一种低温工质汽轮机设备及使用方法与流程

本发明提供一种低温工质汽轮机设备和使用方法，应用于热水发电、低温余热发电、中高温余热、生物质发电等领域，属一种低温发电工质特殊汽轮机设备及其应用的技术领域。

背景技术：

汽轮机是一种以蒸汽为动力，并将蒸气热能转化为机械功的旋转机械。汽轮机具有单机效率高、功率大、寿命长等优点，被广泛应用在火力电站、生物质发电、余热发电和大中小型机械动力设备等工业应用中。

传统火力发电、生物质发电和余热发电，大部分都采用水作工质，通过水泵加压将水输送到余热锅炉中，水吸热能气化形成高压蒸汽，驱动汽轮机(或膨胀机)高速旋转，并带动发电机高速旋转输出电能。汽轮机(或膨胀机)排出的乏汽，经冷却塔与环境中冷水冷空气换热，释放乏汽潜热能量，冷凝成水再用水泵输送给锅炉重新加热成蒸汽，驱动汽轮机设备输出机械能或带动发电机输出电能，如此循环。

市场上还有一种低温有机朗肯循环发电，该低温的余热发电技术采用沸点温度为15℃左右的有机工质，可实80℃(甚至低至60℃)以上的热水和蒸汽发电。缺点是有约10％左右的发电效率，最高也就约20％左右的发电效率，近80～90％的热能量被冷却塔白白的浪费，同时还采用每吨成本价格为10万元左右的昂贵有机工质。

另外还有，汽轮机缸体静止不动，汽轮机转子(或者膨胀机转子)的转速非常快，高速旋转的转轴与静止不动的缸体之间需要进行密封，否则汽轮机输入的超高压蒸汽，就会顺着汽轮机转轴外泄，且泄漏压力很大。另外还有，高温高压蒸汽还会冲击到安装在汽轮机轴端的轴承和轴承座，造成汽轮机轴承润滑油乳化，将进一步造成汽轮机的轴承失去润滑而损坏，进而危及到整个汽轮机的安全和正常运行。

汽轮机需要有轴封系统，传统有齿形汽封、布莱登汽封、蜂窝式汽封、刷子汽封、柔齿汽封、弹性齿汽封；高压进气端虽然装有轴封，但是仍然不能够避免蒸汽通过轴封进行外漏。大型汽轮机设备的泄漏量每小时达到10吨以上，为减少损失把高压端轴封分成若干段，每段之间留有一定空室，再将这些空室中漏汽按照其压力的不同，通过管道分别引至不同的地方加以利用，并设置有自密封等系统。

系统也相对比较复杂，汽轮机启动和停机过程中，高压端轴封没蒸汽，则需要引用经过减温减压的新蒸汽，同时送入到高压端和低压端轴封中，达到80％左右负荷后再结合自密封等系统，整个轴封系统也是相当复杂。其余少量漏气再经过几道轴封片后，由信号管排放至大气，运行中可通过观察信号管的冒汽情况来监视轴封工作的好坏。尤其是低温的有机工质，每吨成本达10万左右，因此轴封的泄漏，成本也相当的昂贵。

标准大气压下，沸点温度低于0℃的低温发电工质，国内和国际都还处于比较早期的研究阶段，对于搞发电的技术人员来说，极其低温的液氮和液空发电工质，沸点远低于环境温度，最大难点是低温发电工质驱动汽轮机做功后，极其低温的乏汽如何还原是最大的难点。

为解决这些问题，申请人经过二十多年的探索，最终找到一种防止低温发电工质汽轮机轴封泄漏的技术和低温工质还原的技术。低温发电工质汽轮机做功后，可以低成本的将低温的乏汽还原成极其低温的低温液体；并且还找到提高汽轮机系统发电效率的方法。人们为获得更多的发电输出，不断提高进气温度和压力，并且尽可能降低乏汽的温度和压力，现汽轮机设备的进气温度已经达到600℃以上，乏汽温度已经低于工质的标准沸点，排气压力也多为真空，在获取更多发电输出的同时，乏汽中所蕴藏的极其巨大低品位潜热能量无法利用，只能把潜热释放掉才能实现乏汽冷凝成水，这样做也导致乏汽中蒸汽工质的密度极其低，汽轮机的末级叶片和次末级叶片长度明显增加，从而造成汽轮机设备的体积庞大。

本发明的实施例是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供一种低温工质汽轮机设备及使用方法，所述低温工质汽轮机设备由静止部分和转动部分构成；所述汽轮机的缸体从中分结合面分为下汽缸和上汽缸；所述汽轮机从输入到输出又分为，汽轮机输入端、汽轮机设备本体、和汽轮机输出端；

所述汽轮机输入端，包括输入端缸体、输入端轴承和轴承座、输入端转轴、高压进气口；

所述输入端轴承和轴承座包括有支撑轴承和推力轴承，在所述输入端轴承和轴承座外面，还设置有绝热壳体；

所述绝热壳体分上绝热壳体和下绝热壳体；所述下绝热壳体设在输入端轴承和轴承座位置的下汽缸内，并与下汽缸紧密结合；所述输入端轴承和轴承座安装在下汽缸内的所述下绝热壳体中；

所述下绝热壳体与所述上绝热壳体设有法兰(上绝热壳体与下绝热壳体结合部边沿设置螺丝紧固的法兰结构)，通过所述法兰和螺栓紧固，所述下绝热壳体与所述上绝热壳体的内腔，形成一个密闭的绝热空间；所述输入端转轴、所述输入端轴承和轴承座及润滑油，被密闭在所述绝热壳体的绝热空间内部；

在所述绝热壳体包裹所述输入端转轴的接触位置，还设置有绝热壳体密封，所述绝热壳体密封阻止绝热壳体内的轴承润滑油从绝热壳体密封处对外泄漏；

所述汽轮机设备本体，包括汽轮机设备缸体、转子叶轮和汽轮机隔板；所述汽轮机输出端包括乏汽出口、输出端缸体、输出端轴承和轴承座、联轴器和发电机；

所述低温工质汽轮机设备的高压进气口所输入的高压气体工质，温度必须高于所述气体工质的临界温度；所述低温工质汽轮机设备输出的乏汽，温度必须要达到所述发电工质的临界温度；所述汽轮机设备的实际工况区，始终处在所述发电工质的临界温度以上；

所述低温工质汽轮机设备的静止部分和/或转动部分的材料为耐低温材料，包括并不局限于奥氏体低温钢、铁素体低温钢及合金钢；

进一步地，所述绝热壳体的上绝热壳体与下绝热壳体通过所述法兰和螺栓紧固，内部形成一个密闭的绝热空间；

可选的，在所述上绝热壳体顶部设润滑油注入孔，令所述轴承和轴承座的绝热空间内注入润滑油(适用于成本相对较低，中小型设备，不长期运行，使用温度不很高的汽轮机或者螺杆膨胀机等机械设备；

所述绝热壳体还包括有与所述绝热壳体相连的润滑油输出管道、润滑油过滤器、润滑油冷却器和润滑油泵；所述润滑油泵输出的低温高压润滑油经润滑油输入管道送至所述绝热壳体内的轴承和轴承座；

可选的，所述润滑油过滤器、所述润滑油冷却器和所述润滑油泵设置在汽轮机设备缸体内部，适用于中小型设备，安装简单快捷，成本相对较低；

优选的，汽轮机设备较大，拥有充足的场地且不计较成本，所述润滑油过滤器、所述润滑油冷却器和所述润滑油泵优选外置，优选性能优良的上等材料，优选设置两套及以上系统，一用一备，确保所述汽轮机设备的轴承和轴承座以及轴承润滑系统绝对的安全和可靠；

