专利名称：巨型船舶燃气－蒸汽动力的推进、供电、供汽联合系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种巨型船舶的推进、供电、供汽联合系统，特别是一种巨型船舶燃气-蒸汽动力的推进、供电、供汽联合系统，属于船舶动力技术领域。
背景技术：
目前，公知的巨型船舶的动力系统，或是采用核反应堆为动力源，由于安全的考虑限制了整个循环的平均温度，使热效率不能提高；或是采用单一的蒸汽动力，其本身的热力循环性质限制了热效率的提高。已有技术中，专利号为00127828.2的“船舶推进系统”发明专利，以安装在船舶上的风力发电机所产生的电能替代常规燃料的能源，由于风力的不连续、能量密度的稀薄和风力发电机的高大型体尺寸，使之远远不能满足巨型船舶的功率需求；专利号为200420105265.x的“蒸汽动力船舶推进器”实用新型专利，是利用高压水蒸汽直接发挥推进功能，即使采用高效的燃煤蒸汽动力锅炉，仍然局限于蒸汽动力循环热效率有限的弊病，不适于巨型船舶采用；专利号为94119624.0的“排烟余热在蒸汽回热动力循环中的利用系统”发明专利，是在锅炉的空气换热器前配置余热换热器，可以部分提高动力循环的热效率，但不能明显改善动力循环的固有性能，用于巨型船舶仍然存在体积大、燃料消耗大，装置笨重的困难。李晓滢在“望亭电厂燃气-蒸汽联合循环机电的系统配置”(“上海电力”2006年第2期)一文中提出将燃气-蒸汽联合循环应用于大型电厂的技术，但迄今未见将燃气-蒸汽动力循环应用于船舶的先例和文献，对于燃气-蒸汽动力循环按推进、发电、供汽联合系统运行的技术更是未有所闻。
发明内容
为了克服已有技术的不足和缺陷，本发明提供一种巨型船舶燃气-蒸汽动力的推进、供电、供汽联合系统。该系统的热效率可以高达50％以上，可以同时对巨型船舶提供推进力、电力供应和高温高压蒸汽供应，特别适用于同时需要大量消耗蒸汽的巨型船舶。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下。本发明包括空气净化器，A压气机，A燃气涡轮，A燃烧室，B压气机，B燃气涡轮，B燃烧室，A发电机，B发电机，C发电机，烟气锅炉，烟道，第一汽化管，第二汽化管，蒸汽涡轮，冷凝器，循环水泵，汽包，供汽管，水泵，配电板，变压器，谐波滤波器，变频器，监测控制器，吊舱式电力推进器和副电力网络。
其中，A压气机、A燃烧室和A燃气涡轮构成一个燃气轮机组，B压气机、B燃烧室和B燃气涡轮构成另一个燃气轮机组，两个燃气轮机组并联；烟道，第一汽化管和第二汽化管均安装在烟气锅炉内。空气净化器的的出口分别与A压气机和B压气机的进口相连，A压气机和B压气机的出口分别通过A燃烧室、B燃烧室与A燃气涡轮和B燃气涡轮的进口相连。A压气机与A燃气涡轮轴连接，B压气机与B燃气涡轮轴连接。A燃气涡轮与A发电机轴连接，B燃气涡轮与B发电机轴连接，A燃气涡轮和B燃气涡轮的出口均与烟气锅炉内的烟道进口相连，烟道的出口与大气相通，第一汽化管的进口与水泵的出口相连，水泵进口与常温淡水相通。第一汽化管的出口与汽包的进口相连。汽包顶部的出口与供汽管相连。冷凝器壳程出口通过循环水泵与第二汽化管的进口相连，第二汽化管的出口与蒸汽涡轮的进口相连，蒸汽涡轮的出口与冷凝器的壳程进口相连，冷凝器管程内通有冷却水，蒸汽涡轮与C发电机轴连接。A发电机、B发电机和C发电机的输出端均与配电板的输入端电连接，配电板的输出端通过变压器，谐波滤波器，变频器分别与副电力网络和吊舱式电力推进器电连接，监测控制器连接在变频器的输出端，监测控制电流的大小。
