一种新型利用涡流原理的蒸汽动力循环装置制造方法

一种新型利用涡流原理的蒸汽动力循环装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种新型利用涡流原理的蒸汽动力循环装置，包括：凝汽器、高压水泵、高压锅炉、气体放大器、汽轮机、发电机、乏汽总管路、待凝结乏汽入口、待降压乏汽入口、冷凝水管路、涡流升温乏汽出口、待吸入蒸汽入口、驱动高压高温蒸汽入口、再生混合工作蒸汽出口、涡流管、涡流降温乏汽出口、射流冷凝器、冷凝射流水泵、冷凝射流入口、低温乏汽吸入口、冷凝射流汽水输出。本实用新型和朗肯循环相比，系统设计上没有大量散热的环节，整体热效率大幅度提高；本实用新型可以适度降低汽轮机机组压力，也不影响系统整体效率，对安全生产有利；也可以用于现有中低压蒸汽发电系统的技术改造。
【专利说明】一种新型利用涡流原理的蒸汽动力循环装置

【技术领域】
[0001]本实用新型属于蒸汽动力循环领域，具体涉及一种新型利用涡流原理的蒸汽动力循环装置。

【背景技术】
[0002]朗肯循环(英语也被称为兰金循环，是一种将热能转化为功的热力学循环。郎肯循环从外界吸收热量，将其闭环的工质(通常使用水)加热，实现热能转化做功。朗肯循环理论虽然诞生于19世纪中期，但即便到了今天，郎肯循环仍产生世界上90%的电力，包括几乎所有的太阳能热能、生物质能、煤炭与核能的电站。郎肯循环是支持蒸汽机的基本热力学原理。
[0003]因为郎肯循环诞生的年代也有必然的历史局限性，那个时代研宄热力学的机械条件、流体力学理论和现在差距很大，难免存在一些缺陷和不足。
[0004]朗肯循环实现工质水的闭环循环，大幅减少水资源的消耗，但是为了实现闭环，除了将水蒸气冷凝为水，然后再把几乎不能被压缩的液态工质加压，才能使之进入下一个压力循环。对于不可压缩流体的压缩过程效率很高，所以整个循环中水泵的作用至关重要，但是能耗往往忽略不计。
[0005]实现蒸汽直接利用的常用方法是机械再压缩，由于工作过程中需要消耗机械能，通过直观的能量守恒定律分析，实际应用中均没有采用这种技术来实现蒸汽再循环。
[0006]当时不考虑热回收，形成凝汽环节的大量热量必须以低温形态散失。另外，水的凝结热几乎是常见工质中最大的，工作温段也偏高，但是综合考虑当时的条件，从成本、安全性、环保等综合因素考虑，直到现在，也只有水是最理想的工质。
[0007]目前传统朗肯循环理论应用中多用回热、再热等改进循环方式提高效率，还采用增加蒸汽温度、压力的临界、超临界工作模式来提高效率。这些方法根本的思路都是尽可能提高有效功在全部消耗热能中的比例。
[0008]还有其它的方法主要的出发点则是设法采用消耗少量热能、机械能的方式，直接、间接对排放的低温废热进行再利用，用于工业热水制备、生活采暖等环节，实现余热利用来提高有效功在全部消耗热能中的比例。
[0009]上述两种方法在成本、安全性、提高比例、应用便捷可行性等方面都受到诸多限制，很难实现热能利用效率的大幅度提高，特别是难以实现热电转换效率的大幅度提高。
[0010]流体力学里面有些基本原理，具有一定的“特殊”功能，在流体流动过程中，作为流体的物质属性本身，也会附带实现热传导交换、物质传输、物质压缩等效果。唯一的特点，就是几乎都是在不需要机械装置运动的情况下，仅仅在空间变化、热能传递、流动过程就能实现。
[0011]基于文丘里管原理的射流真空泵是一种具有抽真空、冷凝、排水等三种效能的常用机械装置。射流真空泵是利用一定压力的水流通过对称均布成一定形状和倾斜度的喷咀喷出。由于喷射水流速度很高，于是周围形成负压使器室内产生真空，将外界气(液)体抽吸进来，共同进入混合管，混合管内的水(气)流互相摩擦，混合与挤压，通过扩压管被排除，使器室内形成更高的真空。