所述汽轮机设备的缸体内，还设置有润滑油温度探头、润滑油压力探头、润滑油量探头，以及汽轮机缸体内部的压力探头；通过以上探测设备，可随时掌握汽轮机设备缸体内部的情况，以确保所述汽轮机设备的绝对安全和可靠；

高压进气口与所述绝热壳体之间，还设置有轴封，所述绝热壳体与所述轴封之间，还设有输入端预留空间或者管道，所述输入端预留空间或者管道设在下汽缸中，储存从绝热壳体密封处泄漏的润滑油，并通过第一管道阀门将所述泄漏出来的润滑油排出。条件允许，所述轴封与所述绝热壳体之间保持有足够距离和空间，预留空间可以缓冲高压进气口对绝热壳体的温度影响，优选的，设置一套以上的绝热壳体和密封，以确保汽轮机设备的轴承和轴承座绝对安全和可靠。

可选的，所述低温工质汽轮机设备将输出端轴承和轴承座以及发电机设备，均隐藏到汽轮机设备的输出端缸体内，并对汽轮机设备输出端的缸体做安装发电机位置的改进，以便于适合安置发电机设备(包括盘车等装置，以上所述设备根据实际情况和需要，可选择设置在缸体内部；也可以设置在缸体外部，在设置在缸体外部时，设备输出端与轴承和轴承座之间，需要设置性能优良的轴封系统)；

所述低温工质汽轮机的输入端，所述低温工质汽轮机设备的输出端，均设置在汽轮机设备的缸体内，用汽轮机设备缸体的高度密闭性结构进行密封，避免成本昂贵的低温发电工质从所述低温工质汽轮机设备转轴两端的轴封处泄漏。

进一步地，所述低温工质汽轮机设备的输出端还设置有乏汽回热器和低温液体工质存储器，以及低温液体泵和主换热器；

所述乏汽回热器高温管路的输入端连接所述低温工质汽轮机的乏汽出口，所述乏汽回热器高温管路的输出端连接所述低温液体工质存储器的输入端；所述乏汽回热器低温管路设置在所述低温液体泵与所述主换热器之间；

所述低温液体工质存储器、所述低温液体泵、所述乏汽回热器低温管路、所述主换热器，所述低温工质汽轮机、所述乏汽回热器高温管路依次连接；所述乏汽回热器高温管路的输出口，连接所述低温液体工质存储器的输入口，形成闭环；

所述主换热器为低温发电工质与外部热源进行换热的主要设备，包括并不局限于锅炉、核电锅炉、太阳光热发电热交换装置、余热锅炉、高温热水烟气热交换器，地热交换器的任意一种或多种组合。

进一步地，所述低温液体工质存储器还设置有低温工质降温装置，所述低温工质降温装置包括依次连接的压缩机、热交换器和节流降压装置；

所述压缩机设在所述低温液体工质存储器与所述热交换器之间，所述节流降压装置设在所述热交换器与所述低温液体工质存储器之间，所述节流降压装置出口连接所述低温液体工质存储器形成闭环；

所述热交换器高温管路设在所述压缩机和所述节流降压装置之间，所述热交换器低温管路设置在所述乏汽回热器低温管路出口或者设置在所述乏汽回热器高温端，并将所述压缩机设备压缩气体产生的热能量，释放到所述乏汽回热器低温管路出口的发电工质中，或者释放到所述乏汽回热器高温端的发电工质中；

所述节流降压装置包括具有节流降压功能的节流阀、截止阀、膨胀阀、或者膨胀机设备；优选膨胀机设备(应用膨胀机设备可以对压缩机产生的压力能，进行回收和发电输出，应用膨胀机设备节流降压，输出的工质温度更低，更加有利于所述低温液体工质存储器中的工质降温。膨胀机设备降温效果最好，且更加节能，但成本高，体积也大；节流阀、截止阀、膨胀阀等部件具有体积小，成本低优势。

进一步地，所述汽轮机还包括并不局限于膨胀机和气动机设备；所述膨胀机和所述气动机设备具有与汽轮机相同的输入端和输出端，并且具有与所述汽轮机相同的使用方法。本发明申请，只针对汽轮机的密封轴封系统和润滑油系统，以及设备输入端和输出端进行限定，以及使用方法和工艺进行限定；并没有针对汽轮机本体的具体结构和工作原理进行限定，因此，本发明申请也适用于所述膨胀机和所述气动机等气体透平设备；

可选的，所述低温工质汽轮机设备中的工质为标准沸点低于零摄氏度的二氧化碳、液氮、液空、液氢、液氦、甲烷、乙烷、氧气、氩气、普通简单气体、烃类气体、气体制冷剂纯净物、气体制冷剂混合物中的任意一种或多种组合；

所述低温工质汽轮机设备的静止部分和/或转动部分的材料为耐低温材料，包括并不局限于奥氏体低温钢、铁素体低温钢及合金钢；所述低温工质汽轮机设备，符合发电工质实际温度范围内所需的热胀冷缩和/或能量密度的物性。

所述低温工质汽轮机设备的缸体外，和低温工质汽轮机乏汽输出端口处以及相应管道还设有绝热层或者将设备置于绝热的冷箱中，所述绝热层的绝热材料需要具有良好的绝热，包括并不局限于泡沫材料、纤维材料、超细玻璃棉、高硅氧棉、真空隔热板、气凝胶。

第二方面，本发明实施例提供一种常温工质汽轮机的使用方法及工艺，目的是为了更好陈述和说明所述汽轮机设备的新颖性、创造性和实用性，并且以此作为例子，也能够让人更好的理解和接受这种低温工质汽轮机设备及使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

在介绍此常温工质汽轮机设备及使用方法之前，需要备注一下，此常温工质汽轮机设备及使用方法作为一种拓展内容，此内容除不包括权利要求7所述内容外，并不违背权利要求1-6所述的内容。

通常情况下，低温工质汽轮机设备及使用方法可应用到常温工质汽轮机领域(包括膨胀机设备和气动机设备)，低温工质汽轮机设备和常温汽轮机设备的最主要区别是材料上的选择。例如：低温工质汽轮机设备可使用奥氏体304不锈钢或者316不锈钢加工，不锈钢理论使用温度为-190℃到高温860℃左右，还有资料介绍不锈钢使用温度可以低到-250℃和高温达到1000℃，每个厂家材料成分不同，使用温度范围也会有一些区别，不再具体的纠结。通过数据可看出低温不锈钢的使用温度比较宽，除了承受低温还可以承受高温，因此低温工质汽轮机设备可以应用于常温领域，但是成本价格比较高些。

但是常温汽轮机设备的材料就不一定能够用到低温领域，有些钢材用到低温领域就会出现变脆和裂的现象，因此就不适合低温领域。为了便于更好的理解该低温工质汽轮机设备及使用方法，特以此常温汽轮机设备及使用方法先行介绍一下，具体内容如下：