新鲜空气进入空气净化器净化后再分别进入并联的燃气轮机组的各个压气机，压气机与燃气涡轮同轴运转，并由燃气涡轮带动。压气机出口的空气压力为8绝对大气压左右，然后进入各自的燃烧室。在燃烧室中，空气由于参加燃油燃烧而温升达到约1130℃，随后进入燃气涡轮膨胀作功，以略高于1绝对大气压的压力和约600℃的温度流出燃气涡轮。各燃气涡轮流出的600℃左右的烟气一同进入烟气锅炉的烟道，释放热量后，以150℃左右温度流出烟道，排入大气。每个燃气涡轮都与发电机直接相连，带动发电机旋转作功，拖动发电。
常温淡水通过水泵进入烟气锅炉的第一汽化管，由烟气加热，达到超过500℃的温度，然后流出第一汽化管，进入汽包，最终由汽包顶部的供汽管流出，以供船舶大量使用。
被冷凝器冷却的冷凝水通过循环水泵进入第二汽化管，汽化并升到500℃以上高温后，成为高温蒸汽由蒸汽涡轮进口流入，膨胀作功，然后由蒸汽涡轮出口流出，进入冷凝器壳程，被冷凝器管程中流过的冷却水所冷却，凝结为水，再经管路进入循环水泵，开始下一个热力循环。蒸汽涡轮的转子直接与发电机连接，带动发电机旋转发电。燃气涡轮和蒸汽涡轮拖动的发电机都通过输电线并联在一起，将电流一齐送入配电板，由配电板执行监护、控制和保护发电机的功能。配电板再以输电线连接到变压器，使电流升到一定的工作电压，再在谐波滤波器中滤除电流中有害的谐波、电涌和脉冲成分。然后，电流被送入变频器，以调制电流达到需要的频率。通过监测控制器的控制，电流到达吊舱式电力推进器和副电力网络，以提供船舶推进力和全船所需用的电力。
本发明的有益效果本发明所提供的燃气-蒸汽动力的推进、供电、供汽联合系统，为巨型船舶推进动力的配置提出了高效、节能、低成本的方案；特别是在大型核动力技术尚不能掌握的条件下，为巨型船舶动力源的设置提供了安全、可靠、实用的方案；它利用了燃气轮机循环的高热效率优势，又以蒸汽动力循环利用燃气轮机循环排出的高温余热，使动力循环的整体效率大幅度提高；尤其当巨型船舶需要大量耗费高温高压蒸汽的场合，如大型船舶甲板上安装的船载飞机蒸汽弹射器，特别适用和方便，免除了体积庞大、造型笨重的蒸汽锅炉；本发明同时提供了巨型船舶所需要的大容量电力需求，高效可靠，具备舵功能的吊舱式电力推进器也同时得到采用。本发明具有显著的节能效益、经济效益和社会效益。
图1是本发明系统的结构原理示意图。
图中，1是空气净化器，2是A压气机，3是B压气机，4是A燃烧室，5是B燃烧室，6是A燃气涡轮，7是B燃气涡轮，8是A交流发电机，9是B交流发电机，10是C交流发电机，11是蒸汽涡轮，12是烟气锅炉，13是烟道，14是第二汽化管，15是第一汽化管，16是冷凝器，17是循环水泵，18是供汽管，19是汽包，20是水泵，21是副电力网络，22是配电板，23是变压器，24是谐波滤波器，25是变频器，26是监测控制器，27是吊舱式电力推进器。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的具体实施作进一步描述。
如图1所示，本发明包括空气净化器1，A压气机2，B压气机3，A燃烧室4，B燃烧室5，A燃气涡轮6，B燃气涡轮7，A交流发电机8，B交流发电机9，C交流发电机10，蒸汽涡轮11，烟气锅炉12，烟道13，第二汽化管14，第一汽化管15，冷凝器16，循环水泵17，供汽管18，汽包19，水泵20，副电力网络21，配电板22，变压器23，谐波滤波器24，变频器25，监测控制器26，吊舱式电力推进器27。
