具有环形燃烧室的发电系统的制作方法

专利名称：具有环形燃烧室的发电系统的制作方法
背景技术：
1)发明领域本发明总的涉及一种用于发电的系统，具体地涉及一种包括一环形燃烧室和一涡轮机的紧凑式发电系统。
2)现有技术的描述采用环形燃烧室和涡轮机的紧凑式发电系统是已知的。目前，这些系统可用来产生25至50千瓦的电能。这些系统由诸如Capstone涡轮机公司，MarbaixBowman动力系统有限公司和联合信号公司的一些公司生产。
上述的发电系统虽然也可用于其它场合，但大多数是为军队在战争状态下使用而设计的，。因此，这些发电系统都是按照军队的特殊要求而建造的，所以系统都很昂贵。
虽然军队对紧凑式发电系统的要求已经减少，但目前已经有将这些系统应用于非军事场合的趋势，例如最初是用作计算机的备用电源。然而，由于其成本高，而使这些系统的受欢迎程度受到限制。
所以，本发明一个目的在于提供一种低价、紧凑、质轻且可靠的发电系统，该发电系统包括一采用碳氢燃料、如柴油、喷气流、汽油、天然气和乙醇类燃料的环形燃烧室。
通常，由燃烧室排出的(其它气轮机的)废气都经过处理以控制NOx辐射进入大气。
所以，本发明的另一个目的是提供一种低NOx和低排放总量的燃烧室。
而且，在许多应用场合，这种类型的发电系统都是间歇工作的，系统的这种应用可使燃料管路、喷嘴和/或燃料泵阻塞。由于这些系统基本上是作为一基本电源和/或作为主电源的备用系统，所以重要的是这些系统一接到命令就可工作。
所以，本发明还有一个目的在于提供一种具有恒定可靠性的、间歇工作的可靠发电系统。
发明概述一种发电系统，具有一本体、一环形燃烧室、一涡轮机、一压缩机腔和一位于压缩机腔中的压缩机。一入口与压缩机腔流体连通，一出口与涡轮机流体连通，并且有一燃烧室位于其间。多个磁铁固定到转子上，一由诸如铁的磁性吸引材料制成的定子设置在本体中。定子与多个磁铁靠得很近，从而转子的转动会引起定子周围磁通量的变化，从而产生电流。设置一燃料泵和一油泵设置，它们都各由一单个电动机驱动。设有一燃料计量阀，该阀包括一比例电磁阀，该电磁阀具有一个用于沿着一轴线延伸的柱塞。设有一环形或流体动力轴承以可转动地容纳转子的一部分并且由一锁定结构保持在位。压缩机叶片和涡轮机叶片由一开口环结构分开以阻止气体直接从压缩机叶片流到涡轮机叶片或反过来流。设有一热交换器以加热流入的压缩气体以及冷却流出的废气，或者换言之，在压缩机排出空气送到燃烧室之前加热压缩机输出空气以使燃料消耗最小。
本发明还提供了一种发电系统的运作方法，包括以下步骤使其上装有多个压缩机叶片和多个涡轮机叶片的一转子转动，并且多个磁铁位于该转子周围，还有多个靠近一定子的磁铁以使转子转动；将空气吸入包含多个压缩机叶片的一压缩机中；藉由该压缩机压缩所吸入的空气；使压缩空气流入燃烧室；将燃料与至少一部分流入燃烧室的压缩空气混合，而形成燃料/空气混合物；对燃烧室中的燃料/空气混合物点火而产生废气或热能；使废气或热能和任何残余压缩空气流过包括多个涡轮机叶片的一涡轮机；将废气或热量和残余压缩气体排出；当转子以第一速度转动时，中断定子的电流；由位于与定子共同起作用的转子周围的转动磁铁来产生电流。在燃烧室中点燃燃料/空气混合物可产生热量以驱动涡轮机的涡轮。在燃烧室中产生的火焰在传到一涡轮喷嘴和涡轮时可接受稀释空气以调节涡轮入口温度。
附图的简述

图1A和1B是本发明一发电系统的示意图表；图2是图1A所示发电系统的液体燃料供应系统的示意图表；图3是图1A所示发电系统的另一油料系统的示意图表；图4是图1A所示发电系统中所用的电动机、燃料泵和油泵结构的平面图；图5是图4所示燃料泵一部分的端视图；图6是图5所示燃料泵的侧视图；图7是图5和6所示燃料泵一部分的俯视图；图8A是本发明计量阀的局部剖视图；图8B是图8A所示计量阀的局部剖视图；图9是本发明一计量阀的另一种实施例的局部剖视图10是图1A所示发电系统中燃烧室一部分的一个截面；图11A是沿图10中线XIA-XIA的局部剖视图；图11B是图10中所示一个外燃烧室衬壁的俯视立体图；图12是与图10所示燃烧室类似的另一种燃烧室实施例的局部剖切俯视立体图；图13A、13B、13C和13D是图10所示燃烧室一级/二级预先混合腔的其它设计的立体图；图13E是外燃烧室衬壁的俯视立体图的另一种实施例；图13F是沿图13E中线XIIIF-XIIIF的局部剖视图；图14是火焰温度与燃料和空气混合物的关系曲线；图15是本发明涡轮机一部分的局部纵向剖视图；图16A是本发明涡轮机中所用的一轴承保持系统的分解图；图16B是图16A所示的轴承保持环的一部分和轴承的主视图；图16C是沿图16A中线XVIC-XVIC的一个截面；图16D是图16B所示的轴承保持环的一部分和轴承的另一主视图；图17是含有图16A所示轴承保持系统的涡轮机一部分的立体分解图；图18是图1A所示动力设备的局部剖切侧视图；图19是图1A所示动力设备另一实施例的局部剖切侧视图，并且具有一热交换器；图20是根据本发明所制造的磁性预加载球轴承系统的一部分的局部剖切侧视图；图21是本发明另一实施例的衬壁一部分的端视图；图22是图21中所示次级混合腔的横截面图；图23是压缩机/涡轮机结构的一部分的截面图，包括绕转子驱动轴设置的压缩机叶片和涡轮机叶片以及一开口环结构；以及图24是图23所示开口环结构的正视图。
较佳实施例的描述为描述清楚起见，词语“上”、“下”、“左”、“右”、、“前”、“后”“垂直”、“水平”和其派生词应与附图中所示方向对应。然而，也应理解，除了特别说明之外，可以设想本发明还有多种变化方向和步骤顺序。还应理解，附图所示的和说明书所描述的特定装置和方法都是所附权利要求书所限定的本发明构思的简单实施例。因此，除了权利要求书中说明的之外，本文中所揭示实施例的特定尺寸和其它物理特性不能作为对本发明的限制。
附图中的图1A和1B示出了本发明一发电系统10的示意图表。该系统10包括一动力设备12，该设备具有一环形燃烧室14，该燃烧室具有一燃烧腔，燃烧的气体产品先经过该燃烧腔再从一出口26流出。附图19所示的实施例具有一热交换器以减少一些废气热量并且可提高系统的整体热效率。图18所示的实施例不包括热交换器。再参见图1A，环形燃烧室14与一涡轮机转子装置16流体连通，该装置包括一由轴承20和21可转动地支承在相对端上的转子18，这样转子18可绕一纵轴转动。一电机定子22与转子18同轴设置，一热交换器24与涡轮机定子装置16流体连通。还设有一空气入口28。