[0012]如果使用的射流是水，吸入的是低温、低压水蒸气，则蒸汽与喷射水流直接接触，进行热交换，绝大部分的蒸汽冷凝成水与原水流混合，体积大大缩小；小量未被凝的蒸汽与不疑结的气体亦与高速喷射水流一起从喷口喷出，流体具有动压。查阅部分射流泵参数(如石油行业普遍使用的产品),射流抽取的目标介质可以达到自身质量的80%以上，压力损失约10%左右。
[0013]20世纪70年代以后，世界各国都在进一步研宄有关射流引流、真空理论，通过对一些细节的研宄，如喷口形状、方式、脉动等等因素的研宄实践，取得了一定的成果。比如和人类生活密切相关的无叶片风扇，以及工业化应用的气体放大器。
[0014]气体放大器原理:当高压气体通过气体放大器0.05?0.1毫米的环形窄缝后，向一侧喷出，通过科恩达效应原理及气体放大器特殊的几何形状，另一侧最大10~100倍的低压气体可被吸入，并与原始高压气体一起从气体放大器同侧吹出。近两年来气体放大器(空气放大器)应用领域迅速扩展，常用大比例节约压缩空气，并且利用压缩空气实现吹尘、吸尘、物料运送等工业应用。技术成熟稳定。
[0015]如果被吸入的气体是低温、低压蒸汽，驱动气流是高温、高压过热蒸汽，在高温蒸汽从环形喷口喷出时，会膨胀、降温、降压，同时与低温、低压蒸汽混合，达到热量、动量平衡，最终气流是中温、中压混合蒸汽，从左侧排出。
[0016]涡流管111136)又称涡流制冷管、涡旋管、涡旋制冷器等，一定压力的压缩空气输入涡流管涡旋发生器后膨胀加速后旋转，气流以1，000，000印111的旋转速度沿热管壁进入热管内部，在热管的终端，一部分压缩空气通过调节阀以热空气的方式泻出，剩余的压缩空气以较低速度通过进入热管旋转气流的中心返回，这股冷气流通过发生器中心形成超低温冷气汇集到冷气端排出。以某种型号市售涡流管产品为例，输入气流78虹，25。。干燥空气的前提下最低冷气温度可达-45X:，冷气端射出冷气流在7831'，温度最大降幅达-70 X:，另一端射出的热气流极限温度可达+130 X:。冷气、热气比例可以调整，从10%~90%之间互相变化，所能达到的最低、最高气温也和气流量有关。
[0017]涡流管是一种结构非常简单的能量分离装置，它是由喷嘴、涡流室、分离孔板和冷热两端管组成。工作时压缩气体在喷嘴内膨胀，然后以很高的速度沿切线方向进入涡流管。气流在涡流管内高速旋转时，经过涡流中心的离心减压、涡轮外圈离心增压作用，气体从涡流中心到外壁分离成压力、温度不相等的两部分气流，处于中心部位的气流温度低，而处于外层部位的气流温度高，调节冷热流比例，可以得到最佳制冷效应或制热效应。
[0018]如果被吸入的气体是低温、低压蒸汽，经过涡流管后，就可以在高温输出端输出更热蒸汽，低温输出端输出低温甚至低温汽水混合物。
[0019]在蒸汽流动速度不大的时候，以下定律都适用:
[0020]波义耳定律:温度恒定时，一定量气体的压力和它的体积的乘积为恒量。数学表达式为=恒量〔11、I'恒定)或 1)1^1 = ^)2^2 ( = 1 = 112、II = 12?0
[0021]查理-盖吕萨克气体定律:压力恒定时，一定量气体的体积…与其温度(1)成正比。
[0022]根据上述两条定律，分析朗肯循环中没有提及蒸汽传输过程中的气体气动、热力学问题，仅仅把蒸汽按照理想状态去研宄，存在一定的局限性。
[0023]可压缩流体流速加快，压力降低，必然引起体积膨胀，从而使密度减小；反之，在流速减慢、压力升高的同时，空气受压缩，体积缩小，因此，密度必然增大。气体体积的膨胀，还会使温度降低。当打开自行车气门芯放气，高压气体从气门芯喷出来时，气门芯的温度显著下降，甚至使表面结霜。这并不是自行车胎里面装着很“冷”的气体的缘故，而是高压空气从喷口喷出时体积膨胀引起降温导致气体中所含有的水蒸气冷凝所致。同样，当空气受压缩时，温度会升高。譬如，用打气筒打气，气筒壁会发烫。这并非皮碗与筒壁摩擦的结果，而主要是筒内空气被压缩，导致温度升高。
[0024]一个对高低温、高低压变化非常敏感的蒸汽动力循环系统，应该充分考虑体积、空间、流速、压力、温度等混合因素，充分利用这些因素之间的关系，实现高效率的热动力循环。