其中，A压气机2、A燃烧室4和A燃气涡轮6构成一个燃气轮机组，B压气机3、B燃烧室5和B燃气涡轮7构成另一个燃气轮机组，两个燃气轮机组并联；烟道13，第一汽化管15和第二汽化管14均安装在烟气锅炉12内。空气净化器1的出口分别与A压气机2和B压气机3的进口相连，A压气机2和B压气机3的出口分别通过A燃烧室4、B燃烧室5与A燃气涡轮6和B燃气涡轮7的进口相连。A压气机2与A燃气涡轮6轴连接，B压气机3与B燃气涡轮7轴连接。A燃气涡轮6的转子与A发电机8轴连接，B燃气涡轮7的转子与B发电机9轴连接，A燃气涡轮6和B燃气涡轮7的出口均与烟气锅炉12内的烟道13进口相连，烟道13的出口与大气相通，第一汽化管15的进口与水泵20的出口相连，水泵20进口与常温淡水相通。第一汽化管15的出口与汽包19的进口相连。汽包19的出口与供汽管18相连。冷凝器16的出口通过循环水泵17与第二汽化管14的进口相连，第二汽化管14的出口与蒸汽涡轮11的进口相连，蒸汽涡轮11的出口与冷凝器16的进口相连，冷凝器16管程内通有冷却水，蒸汽涡轮11的转子与C发电机10轴连接。A发电机8、B发电机9和C发电机10的输出端均与配电板22的输入端电连接，配电板22的输出端通过变压器23，谐波滤波器24，变频器25分别与副电力网络21和吊舱式电力推进器27电连接，监测控制器26连接在变频器25的输出端，控制电流的大小。
新鲜空气进入空气净化器1净化后再分别进入并联的燃气轮机组的A压气机2、B压气机3，A压气机2、B压气机3分别与A燃气涡轮4、B燃气涡轮5同轴运转。压气机出口的空气压力为8绝对大气压左右，然后进入A燃烧室6、B燃烧室7。在燃烧室中，空气由于参加燃油燃烧而温升达到1130℃，随后进入燃气涡轮膨胀作功，以略高于1绝对大气压的压力和600℃的温度流出燃气涡轮。各燃气涡轮流出的600℃左右的烟气一同进入烟道13内，释放热量后，以150℃温度流出烟道13，排入大气。每个燃气涡轮都与发电机直接相连，带动发电机旋转作功，拖动发电。
常温淡水通过水泵20进入烟气锅炉12的第一汽化管15，由烟气加热，达到超过500℃的温度，然后流出第一汽化管15，进入汽包19，最终由汽包19顶部的供汽管18流出，以供船舶大量使用。
被冷凝器16冷却的冷凝水通过循环水泵17进入第二汽化管14，汽化并升到500℃以上高温后，成为高温蒸汽由蒸汽涡轮11进口流入，膨胀作功，然后由蒸汽涡轮11出口流出，进入冷凝器16壳程，被冷凝器16管程中流过的冷却水所冷却，凝结为水，再经管路进入循环水泵17，开始下一个热力循环。蒸汽涡轮11带动C发电机10旋转发电。A发电机8、B发电机9和C发电机10都通过输电线并联在一起，将电流一齐送入配电板22，由配电板22执行监护、控制和保护发电机的功能。配电板22使电流升到一定的工作电压，再在谐波滤波器24中滤除电流中有害的谐波、电涌和脉冲成分。然后，电流被送入变频器25，以调制电流达到需要的频率。通过监测控制器26的控制，电流到达吊舱式电力推进器27和副电力网络21，以提供船舶推进力和全船所需用的电力。一艘巨型船舶可以同时配置几套本发明提供的燃气-蒸汽动力的推进、供电、供汽联合系统，并行运转。当蒸汽耗量非常大或是蒸汽涡轮11容量要求较大时，也可增加配备若干台燃气涡轮机组并联与之匹配，以提供充足的烟气和热量。
权利要求
