CN102869853A - 制造微型燃气轮机的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制造廉价的微型燃气轮机(1)的方法。根据该方法，现有的压缩机-涡轮机单元被分成两个单独的部分，即压缩机(3)和涡轮机(5)。压缩机和涡轮机的轴联接在一起。可利用两个现有的轴承单元(11和17)，其中一个轴承单元可以属于现有的压缩机-涡轮机单元。现有的发电机(7)的转子(25)安装到联接的轴上。发电机壳体(21)被制造并连接到这些轴承单元。现有的发电机(7)的定子(23)安装到该发电机壳体中。输入到燃气轮机的工作循环中的能量可以通过增设一内部燃烧器或者具有热交换器的外部燃烧器而实现。通过使用廉价以及通常大批量生产的现成的部件，可以获得经济合算的微型燃气轮机。

Description

制造微型燃气轮机的方法
技术领域
本发明涉及一种制造微型燃气轮机的方法，该微型燃气轮机包括压缩机、涡轮机和由涡轮机驱动用以产生电能的发电机。为了实施将能量输入到工作循环，该微型燃气轮机可包含内部燃烧器、具有热交换器的外部燃烧器或者其它装置。该微型燃气轮机还可包含同流换热器、中间冷却器、补充燃烧器和其它常用的装置以提高效率、热功率、轴输出功率和电能并且优化性能。
本发明涉及一种微型燃气轮机，其用于：
-发电系统。
-在热能和电能联产系统中使用，其中燃气轮机驱动发电机以产生电能，并且可选择地，该燃气轮机废气中的热量被用于加热，如住宅供暖、水加热，等等。这些热量还可被用来进行制冷。
-在与其它能量转化装置结合的多种热电系统中的应用，如燃料电池、兰金发动机(Ranking engine)等。
-在汽车、海事和其它交通工具中的辅助系统中的应用。
电功率介于1kW至300kW之间的微型燃气轮机的使用具有很大的潜力。特别地，对于家庭、旅店、农场、餐馆、办公室等中的配给电力和/或供热和/或制冷，以及对于车辆中的应用而言，微型燃气轮机对环境无害且具有成本效率。然而，微型燃气轮机的设计、开发和制造的成本非常高。这些成本对于消费者的应用而言经常过于高昂，例如在介于1kW至5kW的典型功率范围内的家用的情况。
背景技术
从专利文献EP 1 564 379 A2中已知一种具有压缩机、发电机和涡轮机的微型燃气轮机。在这种已知的燃气轮机中，发电机的转子包括轴，该轴被支承在作为该发电机一部分的轴承中。压缩机轴和涡轮机轴联接到发电机轴上。
由于转速较高，对发电机、压缩机与涡轮机的轴之间的联接的结构要求和转子动力学要求较高。这些轴还受特定的校准要求的制约。这些轴还限制着轴承类型的选择。
从专利文献US 2008/0124233和US 2009/025386中已知多种电动机辅助涡轮增压器。这些涡轮增压器并非微型燃气轮机。然而，这些涡轮增压器在压缩机和涡轮机之间结合有一电机。在压缩机和电机之间设有一个轴承单元，而在涡轮机和电机之间具有另一个轴承单元。这些已知的涡轮增压器教示了电机、轴承系统、压缩机和涡轮机的定制设计(custom design)。这导致设计、开发和制造成本高昂。
发明内容
本发明的目的是提供一种制造十分廉价的微型燃气轮机的方法，其用于消费者、车辆和其它的应用。根据本发明的方法的特征在于：
-将现有的压缩机-涡轮机单元分成压缩机和涡轮机两个单独的部分；
-将压缩机的轴和涡轮机的轴连结在一起；
-利用两个现有的轴承单元，将其中一个轴承单元连接到压缩机，并将另一个轴承单元连接到涡轮机；
-制造具有多个接口(interface)的发电机壳体，用以连接所述轴承单元或其它固定的部分；
-将现有的发电机的定子安装到该发电机壳体内；
-将现有的发电机的转子安装到所连结的轴上；以及
-将该发电机壳体与轴承单元或其它固定的部分连接。
在根据本发明的方法中，发电机的转子安装到压缩机或转子轴上。发电机自身不具有轴承和轴。通过使用可获得涡轮增压器和具有高发电量的发电机(这些发电机价格低廉、可靠性高并具有高的品质)，并根据上文描述的方法组装这些涡轮增压器和发电机，可以得到具有成本效率的微型燃气轮机。这种微型燃气轮机不再需要常用的压缩机、涡轮机、发电机、轴和轴承。这些部分的设计、开发和制造需要高的成本和较大的工作量。所得到的微型燃气轮机不需要用于轴的联接元件及复杂的轴校准。这样就进一步减少了设计、开发、制造及操作/维护的成本。
输入到该微型燃气轮机的工作循环中的能量可以通过增设内部燃烧器、具有热交换器的外部燃烧器或其它常用的装置而实现。该微型的燃气轮机还可以包含不同的常用部件以提高效率、热功率、轴输出功率和电能并且优化其性能。
