CN102094680A

CN102094680A - 涡旋发电机及发电方法

Info

Publication number: CN102094680A
Application number: CN2009102593528A
Authority: CN
Inventors: 李建民
Original assignee: Beijing Wisword Science & Technology Development Co Ltd
Current assignee: Beijing Wisword Science & Technology Development Co Ltd
Priority date: 2009-12-09
Filing date: 2009-12-18
Publication date: 2011-06-15

Abstract

本发明的目的是提供一种流体涡旋发电机及发电方法，采样两个多个涡旋盘之间的容积变化，将流体的运动能量转换为机械能，再通过定子与转子的运动将机械能转换为电能；采用涡旋盘之间的容积膨胀，推动动涡旋进行旋转，动涡旋带动转子进行旋转，将流体的运行能量转化为电能。流体为液体、气体、超临界离子体或其混合物。本发明特别是适合于小型的发电设备，可以实现1W-300kW的各种发电，优选区域为5kW-70kW的各种发电；适合于利用太阳能、余热、余压、地热的“低品位热能”进行发电，以及适合于采样低温有机工作介质实现的发电，特别是采用有机朗肯循环实现的发电。

Description

涡旋发电机及发电方法

技术领域

本发明涉及发电设备，可以采用流体进行发电的设备，特别是采用涡旋盘进行膨胀发电的设备及方法。

背景技术

现有的发电技术主要采用蒸汽为工作介质发电，主要的工作介质为水，其喷嘴设置在定子上，不发生运动，叶片设置在转子上，喷嘴喷射的蒸汽推动叶片进行旋转发电。现有的技术主要是100KW以上的发电机组，没有小型化适合的机组。

采用低温有机物的朗肯循环(ORC)发电机组，适合于低温热源以及小型的发电，但是主要是将现有的大型蒸汽发电设备小型化，其喷嘴与叶片设置与大型的相同，这样的结构设置限制了发电的能源利用，工作介质通常采用低温的工作介质。

此外，斯特林机也是一种发电设备，其主要采用缸体以及运动的活塞，利用缸体外部的热能实现对缸体内部的工作介质进行汽化，推动缸体运动后带动发电设备进行机组发电。

上述的主要的发电技术和方法，都属于热机原理的发电装置，其工作介质都经过了液气相变过程，需要热能加热工作介质，使其产生高温高压蒸汽，推动发电及的转子转动，实现发电。由于需要将蒸汽进行冷凝，因而大量的热能在冷凝过程中被损耗，使得发电效率不高。

水利发电机是采用水为工作介质，利用水的压力和流量推动转子转动实现发电，但是水不能进行循环，其水流推动的方式需要进一步的改进和提高，从而整体上可以实现更高的发电效率。

现有的涡旋压缩机主要是实现对流体特别是制冷剂进行压缩的设备，通过消耗电能实现对气体的增压，流体经过该设备后压力增加。

发明内容

本发明的目的是提供一种流体涡旋发电机，借助两个或多个涡旋盘之间的容积变化，将流体的运动能量转换为机械能，再通过定子与转子的运动将机械能转换为电能；采用涡旋盘之间的容积膨胀，推动动涡旋盘旋转，动涡旋盘带动转子进行旋转，将流体的运行能量转化为电能。流体为液体、气体、超临界流体、等离子体或其混合物。

本发明的另外一个目的是提供一种将流体运动能量转换为电能的方法，采用涡旋盘结构，流体在两个或多个涡旋盘之间进行膨胀运行，实现对动涡旋盘的驱动，动涡轮盘驱动转子旋转，将流体的运动能量转换为机械能，在通过定子与转子的相互运动，将机械能转化为电能。

本发明特别是适合于小型的发电设备，可以实现1w-300kw的各种发电，优选区域为5kw-70kw的各种发电；适合于利用太阳能、余热、余压、地热的“低品位热能”进行发电，以及适合于采样低温有机工作介质实现的发电，特别是采用有机朗肯循环实现的发电。

具体发明内容如下：

涡旋流体发电机，由流体、转子、定子、涡旋盘、壳体组成，其特征是：至少含有两个涡旋盘，两个涡旋盘上的涡旋之间实现多点啮合，至少有一个称为动涡旋盘的涡旋盘运动，动涡旋盘与转子连接，定子设置在转子周围，壳体将转子、定子、涡旋盘密闭成为一个腔体，壳体上设置有流体进口和出口。流体从进口进入涡旋盘之间的容腔膨胀推动动涡旋盘转动，动涡旋盘带动转子旋转，转子和定子相互运动产生电能。

