加热U型塔管多相流升压涡轮机高效循环发电装置的制作方法
本发明涉及热气或燃烧产物的变容式发动机装置领域，特别涉及加热u型塔管多相流升压涡轮机高效循环发电装置。
背景技术：
目前涡轮机发电时，加热锅炉内的水变为水蒸汽，通过涡轮机带动发电机发电。现有的锅炉加热换热面积小，且一般是层流态，换热传导效率低；没有充分利用蒸汽的动能，更没有充分利用水的动能；没有充分利用汽化气的相变能，由水分子吸热后获得能量挣脱水分子体的束缚，相变为气相，做完功的大量气相又在冷却塔中产生逆相变，气相中的相变能被冷却液吸收而从使气相转变为液相，相变能浪费了；因蒸汽做功过程中温度、压力是变化的，所以其体积流量也是变化的，但一般涡轮机叶片的转速都是一样的，这就出现了蒸汽流速与各叶片转速的比值不统一，导致了蒸汽能量的利用率不统一，能量转换率无法达到最优状态。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明提供了一种加热u型塔管多相流升压涡轮机高效循环发电装置。
本发明的加热u型塔管多相流升压涡轮机高效循环发电装置，是由冷却器、冷水塔管、供液增压器、加热塔管、多段多级涡轮机组、发电机、气液分离器和排气转换器构成，冷却器与冷水塔管连接，加热塔管由底盘和垂直塔管构成，冷水塔管底部与加热塔管的底盘连接、其连接部位设置供液增压器，底盘内设有加热盘管，垂直塔管内设有多段多级涡轮机组，多段多级涡轮机组的输出轴连接发电机，垂直塔管的顶部出口连接至气液分离器，气液分离器的上出口连接排气转换器、排气转换器的出口连接至冷水塔管，气液分离器的下出口连接至冷却器入口。
作为本发明的进一步改进，冷却器的入口连接至气液分离器的下出口、出口连接至冷水塔管。
作为本发明的进一步改进，供液增压器可以选用涡轮增压器或螺杆泵。
作为本发明的进一步改进，多段多级涡轮机组的同一段中不同级叶片中间设置有分级调速器、不同段之间设置有分段调速器。
作为本发明的进一步改进，加热底盘为扁状大盘。
作为本发明的进一步改进，垂直塔管底部设有辅助加热装置。
作为本发明的进一步改进，加热盘管外连接太阳能供电装置。
本发明的加热u型塔管多相流升压涡轮机高效循环发电装置，驱动能量种类多、各种驱动能量大、驱动能量机械轴功转换效率高、无效能耗小、余液、多种余气、多种余能回收利用率高。利用垂直u型塔管两侧重力差驱动力循环发电；被冷却的液体的余能（动能、势能、压能等）再利用，分离出的含余能的游离气（余压、余温）不需要冷却，均可回收利用；供液增压器防止热流体倒灌回流，保证冷液供应及冷液余能再利用；加热底盘为扁状大盘，面积大、强加热，提高换热效率；多级涡轮机组经各种调速器把机械能统一旋转数调整到主输出轴上，达到最佳的发电效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的余液溶解度图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的加热u型塔管多相流升压涡轮机高效循环发电装置，是由冷却器1、冷水塔管2、供液增压器3、加热塔管4、多段多级涡轮机组5、发电机6、气液分离器7和排气转换器8构成，冷却器1与冷水塔管2连接，向冷水塔管2内注入低温水，冷水塔管2上设有气体入口14，通过气体入口14向冷水塔管2内注入溶解气溶解形成饱和溶气水，加热塔管4由底盘9和垂直塔管10构成，加热底盘9为扁状大盘，增加换热面积及换热效率，为充分利用低能量密度大容量的清洁能源（太阳能、地热等）提供足够大的空间环境，垂直塔管10底部设有辅助加热装置，可利用太阳能或化石能源供热，冷水塔管2底部与加热塔管4的底盘9连接、其连接部位设置供液增压器3，供液增压器3可以选用涡轮增压器或螺杆泵等，底盘9内设有加热盘管11，加热盘管11外连接太阳能供电装置，垂直塔管10内设有多段多级涡轮机组5，多段多级涡轮机组5的同一段中不同级叶片中间设置有分级调速器12、不同段之间设置有分段调速器13，多段多级涡轮机组5在受热u型塔管一侧，因流体温度升高、位置升高、游离自由气增加、体积膨胀、浮力增加、流速（体积流量）增加，保证高的机械转化效率，多段多级涡轮机组5的输出轴连接发电机6，垂直塔管10的顶部出口连接至气液分离器7，气液分离器7的上出口连接排气转换器8、排气转换器8的出口连接至冷水塔管2，既可以降低涡轮机尾端的压力，提高发电功率，又可把（负压）转换器后的带压带温游离气输出到冷水塔管2上的气体入口14并回收而混入冷水中，气体入口14也是含余能（余压、余温、相变能、蒸汽分压、游离气自由能）及抽排气压能的游离气在冷水塔管2上的某压力等值点，达到回收溶解气及回收余能的目的，气液分离器7的下出口连接至冷却器1入口、出口连接至冷水塔管2。冷却液从高处冷却器1中经过较小冷却降温流入冷水塔管2，达到较高溶解度的最高液体温度，提高余温的发电利用率，含余能（余压、余温、相变能、蒸汽分压、游离气自由能）及抽排气压能的游离气在冷水塔管2的气体入口14混入并完全溶解进入不饱和的低温液体中。