所述常温工质汽轮机将输入端轴承和轴承座及润滑油设置在所述常温工质汽轮机缸体内；用汽轮机缸体的高度密闭性结构，令所述常温工质汽轮机输入端和输出端漏气降到最低；

所述低温液体工质存储器储存的发电工质为水(20℃环境温度)，通过低温液体泵加压到所述乏汽回热器的低温管路，与汽轮机输出的温度高达临界温度(374℃，潜热为0)的乏汽换热，所述乏汽回热器低温管路中的水吸收乏汽的热能后，温度被提升到接近临界温度(换热器金属管壁有0.5℃以上的换热温差)，再从乏汽回热器低温管路输送至主换热器(如锅炉设备)中加热到500℃以上，水吸热形成高温高压气体，输入并驱动所述常温汽轮机设备高速旋转和做功；并带动发电机高速旋转输出电能；所述常温汽轮机设备输出的乏汽，温度达到水(工质)的临界温度(374℃，潜热为0，潜热变显热)，用低温液体泵输出的冷水(20℃环境温度)，冷却所述乏汽成为水(接近水泵输出的20℃水，换热器金属管壁有0.5℃以上的换热温差)，并返回到所述低温液体工质存储器中备用，完成一个发电过程；

所述低温液体工质存储器中的水(20℃环境温度)，再通过低温液体泵升压到所述乏汽回热器低温管路入口，继续吸收汽轮机输出的(374℃)乏汽热能，水温度被提升到接近临界温度(有0.5℃以上的金属管壁换热温差)，并从乏汽回热器低温管路出口输送至所述主换热器(锅炉设备)中，加热到500℃以上成为高温高压气体，驱动所述常温汽轮机设备高速旋转做功并带动发电机发电输出，如此不断的循环和不断的发电输出；

所述常温汽轮机设备实际工况区，始终都在临界温度(374℃)以上，所述汽轮机设备排出的乏汽温度为水(工质)的临界温度。

第三方面，本发明实施例为了更好的陈述和说明所述低温工质汽轮机设备的新颖性、创造性和实用性，还提供了一种低温工质汽轮机设备的使用方法和使用工艺，包括如下步骤：

所述低温液体工质存储器中储存的低温工质为标准沸点低至-180℃以下的液空，经低温液体泵加压到所述乏汽回热器低温管路，并与低温工质汽轮机输出的温度达临界温度(-140℃)的乏汽换热，低温液体发电工质吸收乏汽热能，温度被提升到接近临界温度(-140℃，有0.5℃以上的金属管壁换热温差)，并从乏汽回热器低温管路的出口，输送至所述主换热器(如余热锅炉)中加热；低温发电工质吸收热能形成高温高压空气，输入并驱动所述低温工质汽轮机设备高速旋转做功；并带动发电机高速旋转输出电能；

所述低温工质汽轮机输出的乏汽，温度达到低温发电工质空气的临界温度(空气临界温度为-140℃，汽化潜热为0，潜热变显热)，用低温液体泵输出的低温液体，温度低至-180℃以下的液空冷却所述乏汽，令所述乏汽冷却成为极其低温的液空，并且返回至所述低温液体工质存储器中备用，完成一个发电的循环过程；

所述低温液体工质存储器中储存的低温液空(温度-180℃以下)，通过所述低温液体泵继续提压，输送至所述乏汽回热器低温管路中，继续吸收低温工质汽轮机输出的乏汽热能(温度达-140℃临界温度)，低温发电工质的温度被提升到接近临界温度(-140℃，有0.5℃以上金属管壁换热温差)，并从乏汽回热器低温管路输出至所述主换热器中加热(如余热锅炉)；继续吸收热能成为高温高压的空气，输入并驱动所述低温工质汽轮机高速旋转和做功，并带动发电机发电输出，如此不断的循环和不断的发电输出。

备注，水的沸点约100℃，比热容约4.2kj/kg，临界温度约374℃，水蒸汽(乏汽)的定压比热容约为2kj/kg，汽化潜热约2259kj/kg；液空；沸点约-183℃，液体比热容约2kj/kg，气定压比热约1kj/kg，临界温度约-140℃，汽化潜热约199kj/kg；通过上述参考数据，空气的汽化潜热要远小于水蒸汽的2259kj/kg，空气的气体定压比热容与水蒸汽的也相差不很大；因此，空气作为发电工质也是完全可以的，其中最大的优势是汽化潜热约199kj/kg，明显小于水蒸汽；

另外还有，空气的沸点温度低，临界温度也低，完全可以应用于低品位的低温余热发电，热水发电领域；空气的可获得性强，安全上也有保障，使用过程中完全可以在液氮中加入一点点液氧，假设出现锅炉或高压管道爆裂，最多也就是刮台风，不会对人员造成致命伤害。高温高压水蒸汽出现锅炉或者高压管道爆裂，将会对人员造成烫伤；因该低温工质汽轮机设备一般都应用于相对低温的领域(最高温度约100℃～150℃)，因此即使出现突发事故，空气是往上散发，水蒸汽是从上往下烫伤。因此使用空气作为发电工质，不但可以充分的利用极其丰富的低品位能源，人员的安全性也更加有保障。

第四方面，本发明实施例还提供了一种动力设备，适用于权利要求1-9中任一项所述的汽轮机设备及使用方法。所述动力设备包括所述汽轮机设备直接驱动机械设备作为一种动力设备；同时也包括所述汽轮机设备驱动发电机发电对外输出电能，再采用电动机驱动机械设备作为一种动力设备；同时还包括汽轮机设备驱动发电机发电对外输出电能，并且通过蓄电池等储存设备储存能量，然后再通过电动机等设备驱动机械设备作为一种动力设备的情况。

技术实现要素：
介绍和有益效果是：

本发明的目的，是在于提供一种汽轮机设备和使用方法，尤其是提供一种低温工质汽轮机设备及使用方法；市场上的汽轮机设备绝大部分都是用水做工质，使用标准沸点低于0℃的，二氧化碳、液氮、液空，液氢，甚至液氦的低温工质汽轮机设备，还处于比较早期的探索阶段，以及包括这种低温工质汽轮机设备的使用方法和使用工艺。

从事余热发电、生物质发电、火力发电的人员，汽轮机设备(或者膨胀机设备)的工作原理对于行业内的技术人员来说都比较清楚，高压水蒸汽通过隔板喷嘴，形成高压气体使汽轮机扇叶及叶轮高速旋转并带动汽轮机转轴和驱动发电机设备发电输出。高压水蒸汽可以使汽轮机叶轮高速旋转(或者驱动膨胀机、气动机设备高速旋转做功)，高压的二氧化碳，高压的氮气，高压的空气，通过隔板上的喷嘴后，也能够让汽轮机叶轮进行高速的旋转做功，汽轮机叶轮是不区分高压水蒸汽，还是高压二氧化碳气体，高压氮气，高压空气的，对于从事汽轮机的人员，这些大家都能够理解。最大的难题是：高压二氧化碳，高压氮气，高压空气，驱动汽轮机高速旋转做功后，排出的乏汽如何还原成为液体，这是从事发电的技术人员不能解决的最大难题。

传统水蒸汽朗肯循环，汽轮机排出的乏汽，可以用冷却塔通过环境中的空气或者冷水进行冷凝还原，将乏汽中蕴藏的潜热能量通过冷却塔、空冷岛等设备释放到环境空气中，乏汽就会冷凝成为水，再通过水泵加压到锅炉加热。但是，高压二氧化碳，高压氮气，高压空气，驱动汽轮机高速旋转和做功后，排出的乏汽温度低于环境温度，尤其是极其低温的氮气，想还原成为液氮非常困难，汽轮机带发电机产生的电能，都不够氮气还原成为液氮所消耗的电能，这样做就没有任何的经济价值和意义，所以低温工质的冷凝还原技术难题，限制了低温工质汽轮机设备及其应用以及未来低温工质汽轮机设备的发展。

本发明申请，采用将低温工质汽轮机的乏汽温度，提高到工质的临界温度(相当于水的374℃)，从而乏汽潜热为0(潜热变显热)，因此就可以对低温的液体发电工质进行回热。为更好说明这个问题，在此先以水来举例：火力发电或生物质发电都尽可能提高进气温度，通常需要将水加热到500℃以上，为了获得最大的输出，尽可能降低乏汽温度，使汽轮机设备排出的乏汽温度低于水的标准沸点。

