专利名称：涡轮复合气体压缩系统的制作方法
技术领域：
涡轮复合气体压缩系统技术领域[0001]本实用新型涉及热能与动力领域，尤其是一种涡轮复合气体压缩系统。
技术背景[0002]利用涡轮对将要进入发动机气缸内的气体进行增压的技术已有很长的历史，涡 轮具有体积小、重量轻、流量大的优势，因而这一技术已得到广泛应用。然而至今为 止，涡轮与气体压缩机相配合的技术还很少见，其主要原因是由于涡轮压气机的转速要 求高，用机械或电的方式对其传动很难达到数万、甚至十万转以上(如果涡轮的转速不 够高，涡轮压气将失去其优势)。涡轮压气机的优势如上所述，气体压缩机无论是活塞式 气体压缩机、螺杆式气体压缩机、转子式气体压缩机等由容积变化产生气体压力的气体 压缩机都具有与自身体积和重量相比流量小的缺点，但具有输出气体压力高的优点。因 此，急需发明一种充分发挥涡轮和气体压缩机各自优势的气体压缩系统。发明内容[0003]为了解决上述问题，本实用新型提出的技术方案如下[0004]一种涡轮复合气体压缩系统，包括气体压缩机进气道、气体压缩机排气道、气 体压缩机、涡轮压气机和动力涡轮，所述涡轮压气机的压缩气体出口与所述气体压缩机 进气道连通，所述气体压缩机进气道经进气门与所述气体压缩机的气缸连通，所述气缸 经排气门与所述气体压缩机排气道连通，在所述气体压缩机排气道上设涡轮工质导出口 和压缩气体导出口，所述涡轮工质导出口经动力涡轮工质导入管与所述动力涡轮的气体 工质入口连通，所述动力涡轮对所述涡轮压气机输出动力。[0005]在所述气体压缩机进气道上设进气降温器，和/或在所述气体压缩机排气道上 设排气降温器。[0006]所述涡轮压气机设为多级涡轮压气机，和/或所述动力涡轮设为多级动力涡 轮。[0007]所述涡轮压气机设为由多个单级涡轮压气机组成的多段涡轮压气机，所述动力 涡轮设为由多个单级动力涡轮组成的多段动力涡轮。[0008]所述多段涡轮压气机中的第一个单级涡轮压气机与所述多段动力涡轮中的第一 个单级动力涡轮同轴设置，所述多段涡轮压气机中的第二个单级涡轮压气机与所述多段 动力涡轮中的第二个单级所述动力涡轮同轴设置，依此类推。[0009]所述多段涡轮压气机中的第一个单级涡轮压气机与所述多段动力涡轮中的第一 个单级动力涡轮以外的一个单级动力涡轮同轴设置。[0010]在所述涡轮压气机上设排热器。[0011]在所述涡轮压气机、所述气体压缩机进气道、所述气体压缩机排气道、所述气 体压缩机和/或所述动力涡轮工质导入管上设排热器。[0012]所述动力涡轮的气体出口与所述排热器的冷却气体入口连通，利用经过所述动力涡轮降温后的气体作为冷源使用。[0013]所述动力涡轮的气体出口与所述涡轮压气机的气体入口连通，使经过所述动力 涡轮降温后的气体重新进入所述涡轮压气机。[0014]本实用新型的原理是利用动力源对所述气体压缩机输出动力，所述气体压缩机 产生压缩气体，利用所述气体压缩机产生的压缩气体的一部分推动所述动力涡轮使所述 动力涡轮产生动力，利用所述动力涡轮产生的动力使所述涡轮压气机旋转并产生具有一 定压力的压缩气体，由所述涡轮压气机产生的压缩气体为所述气体压缩机提供气源；换 言之，气体首先进入所述涡轮压气机，在所述涡轮压气机内被增压后进入所述气体压缩 机，气体在所述气体压缩机内被进一步压缩增压后排出所述气体压缩机，由所述气体压 缩机排出的气体的一部分去推动所述动力涡轮使所述动力涡轮对所述涡轮压气机输出动 力，由所述气体压缩机排出的气体的另一部分作为系统输出的高压压缩气体。[0015]本实用新型所公开的涡轮复合气体压缩系统由于采用压缩气体作为动力源推动 所述动力涡轮，再由所述动力涡轮对所述涡轮压气机输出动力的方式，所以可以使所述 动力涡轮和所述涡轮压气机处于相当高的转速下工作，充分发挥所述动力涡轮和所述涡 轮压气机的优势。