【发明内容】

[0025]本实用新型的目的是首先利用非机械动力的方式实现对完成做功后的乏蒸汽进行再利用压缩，其次充分利用气体体积、温度、压力甚至气体流速、涡流离心力作用的关系，设法直接回收再利用冷凝热，合理的分流热能，实现蒸汽动力循环整体热效率的大幅度提尚。
[0026]本实用新型针对上述问题，提供一种新型利用涡流原理的蒸汽动力循环装置。
[0027]本实用新型的技术方案是:一种新型利用涡流原理的蒸汽动力循环装置，包括:凝汽器、高压水泵、高压锅炉、气体放大器、汽轮机、发电机、乏汽总管路、待凝结乏汽入口、待降压乏汽入口、冷凝水管路、涡流升温乏汽出口、待吸入蒸汽入口、驱动高压高温蒸汽入口、再生混合工作蒸汽出口、涡流管、涡流降温乏汽出口、射流冷凝器、冷凝射流水泵、冷凝射流入口、低温乏汽吸入口、冷凝射流汽水输出；所述高压水泵出口连接高压锅炉；所述高压锅炉出口通过驱动高压高温蒸汽入口连接气体放大器；所述气体放大器出口通过再生混合工作蒸汽出口连接汽轮机；所述汽轮机动力输出连接发电机；所述汽轮机工作蒸汽输出端通过乏汽总管路分别连接待凝结乏汽入口和涡流管；涡流管输出的低温蒸汽通过涡流降温乏汽出口连接待降压乏汽入口 ；所述待凝结乏汽入口和待降压乏汽入口分别连接凝汽器，所述凝汽器通过冷凝水管路的输出端连接冷凝射流水泵；所述冷凝射流水泵输出通过冷凝射流入口连接射流冷凝器，射流冷凝器输出口经冷凝射流汽水输出连接高压水泵；所述凝汽器通过吸热升温乏汽出口连接待吸入蒸汽入口，所述凝汽器通过低温乏汽吸入口连接射流冷凝器；所述涡流管的输出温升后的乏汽经待吸入蒸汽入口连接气体放大器。
[0028]本实用新型的优点:
[0029]本实用新型和朗肯循环相比，系统设计上没有大量散热的环节，整体热效率大幅度提高；利用蒸汽流动的涡流管作用，将乏汽一分为二，一部分高温乏汽、一部分低温乏汽或汽水混合物，便于直接高效率再利用和进一步改进冷凝效果，满足再循环的冷凝水量。
[0030]本实用新型中锅炉的蒸汽发生量大幅度下降，高压蒸汽涉及的范围减少，高压蒸汽涉及的过程几乎没有运动、需要较多维护的机械部件，关于技术难度、成本控制、安全性下降的问题得以解决；
[0031]本实用新型可以适度降低汽轮机机组压力，也不影响系统整体效率，对安全生产有利；也可以用于现有中低压蒸汽发电系统的技术改造。
[0032]除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。

【专利附图】

【附图说明】
[0033]构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
[0034]图1是本实用新型的一种新型利用涡流原理的蒸汽动力循环装置第一实施例的结构示意图；
[0035]图2是本实用新型的一种新型利用涡流原理的蒸汽动力循环装置工作方法流程图。
[0036]【专利附图】

