背景技术 利用涡轮对将要进入发动说机气缸内的气体进 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， 涡轮与气体压縮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

书

优势如上所述， 气体压縮机无论是活塞式气体压縮机、 螺杆式气体压缩机、 转 子式气体压縮机等由容积变化产生气体压力的 气体压縮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縮机各自优势的气体 压縮系统。

发明内容

为了解决上述问题， 本发明提出的技术方案如下：

一种涡轮复合气体压縮系统，包括气体压縮机 进气道、气体压縮机排气道、 气体压縮机、 涡轮压气机和动力涡轮， 所述涡轮压气机的压縮气体出口与所述 气体压縮机进气道连通，所述气体压縮机进气 道经进气门与所述气体压縮机的 气缸连通， 所述气缸经排气门与所述气体压縮机排气道连 通， 在所述气体压縮 机排气道上设涡轮工质导出口和压縮气体导出 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。

在所述气体压縮机进气道上设进气降温器， 和 /或在所述气体压縮机排气 道上设排气降温器。 涡轮。

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。

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。

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。

在所述涡轮压气机上设排热器。

在所述涡轮压气机、 所述气体压縮机进气道、 所述气体压縮机排气道、 所 述气体压縮机和 /或所述动力涡轮工质导入管上设排热器。

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。

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。

本发明的原理是利用动力源对所述气体压縮机 输出动力，所述气体压縮机 产生压縮气体， 利用所述气体压縮机产生的压縮气体的一部分 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縮气体， 由所述涡轮压气机产生的压縮气体为所 述气体压縮机提供气源； 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縮机，气体 在所述气体压縮机内被进一步压 縮增压后排出所述气体压縮机， 由所述气体压縮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， 由所述气体压縮机 排出的气体的另一部分作为系统输出的高压压 縮气体。

本发明所公开的涡轮复合气体压縮系统由于采 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 所述动力涡轮的压縮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 合气体压縮系统中的需要冷却的气体、 工质或部件进行冷却。

本发明中所谓的气体压縮机是指由容积变化产 生气体压力的气体压縮装 置， 可以是活塞式气体压縮机、 螺杆式气体压縮机或转子式气体压縮机； 所谓 气体压縮机排气道是指与所述气体压縮机的压 縮气体出口连通的压縮气体通 道； 所谓气体压縮机进气道是指与所述气体压縮机 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縮机压縮后的高 压压縮气体； 所谓排气降温 器是指对压縮后的高压压縮气体进行降温的装 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縮气体进 行混合 的混合式排气降温器，所谓的混合式排气降温 器是指将高压压縮气体和低温流 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， 为了增加混合的均匀度， 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縮机的 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縮的机构， 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。

本发明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。

为了实现本发明所公开的涡轮复合气体压縮系 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。

本发明的有益效果如下：

本发明所公开的涡轮复合气体压縮系统充分发 挥了涡轮和气体压縮机各 自的优势， 实现了高效的气体压縮系统。

附图说明 图 1为本发明实施例 1的结构示意图；

图 2为本发明实施例 2的结构示意图；

图 3为本发明实施例 3的结构示意图；

图 4为本发明实施例 4的结构示意图；

图 5为本发明实施例 5的结构示意图；

图 6为本发明实施例 6的结构示意图；

图 7为本发明实施例 7的结构示意图；

图 8为本发明实施例 8的结构示意图；

图 9为本发明实施例 9的结构示意图；

图 10为本发明实施例 10的结构示意图。

具体实施方式

实施例 1

如图 1所示的涡轮复合气体压縮系统， 包括气体压縮机进气道 1、 气体压 縮机排气道 2、气体压縮机 3、 涡轮压气机 4和动力涡轮 5, 涡轮压气机 4的压 縮气体出口与气体压縮机进气道 1连通，气体压縮机进气道 1经进气门 7与气 体压縮机 3的气缸 301连通，气缸 301经排气门 8与气体压縮机排气道 2连通， 在气体压縮机排气道 2上设涡轮工质导出口 221和压縮气体导出口 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 ¾轮 5 ^ i i^Hii\ 4揄,屮动力， ¾5-Μΐ^*Π 4的^优入□ 低 与源 fi 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， 气体压縮机 3与动力源 300连接， 动力源 300对气 体压縮机 3输出动力； 压縮气体导出口 222是系统输出高压压縮气体的出口。 气体压縮机 3可以是活塞式气体压縮机、螺杆式气体压縮� �或转子式气体压縮 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縮机 3， 气体在气体压縮机 3内被进一步压縮增压后排 出气体压縮机 3， 由气体压縮机 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， 由气体压縮机 3排出的气体的另一部分作 为系统输出的高压压縮气体， 这样就充分发挥了涡轮压气机 4和气体压縮机 3 各自的优势， 实现了高效的气体压縮系统。

实施例 2

如图 2所示的涡轮复合气体压縮系统， 其与实施例 1的区别在于： 在气体 压縮机进气道 1上设进气降温器 100。 这样设置的目的是将进入气体压縮机 3 的气体进行冷却， 增加进入气体压縮机 3的气体的量， 提高气体压縮机 3的压 气效率。

实施例 3

如图 3所示的涡轮复合气体压縮系统， 其与实施例 1的区别在于： 在与气 体压縮机排气道 2连通的动力涡轮工质导入管 224上设排气降温器 200， 这样 设置的目的是将进入动力涡轮 5的高压压縮气体进行冷却，增加进入动力涡� � 5的高压压縮气体的量， 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。

实施例 4

如图 4所示的涡轮复合气体压縮系统， 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。

实施例 5

如图 5所示的涡轮复合气体压縮系统， 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� �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。

实施例 6

如图 6所示的涡轮复合气体压縮系统， 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。

实施例 7

如图 7所示的涡轮复合气体压縮系统， 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。

实施例 8

如图 8所示的涡轮复合气体压縮系统， 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、 在气体压縮机进气道 1上、 在动力涡轮 工质导入管 224上和压縮气体导出管 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， 提高系统的压縮效率。

此外， 还可以在气体压縮机排气道 2、 气体压縮机 3上设排热器 1234。 实施例 9

如图 9所示的涡轮复合气体压縮系统， 其与实施例 1的区别在于： 在气体 压縮机进气道 1上和在动力涡轮工质导入管 224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， 提高系统的压縮效率。

实施例 10

如图 10所示的涡轮复合气体压縮系统， 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。