诸如热油的液体燃料装在一燃料罐30中，该燃料罐由一管道32连接到环形燃烧室14上并且与其流体连通。管道32连接到一燃料过滤器34、一燃料泵36、一卸压阀37和一燃料计量阀38上，这些装置都与环形燃烧室14流体连接或流体连通。管道32向设置在环形燃烧室14上的多个燃料喷嘴40供料。图2示出了一燃料驱气阀39，该阀连接到燃料喷嘴40和燃料计量阀38之间的管道上。一管道41将燃料驱气阀39连接到燃料罐30上以在发动机正常停机过程中使喷嘴和燃料支管中的燃料排出，将燃料排到燃料库中，从而防止燃料焦化/阻塞情况的发生。
参见图1A和3所示，润滑油通过管道44从一与轴承20流体连接的润滑油槽42输送到轴承20和21上以起到润滑作用。(图3示出了图1A所示结构的另一种实施例，并且示出了图1A中未示出的、与润滑油系统共同起作用的一些外部发动机部件。图3所示的结构可与图1A、1B所示的发电系统组合在一起。)管道44连接到一滤油器46、一空气/油热交换器48和一润滑油泵50上。流过轴承20和21的润滑油返回润滑油槽42，同时油从交流发电机定子热交换器24流出。一油压释放阀51与管道44流体连接或者流体连通，并且与润滑油槽42流体连通。可以理解，本文所用的“流体连接”可以用“流体连通”互换。
再参见图1A和1B，燃料泵36和润滑油泵50都是变容排液泵，它们由一24伏的电动机52机械地驱动。还设有传感器54，56，58和60以分别测量润滑油温度、润滑油压力、燃料压力和压缩机排出气体压力。传感器54，56，58和60都与微机控制的发动机控制器62电气连接。热电耦64位于涡轮机下游的出口26处，用于测量涡轮机废气的温度。热电耦64与发动机控制器62电气连接。
发动机控制器62与一转换结构66电气连接，该结构包括一输出转换器68和一启动转换器70。此结构揭示在与本发明同时申请的、标题为“共轴涡轮机/交流发电机用电气系统”的PCT申请中(发明人为Suresh E.Gupta，DouglasR.Burnham，Jon W.Teets，J.Michael Teets，和Brij Bhargava)，现援引在此以供参考。启动转换器70与一24伏DC电池72连接并且通过一输入路线74连接到发动机控制器62上。一输出路线76将发动机控制器62电气地连接到输出转换器68上。输出转换器68用于经过一路线79向用户电源83提供电力或向一电子器件、如计算机提供电能。
图4示出了与燃料泵36和润滑油泵50机械连接的电动机52。较佳地，电动机52是一无电刷电动机。泵36和50通过转动驱动轴或电动机轴78、80分别可操作地连接或配合到电动机52上。起动电动机52可使驱动轴78和80绕其纵轴81转动。
泵36和50都是变容排液泵并且较佳地都是常压型油泵。参见图5-7，各燃料泵36包括一位于一外部转子84中的一内部转子82，该外部转子84位于一壳体86中。一拱形入口88和一拱形出口90形成在壳体86上。电动机轴78机械地连接到内部转子82上，这样轴绕纵轴81的转动可使内部转子82相对外部转子84转动。外部转子84可构成多个(N个)泵送腔92和多个(N-1个)径向延伸的轮齿94，这些轮齿形成在内部转子82上并且以本技术领域中众所周知的方式容纳在泵送腔92中。具体地说，当内部转子82可绕外部转子84和壳体86转动或移动时，液体(润滑油)经过壳体86从一入口管95被泵送到入口88，并经过泵送腔92、出口90和一出口管96。润滑油泵50以与燃料泵36相同的方式工作，只是它是由电动机轴80驱动的，在此不详述。当采用加压的气体燃料、如甲烷时，燃料泵是不必要的。甲烷的流动可由一电气-机械阀控制。
本发明油泵/燃料泵电动机结构的优点是，当润滑油泵50发生故障时，(这一般意味着内部转子82卡住了且不能绕纵轴线81转动)，电动机52将停机，从而可防止驱动轴78和80转动。同样地，当电动机或燃料泵发生故障时，可实现安全停机。这可使系统“停机”，因为没有燃料通过由电动机轴78和80驱动的燃料泵36输送到环形燃烧室14。因此，由于有足够的润滑油输送到转动系统部件上，可防止到系统元件的损坏。在燃料输送到环形燃烧室14之前，润滑轴泵50和/或电动机52必须修理。
参见图1A、8A、8B和9，通过燃料泵36可泵送燃料，并且可以通过燃料计量阀38改变发动机的流速。较佳地，燃料计量阀38是一弹簧加载的封闭比例电磁阀。电磁阀的位置可为流过电磁阀的电流函数而改变，这可改变流过燃料计量阀38的燃料的速率。
图8A(打开位置)和8B(关闭位置)示出了燃料计量阀38的一个实施例，其中，阀由标号V示出。阀V包括一比例电磁铁S和一构成一柱塞腔的阀体B。沿一纵轴延伸的、纵向可移动圆柱形柱塞P包括一可变直径的末端T，其直径沿纵轴而变化。一具有一中心孔或小孔O的有孔板或流量板F设置在阀体B中。(另外，也可仅用圆柱形柱塞P与小孔O共同起作用)。有孔板F可将阀体B驱动进入一入口腔和一出口腔。一燃料入口路线FI连接到入口腔中的燃料入口，一燃料出口管路FO连接到出口腔中的燃料出口。电磁铁S的启动可使圆柱形柱塞P和末端T沿纵向移动。末端T与有孔板F上的小孔O共同起作用，以改变燃料流过的小孔O的尺寸，如图8A所示。这还可改变从入口经过有孔板F中的小孔O至出口的流速。图8B示出了末端T关闭小孔O以防止入口腔和出口腔之间的燃料流动的状态。因此，末端T相对有孔板F的位置可控制燃料向环形燃烧室14的流速。如图8A和8B所示，末端T的直径可在小于小孔O的直径和大于小孔O的直径之间改变，从而圆柱形柱塞P可沿第一纵向和第二纵向移动。圆柱形柱塞P可伸过小孔O并且与有孔板F共同起作用，当圆柱形柱塞P沿第一纵向移动第一段距离时，可在一阻断位置上阻断流过有孔板F的流动。当圆柱形柱塞P从阻断位置沿第二方向移动，末端T远离有孔板F，并且经过有孔板F的流速可作为末端T纵向位置的函数而变化。