【附图说明】:
[0037]1为凝汽器、2为高压水泵、3为高压锅炉、4为气体放大器、5为汽轮机、6为发电机、7为乏汽总管路、8为待凝结乏汽入口、9为待降压乏汽入口、10为冷凝水管路、11为涡流升温乏汽出口、12为待吸入蒸汽入口、13为驱动高压高温蒸汽入口、14为再生混合工作蒸汽出口、15为涡流管、16为涡流降温乏汽出口、17为射流冷凝器、18为冷凝射流水泵、19为冷凝射流入口、20为低温乏汽吸入口、21为冷凝射流汽水输出。

【具体实施方式】
[0038]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0039]图1示出了本实用新型的一种新型利用涡流原理的蒸汽动力循环装置第一实施例的结构示意图。
[0040]参考图1，如图1所示的一种新型利用涡流原理的蒸汽动力循环装置，包括:凝汽器1、高压水泵2、高压锅炉3、气体放大器4、汽轮机5、发电机6、乏汽总管路7、待凝结乏汽入口 8、待降压乏汽入口 9、冷凝水管路10、涡流升温乏汽出口 11、待吸入蒸汽入口 12、驱动高压高温蒸汽入口 13、再生混合工作蒸汽出口 14、涡流管15、涡流降温乏汽出口 16、射流冷凝器17、冷凝射流水泵18、冷凝射流入口 19、低温乏汽吸入口 20、冷凝射流汽水输出21。所述高压水泵2出口连接高压锅炉3 ；所述高压锅炉3出口通过驱动高压高温蒸汽入口 13连接气体放大器4 ；所述气体放大器4出口通过再生混合工作蒸汽出口 14连接汽轮机5 ；所述汽轮机5动力输出连接发电机6 ；所述汽轮机5工作蒸汽输出端通过乏汽总管路7分别连接待凝结乏汽入口 8和涡流管15 ；涡流管15输出的低温蒸汽通过涡流降温乏汽出口 16连接待降压乏汽入口 9 ；所述待凝结乏汽入口 8和待降压乏汽入口 9分别连接凝汽器1，所述凝汽器1通过冷凝水管路10的输出端连接冷凝射流水泵18 ；所述冷凝射流水泵18输出通过冷凝射流入口 19连接射流冷凝器17，射流冷凝器17输出口经冷凝射流汽水输出21连接高压水泵2 ；所述凝汽器1通过吸热升温乏汽出口 11连接待吸入蒸汽入口 12，所述凝汽器1通过低温乏汽吸入口 20连接射流冷凝器17 ；所述涡流管15的输出温升后的乏汽经待吸入蒸汽入口 12连接气体放大器4。
[0041]图2示出了本实用新型的一种新型利用涡流原理的蒸汽动力循环装置的工作方法。
[0042]参考图2，如图2所示的一种新型利用涡流原理的蒸汽动力循环装置工作方法，包括以下步骤:
[0043]31，所述高压水泵2将冷凝水抽到高压锅炉3，经过高压锅炉3加热、升温、升压后变成高温蒸汽通过驱动高压高温蒸汽入口 13输送到气体放大器4 ；
[0044]32，所述气体放大器4利用从驱动高压高温蒸汽入口 13输送来的高温高压蒸汽，在空气放大器中形成射流，带动、驱动从待吸入蒸汽入口 12引入的来自涡流管15从涡流升温乏汽出口输出的相对低温、低压蒸汽，两者混合后，形成中温、中压蒸汽，然后通过再生混合工作蒸汽出口 14输送到汽轮机5 ；
[0045]33，所述汽轮机5带动发电机6发电，同时汽轮机5做功后排出的乏汽通过乏汽总管路7分别输送到待凝结乏汽入口 8和涡流管15，涡流管15生成的较低温度乏汽从涡流降温乏汽出口 16输出，经待降压乏汽入口 9接入冷凝器1内部；
[0046]34，所述待凝结乏汽和待降压乏汽分别通过待凝结乏汽入口 8和待降压乏汽入口9进入到凝汽器1 ；
[0047]35，待进一步降压的蒸汽乏汽在所述凝汽器1流经换热器内部管路时，经过管路面积增加蒸汽膨胀和射流凝汽器17抽真空作用，实现进一步降压、降温，具备冷却吸热能力；自待凝结乏汽入口 8进入凝汽器凝汽空间的待凝结蒸汽，遇到温度更低的冷却管网后放热、凝结，生成冷凝水；