不仅如此，在这个系统中，如果对进入所述动力涡轮的压缩气体进行 一定的冷却，就可以使所述动力涡轮的气体出口的温度处于较低甚至相当低的水平，为 此，由所述动力涡轮的气体出口出来的气体可以作为冷源使用用于制冷等目的，也可以 作为冷源使用以对所述涡轮复合气体压缩系统中的需要冷却的气体、工质或部件进行冷 却。[0016]本实用新型中所谓的气体压缩机是指由容积变化产生气体压力的气体压缩装 置，可以是活塞式气体压缩机、螺杆式气体压缩机或转子式气体压缩机；所谓气体压缩 机排气道是指与所述气体压缩机的压缩气体出口连通的压缩气体通道；所谓气体压缩机 进气道是指与所述气体压缩机的气体入口连通的气体通道；所谓的排气是指被所述气体 压缩机压缩后的高压压缩气体；所谓排气降温器是指对压缩后的高压压缩气体进行降温 的装置，可以是散热器，也可以是以降温为目的的热交换器，还可以是将温度较低的流 体与高压压缩气体进行混合的混合式排气降温器，所谓的混合式排气降温器是指将高压 压缩气体和低温流体直接混合进行传热的降温器，其本质是一个容器，在此容器中排气 和低温流体进行混合，为了增加混合的均勻度，在此容器中可设导流结构、搅拌机构或 射流结构；所谓进气降温器是指将进入所述气体压缩机的气体进行降温的装置，同排气 降温器；所谓排热器是指将热量对外排出的装置，它可以是散热器，也可以是以降温为 目的的热交换器；所谓的涡轮压气机是指利用旋转叶片或旋转通道对气体进行压缩的机 构，它可以是单级的、多级的，也可以是多个单级或多个多级组合而成；所谓动力涡轮 是指利用排气推动叶片或通道旋转对外作功的机构；所谓多段是指多个涡轮压气机串联 或多个动力涡轮串联；所谓第一个单级和第二个单级的排列顺序是以气缸为起点沿气 体连接管道以离开气缸远近为依据的，距离气缸近的为第一级，次之为第二级，依此类 推。[0017]本实用新型中所谓连通是指直接连通、经过若干过程(包括与其他物质混合等) 的间接连通或经泵、控制阀等受控连通。[0018]为了实现本实用新型所公开的涡轮复合气体压缩系统的正常工作，根据流动的需要在适当的位置设置泵和控制阀等。[0019]本实用新型的有益效果如下[0020]本实用新型所公开的涡轮复合气体压缩系统充分发挥了涡轮和气体压缩机各自 的优势，实现了高效的气体压缩系统。
[0021]图1为本实用新型实施例1的结构示意图；[0022]图2为本实用新型实施例2的结构示意图；[0023]图3为本实用新型实施例3的结构示意图；[0024]图4为本实用新型实施例4的结构示意图；[0025]图5为本实用新型实施例5的结构示意图；[0026]图6为本实用新型实施例6的结构示意图；[0027]图7为本实用新型实施例7的结构示意图；[0028]图8为本实用新型实施例8的结构示意图；[0029]图9为本实用新型实施例9的结构示意图；[0030]图10为本实用新型实施例10的结构示意图。
具体实施方式
[0031]实施例1[0032]如图1所示的涡轮复合气体压缩系统，包括气体压缩机进气道1、气体压缩机排 气道2、气体压缩机3、涡轮压气机4和动力涡轮5，涡轮压气机4的压缩气体出口与气体 压缩机进气道1连通，气体压缩机进气道1经进气门7与气体压缩机3的气缸301连通， 气缸301经排气门8与气体压缩机排气道2连通，在气体压缩机排气道2上设涡轮工质导 出口 221和压缩气体导出口 222，涡轮工质导出口 221经动力涡轮工质导入管224与动力 涡轮5的气体工质入口连通，动力涡轮5对涡轮压气机4输出动力，涡轮压气机4的气体 入口与低压气源6连通，所谓低压气源6是指可以提供空气、低压氧气或低压含氧气体的 系统，例如发动机的进气系统等，气体压缩机3与动力源300连接，动力源300对气体压 缩机3输出动力；压缩气体导出口 222是系统输出高压压缩气体的出口。