图9示出了燃料计量阀38的另一实施例，其中阀由标号V′示出。阀V′包括一比例电磁铁S′和一可形成一柱塞腔的阀体B′。用于沿纵轴延伸的、纵向可移动圆柱形柱塞P′设置在阀体B′中并可在其上的柱塞腔中延伸。圆柱形柱塞P′由刚性地固定到一支管或末端M上的圆柱形柱塞P构成。燃料从燃料入口路线FI经过由阀体B′形成的一个入口进入圆柱形柱塞P′上的一圆柱形腔中，圆柱形柱塞是一个绕圆柱形柱塞P′的连续环R1。燃料流从环R1经过构成一入口的连接轴孔H1、经过孔通道H3到一构成一出口的轴孔H2，再到达由阀体B′形成的出口，然后经过一环R2从燃料出口管路FO流出。孔H1，H2，H3构成将入口与出口流体连通的流道。
图9所示的关闭位置是当圆柱形柱塞P′完全位于图9的左侧时的状态。这可将环R2从燃料出口管路FO处关闭。燃料计量可通过使环R2相对于燃料出口管路线FO的定位而实现。通风管路VE1和VE2还可连接到柱塞移动区域端部的腔处。
在计量阀工作时，如图9所示，比例电磁铁S′启动以使圆柱形柱塞P′沿阀体B′腔中的第一纵向移动。然后，圆柱形柱塞P′(定位环R2)或者是从燃料入口管路FI向燃料出口管路FO阻断燃料流，或者使燃料流过其中。燃料流速取决于环R2相对于燃料出口管路FO的纵向位置，假定燃料泵压力保持恒定。燃料泵对计量阀的压力藉由一减压阀保持。环R1和R2形成在安装到圆柱形柱塞P的支管M上。构成环R1和R2的支管M的外部起到一阻断件的作用以阻断或改变流过燃料入口路线FI和燃料出口管路FO之一或两者。因此，使支管M沿纵向移动可使入口、出口和阻断件与入口和出口共同起作用以改变从入口向出口的阀体B′的流量。
再参见图1A和2所示，位于管道41中的燃料驱气阀39是一诸如24伏的DC双向N.C.电磁阀的常闭电磁阀。工作时，燃料驱气阀39仅在打开位置保持一段固定时间，即当送到发动机(经过计量阀)燃料中断时。电动机52仍打开直至转子速度达到0RPM(转/分钟)为止，其时电动机52关闭。这可用燃烧室压力将任何在燃料喷嘴40或其相关支管中的残余燃料吹入燃料罐30。这种驱气操作可使可能会引起燃料分配问题的燃料阻塞、中断或堵塞燃料喷嘴情况发生的可能性变为最小或防止其发生。
图10示出了环形燃烧室14的一部分的局部横截面。环形燃烧室14可连接到一压缩机/涡轮机结构100。压缩机/涡轮结构100包括绕一发动机转子或转动驱动轴106适用的压缩机叶片102和涡轮机叶片104。从一外部轴承悬出的发动机转子106适用于绕纵轴Z旋转并由图1A中示意地示出的轴承20和21支承。
设置一环形外壳壁108，它限定一位于压缩机叶片102附近的空气进气通道110。一外燃烧室衬壁112和一前外壳壁或内壳壁114限定一环形燃烧室115。前外壳壁114和一外壳体壁108的前部限定一压缩机/扩散器空气路径或通道118，通道开始靠近一扩散器出口，该出口与环形燃烧室116流体连通。一压缩机扩散器CD设置在通道118中。环形燃烧室116、涡轮机和空气路径118都相互流体连通。由前外壳壁114的末端120和外燃烧室衬壁112的前端限定一环形冷却区119。环形冷却区119将冷却空气导向一环形涡轮机喷嘴128。一环形空气稀释口或空气稀释喷嘴122形成在外燃烧室衬壁112的末端。一波形绉褶带124可设置在空气稀释口122中。另外，可不使用波形带124而用另一形成于外燃烧室衬壁112上的孔H(阴影所示)和使外燃烧室衬壁112靠紧一涡轮喷嘴壁126′(阴影所示)或使形成于外燃烧室衬壁112上的多个孔H和T(阴影所示)来代替，以使环形燃烧室116中的火焰变弱。最好设置一环(未图示)用以调节孔T的横截面积以控制进入次级空气供源的空气量，因而可保持恒定的火焰温度和NOx排放。
外部燃烧室衬壁112用多个螺栓、如两个螺栓固定到外壳上。一个螺栓BO构成一个用于容纳起动液体燃料的燃料系统的点火器GP的孔。点火器GP经过对应的螺栓BO而进入环形燃烧腔116。一个向上延伸的弯曲涡轮机喷嘴壁126与空气稀释喷嘴122隔开。另外，涡轮机喷嘴壁126可如图中阴影126′所示为直形的。涡轮机喷嘴壁126和前外壳壁114限定环形涡轮机喷嘴128，其与构成涡轮机的涡轮机叶片104流体连通。一个空气流路路径或通道129形成在外壳壁108和外燃烧室衬壁112之间。
多个预先混合腔或次级预先混合腔130绕靠近环形燃烧室116的后壁圆周向间隔分布并且固定到其上。多个沿圆周径向分布或切向定位的燃料喷口或喷嘴132伸过外壳壁108并进入空气流动路径139，以使燃料输送到图11A的一初级预先混合腔中、入口区或第一端138中。
参见图11A和11B，燃料喷嘴132经过外壳壁108并且终止在空气流动路径129中。多个初级预先混合管道134在靠近环形燃烧腔116的后壁136的外燃烧器衬壁112周围沿圆周延伸。初级预先混合管道134的入口区138设置在靠近燃料喷嘴132的末端并且与其流体连通，并呈一角度以使它们面向箭头140的流动方向。一离心式喷嘴142设置在各初级预先混合管道134中以帮助燃料蒸发并使液体燃料快速地分配到初级预先混合管道134中。另外，也省略离心式喷嘴142。初级预先混合管道134可相对于燃料喷嘴132的出口设置以在预先混合腔130中的一主导圆周方向上引导来自一出口或第二端的一富含燃料(非燃烧性混合物)的燃料/空气混合物，其中还加入空气以向环形燃烧室116的前外壳壁114提供一易燃烧的混合。点火器GP设置在外燃烧室衬壁112中并且伸入环形燃烧室116以点燃燃料/空气混合物而产生本身可持续燃烧的火焰。燃料喷嘴132应与入口区138隔开一段距离，如图11A所示。图11A示出了具有一成角度入口端的入口区138以及垂直于外壳壁108的燃料喷嘴132。也可采用其它结构，例如如图11A中阴影所示的初级预先混合管道134′和燃料喷嘴132′。