使用时，u型塔管的u型是由冷水塔管2和加热塔管4形成的，利用u型塔管两侧流体密度（比重）差异，产生重力驱动力，供液增压器3（涡轮增压器、螺杆泵等）在冷水塔管2底部与加热塔管4加热始端的连接部位，供液增压器3的入口连接冷水塔管2、出口连接加热塔管4，把冷液连续推进底盘9中加热，把冷液的能量（压能，含静液柱重力能）、动能、热能、溶解气余能等传入底盘9中，阻隔底盘9中内的高能流体，防止反向流入冷水塔管2内。
加热盘管11放置在底盘9的底部，提高对流换热效率，底盘9中加热初期（a段），溶解气开始溢出，出现小气泡，形成气泡两相流；加热中期（b段），温度升高，溶解气溢出更多，气泡变大，形成弹状大气泡的弹状气液两相流，也易从层流转为湍流，增加了导热换热效率；加热后期（c段），溢出的游离气进一步增加并且进入垂直方向流动阶段，即进入垂直塔管10中，由于受到管壁液体的粘性边界层阻滞影响，气泡会自动滑向剪切力小的中心线区域，大量气泡汇集形成更大气泡，形状类似活塞流态，此气泡活塞受到浮力作用上浮移动，有助于推动液体向上流动，由于出现了游离自由气的气相空间，按照液体分子的气相分压定律，液体分子会向气相中蒸发直到达到饱和分压为止，气相中既有大量溶解后又游离出的自由气分子，也有蒸发汽化的液体分子，此蒸汽分压也是增大气相体积，增大气相上升浮力，增大体积流速，推动液体上升的驱动力，如果温度、压力达到液体沸点，则液体分子将气化相变，变为汽化气，此时汽化气分子不仅含有相变能，更在宏观上增加了气相的质量、体积和压力，使得气相上升浮力更大，流速更快，冲击力更强，做功能力更大。
利用溶解气的溶解度与液体温度的负效应，即温度升高而气体溶解度下降特性（固体溶解度一般随温度升高而增大，视为正效应），在加热塔管中，溶解气变为游离自由气，单相液流变成气液两相流，游离气体积膨胀，浮力上升驱动液体加速，两相流动速度加快，提高涡轮机发电功率，在气泡（游离自由气相）出现后，按照物理化学原理，气相中会相应出现液相分子的气相分压，即气相中至少有两种物质以上气体分子，一种是溶解气的游离气，另一种是液体的蒸发气，此伴生蒸发气分压也是提高液体驱动力的一种新能量，可以提高热能转化动力发电的效率。
在垂直塔管10的初期（d段）可以设置辅助加热加强段，因清洁可再生能源的能量密度大多偏低，达不到化石能源的高能量密度，清洁能源通常不能满足目前热力发电的工艺要求，在有多种能源可供使用，如：太阳能、地热能、核热能、高能量密度的化石能源（如石油、天然气、煤等）或大量工业废弃余热可以回收利用时，可增设辅助加热加强段，给垂直塔管10辅助增强增热，提高发电能力。
因为气液两相流在上升过程中体积流速是有很大变化的，为了保证流体速度与轮机叶片速度的比值处在最佳值附近，因太大、太小都不利于机械能的转化效率，理论上比值应在1/
做功后剩余一定能量（压能、温度热能、速度动能、势能、相变能、游离气能、蒸汽分压能、若温度高时还有气化蒸汽能等）的气液两相流（e段），为了充分利用所有剩余能量及分类利用气体物质及液体物质，利用气液分离器7把做完功后的气液两相流分离出单相气体和单相液体，液体适当冷却后进入冷水塔管2，而带有余温余压余能的游离气不需冷却，反而经排气转换器8降低了多段多级涡轮机组5末端的压力，即采用与发电机涡轮增压相反的作用原理—涡轮减压方法，排气减压法，提高涡轮机前后压差，达到提高发电机功率的目的，同时又可把（负压）转换器后的带压带温游离气输出到冷水塔管2上某个等压点回收而混入冷水中，达到回收溶解气及回收余能的目的。
总功率的增减结果：涡轮发电效率的增大减去排气转换器8耗电应大于零，因液体的可压缩性很小，可视为刚性，在无气体压力时，末端液体相对压力可达到零；因气体（部分液体）质量很小，涡轮减压器耗能很小，而流过涡轮发电机轴的气液两相流体质量大，发电功率大；小功率排气转换器8仅抽气体减压，末端液体降压，驱动压差变大，发电功率更大。
排气转换器8所耗电能大部分转化为气体的动能及压能，排出气体积所包含的余能（压能、热能、相变能、蒸汽分压能、动能等）全部从冷水塔管2上的气体入口14输出到冷水塔管2中，达到此部分余能全回收利用，提高能量利用率。
气液分离器7分离出的余液含有一定余能（温度、压力等），此余液不用大幅度降温只需要降到高温快速敏感起始点ts（如图2）附近即可，即是较大溶解度的最高温度点，既能保证液体的较大溶解度，又能减少冷却以保证余能（余温）最高，最节能。
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