气体压缩机3 可以是活塞式气体压缩机、螺杆式气体压缩机或转子式气体压缩机。本实施例所公开的 方案中，气体首先进入涡轮压气机4，在涡轮压气机4内被增压后进入气体压缩机3，气 体在气体压缩机3内被进一步压缩增压后排出气体压缩机3，由气体压缩机3排出的气体 的一部分去推动动力涡轮5使动力涡轮5对涡轮压气机4输出动力，由气体压缩机3排出 的气体的另一部分作为系统输出的高压压缩气体，这样就充分发挥了涡轮压气机4和气 体压缩机3各自的优势，实现了高效的气体压缩系统。[0033]实施例2[0034]如图2所示的涡轮复合气体压缩系统，其与实施例1的区别在于在气体压缩机 进气道1上设进气降温器100。这样设置的目的是将进入气体压缩机3的气体进行冷却， 增加进入气体压缩机3的气体的量，提高气体压缩机3的压气效率。[0035]实施例3[0036]如图3所示的涡轮复合气体压缩系统，其与实施例1的区别在于在与气体压缩 机排气道2连通的动力涡轮工质导入管2M上设排气降温器200，这样设置的目的是将进 入动力涡轮5的高压压缩气体进行冷却，增加进入动力涡轮5的高压压缩气体的量，提高 动力涡轮5的动力，进而提高涡轮压气机4的压气效率。[0037]实施例4[0038]如图4所示的涡轮复合气体压缩系统，其与实施例1的区别在于涡轮压气机4 设为多级涡轮压气机400，动力涡轮5设为多级动力涡轮500。这样设置的目的同样是为 了提高动力涡轮5的动力，进而提高涡轮压气机4的压气效率。[0039]实施例5[0040]如图5所示的涡轮复合气体压缩系统，其与实施例1的区别在于涡轮压气机4 设为由多个单级涡轮压气机组成的多段涡轮压气机401，动力涡轮5设为由多个单级动力 涡轮组成的多段动力涡轮501。多段涡轮压气机401中的第一个单级涡轮压气机与多段动 力涡轮501中的第一个单级动力涡轮同轴设置，多段涡轮压气机401中的第二个单级涡轮 压气机与多段动力涡轮501中的第二个单级动力涡轮同轴设置，依此类推。这样设置的 目的同样是为了提高动力涡轮5的动力，进而提高涡轮压气机4的压气效率。[0041]实施例6[0042]如图6所示的涡轮复合气体压缩系统，其与实施例5的区别在于多段涡轮压气 机401中的第一个单级涡轮压气机与多段动力涡轮501中的第一个单级动力涡轮以外的一 个单级动力涡轮同轴设置。[0043]实施例7[0044]如图7所示的涡轮复合气体压缩系统，其与实施例1的区别在于在涡轮压气机 4上设排热器402。这样设置的目的是将进入涡轮压气机4的气体进行冷却，增加进入涡 轮压气机4的气体的量，提高涡轮压气机4的压气效率。[0045]实施例8[0046]如图8所示的涡轮复合气体压缩系统，其与实施例1的区别在于在低压气源6 和涡轮压气机4之间的通道上、在气体压缩机进气道1上、在动力涡轮工质导入管2M上 和压缩气体导出管223上分别设排热器1234，排热器1234设为散热器。这样设置的目的 是为了将气体进行冷却，提高系统的压缩效率。[0047]此外，还可以在气体压缩机排气道2、气体压缩机3上设排热器1234。[0048]实施例9[0049]如图9所示的涡轮复合气体压缩系统，其与实施例1的区别在于在气体压缩机 进气道1上和在动力涡轮工质导入管2M上设排热器1234，排热器1234设为以冷却为目 的的热交换器，所述动力涡轮5的气体出口与所述排热器1234的冷却气体入口连通，利 用经过所述动力涡轮5降温后的气体作为冷源使用，将气体进行冷却，提高系统的压缩效率。[0050]实施例10[0051]如图10所示的涡轮复合气体压缩系统，其与实施例1的区别在于动力涡轮5 的气体出口与涡轮压气机4的气体入口连通，使经过动力涡轮5降温后的气体重新进入涡 轮压气机4。这样设置的目的同样是将进气进行冷却，增加进入涡轮压气机4的气体的量，提高涡轮压气机4的压气效率，同时提高气体的利用率。