下文将结合图10、11A和11B描述燃烧器的工作情况。发动机转子106转动而使压缩机叶片102绕Z轴转动。空气吸入进气口110而被压缩，并且沿箭头140方向在空气路径118和空气流动路径129中流动。所引导的压缩空气经过冷却口119、空气稀释喷嘴122和孔H而进入环形燃烧室116中。压缩空气还进入初级预先混合管道134的入口138中。空气还进入次级空气供应孔143，这些孔都与相应的预混合腔130的一个入口端E流体连通。加压燃料流出燃料喷嘴132的端部，并且由压缩空气(由于在燃烧器套筒中产生的压力差)带到初级预先混合管道134的入口端138，同时形成富含燃料的燃料/空气混合物。此燃料/空气混合物经过供选用的离心式喷嘴142以加强热壁燃料蒸发，一旦火焰点燃就使之旋转。同样地为使富含燃料的燃料/空气混合物较长的停留时间可装设较长的初级预先混合管道134；然而，所示的本结构将可满足要求，并且提供较好的蒸发以及使燃料/空气混合均匀。图12示出了位于初级预先混合管道134中的带喷口132的离心式喷嘴142的另一种实施例。再参见图10和11A，此富含燃料的燃料/空气混合物可从初级预先混合管道134流到预先混合腔130，在那儿再加入空气以产生一燃料不足的燃料/空气混合物，并且从出口端在一主导的圆周方向上进入环形燃烧腔116而到火焰前方。一开始，点火器GP点燃混合物，该混合物燃烧以产生发电用的能量。在点火后，点火器GP保持关闭。在下游并在空气稀释喷嘴122之前，稀释空气进入火焰以降低燃烧产品的温度。然后，在稀释空气混合和进入到涡轮机喷嘴之后，流出气体经过所产生火焰前方以经过涡轮机叶片104产生一个与涡轮功率提取相关的速度，该功率驱动压缩机叶片102或交流发电机，如图18和19所示。
图13A、13B、13C和13D示出了先前所述预先混合腔130的其它结构。具体地说，与图13A有关的是，各初级预先混合管道134输入一扭转叶片燃料次级预先混合腔150以加强燃烧之前的次级预先混合作用。各叶片152具有一扭转形状以使燃料/空气混合物旋转。设置一次级空气管道154，-它具有连接到在次级预先混合腔150的各端部的相应次级预先混合腔150上的输出端，而该次级预先混合腔150与空气流动路径129流体连通。固定到外燃烧室112上的次级空气管道154的入口端位于空气流动路径129上。图13B中的结构与图13A所示的类似，其中相同标号用于相同的部件。具体地说，初级预先混合管道134和次级空气管道154给一圆柱形次级预先混合腔150供料，而与扭转叶片结构相反。如图13C所示，一混合组件156位于各初级预先混合管道134、次级空气管道154和次级预先混合腔150的连接处以混合来自管道134和154的废气。混合组件156可具有较大质量并且安装到燃烧器的套筒上，并且相应地使套筒加热和一般破坏的可能性减少。图13D与图13B所示结构类似，并且相同标号用于相同的部件。具体地说，初级预先混合管道134和次级空气管道154将燃料供入一发散的次级预先混合腔150″。
图13E、13F示出了外燃烧器套筒壁112，它具有如前所述多个圆周向隔开孔H、一初级预先混合管道134、一次级预先混合腔150″和一次级空气管道，以及一用于使来自空气流动路径129流过其中并进入在外燃烧室套筒112周围的圆周方向上的环形燃烧腔116中的补充次级空气输送管道157。此结构有助于去除任何火焰前压力脉冲。
在运作中，本发明可形成低NOx生成物并可减少排放物的总量。
在燃烧器中NOx(NO+NO2)低于每百万10份是较佳的，并且可在低氧化环境(在初级预先混合腔中燃料/空气长时间停留)中实现低火焰温度，并且在次级燃料不足的燃料/空气混合的短时间停留之后燃烧而产生低NOx火焰温度。在初级预先混合中长时间的停留以释放具有最小限度的可供氧的氮原子是较佳的，(富含燃料的燃料/空气混合物、长时间初级预先混合)用以释放氢分子以增强火焰稳定性。太低的氧化初级火焰区温度将产生带CO(一氧化碳)的多余UHC(未燃烧的碳化氢)。因此，一个无火焰的初级预先混合是较佳的。低温范围的火焰可由一均匀的燃料不足的预先蒸发/预先混合阶段的运作而获得。低火焰温度可由一容含燃料或燃料不足的状态来实现，其后者由于CO和UHC增加而不是较佳的。
较佳地，没有火焰的富含燃料的燃料/空气预先蒸发的初级混合系统是例如在燃烧之前、在用一次级混合系统获得燃料不足的燃料/空气比例后，以产生低于2500°F的低火焰温度和减少排放物。富含燃料的燃料/空气比例(非燃烧)混合物在燃烧之前可经过长时间停留的次级预先混合使燃料变为不足的阶段，以避免理想配比的火焰状态和相关的高NOx。接下去要去次级预先混合腔而在燃烧之前成燃料不足的燃料/空气的、与一初级富含燃料的蒸发预先混合相结合的圆周混合和燃烧，可产生低排放的燃烧。低火焰温度可产生如图14所示的低NOx。与在燃烧室中的压力或压降(ΔP)的较低变化相结合的、富含燃料的燃料/空气初级预先混合阶段中释放的氢气可增强燃料不足的次级腔短时间停留的燃料不足火焰的稳定性。
一开始，在运作中，发动机转子由电池驱动，而燃料同时供应到燃烧室中，并启动点火器。空气流沿连续变化的切线方向流出压缩机扩散器，并且沿初级喷嘴混合管的方向移动，其中一定量的空气与低压液体燃料一起喷入混合管的入口或初级预先混合管道134。一简单的腔式离心喷嘴可在两个区域中接受燃料以帮助来自一个喷射燃料源的均匀混合。由于燃烧室套筒中的压力变化，燃料可流入混合腔。燃料(如果有离心喷嘴时)离心式地喷射在初级混合管的内径壁上，在那儿一旦火焰点燃即发生蒸发。然后，富含燃料的燃料/空气混合物进入次级预先混合区，在那儿燃料/空气混合物在流到点火器和/或燃料/空气混合物路径中的火焰区域之前就变成为燃料不足的了，并且再点燃混合物。一旦火焰在管子的外部点燃，热量可使燃料/空气混合物在管子中蒸发。
这种富含燃料的燃料/空气混合物在初级区接着在次级腔中变成燃料不足的了，它可根据发动机运转速度而改变密度和火焰温度，但在2700°F至1500°F之间，其时NOx最少。
在次级预先混合区之后的燃烧具有升高的燃料不足火焰温度，并且具有藉由用于()化学反应变化的低温度和加氧反应产生低排放物的一个低当量比，较佳地在低火焰温度下将CO的排放减在0.6至0.9Φ之间(当量比)用以保持一个低的NOx值。
燃烧产品经过燃烧室，沿圆周地/切向地把动能方向保持到通常是流出燃料喷嘴。火焰进入稀释区，在该处其它压缩机输出空气与燃烧产品混合而将火焰温度降低到指定的涡轮机入口温度。燃料/空气比例取决于功率要求和空气流速，后者是恒定的。燃料流根据施加到涡轮机转子上的负荷而变化。运作中，发动机转子速度可以变化或不变。