有得就有失，这样做产生的直接后果，就是形成大量的低品位潜热无法利用，造成乏汽潜热所占的热量约为已利用热量的2～3倍，例如：某汽轮机进汽含热量3433kj/kg左右，这些热量中只有约837kj/kg是做功的，每kg水大约有2240kj潜热能量是被冷却系统的冷却水带走，损失的能量大约相当于是5倍0℃水加热到100℃的热水所吸收的热能量。

这是一个非常巨大的损失和能量浪费，也造成运行成本的增加，同时建设冷却塔系统，成本约占到整个发电站1/3总投资。大量潜热能量释放到环境中还造成对环境的热污染，冷却塔蒸发的大量水蒸汽(也是成本)，汇聚到一起形成暴雨洪灾(冷却塔返回的循环水有腐蚀性，还腐蚀凝汽器)，多烧的煤炭产生大量二氧化碳形成温室气体及二氧化硫粉尘污染环境等。

有舍就有得，申请人经过二十多年探索，终于找到破解以上技术难题的方法和办法，首先需要对汽轮机设备进行改进，需要将现汽轮机的末级叶片、次末级叶片全部去掉。汽轮机进入的蒸汽温度为500℃以上，输出的乏汽温度不能够低于水临界温度(374℃)，汽轮机设备的工况区，始终在所述发电工质水的临界温度以上。蒸汽在汽轮机设备中做功，当温度到374℃临界温度，就直接排出乏汽(临界温度时，潜热为0)，临界温度374℃以下的蒸汽含有巨大能量，但所述汽轮机不再做功。

对从事汽轮机发电的人员来说，这样做明显是一个巨大的损失。为了提高效率，汽轮机设备只利用其约1/3能量，乏汽带走约2/3蒸汽可用能量(此时潜热为0，潜热变显热)。但是这些能量并没有浪费，而是通过汽轮机设备输出端的乏汽回热器与水泵输出的低温液体水进行换热，将乏汽热能置换到水泵输出的低温发电工质(液体水)中，乏汽回热器换热令水泵输出的水温度提升到接近374℃(有0.5℃以上的金属管壁换热温差)，再输入锅炉继续加热到500℃以上，输入汽轮机设备继续做功，汽轮机排出的高温乏汽被水泵输出的水换热吸收，达临界温度的高温乏汽失去热能变成低温水(接近水泵输出温度，约20℃环境温度，有0.5℃以上金属管壁换热温差)，返回水箱备用，如此不断的循环和发电。乏汽回热器在此是凝汽器，同时也相当于是锅炉的前半截，相当于是锅炉低温加热区域。

该技术将汽轮机高温高压蒸汽，从374℃临界温度点排出乏汽，相当于是在现有的汽轮机设备输出端被“砍掉”绝大部分设备体积，传统汽轮机设备乏汽密度非常小，因此末级叶片、次末级叶片很长，因此也导致汽轮机设备末端的体积非常庞大。本发明申请，需汽轮机设备排出的乏汽温度达到临界温度，乏汽的密度较高(此乏汽密度与传统汽轮机设备输出的乏汽密度相差近50倍左右)，因此这种汽轮机的末级叶片比较短，汽轮机体积也比传统汽轮机设备小很多。

传统的汽轮机设备，将乏汽温度降低到标准沸点以下，由于乏汽温度很低，因此无法对水泵输出的发电工质(水)进行回热，只能够通过冷却塔将巨大的潜热能量释放掉。提高汽轮机设备的乏汽温度，就能够实现对水泵输出的发电工质(水)的回热，当乏汽温度达到374℃临界温度时，汽化潜热为0(潜热变显热)，就能够实现对水泵输出的20℃常温水进行充分的回热。乏汽回热器在此即充当锅炉的前半截低温加热(预热)；同时又充当乏汽的凝汽器，令374℃乏汽冷凝成为水，返回到水箱备用。汽轮机设备只利用蒸汽能量1/3左右，大约2/3的蒸汽可用能量被回馈到乏汽回热器中，因此，相同流量下，该汽轮机设备的输出也只有传统汽轮机的约1/3左右。

为了能够达到与传统汽轮机设备相同的电能输出，水泵需增加约2倍水流量(如传统汽轮机设备水泵输出流量100吨/小时，现在则需要输出约300吨/小时)，这样做就能够实现与原来汽轮机设备一样发电输出。提高水泵输出流量，水泵耗电肯定要多一些，但是水泵多消耗的能量与汽轮机设备输出的巨大能量相比，很小的付出获得巨大的收益，应该说也绝对是值得，最重要是提高了发电效率，设备没有乏汽潜热排放，也就不再需要现在的冷却塔(系统可达约70％的发电效率，相当于投资一个电站，产生出两个电站的经济效益)，该技术可以广泛的用到太阳能光热发电以及核电站领域。

本发明申请完全符合朗肯循环的条件，高温热源是外部热源提供的。所述汽轮机设备的工况区，在所述发电工质的临界温度以上；因此，输入工质的温度必须要超过发电工质的临界温度(并且输入汽轮机设备的高压气体温度越高越好，超过临界的温度越多，发电输出就会明显越多)。外部提供的是高温热源，低温冷源就是液体泵输出的低温液体发电工质。

本发明申请中，通过提高低温工质汽轮机设备输出端的乏汽的温度，达到工质的临界温度(潜热为0)，从而实现与低温液体泵输出的低温液体工质形成巨大的温差，令低温液体泵输出的低温液体，去冷凝高温乏汽。高温的热源，和低温的冷源都有了，系统就能按照朗肯循环的方式去运行。唯一的区别是传统朗肯循环利用外部冷源，本发明申请中，是通过提高汽轮机输出端的乏汽温度，从而达到和实现“自己冷却自己”的目的。

本发明申请中，也包括汽轮机设备输出端的乏汽温度在临界温度附近的区域，达到和超过临界温度(潜热都为0)，因此汽轮机设备输出端工质的乏汽温度超过临界是完全可以的，但是超过临界太多，会造成资源浪费；汽轮机设备输出端的乏汽温度低于临界温度，工质就会形成有潜热，就会降低系统的发电效率；因此汽轮机设备输出端的乏汽温度为临界温度或者适当超过临界温度为最佳状态，这些都属于本发明申请的范围。

本发明申请，通过提高汽轮机设备输出端的乏汽温度达到临界温度，从而就可以实现低温液体泵输出的低温液体工质去冷凝乏汽，就能够实现“自己冷却自己”的乏汽，这样就不再需要与环境中的空气和水进行换热，和存在向环境空气释放能量的问题，系统除从外界获取热能和输出电能，不再需要对外界空气排热，“自己冷却自己”，系统冷端完全独立。

因此，本发明申请更加适用于低温发电工质，例如二氧化碳、液氮、液体空气等低温的发电工质。只是发电工质的改变，原理与上述方法相同，通过提高低温工质汽轮机设备输出端的二氧化碳、氮气、空气等乏汽温度，并且达到其临界温度，就能用更低温度的液体二氧化碳、液氮、液空冷凝温度达临界温度的乏汽，乏汽冷凝成液体的原理与上述水蒸汽方法相同。以上只是工质不同而已，通过提高乏汽温度到临界温度，从而来实现冷端“自己冷却自己”，不需要对外界空气排热，系统冷端完全独立。