[0048]36，进入涡流管15的乏汽，在涡流管内旋转增温的蒸汽自涡流升温乏汽出口 11进入到待吸入蒸汽入口 12，然后再经过气体放大器4，进入下一个蒸汽工作循环；
[0049]37，所述凝汽器1产生的冷凝水通过冷凝水管路10进入冷凝射流水泵后经冷凝射流入口压入射流冷凝器17，通过射流吸附作用，与经低温乏汽吸入口 20被吸引入的低温乏汽、汽水混合物混合加压后从冷凝射流汽水输出21接入高压水泵2，再通过高压水泵2进入到高压锅炉3，进行再利用；
[0050]38，进入下一个工作循环。
[0051]本实用新型全过程没有对第三方做功，属于绝热过程，能量损失少。
[0052]本实用新型接入空气放大器的压力远超于乏汽的高温、高压、过热蒸汽从环形喷口高速喷出，膨胀、扩散，同时基于流体的粘滞作用、气体分子的混合、碰撞作用，依据科恩达效应，带动大量乏汽一起运动，两种蒸汽的动量、热量混合、交换，达到平衡。最后形成中温、中压混合汽流。
[0053]本实用新型和朗肯循环相比，系统设计上没有大量散热的环节，整体热效率大幅度提高；利用蒸汽流动的涡流管作用，将乏汽一分为二，一部分高温乏汽、一部分低温乏汽或汽水混合物，便于直接高效率再利用和进一步改进冷凝效果，满足再循环的冷凝水量。
[0054]本实用新型中锅炉的蒸汽发生量大幅度下降，高压蒸汽涉及的范围减少，高压蒸汽涉及的过程几乎没有运动、需要较多维护的机械部件，关于技术难度、成本控制、安全性下降的问题得以解决；
[0055]本实用新型可以适度降低汽轮机机组压力，也不影响系统整体效率，对安全生产有利；也可以用于现有中低压蒸汽发电系统的技术改造。
[0056] 以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种新型利用涡流原理的蒸汽动力循环装置，其特征在于，包括:凝汽器(I)、高压水泵(2)、高压锅炉(3)、气体放大器(4)、汽轮机(5)、发电机(6)、乏汽总管路(7)、待凝结乏汽入口(8)、待降压乏汽入口(9)、冷凝水管路(10)、涡流升温乏汽出口(11)、待吸入蒸汽入口(12)、驱动高压高温蒸汽入口(13)、再生混合工作蒸汽出口(14)、涡流管(15)、涡流降温乏汽出口(16)、射流冷凝器(17)、冷凝射流水泵(18)、冷凝射流入口(19)、低温乏汽吸入口(20)、冷凝射流汽水输出(21);所述高压水泵(2)出口连接高压锅炉(3);所述高压锅炉(3 )出口通过驱动高压高温蒸汽入口( 13 )连接气体放大器(4 );所述气体放大器(4 )出口通过再生混合工作蒸汽出口(14)连接汽轮机(5);所述汽轮机(5)动力输出连接发电机(6)；所述汽轮机(5)工作蒸汽输出端通过乏汽总管路(7)分别连接待凝结乏汽入口(8)和涡流管(15);涡流管(15)输出的低温蒸汽通过涡流降温乏汽出口(16)连接待降压乏汽入口(9);所述待凝结乏汽入口(8)和待降压乏汽入口(9)分别连接凝汽器(1)，所述凝汽器(I)通过冷凝水管路(10)的输出端连接冷凝射流水泵(18);所述冷凝射流水泵(18)输出通过冷凝射流入口(19)连接射流冷凝器(17)，射流冷凝器(17)输出口经冷凝射流汽水输出(21)连接高压水泵(2 );所述凝汽器(I)通过吸热升温乏汽出口( 11)连接待吸入蒸汽入口( 12 )，所述凝汽器(I)通过低温乏汽吸入口(20)连接射流冷凝器(17);所述涡流管(15)的输出温升后的乏汽经待吸入蒸汽入口(12)连接气体放大器(4)。
【文档编号】F01K25/00GK204225942SQ201420475308
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年8月22日 优先权日:2014年8月22日
【发明者】苟仲武 申请人:苟仲武