图14示出了在燃烧之前随燃料/空气比例不同而不同的一些操作范围，其中，火焰温度为3800°F的理想配比温度将产生过量的NOx。较佳地，运作温度在1500°F至2700°F之间，最好是低于2600°F，其时0.3至0.6Φ的较低水平是最佳的。几何形状不变，Φ将根据功率要求而变化。可以相信，燃烧所产生的能量的50％可用于驱动压缩机，而50％能量用于产生电能。废气温度热耦64可测由流出气体的温度。根据此信息，可以相信，燃烧温度可以根据燃料流速确定。较佳地，NOx生成物应限制到低于20ppm。
本发明的另一个重要特点是轴承，它可支承涡轮机转子的速度高于100,000RPM。图15，16A-16D和17示出了一个轴承20，它是一种流体动力和油阻尼轴承，它可转动且滑动地容纳涡轮机转子16，如图18所示。图17示出了压缩机/涡轮机结构100的一部分，它包括一发动机主箱253、一润滑油密封件261、O形环198和一个卡环或锁件216。
具体地参见较16A-16D，图17所示的轴承20包括一环形的一体式衬垫或倾斜衬垫支承件20′，其上具有两个凹槽196，这些凹槽可容纳由弹性材料制成的O形环198。支承件20′藉由支承件20′所构成的一环状部可转动地容纳一转子18的圆柱形部分。轴向延伸的螺纹孔位于支承件20′的一个端面上。支承件20′容纳在位于涡轮机壳体202中的一个支承壳200的圆柱形孔中，该涡轮机壳体202固定到动力设备的本体上。支承件20′由以下将描述的一锁定结构203固定到壳体上。两个分开的拱形边204从支承壳体200的一个轴向延伸出。拱形槽或卡环槽206(图中仅示出一个)形成在边204的内圆周面上。分开凸缘容纳槽208由边204的端部构成并且在支承壳体200的一个外表面上的终点处结束。一个环形保持带凸缘环210设置在靠近具有螺纹孔的支承件20′端部处。两个凸缘212隔开180，°从远离支承件20′的环状部的保持环210上径向伸出，并且螺纹孔位于保持环210上以将保持环210通过螺钉214固定支承件20′端部上，这些螺钉可穿过保持环210中的孔而进入支承件20′的端部上的孔。然后支承件20′容纳在支承壳体200中，且其凸缘212位于凸缘容纳槽208中，这可防止支承件20′绕一相对支承壳体200的纵轴线转动。卡环216插入支承壳体200中的拱形槽206中，以将凸缘212及保持环210保持在卡环216和支承壳体200之间。较佳地，在支承壳体200和支承件20′的外径之间有一小间隙。O形环198可夹在一支承件20′的外表面和支承壳体200的一内表面之间，而起到一阻尼和密封件的作用。这种结构可提供一种完全不会中断的轴承浮动，而不存在由于卡环216将轴承保持在位而产生的螺钉松动问题。卡环216还可控制或限制支承件20′的轴向或圆周向运动，而卡环216和终点可将支承件20′限制在支承壳体200的轴向并且由于与保持环210和凸缘212共同起作用而与支承壳体200相关。
图18和19示出了采用多个前述元件的两个动力设备设计方案12′和12″。具体地说，各动力设备12′和12″包括环形燃烧室14、出口26和空气入口28。各环形燃烧室与一对应的涡轮机转子装置16流体连通，该转子装置包括由轴承20和21可转动地支承的转子18。
参见图18，所示的动力设备包括一本体159，该本体包括环形燃烧室、一转子、由固定到转子上并且与燃烧器流体连通的的多个叶片构成的涡轮机、一与燃烧室流体连通且其中具有多个固定到位于其中的转子上的压缩机叶片的燃烧腔、与压缩腔流体连通的空气入口、多个固定到转子上的磁铁以及由设置在本体中的磁性吸引材料制成并且具有一定子线圈的定子，该定子线圈靠近多个磁铁，从而转子的转动可使定子周围的磁通量发生变化而在定子线圈中感应出电流而产生电流。入口空气从空气入口28沿流动路径160流向压缩机叶片102。在一外遮板162和油槽42之间形成流动路径160，如图1A和3所示。在图18所示的实施例中，环境温度下的空气被吸入空气入口28并且沿着流动路径160吸到油槽42周围。环境温度空气由升高的油温略加热，然后又可使油槽42中的油冷却。然后，空气由压缩机叶片102压缩。其后，压缩空气如前所述地进入环形燃烧室14，并且燃烧生成物和气体流过出口26。下面将讨论的一密封板装置400位于压缩机叶片102和涡轮机叶片104之间，并起到一隔热屏障的作用。还设置一圆柱形套套169，它由耐高温的含碳纤维聚合树脂制成。圆柱形套筒169位于磁铁周围并且可保持磁铁。磁铁和圆柱形套筒169都固定到转子上并且形成交流发电机转子，该转子机械地安装到发动机转子500上。套筒169中的碳纤维可使套筒169承受由高转速所产生的力。
参见图19，该图与图18类似，其相同标号表示相同部件，其中示出了一热交换器170。热交换器170包括一外遮板172、一入口通道174和一出口通道176。入口通道174位于出口通道176附近并且在入口空气经过压缩机的压缩机叶片102之后合同一块共用的壁。入口空气然后流过多个管178，这些管经过出口通道176并且进入环形燃烧腔116。来自环形燃烧腔116的出口气体流入涡轮机区域，在该处出口气体流过涡轮机叶片104而进入热交换器170，该热交换器170包括加热入口空气的流管178周围的出口区180。接着，流出的气体再流入出口通道176，它邻近入口通道174并且与其靠得很近，以使来自流过出口通道176的废气的热量可流到经过入口通道174的压缩空气中，从而冷却流出的气体并加热入口空气。然后流出的气体再从出口26流出。热的流出气体使入口气体预先加热并且可增加动力设备12″的效率。
在图20示出一磁铁预加载系统。一般的油润滑球轴承系统需要较轻的“预加载”用以保证球与相应的内、外座圈接触以防止在转子旋转过程中相对打滑以及固有的材料剥落损坏。燃气轮机通常会由发动机工作压力在近似30％的设计转子速度时产生一安全支承推力负荷，但这是在滚珠受到会引起“剥离”损坏的、一定程度的打滑之前才有。一些小的燃气轮机具有一套相互间如加工主轴一样预加载的滚珠轴承弹簧，但是燃气轮机的效果会受到产生其它问题的固有质差转子的设计而损失了。
本发明实施例包括具有一发动机转子系统300的整体式交流发电机，该系统包括一转子302和一定子303，其相应的质量中心轴向相互偏离2％，从而可使转子302对含铁的定子303产生一个固有的轴向向前的磁性吸引力。这可给滚珠轴承提供一个有利的预加载状态，而不会引起交流发电机输出损坏并且仅有一个滚珠轴承即可。
