[发明专利]产生动力用的冲压喷射发动机

说明书

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本发明采用冲压喷射机技术来产生动力。该技术的基本原理在我以前申请的专利中有详细的论述。那些专利的申请号为07/945,228，1992年9月14日提交，现在的美国专利号为5,372,005，发布日期是1994年12月13日。另外，1995年6月7日提交的、申请号为08/480,663的美国专利申请文件中也提供了该技术的一些具体内容。该技术具体化的详细内容也在早些时候提交的美国临时专利申请中交代清楚。临时专利申请号为60/028,311，提交日期为1996年12月16日。本文献综合了以上这些专利申请和已批准的专利。

发明的技术领域

本发明涉及一种高效、新颖的冲压喷射机技术驱动的旋转发动机，和利用该发动机来产生电能和机械能的一种方法。该方法使得氮氧化合物的排放率达到最小。更具体地说，本发明涉及一种由冲压喷射技术发动机推动的产生动力设备，以及它的一些结构。这些结构能经受在超音速时旋转部件所产生的极高的拉应力，这些旋转部件安装在冲压喷射机的末端。产生动力设备的这一特点对于产生电能和机械能特别有用。

发明背景

社会存在着对简单、高效和廉价热电设备的不断需求，热电设备能可靠地提供低成本电能和机械能。这是因为许多产生电能和(或)机械能的发电设备能实实在在地受益于原动机。而原动机在近来产生动力过程中对实际循环热效率有了重要的改进。特别是在大约10至100兆瓦(1兆瓦等于1000千瓦)范围的中等大小发电设备中更是这样。中等大小的发电设备主要用于一些工业应用场合，诸如固定发电机组、轨道交通机车、船舰动力系统、以及航空发动机等。

中等大小的产生动力设备也适用于产业和用户的联合发电设备中。这样的设备在热能需求服务业中越来越多，因为用它来发电的同时，减低了总造价。当前用于联合发电应用领域的产生动力设备设计包括：a)燃气轮机，它由天然气、燃油或其它燃料共同燃烧获得热能和动能来传动；b)蒸汽涡轮机，它由蒸汽来推动，蒸汽则通过煤、天然气、可燃废弃物或其它燃料等在锅炉里的燃烧来获得；c)大规模的往复(活塞)式发动机，它通常采用柴油机燃烧重油来实现。

目前使用的产生动力设备技术中，往复活塞式柴油机和航空发动机衍生的涡轮机效率最高。可惜的是，对于往复活塞式柴油机来说，如果要求输出功率达到1兆瓦以上，其单个发动机的零部件体积将大到无法应对的程度。因而，商用中广泛采用往复活塞式柴油机，大体积系列还没有得到开发。燃气轮机比往复活塞式柴油机具有更好的可靠性，故在大输出功率等级场合，常常使用燃气轮机。但由于它把燃料转换为电能的效率一般，所以燃气轮机的产生动力设备绝大多数用于同时利用电能和热能的联合产生动力系统中。在这样应用场合，只有中等产生动力效率燃气轮机通过利用热能，提高整体效率。

燃烧化石燃料的蒸汽涡轮机产生动力系统，其产生动力效率也相当的低，总输出功率与燃料热值之比通常在30％到40％范围内。但由于具有高可靠性，它普遍应用于公共事业和工业的基本负载发电系统中。

在任何情况下，尤其从简化售电的行政法规角度来看，任何显著降低产生动力成本的技术都是值得提倡的。从根本上说，放眼长远的燃料费用，总体效率更高的产生动力技术将会得到最有效的应用。

发明概要

我现在发明了一种改进型产生动力设备，它利用超音速冲压喷射机推力单元作为原动机来驱动动力轴。用这种方法来产生动力，超音速冲压喷射机推力单元直接或间接与发电机耦合。通过使用一个辅助燃料馈送系统，冲压喷射推力单元的功率输出可以调节至维持恒定转速所需的值，就象同步发电设备在最小输出负载时所需的那样。与至今为止我所知道的产生动力设备相比，超音速冲压喷射机产生动力设备在整个工作范围内效率都大为提高。

我发明的产生动力设备中解决了四个难题。正是这些难题阻碍了早先把冲压喷射机技术应用于电力生产的努力：