CN102102540A

CN102102540A - 双螺杆流体发电机及发电方法

Info

Publication number: CN102102540A
Application number: CN2009102593532A
Authority: CN
Inventors: 李建民
Original assignee: Beijing Wisword Science & Technology Development Co Ltd
Current assignee: Chengdu Aonengpu Technology Co Ltd
Priority date: 2009-12-18
Filing date: 2009-12-18
Publication date: 2011-06-22

Abstract

本发明的目的是提供利用双螺杆结构进行直接发电的装置，采用阴阳双螺杆结构，阳螺杆与阴螺杆相互结合啮合，阴阳螺杆与壳体组成一个膨胀腔体，流体经过膨胀腔体后进行膨胀，将流体的运动能量转换为机械能，同时在阳螺杆上设置发电机转子，在其周围设置发电机定子，发电机转子和定子相互旋转实现将机械能转换为电能。本发明的另一个目的是提供一种将流体运动能量转换为电能的方法。本发明特别是适合于小型的发电设备，可以实现300w-3600kw的各种发电，优选区域为30kw-150kw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

双螺杆流体发电机及发电方法

技术领域

本发明涉及发电设备，可以采用液体或气体等工作介质进行发电的设备，特别是采用双螺杆流体进行发电的设备及方法。

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，没有小型化适合于的机组。

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，工作介质也必须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。

现有的双螺杆主要是应用于压缩机、空压机领域，用于将气体进行压缩以提高其压力；也有用于膨胀机，仅可以将流体的运动能量转换为机械能，可以实现对其他流体的驱动，但不能直接用于发电。

发明内容

本发明的目的是提供利用双螺杆结构进行直接发电的装置，采用阴阳双螺杆结构，阳螺杆与阴螺杆相互结合啮合，阴阳螺杆与壳体组成一个膨胀腔体，流体经过膨胀腔体后进行膨胀，将流体的运动能量转换为机械能，同时在阳螺杆上设置发电机转子，在其周围设置发电机定子，发电机转子和定子相互旋转实现将机械能转换为电能。流体为液体、气体、超临界、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，采用阴阳双螺杆结构，阳螺杆与阴螺杆相互结合啮合，阴阳螺杆与壳体组成一个膨胀腔体，流体经过膨胀腔体后进行膨胀，将流体的运动能量转换为机械能，同时在阳螺杆上设置发电机转子，在其周围设置发电机定子，发电机转子和定子相互旋转实现将机械能转换为电能。流体为液体、气体、超临界、等离子体或其混合物。

本发明特别是适合于小型的发电设备，可以实现300w-3600kw的各种发电，优选区域为30kw-150kw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：

双螺杆流体发电机，由发电机转子、发电机定子、轴承、螺杆、壳体等组成，其特征是：含有二个螺杆，一个称为阳螺杆的齿轮进入到另一个称为阴螺杆的齿槽内啮合，至少一个螺杆的轴与一个发电机转子连接，发电机定子设置在发电机转子周围，壳体将发电机转子、发电机定子、螺杆密闭成为一个腔体，壳体上设置有流体进口和出口，轴承设置在两个螺杆轴以及发电机转子的轴的两端，流体从进口进入通过螺杆容腔内后膨胀推动阳螺杆转动，阳螺杆带动发电机转子旋转，发电机转子和发电机定子相互运动产生电能。

阳螺杆与阴螺杆的传动比为：1-8∶2-10。阴阳转子的齿数比为6∶4，7∶5

螺杆的齿槽形状为：摆线、次摆线、圆弧及其包络线、单边非对称摆线、渐开线、阿基米德螺旋线、代数螺旋线、包络型线中的至少一种。所选的阴杆齿槽与阳螺杆的齿之间可以进行啮合后成为一个密闭的腔体，流体可在腔室内进行膨胀做工。

为了实现对流体进入量的调节，在流体的进口处，设置有流体流量调节阀门，对于气体的调节，采用设置在进口处的转块或滑阀进行调价。

螺杆上的转动轴与转子上的转动轴直接连接或通过变速齿轮箱连接。

壳体为真空密闭腔体、密封腔体、封闭腔体中、开口腔体的一种，并通过密封环、垫、圈进行密封。

设置有对运动部件进行润滑或冷却的部件，采用润滑油或水进行润滑。

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。

包括有一种流体，流体经由壳体的入口，经螺杆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；

D、等离子体。

一种双螺杆流体发电方法，采用二个螺杆，两个星轮对称设置在螺杆周围，一个称为阳螺杆的齿轮进入到另一个称为阴螺杆的齿槽内齿合，至少一个螺杆的轴与一个转子连接，定子设置在转子周围，壳体将转子、定子、螺杆密闭成为一个腔体，壳体上设置有流体进口和出口，轴承设置在两个螺杆轴以及转子的轴的两端，两个螺杆的齿槽与齿轮与壳体构成为一个腔体，流体经过腔体进行膨胀，推动螺杆旋转，从而带动转子运动，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：

A、液体；

B、气体；

C、超临界；

D、等离子体。

通过以上的发明可知本发明具有如下的有益效果：

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、本发明没有将液体汽化，在将汽化的冷凝，从而避免了大量的热能损失，提高了发电系统的效率。