具体地说，转子302包括多个圆周向定位的永久磁铁MG(图中仅示出一个)，它们都靠近定子303。转子302和定子303的磁铁MG具有质量中心M1和M2，它们偏离距离“A”。转子302安装到一发动机转子301(它们与图1的转子18对应)。一滚珠轴承304(与前述的轴承21对应)设置在发动机转子301的一端，而形成转子302的轴承容纳部。滚珠轴承304包括一固定到发动机转子301的环形内座圈306以及一与内座圈同轴并且固定到本体定子壳体307上的环形外座圈305。滚珠308容纳在环形内座圈306和环形外座圈305之间的滚珠容纳槽中。定子303对转子302在由质量中心M1和M2所表示的轴向上的磁性吸力可产生一施加到滚珠轴承304上的连续预加载以防止剥离并且在环形外座圈305和环形内座圈306之间产生相对的轴向偏离。
图21和22示出了本发明的另一实施例。具体地说，图21示出了与外燃烧室衬壁112向后部分类似的衬壁310的一部分，如图11A所示。相同的标号表示相同的部件。衬壁310部分包括一后壁，该后壁具有多个与图11A所示结构类似的圆周向隔开有预先混合腔312，只是预先混合腔312的流出区或端部314相反地成笔直发散，如图11A所示。图22更详细地示出了预混合腔312。发散流出区314可降低燃料/空气混合物的气体流到环形燃烧室116的流出燃料/空气混合物沿一圆周发散方向流入环形燃烧室。预先混合腔312的发散结构可起到火焰保持件的作用以加强火焰的稳定性。
图23更详细地示出了压缩机/涡轮机结构100的一部分。压缩机/涡轮机结构100是一整体结构，包括多个与多个涡轮机叶片104隔开的压缩机叶片102。压缩机叶片102和涡轮机叶片104藉由一涡轮机盘和一压缩机盘固定到转动驱动轴106上；压缩机叶片102经受比涡轮机叶片104温度较低的气体；并且压缩机叶片102在受到与涡轮机叶片104接触的热气体时会发生故障。所以，在涡轮机喷嘴401和扩散器403之间的槽形部分或环形容纳空间402中有一密封板装置400，环形容纳空间形成于多个压缩机叶片10、涡轮叶片104和转动驱动轴106之间。
如图24所示，密封板装置400是一开口环，它基本上呈圆形并且由两个半圆段404构成。较佳地，两个半圆段404之一是由耐热材料制成的。密封板装置400的半圆形段404由安装在扩散器403和固定到本体上的涡轮机喷嘴401之间的一腔来保持在位，如图19和23所示。参见图23，各半圆段404的一个横截面包括一斜部408、一连接到斜部408上的杯形部410和一连接到杯形410上的边缘部412。涡轮机喷嘴401贴在密封边缘部412上以将密封板装置400保持在位。密封板装置400可形成一孔416，该孔直径近似等于但大于转动驱动轴106的直径，该轴位于环形容纳空间402附近，该空间经过孔416。密封板装置400的斜部靠近由压缩机叶片102形成的压缩机轮411。多个压缩机叶片102的边缘沿角度α延伸并且位于斜部408附近，如图19所示。一空气或气体间隙418由斜部408的一个表面420和杯形部410构成。具体地说，表面420和杯形部410包括两个隔开的壁，它们与环形燃烧室116流体连通，该腔可形成气体间隙418。密封板装置400可将压缩机叶片102与沿涡轮机叶片104分开以防止气体直接从涡轮机叶片流到压缩机叶片以及反过来流。ASTALLOY-X材料的较低导热性能、气体间隙418和具有形成于多个涡轮机叶片104附近的一个开口的小接触面积的边缘部412相结合，可向多个压缩机叶片102提供极好的隔热性能。可以相信，密封板装置400可由陶瓷材料或其它较差的隔热材料及极耐氧化的材料制成，以替代HASTALLOY-X材料。
一般地说，使上述发电系统运作的方法如下所述。首先，通电、即由一电池向定子供电而使转子转动。这可使空气吸入压缩机中，而成为压缩空气。压缩空气流入燃烧室，至少一部分与燃料混合而形成燃料/空气混合物。燃料/空气混合物在燃烧室中点燃而产生废气。废气和任何残留压缩气体可经过涡轮机的涡轮喷嘴，然后再流。当转子以第一速度转动时，停止向定子供电，而由位于转子周围而与定子共同起作用的的转动磁铁来发电。较佳地，转子轴承由润滑油润滑，润滑油和燃料可通过一马达驱动的泵提供。较佳地，燃料/空气混合物经过发散喷嘴而引入燃烧腔，并且压缩空气由废气预热。
再参见图1A和1B，发电系统100可以以下较佳的方式运作。首先，发电系统10由从DE电池72供能启动，并且打开电-机燃料阀，它较佳地作为起动操作。另外，也可用一AC电源来代替DC电池。此阀总是打开的并且仅在紧急状态下关闭，其中燃料必须切断。然后启动点火器。直流电池电源72脉冲启动点火器。电池电源可使压缩机轴转动，以使入口空气流到环形燃烧室14。燃料驱气阀39保持在关闭位置，并且仅在停机时打开一段时间以通过燃烧室背压而将燃料从燃料喷嘴40排到供应罐30。
然后启动电动机52。此电动机可驱动润滑油泵50和燃料泵36。在油压达到一设定最小值之前，燃轮机发流发电机/发动机将不启动。油压传感器监测油压以确定油压下降到低于一设定值时的紧急停机状态。燃料泵36可同时提供一调节的燃料供应压力。
由于上述程序，发动机定子开始转动而使空气流入发动机。在近似5％的转子设计速度时，继续点火并且当发动机转子近似10％设计转子速度时，燃料可被输送到燃烧器。点火器GP点燃环形燃烧室14中的燃料/空气混合物。在近似40％转子速度时，点火器和启动器停止工作。发动机继续加速到转子设计速度。重要的是，此混合物的点火要在使燃料/空气火焰点火缓慢发生之前进行。流到燃烧器的初始量的燃料可根据入口和出口废气温度来形成，它们可用于设定电磁比例燃料计量阀38。在初始的点火和有足够的火焰能量之后，转子速度加速到转子设计速度。转子速度取决于废气温度。当废气温度超过预定的最大温度超过4秒钟时，即将电动机52关闭。
可以相信，本系统可代替重量为2,000磅的目前现有技术的柴油机发电机。还可以相信，由一根据本发明所制成的燃气轮机提供动力的45千瓦发电机将重约350磅，且其排放物低于30ppm。而且，本发明还可在不同速度下有效地运作，但最好是在恒速下运作。