汽轮机设备输出端乏汽达到发电工质的临界温度，乏汽潜热为0，潜热变显热，利用低温液体泵输出的低温液体工质，就能令乏汽冷凝。相比传统的汽轮机设备，不仅精简体积，而且还降低传统汽轮机叶片过长造成的颤振断裂的几率，减小故障，提高了汽轮机设备的可靠性，并且还能够降低汽轮机的制造成本。通过汽轮机设备、乏汽回热器、低温液体泵等设备协同作用，实现一种高效率的发电系统。所述发电系统不需要传统朗肯循环发电系统中的冷却塔系统，不但提高效率，还能够降低汽轮机设备和电站、余热发电设备的投资成本。汽轮机设备输出高温乏汽，令低温液体泵输出的低温液体工质“自己冷却乏汽”，不需对外界空气排热，因此可解决二氧化碳、氮气、空气等乏汽冷凝难题，也为实现低品位能源的热水发电、低品位余热资源发电打开大门。

另外还有，螺杆膨胀机设备和气动机等设备，都属于蒸汽透平设备，与汽轮机设备只是转子有些不同而已，设备的使用方法与汽轮机完全相同，设备输入端和输出端也完全相同，本发明申请不涉及设备本体结构与原理，只涉及蒸汽透平设备的输入端和输出端的轴端密封结构，以及设备输入端参数条件和输出端的参数和条件，以及汽轮机设备的乏汽冷凝技术方法，更加主要的是涉及一种低温发电工质汽轮机设备以及乏汽冷凝技术方法，因此，也适用于膨胀机设备、气动机设备等蒸汽透平设备。

水的成本较低，传统汽轮机设备转轴两端的泄漏，对于水蒸汽系统的影响有可能不是非常的严重，但是对于成本较昂贵的低温发电工质来说，低温发电工质汽轮机设备转轴两端的发电工质和发电介子的泄漏，就是一个极其头痛的问题。为了解决这种低温工质汽轮机设备转轴两端泄漏难题，申请人经过研究发现，将低温工质汽轮机设备转轴两端隐藏到汽轮机设备的缸体内部，利用汽轮机缸体的高度密闭性(据了解可以实现100％密封)，来实现和解决低温工质汽轮机设备转轴两端的泄漏难题。

传统汽轮机不这样设置，并将汽轮机轴承和轴承座设置在汽轮机设备的缸体外部，是为避免高温高压蒸汽进入到汽轮机设备的轴承及轴承座里，令汽轮机设备的润滑油乳化，导致汽轮机的轴承及轴承座失去润滑和损坏，进而危及到整个汽轮机设备的安全和正常运行。另外，水的成本比较低，随处都能够获得，因此蒸汽从汽轮机转轴的轴端气封泄漏一点也无所谓。低温发电工质就完全不同，除了成本高以外，运输储存和获得代价相对都比较高，因此汽轮机设备转轴的轴封泄漏就是一个非常头痛的事情。

本发明申请，将低温工质汽轮机设备的轴承和轴承座设在汽轮机设备的缸体内，最大好处是利用设备缸体高度密闭结构(可实现近100％密封)，来解决成本昂贵的低温发电工质的轴端泄漏难题。另外，相对于传统高温汽轮机设备来说，所述低温工质汽轮机设备高压进气口输入的是相对低温的二氧化碳、氮气、空气，低温工质汽轮机设备输出端是更加低温的乏汽，所述乏汽的温度有可能低于零摄氏度，润滑油被高温乳化可能性大为降低，为实现低温工质汽轮机设备的输出端轴承和轴承座能够更好的实现润滑，输出端轴承和轴承座还优选的使用低温润滑油产品。

为了更好的规避高压进气口输入的发电工质的温度对汽轮机设备的轴承和轴承座以及润滑油系统造成的影响，本发明申请还将汽轮机缸体内的轴承和轴承座以及润滑油系统，采用绝热壳体进行包裹。绝热壳体分下绝热壳体和上绝热壳体；下绝热壳体设在轴承和轴承座位置下汽缸内与下汽缸紧密结合；轴承和轴承座安装在下汽缸内的下绝热壳体中；下绝热壳体与上绝热壳体设法兰，通过所述法兰和螺栓紧固形成一个密闭的绝热空间。绝热壳体将转轴端头、轴承和轴承座及润滑油密闭在绝热空间内，在与转轴接触的位置还设置有绝热壳体密封。

所述绝热壳体里面是封死的，与转轴唯一的缝隙也被密封堵死，并且还可以设置多道绝热和多道密封，以确保汽轮机轴承和轴承座绝对的安全。汽轮机汽缸输入端(或者输出)的内部压力是完全相同的，因此，无论高压进气口输入的高压气体压力有多强大，都无法进入到一个相同压力条件下并且封闭的绝热壳体中，由此可知，汽轮机设备两端的轴承和轴承座是较安全的。小型汽轮机简单润滑方法是，上绝热壳体与下绝热壳体通过法兰和螺栓紧固形成一个密闭的绝热空间，并在所述上绝热壳体顶部设置润滑油注入孔，令轴承和轴承座的绝热空间中注入润滑油，注入的润滑油量可保障轴承在一定时间内有充足润滑；

上绝热壳体与下绝热壳体设置在在汽轮机设备的缸体内部，通过法兰螺丝紧固形成密闭性结构。汽轮机设备采用该密闭绝热结构后，即使汽轮机外缸出现变形和高压泄漏，高压气体也只能够是对外部产生大量泄漏，拥有上绝热壳体进行保护，轴承和轴承座以及润滑油系统，在绝热壳体中是相对比较安全的，同时还有润滑油的循环和冷却系统，坚持到汽轮机设备完全停机和检修应该是有绝对保障的。

优选的，为保证绝热壳体内部的轴承和轴承座能够拥有充足的润滑油保障，汽轮机下缸体内合适的位置，还设置有润滑油储存器空间，并设置有过滤器、润滑油冷却器(在润滑油中设置换热管道，所述换热管道中的介子与外界换热，可以确保缸体内部润滑油温度可控)，以及润滑油泵，以上部件可进行一个以上的部件组合形成整体部件，所述润滑油泵通过管道不断的将低温的，干净的润滑油注入到绝热壳体内，确保绝热壳体内的轴承和轴承座拥有充足的，干净的，低温的润滑油保障，确保汽轮机能够安全和稳定运行。

优选的，大型汽轮机或者在场地条件允许下，所述润滑油过滤器、所述润滑油冷却器，和所述润滑油泵设置在汽轮机设备的缸体外部，采用优质的耐高压管道，与汽轮机设备缸体内的所述绝热壳体连接，确保所述绝热壳体内部的轴承和轴承座能够拥有更充足的，干净的，低温的润滑油保障，润滑油高压管道以及相应的过滤、冷却和油泵都采用优质的耐高压材料，且形成密闭循环，确保汽轮机设备的轴承和轴承座以及润滑油系统的绝对安全。将润滑油的过滤、冷却以及润滑油泵设置在汽轮机设备的缸体外部，能更加确保汽轮机缸体内部的，以及绝热壳体内的轴承和轴承座拥有更加充足的，更加保质保量的拥有润滑油的供给，即使汽轮机设备出现紧急故障，高压润滑油管道都能够保证绝热壳体内部的轴承和轴承座拥有充足的，干净的，低温的润滑油连续不断的保障。汽轮机设备出现任何紧急故障，该循环系统都能够确保汽轮机轴承和轴承座在一定的时间内可绝对的安全可靠，保障汽轮机设备能够在出现紧急故障的情况下，汽轮机轴承和轴承座都不会失去润滑油的保障，确保汽轮机能够安全的停机和进行检修。另外，所述汽轮机设备的缸体内，还设置有润滑油温度探头、润滑油压力探头、润滑油量探头，及汽轮机缸体内部压力探头等探测仪器；随时随地的掌握汽轮机内部情况，以确保汽轮机设备的绝对安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图；这是很容易做到的；