权利要求1.一种涡轮复合气体压缩系统，包括气体压缩机进气道(1)、气体压缩机排气道 (2),气体压缩机(3)、涡轮压气机(4)和动力涡轮(5)，其特征在于所述涡轮压气机 (4)的压缩气体出口与所述气体压缩机进气道(1)连通，所述气体压缩机进气道(1)经进 气门(7)与所述气体压缩机(3)的气缸(301)连通，所述气缸(301)经排气门(8)与所述 气体压缩机排气道( 连通，在所述气体压缩机排气道( 上设涡轮工质导出口(221)和 压缩气体导出口 022)，所述涡轮工质导出口(221)经动力涡轮工质导入管(224)与所述 动力涡轮(5)的气体工质入口连通，所述动力涡轮( 对所述涡轮压气机(4)输出动力。
2.如权利要求1所述涡轮复合气体压缩系统，其特征在于在所述气体压缩机进 气道(1)上设进气降温器(100)，和/或在所述气体压缩机排气道( 上设排气降温器 (200)。
3.如权利要求1所述涡轮复合气体压缩系统，其特征在于所述涡轮压气机(4)设为 多级涡轮压气机G00)，和/或所述动力涡轮(5)设为多级动力涡轮(500)。
4.如权利要求1所述涡轮复合气体压缩系统，其特征在于所述涡轮压气机(4)设为 由多个单级涡轮压气机组成的多段涡轮压气机G01)，所述动力涡轮( 设为由多个单级 动力涡轮组成的多段动力涡轮(501)。
5.如权利要求4所述涡轮复合气体压缩系统，其特征在于所述多段涡轮压气机 (401)中的第一个单级涡轮压气机与所述多段动力涡轮(501)中的第一个单级动力涡轮 同轴设置，所述多段涡轮压气机G01)中的第二个单级涡轮压气机与所述多段动力涡轮 (501)中的第二个单级所述动力涡轮同轴设置，依此类推。
6.如权利要求4所述涡轮复合气体压缩系统，其特征在于所述多段涡轮压气机 (401)中的第一个单级涡轮压气机与所述多段动力涡轮(501)中的第一个单级动力涡轮以 外的一个单级动力涡轮同轴设置。
7.如权利要求1所述涡轮复合气体压缩系统，其特征在于在所述涡轮压气机(4)上 设排热器(402)。
8.如权利要求1所述涡轮复合气体压缩系统，其特征在于在所述涡轮压气机(4)、 所述气体压缩机进气道(1)、所述气体压缩机排气道( 、所述气体压缩机( 和/或所 述动力涡轮工质导入管(224)上设排热器(1234)。
9.如权利要求8所述涡轮复合气体压缩系统，其特征在于所述动力涡轮(5)的气体 出口与所述排热器1234)的冷却气体入口连通，利用经过所述动力涡轮(5)降温后的气体 作为冷源使用。
10.如权利要求1所述涡轮复合气体压缩系统，其特征在于所述动力涡轮(5)的气 体出口与所述涡轮压气机(4)的气体入口连通，使经过所述动力涡轮( 降温后的气体重 新进入所述涡轮压气机(4)。
专利摘要本实用新型公开了一种涡轮复合气体压缩系统，包括气体压缩机进气道、气体压缩机排气道、气体压缩机、涡轮压气机和动力涡轮，所述涡轮压气机的压缩气体出口与所述气体压缩机进气道连通，所述气体压缩机进气道经进气门与所述气体压缩机的气缸连通，所述气缸经排气门与所述气体压缩机排气道连通，在所述气体压缩机排气道上设涡轮工质导出口和压缩气体导出口，所述涡轮工质导出口经动力涡轮工质导入管与所述动力涡轮的气体工质入口连通，所述动力涡轮对所述涡轮压气机输出动力。本实用新型所公开的涡轮复合气体压缩系统充分发挥了涡轮和气体压缩机各自的优势，实现了高效的气体压缩系统。
文档编号F02B37/10GK201810391SQ20102057259
公开日2011年4月27日 申请日期2010年10月22日 优先权日2010年10月22日
发明者靳北彪 申请人:靳北彪