具体地说，在系统的通电/起动过程中，能量来自一24伏电池。一电-机燃料阀是打开的。然后，一点火器由向一火花塞(当电能在2500伏时为0.25至0.34安，每秒四至五次火花)提供脉冲动力而启动。这取决于系统是“冷起动”还是“热启动”，“冷起动”发生在压缩没有长时间工作时，“热启动”发生在压缩机处于工作状态时。压缩机入口温度和残余废气温度将影响开始的燃料流以转变过温度状态。燃料流由一比例电磁阀装置控制。前述的弹簧加载驱气阀一般是关闭的，并且仅在停机时打开一分钟，以藉由燃烧室背压将残余燃料排入燃料罐。油泵通过至常压型油泵和燃料泵的电动机而与燃料泵一起启动。在油压小于最小压力值之前，燃气轮机电动机将不启动旋转。一油压传感器还可用于当油压下降到低于最小值时的紧急停机。一由24伏电动机驱动的自动式燃料泵向电磁比例计量阀提供65至70帕斯卡的调节燃料供应压、该燃料供应压被设定成一预定的表列值。较佳地，油泵和燃料泵都由相同的发动机驱动。然后燃气轮机转子装置由一电动机转动，其时该发电机起到一起动电动机的作用。使电动机转动所需的能量可以预定成1)流过压缩机的流量和压力；2)由从涡轮机膨胀出的热气体吸出的能量，它是作为在20％至50-60％的转子设计速度和/或温度的函数而增加的。在近似40％转子设计速度时，电动机能量将切断并且转子将能自保。流到燃烧室的燃料在转子设计的5％时(例如，在100,000RPM系统中的5,000RPM时)启动。重要的是，先点火(在未点火时段)。这可产生一缓慢点火。流到燃烧室的燃料初始可根据入口和残留废气温度来建立以适当设定比例电磁阀。燃料可在转子以其100％的转子速度转动之前添加到燃烧室中。在开始点火之后，控制系统监测在1000°F以上的废气温度，并且将转子速度的加速度控制到接近90％的设计转子速度。在此时，控制燃料，以使废气温度在500°F至1000°F范围中，更好地是在500°F和700°F范围中。至100％设计转子速度的起动时间可以少于10秒钟。一个过温中断开关位于废气出口附近，在废气温度超过预定值几秒钟时，中断燃料供应。在单位转子速度的90％设计转子速度时，系统将由一封闭环来控制，用以保持100％的设计转子速度。因而，燃料流将根据负荷要求而变化以保持100％的转子设计速度。较佳地，100％转子设计速度的速度控制环可以通过中断点火以及将动力从系统抽出而保持。废气温度可随功率要求而改变。
本发明可以在一加载和脱载状态过程中保持100％转子设计速度，并且可以相信在加载状态下要求总涡轮机功率的50％用来驱动压缩机。而且，发动机控制器可监测系统以确定燃料泵、油泵或驱动这些泵的电动机52是否失灵。
虽然以上已经描述了本发明较佳实施例，但应当理解，在本发明所附权利要求书范围中内还可有其他的实施例。
权利要求
1.一种发电系统，包括一本体；设置在所述本体中的一环形燃烧室；由多个固定到一转子上的涡轮机叶片构成的一涡轮机，所述涡轮机设置在所述本体中并与所述燃烧室流体连通；设置在所述本体中并与所述燃烧室流体连通的一压缩机腔；多个固定到所述转子上的压缩机叶片，所述压缩机叶片位于一压缩机腔中；一与所述压缩机腔流体连通的空气入口；与所述涡轮机流体连通的出口；多个固定到所述转子上的磁铁；以及设置在所述本体中的磁性吸引材料制成的定子，所述定子靠近所述多个磁铁，从而所述转子的转动引起所述定子周围磁通量的变化而产生电流。
2.如权利要求1所述的发电系统，其特征在于，还包括与所述环形燃烧室流体连通的燃料泵。
3.如权利要求2所述的发电系统，其特征在于，所述燃料泵是变容排液燃料泵。
4.如权利要求3所述的发电系统，其特征在于，所述燃料泵是变容排液油泵。
5.如权利要求2所述的发电系统，其特征在于，还包括用于可转动地支承所述转子的一轴承；以及与所述轴承流体连接的一润滑油泵。
6.如权利要求5所述的发电系统，其特征在于，所述燃料泵和所述油泵都是变容排液泵。
7.如权利要求6所述的发电系统，其特征在于，各所述泵包括一位于一壳体中的内转子，所述内转子用于绕所述壳体运动以从所述壳体泵出流体，各所述内转子由一电动机驱动。
8.如权利要求7所述的发电系统，其特征在于，各所述内转子由相同的电动机驱动。
9.如权利要求8所述的发电系统，其特征在于，各所述变容排液泵是常压型油泵，各所述内转子与位于所述壳体和所述内转子之间的外转子共同起作用，一轴连接到至少一个所述内转子和所述电动机上。
10.如权利要求1所述的发电系统，其特征在于，还包括一与所述环形燃烧室流体连接的燃料计量阀。
11.如权利要求10所述的发电系统，其特征在于，所述燃料计量阀包括具有一用于沿一纵轴延伸的柱塞的比例电磁阀，所述柱塞具有一末端；形成一柱塞腔的阀体，所述柱塞在所述柱塞腔中延伸，所述本体形成一入口和一出口；以及其中形成有一孔的一流量板，所述流量板固定到所述阀体上并且位于所述入口和出口之间的柱塞腔中，从而所述柱塞沿第一纵向的运动可使所述末端与所述流量板中的孔共同起作用以改变从入口至出口经过所述有孔板中的所述孔的流量。
12.如权利要11所述的发电系统，其特征在于，所述末端的直径沿纵轴变化。
13.如权利要求12所述的发电系统，其特征在于，末端直径在小于流量板的孔径至大于流量板的孔径之间变化，从而所述柱塞用于既沿第一纵向运动又沿第二纵向运动，当所述柱塞沿第一纵向运动第一距离时，所述柱塞末端伸过所述流量板中的所述孔，并且所述流量板接触，在一阻断位置阻断流过所述流量板的流量，当所述柱塞沿第二方向从阻断位置上运动时，所述末端远离所述流量板并且流过所述流量板的流量作为所述末端的纵向位置的函数而变化。
14.如权利要求10所述的发电系统，其特征在于，所述燃料计量阀包括具有一用于沿一纵轴延伸的柱塞的比例电磁阀，所述柱塞具有一末端；形成一柱塞腔的阀体，所述柱塞在所述柱塞腔中延伸，所述本体形成一入口和一出口；所述末端具有一阻断部和形成于其中的具有一入口和出口的流量通道，其中入口与所述出口流体连通，从而所述末端沿第一纵向的运动可使所述入口、出口和阻断件与所述入口和出口共同起作用以改变从入口至出口经过所述阀体的流量。