另外值得注意的是，所述低温液体泵，所述低温液体工质存储器，是指温度相对较低的液体，包括标准沸点低于0摄氏度的发电工质，同时也包括标准沸点高于0摄氏度的发电工质液体。

图1所示为本发明实施例提供的一种将汽轮机设备转子和输入端以及输出端，均设置在汽轮机设备缸体内的中分面示意图；

图2为本发明实施例提供的一种汽轮机设备的使用方法示意图；

图3为本发明实施例提供的另外一种具有低温发电工质冷却的，低温工质汽轮机设备的使用方法示意图；

图标：1-汽轮机转轴；2-绝热壳体；3-输入端轴承和轴承座；4-轴封；5-汽轮机设备缸体；6-转子叶轮；7-汽轮机隔板；8-输出端轴封；9-输出端绝热壳体；10-输出端轴承和轴承座；11-联轴器；12-发电机；13-第三管道阀门；14-第三管道出口；15-第二管道出口；16-第二管道阀门；17-输出端预留空间或管道；18-输出端预留隔热区；19-输入端预留隔热区；

20-高压进气口；21-乏汽出口；22-绝热壳体密封；23-输入端预留空间或管道；24-第一管道阀门；25-第一管道出口；26-润滑油输出管道；27-润滑油储存器；28-润滑油过滤器；29-润滑油冷却器；30-润滑油泵；31-润滑油高压输入管道；32-输出端绝热壳体密封；

50-低温液体工质存储器；51-低温液体泵；52-主换热器；53-低温工质汽轮机；54-发电机；100-乏汽回热器；101-乏汽回热器低温管路；102-乏汽回热器高温管路；55-压缩机；56-节流降压装置；200-热交换器；201-热交换器低温管路；202-热交换器高温管路；

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

图1所示为本发明实施例提供的一种将汽轮机设备转子和输入端以及输出端，均设置在汽轮机设备缸体内的中分面示意图；

如图1所示，以高压进气口20，和顶部a线往左所示意的，为汽轮机设备的输入端；以高压进气口20与乏汽出口21之间为汽轮机设备本体，如图中a线和c线的中间b部分所示；乏汽出口21和顶部c线往右5所示意的，为汽轮机设备的输出端；

如图所示：绝热壳体2分为上绝热壳体和下绝热壳体，如图所示为汽轮机设备的下绝热壳体，设置在汽轮机转轴1的端头轴承位置，所述下绝热壳体设置在下缸体内，并且与汽轮机设备缸体5的下缸体紧密结合，所述下绝热壳体一般为不可随意拆卸；所述输入端轴承和轴承座3设置在所述绝热壳体2的下绝热壳体中，并且支撑汽轮机转轴1的重量，并且还设置有推力轴承，限制汽轮机转轴1的轴向移动；

绝热壳体2与汽轮机转轴1的接触位置，设有绝热壳体密封22，所述绝热壳体密封22阻止绝热壳体2以内的轴承润滑油从绝热壳体密封22处对外产生泄漏；

高压进气口20与输入端之间，还设置有轴封4，目的是防止高压进气口20输入的高温高压气体进入绝热壳体2，所述轴封4与绝热壳体2之间，根据实际情况还设置有输入端预留隔热区19，目的是隔离和降低高压进气口20输入的高温影响到绝热壳体2及里面的输入端轴承和轴承座3，由于绝热壳体2的上绝热壳体和下绝热壳体是密闭结构，内部压力与高压进气口20输入的压力相同，因此高压进气口20输入的高温高压气体，是很难进入到绝热壳体2的内部，同时还有轴封4和绝热壳体密封22，所述绝热壳体密封22可以设置两个设置以上，这样设置可以确保高压进气口20输入的高温高压气体难进入，同时也为避免绝热壳体2中的润滑油泄漏出来；

在绝热壳体密封22与输入端预留隔热区19之间，还设置有输入端预留空间或管道23，所述输入端预留空间或管道23也是一个温度隔离区，同时储存从绝热壳体密封22处泄漏出来的润滑油，并通过第一管道阀门24和第一管道出口25将所述泄漏的润滑油排出；

如图1所示，所述绝热壳体2和下缸体5的外部，还设置有与所述绝热壳体相连的润滑油输出管道26、润滑油储存器27、润滑油过滤器28、润滑油冷却器29、及润滑油泵30和润滑油高压输入管道31，通过所述润滑油高压输入管道31将充足的，干净的，低温的(可控制温度的)润滑油，输送至所述绝热壳体2内，提供给输入端轴承和轴承座3以充足的，干净的，低温的润滑油保障；确保输入端轴承和轴承座3能够安全和稳定的运行。

所述润滑油储存器27，润滑油过滤器28、润滑油冷却器29，可进行不限数量的组合，通过润滑油泵30和润滑油高压输入管道31，将润滑油输送至所述绝热壳体2内的轴承和轴承座3；

所述润滑油过滤器、润滑油冷却器和润滑油泵可以设置在汽轮机设备的缸体外部，也可设置在汽轮机设备缸体的内部；不再赘述。

如图1所示，高压进气口20与乏汽出口21之间，为汽轮机设备(或膨胀机设备)的本体，对本体的结构和工作原理不做具体限定，图1中所示为汽轮机隔板7和转子叶轮6，也可为螺杆膨胀机的螺杆，但本发明实施例提供的是一种输出端乏汽出口21输出的乏汽温度达工质临界温度的汽轮机设备或者螺杆膨胀机设备。例如，高压进气口20输入的是500℃以上的高温高压蒸汽，那么乏汽出口21所输出的乏汽温度就必须要达到工质(水)374℃的临界温度，所述汽轮机设备的实际工况区域，始终要处在所述发电工质的临界温度以上。

每一种发电工质都拥有不同的沸点温度和不同的临界温度，如果图1是一种低温工质汽轮机设备，高压进气口20输入的是约50～100℃以上的高压空气(该温度已经远超空气-140℃的临界温度，相当于水的374℃)，那么低温工质汽轮机设备输出端乏汽出口21输出的乏汽温度就必须要达到空气-140的临界温度(相当于工质水的374℃)，所述低温工质汽轮机设备的实际工况区域，始终要处在所述发电工质(空气)的临界温度以上。

可选的，如图1所示的中分面示意图，本发明实施例还提供一种将汽轮机设备输出端也设置在汽轮机设备缸体内；该密闭结构为可以选择的技术方案，在乏汽出口21输出的乏汽压力不大，并且输出端轴封8性能可靠的情况下，或者说对轴封泄漏要求不苛刻的情况下，把输出端轴封8后面的汽轮机设备缸体5，全部的都撤销掉。

作为一种低温工质汽轮机设备，由于低温工质成本相对比较高，同时也由于低温工质的储存和运输的条件和种种困难，因此也就对这种低温工质汽轮机设备(或膨胀机等设备)的工质泄漏要求极其苛刻；在此等极其苛刻的情况下，本发明实施例也提供一种低温工质汽轮机设备输出端的缸体密封方法，其特征在于，所述低温工质汽轮机设备将输出端轴承和轴承座10以及发电机设备12，均隐藏到汽轮机设备的输出端缸体5内，并对汽轮机设备输出端的缸体5做安装发电机12位置的改进，以便于适合安置发电机设备12；将所述低温工质汽轮机的输入端和输出端，均设置到汽轮机设备的缸体里面，用汽轮机缸体高度密闭性结构(近100％)进行密封，避免成本昂贵的低温发电工质从低温工质汽轮机设备转轴两端的轴封处泄漏掉。