涡旋盘由端板及在其上设置的至少一个涡旋齿组成，涡旋齿的基本齿型线为下列一种：园的渐开线、线段渐开线、正多边形渐开线、平行四边形渐开线、阿基米德螺旋线、代数螺旋线、变径基园渐开线、包络型线、通用型线、园弧加直线修正、园渐开线修正、多对圆弧修正三角函数修正。

同一个涡旋盘上的齿形线由至少选自基本齿形线的两种以及两种以上的型线连接成的光滑型线组成，其优选为：园渐开线-圆弧-园渐开线组合型线、园渐开线-三类型-园渐开组合型线、线段渐开线-高次曲线-园渐开线。

为了保证两个涡旋盘只能进行公转运动而不能进行相对旋转，设置有自转机构，优选为下一种：十字环防转结构、滚珠防转结构、圆柱销防转结构、曲柄防转结构。

为了保证涡旋盘的轴向和/或径向的稳定性及自动补偿，设置有轴向和/或径向柔性机构，轴向柔性机构为下列一种：背压结构、静涡旋旋盘结构、密封条悬浮结构；径向柔性机构选自下列一种：偏心套结构、扁平销-轴套结构、松轴套-销钉结构、偏心转盘结构、棱柱销-转套结构、滑块调节结构。

动涡旋盘上设有转动轴，转动轴与转子上的转动轴可以直接连接或与变速齿轮箱的输入轴连接，变速箱的输出轴连接转子上的转动轴。

壳体为真空密闭腔体、密封腔体、封闭腔体、开口腔体的一种。

定子或转子上设置有至少下列装置之一：

A、金属线圈，该线圈在工作时接通电源；

B、磁铁；

C、含有稀土元素的磁铁。

流体经由壳体的入口，经涡旋盘膨胀后从出口流出，流体选择自下列至少一种或其混合物：

液体；

气体；

超临界；

等离子体。、

一种将流体运动能量转换为电能的方法，其特征是：采用至少两个涡旋盘结构，两个涡旋盘实现多点紧密结合，流体经过涡旋盘后膨胀，推动动涡旋盘旋转，带动转子运动，转子与定子相互运动，将流体的运动压力能量转换为电能。

流体选择自下列至少一种或其混合物：

液体；

气体；

超临界；

等离子体。

有益的效果：

1、采用本发明的结构和方法进行发电，可以实现多种流体的混合发电，对流体没有限制，扩大了流体的应用和种类，便于利用多种的流体实现发电。

2、本发明可以实现1w-300kw的各种发电，尤其适合于5kw-70kw的各种发电；

3、本发明适合于利用太阳能、余热、余压、地热的“低品位热能”进行发电，以及适合于采样低温有机工作介质实现的发电，特别是采用有机狼肯循环实现的发电。

4、本发明结构简单，便于在不同的行业和领域使用。

5、本发明降低了发电设备的成本，提高了发电的效能。

附图说明：

图中标号含义

1：转子，2：定子，3：动涡旋盘，4：静涡旋盘，5：流体进口，6：流体出口，7：流体进入管道，8：转动轴，9：壳体，10：防自转机构，11、轴承，12：密封件，13：润滑机构。

图1：渐开线涡旋齿基本结构

图2：动静涡旋盘基本结构

图3：立式涡旋流体发电机

图4：卧式涡旋流体发电机

具体实施方法：

实施例一：渐开线涡旋齿基本结构

如图1所示，一对动涡旋盘3与静涡旋盘4相互成对连接，流体从流体进口5进入到由动涡旋盘与静涡旋盘形成的腔室内进行膨胀，推动动涡旋盘运动。

实施例二：动静涡旋盘基本结构

如图2所示，动涡旋盘3与静涡旋盘4都设置在一个封闭腔体的壳体9内，流体进口5设置在壳体的顶部，流体出口6设置在壳体的侧面，动涡旋盘与静涡旋盘相互啮合后设置壳体中央部位，在其下面设置有防自转机构10，转动轴8与动涡旋盘及发电机的转子相互连接，流体从流体进口进入后，进入到动涡旋盘、静涡旋盘、壳体组成的腔体中进行膨胀，流体膨胀后推动动涡旋盘转动，实现将流体的动能转变为机械能，进而转变为电能。

实施例三：立式涡旋流体发电机

如图3所示，本例为立式涡旋流体发电设备，工作介质为佛里昂R134a，工作介质从侧面的流体入口5进入，从顶部的流体进入管道7进入到到动涡旋盘3与静涡旋盘4组成的腔体内，动涡旋盘在工作介质的推动下进行旋转，带动转动轴8转动，转子1设置在转轴8上，转子1在动涡旋盘3的带动下旋转，转子与设置在其周围的定子相互运动产生电能，在转动轴两端设置有轴承11，在下部设置有润滑机构13为系统提供润滑油，以保证结构可以稳定运行。工作介质流体经膨胀后从流体出口流出，从而实现了利用流体进行发电的目的，该发电机组为5kw的小型发电设备，可以利用60-90度的热源实现发电，热源可以采用太阳能、地热、余热等。