15.如权利要求1所述的发电系统，其特征在于，还包括一环形轴承，它通过所述轴承中的一个环形部可转动地容纳所述转子的圆柱形部分，所述轴承固定到所述本体上，所述轴承用于支承所述转子，这样所述转子可绕一纵轴转动。
16.如权利要求15所述的发电系统，其特征在于，所述轴承通过一锁定结构固定到所述本体上，所述锁定结构包括一固定于所述轴承并沿径向而远离环形部延伸的凸缘，一圆柱形轴承容纳孔形成在本体中以容纳所述轴承，一凸缘容纳槽形成在所述本体中以容纳所述凸缘，并且可防止所述轴承绕相对所述本体的纵轴转动；以及一与所述轴承共同起作用的锁定件以限制所述轴承沿相对所述本体的第一纵向运动。
17.如权利要求16所述的发电系统，其特征在于，所述凸缘槽在所述本体上的一终点处终止，终点与所述凸缘共同起作用以限制所述套筒沿相对所述本体的第二纵向运动。
18.如权利要求15所述的发电系统，其特征在于，还包括位于所述轴承的一个外表面和所述本体之间的一阻尼件。
19.如权利要求18所述的发电系统，其特征在于，所述阻尼件是由弹性材料制成的O形环。
20.如权利要求17所述的发电系统，其特征在于，两个凸缘系由一对隔开的拱形边形成，各所述拱形边形成面对凸缘的容纳槽的开口，凸缘容纳槽隔开并且具有两个径向延伸凸缘的环形保持凸缘环固定到所述轴承上，所述凸缘由对应的凸缘容纳槽容纳；所述锁定件是位于形成于所述拱形边中的卡环槽中的卡环。
21.如权利要求11所述的发电系统，其特征在于，所述环形燃烧室包括一外壳壁；一外燃烧室壁；以及一内燃烧室壁，所述外壳壁和所述外燃烧室壁形成与所述压缩机腔流体连通的空气流道，所述内燃烧室壁和所述外燃烧室壁形成与所述涡轮机和空气流道流体连通的一燃烧腔。
22.如权利要求21所述的发电系统，其特征在于，还包括经过所述外壳壁的一燃料喷嘴；以及安装到所述外燃烧室壁上的预混合腔，所述预混合具有与所棕燃料喷嘴和空气流道流体连通的一第一端，并具有位于所述燃烧腔中的第二端，从而燃料和压缩空气可流入所述预混合腔、并且在所述预混合腔中混合以形成一燃料/空气混合物，它从所述预混合腔的第二端进入所述燃烧腔。
23.如权利要求22所述的发电系统，其特征在于，还包括一具有一固定到所述外燃烧室壁的一端和具有固定到在所述预混合腔第一端和所述预混合腔第二端中间的所述预混合腔上的第二端的预混合管道，所述预混合管道与空气流道和预混合腔流体连通。
24.如权利要求22所述的发电系统，其特征在于，所述预混合腔的第二端发散。
25.如权利要求23所述的发电系统，其特征在于，燃料进入所述预混合腔处的所述燃料喷嘴的一端与预混合腔第一端分开一段距离。
26.如权利要求22所述的发电系统，其特征在于，还包括位于所述燃烧腔中的一点火器。
27.如权利要求22所述的发电系统，其特征在于，所述预混合腔包括用于使经过所述预混合腔的燃料离心旋转的装置。
28.如权利要求21所述的发电系统，其特征在于，所述多个压缩机叶片由一环容纳空间从由所述转子形成的所述多个涡轮机叶片纵向隔开，所述发电系统还包括一固定到所述本体上并且位于所述环容纳空间中的一开口环，所述开口环限定转子经过其中的孔，所述环将所述压缩机叶片与所述涡轮机叶片分开以防止气体从压缩机叶片直接流到所述涡轮机叶片上以及从涡轮机叶片流到压缩机叶片上。
29.如权利要求28所述的发电系统，其特征在于，所述开口环包括两段，各段包括两个分开的壁，而限定一与所述燃烧室流体连通的气体间隙。
30.如权利要求1所述的发电系统，其特征在于，还包括一热交换器，所述热交换器包括一与所述涡轮和出口流本连通的出口通道，以及一与所述压缩机腔和环形燃烧室流体连通的压缩空气入口通道，从而气体排出通道很靠近压缩空气入口通道，这样来自经过所述气体排出通道的废气的热量，可流到经过压缩空气入口通道的压缩空气中，从而可使废气冷却并使压缩空气加热。
31.如权利要求30所述的发电系统，其特征在于，所述压缩空气入口通道和所述气体排出通道包括共用的壁。
32.如权利要求31所述的发电系统，其特征在于，所述压缩空气通道包括多个经过气体排出通道的管子。
33.如权利要求1所述的发电系统，其特征在于，还包括转子的轴承容纳部，其中所述磁铁的质量中心和定子的质量中心轴向偏离以藉由所述定子和磁铁的磁性吸引而对轴承预加载。
34.如权利要求13所述的发电系统，其特征在于，所述轴承具有固定到所述转子上的一个内座圈的一滚珠轴承、固定到所述本体上的一个环形外座圈以及多个由内座圈和外座圈容纳的滚珠，从而内座圈与外座圈纵向偏离。
35.用于使发电系统运作的方法，包括以下步骤使其上装有多个压缩机叶片和多个涡轮机叶片的一转子转动，并且多个磁铁位于所述转子周围，所述多个磁铁靠近一定子，从而向所述定子提供电能以使转子转动；将空气吸入包含多个压缩机叶片的一压缩机中；由压缩机压缩吸入的空气；使压缩空气流到一燃烧腔；将燃料与至少一部分流入燃烧腔的压缩空气混合而形成燃料/空气混合物；对燃烧腔中的燃料/空气混合物点火而产生热能；使热能和任何残余压缩空气流过包括多个涡轮机叶片的涡轮机；使热量和残余压缩气体排出；当转子以第一速度转动时，中断向定子提供电流；以及由位于与定子共同起作用的转子周围的转动磁铁来产生电流。
36.如权利要求35所述的发电系统，其特征在于，转子由润滑油润滑，所述方法还包括以下步骤通过由一电动机驱动的泵提供润滑油和燃料。
37.如权利要求35所述的发电系统，其特征在于，燃料/空气经过发散喷嘴引入燃烧腔。
38.如权利要求35所述的发电系统，其特征在于，还包括以下步骤利用热能对压缩空气进行预加热。
全文摘要
一种发电系统,具有一本体(159)、一环形燃烧室(14)、一涡轮机(16)、一压缩机腔和一位于压缩机腔中的压缩机(102)。一入口与压缩机腔流体连通,一出口与涡轮机流体连通。多个磁铁(MG)固定到和一由磁性吸引材料如铁所制成的转子(18)和定子(22)上,并且定子(22)具有设置在本体(15)中的定子线圈。定子线圈靠近多个安装到转子上的磁铁,从而转子(18)的转动可在线圈中产生电流。
文档编号F23K5/14GK1255190SQ97180322
公开日2000年5月31日 申请日期1997年12月3日 优先权日1996年12月3日
发明者J·M·梯梯斯, J·W·梯梯斯 申请人:艾略特能源系统股份有限公司