汽轮机设备输出端的具体实施方案如下：汽轮机设备的输出端轴承和轴承座10，设置在输出端远离输出端轴封8的位置，根据实际情况可选的设置输出端预留隔热区18，输出端轴承和轴承座10设置在输出端绝热壳体9中，所述输出端绝热壳体9与输入端一样，也分为下绝热壳体和上绝热壳体，所述下绝热壳体9与汽轮机设备缸体5的下缸体紧密结合，所述下绝热壳体一般为不可随意拆卸(与输入端相同)，输出端上绝热壳体与下绝热壳体通过所述法兰和螺栓紧固，内部形成一个密闭的绝热空间；可选的，所述上绝热壳体顶部设润滑油注入孔，令所述轴承和轴承座的绝热空间内注入润滑油；

可选的，所述输出端绝热壳体9还包括有与所述输出端绝热壳体9相连的润滑油输出管道、润滑油过滤器、润滑油冷却器和润滑油泵；所述润滑油泵输出的低温高压润滑油经润滑油输入管道送至所述输出端绝热壳体9内，为输出端轴承和轴承座10提供充足的，干净的，低温的润滑油，确保输出端轴承和轴承座10能够安全和稳定的运行，具体内容与输入端系统，在此也就不再做过多的赘述；

需要说明的是，输出端绝热壳体9与转轴1拥有两个接触位置，因此输出端绝热壳体密封32有两个，如图1所示分别设置在与转轴1相接触的两个接触位置；所述输出端绝热壳体密封32阻止输出端绝热壳体9内的轴承润滑油从输出端绝热壳体密封32处对外泄漏；输出端汽轮机转轴1的轴端，还设置有联轴器11，与发电机12的转轴进行联轴，设置联轴器11的目的是方便发电机12的检修和更换；输出端预留空间或管道17分别设置在输出端绝热壳体9两侧的下缸体5内，储存从输出端绝热壳体密封32处泄漏出来的润滑油，并通过第二管道阀门16和第二管道出口15将泄漏出来的润滑油排出去；以及通过第三管道阀门13和第三管道出口14将泄漏的润滑油排出；需要说明的是，输出端发电机12产生的电能，可以通过设置在汽轮机设备缸体5上的接线端子进行引出，因此不会影响到所述低温工质汽轮机设备的密封性能。

所述低温工质汽轮机设备的高压进气口20和乏汽出口21，都是密闭性能优良的法兰结构和螺丝紧固，也都是绝对不会出现泄漏的，因此本发明实施例所提供的低温工质汽轮机设备拥有多重密封措施，可以满足成本较昂贵的低温工质对汽轮机设备防止泄漏的苛刻需求。值得注意的是，本发明实施例所提供的技术，也可应用到其他需要防止泄漏的设备和产品上，由于该技术相对比较独立，因此也属于本发明实施例所提供的，具有单独的技术方案特征。按照公开换保护原则，其他机械设备，在引用这些技术特征时也需要得到申请人认可。

图2为本发明实施例提供的一种常温汽轮机设备的使用方法示意图；为了更好的阐述说明本发明实施例所提供的汽轮机设备具有新颖性、创造性和实用性，如图2所示，本发明实施例公布和提供出一种应用该汽轮机设备的特殊使用方法和工艺。为了能够更好的阐述，本发明实施例特首先提供常温工质汽轮机设备的使用方法。

如图2所示，低温液体工质存储器50所储存的发电工质为水(水温度为环境温度20℃)，通过低温液体泵51加压到乏汽回热器100的低温管路101中，与汽轮机53输出的温度高达临界温度(374℃，潜热为0)的乏汽换热，所述回热器低温管路101中的水，吸乏汽热能后温度被提升到接近临界温度(换热器100的金属管壁有0.5℃以上的换热温差)，再从乏汽回热器低温管路101输出至主换热器(如锅炉设备)52中加热到500℃以上，水吸收热形成高温高压的气体，输入并驱动所述汽轮机设备53高速旋转做功；并带动发电机54高速旋转输出电能；所述汽轮机设备53输出的乏汽，温度达到工质(水)的临界温度(374℃，潜热为0，潜热变显热)，用低温液体泵51输出的低温液体工质水(约20℃左右)，冷却所述乏汽成为水(温度约20℃左右，乏汽回热器高温管路102的出口与低温液体泵51的出口，存有0.5℃以上的金属管壁换热的温差)，乏汽回热器高温管路102的出口，连接低温液体工质存储器50，将温度约20℃的乏汽冷却水，返回到所述低温液体工质存储器50中备用，完成一个发电过程；

低温液体工质存储器50中的水(水温度约为20℃环境温度)，再通过低温液体泵51提升高压(水泵出口温度，仍然为20℃左右)到所述乏汽回热器低温管路101中，继续吸收汽轮机输出的(374℃)乏汽热能，乏汽回热器低温管路101出口的水，温度被提升到接近临界温度(有0.5℃以上的管壁换热温差)，并从乏汽回热器的低温管路101出口输送至所述主换热器(锅炉设备)52中，被加热到500℃以上成为高温高压的气体，驱动汽轮机设备53高速旋转做功，并带动发电机54发电，如此不断的循环和不断的发电输出；

所述常温汽轮机设备的实际工况区始终都在(374℃)临界温度以上，所述汽轮机设备排出的乏汽温度为(工质)水的临界温度。

值得注意的是，低温液体泵51负责提升水的压力，水泵对水的温度提升是非常有限的，因此低温液体泵51出口的水温度，仍然可以近似的等于20℃环境温度，乏汽回热器高温管路102的出口与低温液体泵51的出口温度(约20℃，存在有0.5℃以上的换热温差)，由于乏汽回热器100为金属结构，也对环境空气多少都有一些散热，因此温液体泵51产生的少许热能量，被乏汽回热器100金属结构散热后，返回到低温液体工质存储器50中的水(温度仍然约为20℃)，如果返回低温液体工质存储器50(金属的冷水箱)的水温度高于20℃，那么低温液体工质存储器50，金属结构冷水箱就会对环境释放温度，水的温度越高，金属的冷水箱对环境的散热就会越厉害，最终结果是金属的冷水箱50内储存的水，温度基本保持着恒定，温度稍微升高，金属水箱散热就会越厉害，不会超过环境温度太多。

通过数据计算也能够得到很好的证明，乏汽回热器100，在这里就是一个换热器，它的低温管路101输入口为20℃(为更好的阐述，水泵加压提升的一点点温度，在此可以忽略不计)；低温管路101输出口为近374℃(与高温乏汽的温度存有0.5℃以上管壁换热温差)；水泵输出的20℃冷水温度提升到接近374℃，大约吸收超3000kj/kg的热能值，温度达到374℃临界温度的乏汽，所蕴藏的总能量中如果被水泵输出的冷水吸热失去3000kj/kg的热能值，就早已经成为冷水。乏汽回热器高温管路102中的高温乏汽，失去3000kj/kg的热能值后，温度即使比20℃环境冷水高那么一点点，但乏汽回热器100和低温液体工质存储器50(冷水箱)都是导热金属壳体。高温乏汽被水泵输出的冷水吸热失去约3000kj/kg的热能值后，又被乏汽回热器导热金属壳体和低温液体工质存储器(冷水箱)导热金属壳体对环境散热，最后返回到低温液体工质存储器50(冷水箱)的温度，仍然是20℃环境温度。如果水温度上升，两个金属壳体对环境的散热就会随着温差变得越加强烈，最后还会维持在一个比环境温度略高的温度。