1.一种巨型船舶燃气-蒸汽动力的推进、供电、供汽联合系统，包括空气净化器(1)，A压气机(2)，B压气机(3)，A燃烧室(4)，B燃烧室(5)，A燃气涡轮(6)，B燃气涡轮(7)，A交流发电机(8)，B交流发电机(9)，C交流发电机(10)，蒸汽涡轮(11)，烟气锅炉(12)，烟道(13)，第二汽化管(14)，第一汽化管(15)，冷凝器(16)，循环水泵(17)，供汽管(18)，汽包(19)，水泵(20)，副电力网络(21)，配电板(22)，变压器(23)，谐波滤波器(24)，变频器(25)，监测控制器(26)，吊舱式电力推进器(27)；其特征在于，A压气机(2)、A燃烧室(4)和A燃气涡轮(6)构成一个燃气轮机组，B压气机(3)、B燃烧室(5)和B燃气涡轮(7)构成另一个燃气轮机组，两个燃气轮机组并联；烟道(13)，第一汽化管(15)和第二汽化管(14)均安装在烟气锅炉(12)内；空气净化器(1)的出口分别与A压气机(2)和B压气机(3)的进口相连，A压气机(2)和B压气机(3)的出口分别通过A燃烧室(4)、B燃烧室(5)与A燃气涡轮(6)和B燃气涡轮(7)的进口相连；A压气机(2)与A燃气涡轮(6)轴连接，B压气机(3)与B燃气涡轮(7)轴连接；A燃气涡轮(6)的转子与A发电机(8)轴连接，B燃气涡轮(7)的转子与B发电机(9)轴连接，A燃气涡轮(6)和B燃气涡轮(7)的出口均与烟气锅炉(12)内的烟道(13)进口相连，烟道(13)的出口与大气相通，第一汽化管(15)的进口与水泵(20)的出口相连，水泵(20)进口与常温淡水相通；第一汽化管(15)的出口与汽包(19)的进口相连；汽包(19)的出口与供汽管(18)相连；冷凝器(16)的出口通过循环水泵(17)与第二汽化管(14)的进口相连，第二汽化管(14)的出口与蒸汽涡轮(11)的进口相连，蒸汽涡轮(11)的出口与冷凝器(16)的进口相连，蒸汽涡轮(11)的转子与C发电机(10)轴连接；A发电机(8)、B发电机(9)和C发电机(10)的输出端均与配电板(22)的输入端电连接，配电板(22)的输出端通过变压器(23)，谐波滤波器(24)，变频器(25)分别与副电力网络(21)和吊舱式电力推进器(27)电连接，监测控制器(26)连接在变频器(25)的输出端。
2.根据权利要求1所述的巨型船舶燃气-蒸汽动力的推进、供电、供汽联合系统，其特征是对一艘巨型船舶可以同时配置几套燃气-蒸汽动力的推进、供电、供汽联合系统，并行运转。
3.根据权利要求1所述的巨型船舶燃气-蒸汽动力的推进、供电、供汽联合系统，其特征是所述的蒸汽涡轮11容量非常大或蒸汽耗量大时，可增加配备若干台燃气涡轮机组并联使用。
全文摘要
巨型船舶燃气－蒸汽动力的推进、供电、供汽联合系统，属于船舶动力技术领域。包括空气净化器，两个并联的燃气轮机组，三个发电机，烟气锅炉，烟道，两个汽化管，蒸汽涡轮，冷凝器，循环水泵，汽包，供汽管，水泵，配电板，变压器，谐波滤波器，变频器，监测控制器，吊舱式电力推进器和副电力网络。本发明将燃气－蒸汽动力的推进、供电、供汽联合系统作为巨型船舶动力源，利用燃气、蒸汽循环大幅度提高机组整体效率，特别适用巨型船舶需要大量耗费高温高压蒸汽的场合，如大型船舶甲板上安装的船载飞机蒸汽弹射器本发明还能满足大容量电力需求并采用了具备舵功能的吊舱式电力推进器。具有显著的节能效益、经济效益和社会效益。
文档编号B63J3/00GK1958392SQ20061011889
公开日2007年5月9日 申请日期2006年11月30日 优先权日2006年11月30日
发明者马捷, 杜乐乐 申请人:上海交通大学