实施例四：卧式涡旋流体发电机

如图4所示，本例为卧式的涡旋流体发电设备，工作介质为水及水蒸气的混合流体，流体从设置在壳体上的流体进口5进入，直接流入到由动涡旋盘3和静涡旋盘4组成的腔体中，通过流体的膨胀，推动动涡旋盘旋转，动涡旋盘3与转动轴8连接，在转轴8上设置有转子1，在转子1周围设置定子2，在动涡旋盘的驱动下转子和定子相互旋转运动，从而将流体的运动能量转换为电能，经膨胀后的流体经流体出口6流出，在转动轴8的两侧设置有轴承11，在动涡旋盘3周围设置有密封装置，将腔体进行密封，在底部设置有润滑机构13为系统提供润滑。本例可以使用水的余热和余压，其水流体温度为90-120度，发电量为20kw，采用该发电设备可以实现低温余热余压、地热的利用，同时适合用太阳能进行发电。

Claims

1.涡旋流体发电机，由转子、定子、涡旋盘、壳体组成，其特征是：至少含有两个涡旋盘，两个涡旋盘上的涡旋齿之间实现多点啮合，至少有一个称为动涡旋盘的涡旋盘运动，动涡旋盘与转子连接，定子设置在转子周围，壳体将转子、定子、涡旋盘密闭成为一个腔体，壳体上设置有流体进口和出口，流体从进口进入涡旋盘之间的容腔并膨胀推动动涡旋盘转动，动涡旋带动转子旋转，转子和定子相互运动产生电能。

2.根据权利要求1所述的涡旋流体发电机，其特征是：涡旋盘由端板及在其上设置的至少一个涡旋齿组成，涡旋齿的基本齿型线为下列一种：园的渐开线、线段渐开线、正多边形渐开线、平行四边形渐开线、阿基米德螺旋线、代数螺旋线、变径基园渐开线、包络型线、通用型线、园弧加直线修正、园渐开线修正、多对圆弧修正三角函数修正。

3.根据权利要求2所述的涡旋流体发电机，其特征是：同一个涡旋盘上的齿形线由至少选自基本齿形线的两种以及两种以上的型线连接成的光滑型线组成，其优选为：园渐开线-圆弧-园渐开线组合型线、园渐开线-III类型-园渐开组合型线、线段渐开线-高次曲线-园渐开线。

4.根据权利要求1所述的涡旋流体发电机，其特征是：为了保证两个涡旋盘只能进行公转运动而不能进行相对旋转，设置有与动涡旋盘接合的防自转机构，防自转机构可以是：十字环防转结构、滚珠防转结构、圆柱销防转结构、曲柄防转结构。

5.根据权利要求1所述的涡旋流体发电机，其特征是：为了保证涡旋盘的轴向和/或径向的稳定性及自动补偿，设置有轴向和/或径向柔性机构，轴向柔性机构可以是：背压结构、静涡旋盘结构、密封条悬浮结构；径向柔性机构可以是：偏心套结构、扁平销-轴套结构、松轴套-销钉结构、偏心转盘结构、棱柱销-转套结构、滑块调节结构。

6.根据权利要求1所述的涡旋流体发电机，其特征是：动涡旋盘与转子的连接是通过动涡旋盘上的转动轴与转子上的转动轴直接连接或通过动涡旋盘上的转动轴与变速齿轮箱的输入轴连接，变速齿轮箱的输出轴与转子上的转动轴连接。

7.根据权利要求1所述的涡旋流体发电机，其特征是：壳体为真空密闭腔体、密封腔体、封闭腔体、开口腔体的一种。

8.根据权利要求1所述的涡旋流体发电机，其特征是：定子或转子上设置有至少下列装置之一：

A、金属线圈，该线圈在工作时接通电源；

B、磁铁；

C、含有稀土元素的磁铁。

9.根据权利要求1所述的涡旋流体发电机，其特征是：包括有一种流体，流体经由壳体的入口，经涡旋盘膨胀后从出口流出，流体选择自下列至少一种或其混合物：

A、液体；

B、气体；

C、超临界流体；

D、等离子体。

10.一种将流体运动能量转换为电能的方法，其特征是：采用至少两个涡旋盘结构，两个涡旋盘实现多点紧密结合，流体经过涡旋盘后膨胀，推动动涡旋盘旋转，带动转子运动，转子与定子相互运动，将流体的运动压力能量转换为电能。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征是：流体选择自下列至少一种或其混合物：

A、液体；

B、气体；

C、超临界流体；

D、等离子体。