-蒸汽轮机联合循环中的热交换器，压缩机也较小，可以降低成本;

5.本机组仍有可能用回热或蒸汽回注的方法来提高效率。

本发明的最好实现方式为涡轮与压缩机同轴，采用液冷热交换器及叶轮式压缩机，从压缩机延伸出去的轴上输出功。