3、本发明由于可以采用各种的流体进行发电，大大的扩大了能源利用的形式，可以广泛的应用于各种可再生能源、余热余压利用领域。

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

附图中具体标号的含义如下：

1：阳螺杆，2：阴螺杆，3：发电机转子，4：发电机定子，5：流体进口，6：流体出口，7：壳体，8：流体进口调节装置，9：调节滑阀，10：润滑装置，11：流体过滤装置，12：轴承，13：齿形，14：内容积比调节机构，15：控制机构。

图1是阳螺杆与阴螺杆基本结构。

图中阳螺杆1和阴螺杆2相互成对啮合，与可以形成了一个膨胀腔体，流体经过膨胀腔体之后驱动一对螺杆进行运动，实现将流体的运动转换为机械能。

图2是螺杆齿形图。

图示为圆弧的螺杆的齿形。

图3是立式双螺杆流体发电机。

图4是卧式双螺杆流体发电机。

具体实施方式

实施例一：立式双螺杆流体发电机

如图3所示，阳螺杆1和阴螺杆2相互啮合，同时一对发电机转子3和发电机转子4等器件被封闭在一个腔体内，流体从流体进入口5进入到腔体内，经过流体进入调节结构8进入到腔体，流体进入到双螺杆1、2与壳体7组成的腔体内进行膨胀，推动螺杆进行转动，转动的螺杆通过设置在同一个转轴上的发电机的转子3实现对转子的驱动，实现发电机转子与定子相互运动，实现将流体的运动能量转换为电能，经过膨胀的流体的压力降低后，从流体出口6排出，实现利用流体进行发电。

在流体的进口、流体出口设置流体的控制装置，对于运动部件设置有润滑装置，以及对整机设置有控制装置，实现对流体的控制以及保持发电机的整体稳定运行。

本实施中的工作介质采用有机工作介质，实现了利用低品位的热能、余热、余压、太阳能进行发电。

实施例二：卧式双螺杆流体发电机

如图4所示，本例为卧式的发电机，阳螺杆1和阴螺杆2相互啮合，同时一对发电机转子3和发电机转子4等器件被封闭在一个腔体内，流体从流体进入口5进入到腔体内，经过流体进入调节结构8进入到腔体，流体进入到双螺杆1、2与壳体7组成的腔体内进行膨胀，推动螺杆进行转动，转动的螺杆通过设置在同一个转轴上的发电机的转子3实现对转子的驱动。

可以采用液体、气体等或液体与气体的混合物发电，这样可以充分的利用余热余压，或者利用太阳能、浅层地表热能以及传统能源进行补充。

Claims

1.双螺杆流体发电机，由发电机转子、发电机定子、轴承、螺杆、壳体等组成，其特征是：含有二个螺杆，一个称为阳螺杆的齿轮进入到另一个称为阴螺杆的齿槽内啮合，至少一个螺杆的轴与一个发电机转子连接，发电机定子设置在发电机转子周围，壳体将发电机转子、发电机定子、螺杆密闭成为一个腔体，壳体上设置有流体进口和出口，轴承设置在两个螺杆轴以及发电机转子的轴的两端，流体从进口进入通过螺杆容腔内后膨胀推动阳螺杆转动，阳螺杆带动发电机转子旋转，发电机转子和发电机定子相互运动产生电能。

2.根据权利要求1所述的双螺杆流体发电机，其特征是：阳螺杆与阴螺杆的传动比为：1-8∶2-10。

3.根据权利要求1所述的双螺杆流体发电机，其特征是：螺杆的齿槽形状为：摆线、次摆线、圆弧及其包络线、单边非对称摆线、渐开线、阿基米德螺旋线、代数螺旋线、包络型线中的至少一种。所选的阴杆齿槽与阳螺杆的齿之间可以进行啮合后成为一个密闭的腔体，流体可在腔室内进行膨胀做工。

4.根据权利要求1所述的双螺杆流体发电机，其特征是：为了实现对流体进入量的调节，在流体的进口处，设置有流体流量调节阀门，对于气体的调节，采用设置在进口处的转块或滑阀进行调价。

5.根据权利要求1所述的双螺杆流体发电机，其特征是：螺杆上的转动轴与转子上的转动轴直接连接或通过变速齿轮箱连接。

6.根据权利要求1所述的双螺杆流体发电机，其特征是：壳体为真空密闭腔体、密封腔体、封闭腔体中、开口腔体的一种，并通过密封环、垫、圈进行密封。

7.根据权利要求1所述的双螺杆流体发电机，其特征是：设置有对运动部件进行润滑或冷却的部件，采用润滑油或水进行润滑。

8.根据权利要求1所述的双螺杆流体发电机，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2所述的双螺杆流体发电机，其特征是：包括有一种流体，流体经由壳体的入口，经螺杆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；

D、等离子体。

10.一种双螺杆流体发电方法，其特征是：采用二个螺杆，两个星轮对称设置在螺杆周围，一个称为阳螺杆的齿轮进入到另一个称为阴螺杆的齿槽内齿合，至少一个螺杆的轴与一个转子连接，定子设置在转子周围，壳体将转子、定子、螺杆密闭成为一个腔体，壳体上设置有流体进口和出口，轴承设置在两个螺杆轴以及转子的轴的两端，两个螺杆的齿槽与齿轮与壳体构成为一个腔体，流体经过腔体进行膨胀，推动螺杆旋转，从而带动转子运动，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所述的单螺杆流体发电方法，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；

D、等离子体。