另外还有，水蒸汽(乏汽)的定压比热容约为2kj/kg，水泵输出的冷水流量和汽轮机设备输出的乏汽流量，基本上也是完全相同的，因此冷水升高到近临界温度所吸收的热值，与高温乏汽降低到近20℃所失去的热值基本上相等，换热器也完全可以实现0.5℃管壁温差，就算是有10℃～15℃的管壁换热温差，低温液体工质存储器50和乏汽回热器100，这两个金属结构的散热器，也能够将这点温度差散掉，与环境的温差越大，两个金属结构的散热器，散热能力就越强。因此，低温液体工质存储器50(冷水箱)的冷水温度，能够保持恒定。

图3为本发明实施例提供的另外一种具有低温发电工质冷却的，低温工质汽轮机设备的使用方法示意图；

如图3所示，低温液体工质存储器50中储存的低温工质为标准沸点低至-180℃以下的液空，通过低温液体泵51加压到乏汽回热器100的低温管路101中，与低温工质汽轮机53输出的温度达(-140℃)临界温度的乏汽换热，低温发电工质(-180℃以下液空)吸乏汽热能，温度被提升到接近(空气)的临界温度(-140℃，有0.5℃以上的金属管壁换热温差)，并从乏汽回热器低温管路101输出至所述主换热器(如余热锅炉)52中加热；低温发电工质吸热形成高温高压空气，输入并驱动所述低温工质汽轮机53高速旋转和做功；并带动发电机54高速旋转输出电能；

低温工质汽轮机53输出的乏汽，温度达到低温发电工质(空气)的临界温度(空气的临界温度为-140℃，汽化潜热为0，潜热变显热)，用低温液体泵51输出的，温度低至-180℃以下的液空冷却所述乏汽，令所述乏汽冷却成为极其低温的液体空气，并且返回所述低温液体工质存储器50中备用，完成一个发电的循环过程；

低温液体工质存储器50中储存的低温液体(-180℃以下液空)，通过低温液体泵51再加压到乏汽回热器100的低温管路101之中，继续吸低温工质汽轮机53输出的乏汽热能(温度达-140℃临界温度)，低温发电工质的温度被提升到接近-140℃临界温度(有0.5℃以上管壁换热温差)，并从乏汽回热器低温管路101出口输出至所述主换热器52中加热(如余热锅炉)；继续吸收热能成为高温高压的空气，输入并驱动所述低温工质汽轮机53高速旋转和做功，并带动发电机54发电输出，如此不断的循环和不断的发电输出。

以上液空的循环过程与水的循环过程是完全的相同，只是发电的工质不同而已，低温工质液空与水相比较，也只是沸点温度和临界温度要低很多，其他的基本物理特性也都是一样存在的，低温状态下，也一样可以将乏汽的温度提高到临界温度，然后用更低温液体工质，去冷却低温工质汽轮机输出的达临界温度乏汽，用更低温液体工质，“自己冷却自己”达临界温度的高温乏汽，冷却原理与采用20℃水，去冷却374℃临界温度的乏汽，工作原理两者完全相同。

所不同的是：低温发电工质的标准沸点温度和临界温度都低于环境温度，高压空气输入并且驱动低温工质汽轮机设备做功后，输出的乏汽温度为空气的临界温度(-140℃)，这个温度低于环境，因此需要在低温工质汽轮机设备53的缸体外面和乏汽管道，以及乏汽回热器100的外面做保温绝热(这样做有利低温乏汽还原成为液态)或者将设备设置在冷箱中，绝热材料包括并不局限于泡沫材料、纤维材料、超细玻璃棉、高硅氧棉、真空隔热板、气凝胶。

除此之外还需要增加设备对低温液体工质存储器50储存的低温工质进行降温，乏汽的温度已经低于环境温度，不但不能够通过乏汽回热器100等设备对外散热，这些设备还有可能从外界环境中获取热能量，这样就很难进行低温工质的液体还原。因此需要对这些温度低的设备做绝热处理，隔绝外界热能量的进入，空分技术和冷箱技术已经非常成熟，采用相应的成熟绝热技术就能够得到解决。

即使设备采用冷箱等绝热措施，还是不能够绝对的和彻底绝热，因此相应增加设备来进行解决；外界环境热能的进入，以及乏汽回热器100的管壁温差等原因，都会造成低温液体工质存储器50所储存的低温工质，温度不断的上升，最终的结果是达到液空的沸点温度，并且导致低温液体工质存储器50所储存的低温工质不断气化蒸发，通过液空的汽化潜热(约199kj/kg)带走系统多余的能量。

低温液体工质存储器50所储存的液空不断蒸发，通过汽化潜热(约199kj/kg)带走系统中多余的热能量，因此就需要每隔一段时间，就要对低温液体工质存储器50所储存的液空进行补充，这是一个极其麻烦的事情，同时还有液空蒸发产生的成本问题。

如图3所示，本发明实施例还提供一套低温发电工质冷却装置，低温液体工质存储器50，所蒸发出来的低温气体，通过压缩机55收集和压缩，气体密度被提高数倍以上到数十倍，压缩气体的温度也是成倍的增加，通过热交换器200的高温管路202将压缩机输送过来的高温热能，置换到热交换器低温管路201的低温发电工质中，由低温发电工质将这些热能量输送至低温工质汽轮机用于发电输出，这样即实现了低温工质的降温，又没有浪费这些能量。

热交换器200的低温管路201可以设置在乏汽回热器100的出口，也可以将热交换器200的高温管路202设置在乏汽回热器100高温端，只是位置略有不同，但是原理都相同的，都是将压缩机55压缩形成的高密度高温热能，置换到低温发电工质中用于做功。

压缩机55压缩形成的高密度空气，将高温热能释放到低温发电工质中以后，形成高压和相对低温的高密度气体或者液体，被输送到节流降压装置56入口，通过节流阀、截止阀、膨胀阀节流降压制冷(其原理与制冷系统的节流制冷雷同，此处不做过多赘述)，通过以上过程不断的压缩，释放热能，然后膨胀节流降压制冷，从而实现对低温液体工质存储器50中的低温工质实现降温的目的。

如果成本和设备体积允许，节流降压装置56优选使用膨胀机，压缩机55压缩形成的高密度空气，高压高密度空气通过热交换器200将热能量释放到低温发电工质中以后，高密度和相对低温的高压气体或者液体被输送至膨胀机设备56(节流降压装置)的输入端，膨胀机设备出口为低压，高压气体或者液体驱动膨胀机设备56(节流降压装置)做功和输出电能，所述膨胀机设备回收压缩机55产生的压力能，可回收大部分压缩机55消耗的能量，与此同时，由于高压空气驱动膨胀机设备56做功和发电输出，因此，膨胀机设备输出的介子温度也更加的低温。同时还能够回收大部分压缩机55消耗的能量，相当于用最少的能量，实现最大最深的制冷效果。

压缩机55不断的工作，实现对低温液体工质存储器50中的低温工质实现降温的目的。由于压缩机55运行，输入端形成半真空状态，液空不断的蒸发，携带大量的汽化潜热进入压缩机55，因此可以实现低温液体工质存储器50中的低温工质，温度有可能低于液空沸点(就如同水低于100℃沸点一样)，用低于-180℃沸点的液空，冷却温度达-140℃(临界温度)的乏汽，令乏汽冷凝成为液体，返回低温液体工质存储器50中备用，如此不断循环，系统可不断的发电输出。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。