除了以上所述的涡轮增压器之外，对于各种不同的应用而言，如本发明中所述，也可以使用廉价的现有的小型喷气发动机、压缩机和涡轮机(它们既可以单独获得，也可结合到压缩机-涡轮机单元中)。
典型地，现有的压缩机-涡轮机单元具有一轴承单元。因此，根据本发明的方法，该轴承单元优选地被用作所需的现有的轴承单元的其中之一。换句话说，当将压缩机-涡轮机单元分成两个单独的部分时，该轴承单元保持连接到这些部分的其中之一。
在本发明的一个实施例中，这些轴承单元是相同的。在压缩机-涡轮机单元仅具有一个轴承单元的情况下，必须利用相同的轴承单元。这样做的优点是压缩机的轴和涡轮机的轴均因此被支承在为它们预设计的轴承中。
在本发明的另一个实施例中，上述各部分中的至少一个部分的轴被延伸。该轴可以是涡轮机轴。这样提供了下列优点：轴承单元、发电机和压缩机可安装到该延伸的轴上。在这种情况下不需要轴连结。如果需要更大的轴的长度，可将压缩机轴与延伸的涡轮机轴连结。或者，延伸的轴可以是压缩机轴。
可通过在给定的轴上增加轴部段(shaft section)来延伸这些轴。还可以将该轴替换为更长的轴。
在本发明的又一个实施例中，除了上文的描述中所提及的现有的压缩机-涡轮机单元之外，还利用另一个现有的压缩机-涡轮机单元。一个压缩机、轴承单元和轴取自一个压缩机-涡轮机单元。一个涡轮机、轴承单元和轴取自另一个压缩机-涡轮机单元。当压缩机的轴和涡轮机的轴连结在一起时，具有足够的空间和轴长度以供安装发电机。无需设置轴延伸部。
作为在高转速和低扭矩传递的条件下工作的微型燃气轮机，根据本发明的多个实施例，可选择简单的工序对这些轴进行连结。这些轴可以被粘合、紧配合、通过螺纹连结或者通过其它常用的方式连接。
优选地，在根据本发明的方法中使用的轴承单元包含冷却系统和润滑系统。通过使用这样的轴承单元，不需要为了获得微型燃气轮机而设计、开发和制造单独的冷却和润滑系统。这样就节省了较高成本和较大的工作量。这样还提供微型燃气轮机的热管理，也就是使传输到压缩机和发电机的热量最小化。压缩机和发电机的性能随着热量的增加而极大地劣化。即使是这些部件的性能的微小的劣化也会对微型燃气轮机的性能十分不利，甚至会使微型燃气轮机的工作无法自维持。
在任何现有的轴承单元包括多于一个轴承的的情况下，本发明的又一个实施例的特征在于，从该轴承单元去掉至少一个轴承。这样增加了一个制造操作，但是省去了轴承中的实质的操作损失。作为该额外的制造操作的结果，如果所得到的微型燃气轮机仅余留两个轴承，那么事实上能够使用任何类型的轴承。
附图说明
下面将基于附图进一步描述本发明。这些附图示出了根据本发明中的方法制造的微型燃气轮机的实施例。在附图中：
图1是微型燃气轮机的实施例的剖视图；以及
图2是微型燃气轮机的立体图。
具体实施方式
在图1和图2中，分别以剖视图和立体图示出了根据本发明中的方法制造的微型燃气轮机的实施例。微型燃气轮机1包括压缩机3、涡轮机5和安装在这两个部分之间的发电机7。给定的工作介质如箭头6所示地离开压缩机3。给定的工作介质如箭头8所示地进入涡轮机5。
输入到微型燃气轮机1的工作循环的能量可以通过增设一内部燃烧器、具有热交换器的外部燃烧器或其它常用的装置而实现。微型燃气轮机1还可以包括不同的常用部件以提高效率、热功率、轴输出功率和电能并且优化其性能。
压缩机3具有：压缩机壳体9；压缩机轴承单元11，连接到该压缩机壳体；以及压缩机转子13，其由压缩机轴承单元支承。涡轮机5具有：涡轮机壳体15；涡轮机轴承单元17，连接到该涡轮机壳体；以及涡轮机转子19，其由该涡轮机轴承单元支承。
发电机7具有发电机壳体21、定子23和转子25。
压缩机轴承单元11位于压缩机壳体9与发电机壳体21之间。涡轮机轴承单元17位于涡轮机壳体15与发电机壳体21之间。
发电机7的转子25刚性连接到压缩机转子13和涡轮机转子19。(发电机)不具有单独的发电机轴承，并且发电机7的转子25由压缩机的轴承单元11和涡轮机的轴承单元17支承。除了这两个轴承单元之外，微型燃气轮机1没有其它的轴承。
微型燃气轮机具有一个公共轴27。这是由于将轴部段28和轴部段29连结而造成的，其中轴部段28可称作压缩机轴，而轴部段29可称作涡轮机轴。发电机转子25安装在该轴上。
虽然上文已根据给定的附图对本发明进行了阐述，但应指出的是，本发明并不限于附图所示的任何实施例。本发明还扩展至偏离出附图所示的实施例、但涵盖于由权利要求书所限定的内容之中的所有实施例。

Claims (8)

1.一种用于制造微型燃气轮机的方法，该微型燃气轮机包括压缩机、涡轮机和由该涡轮机驱动用以产生电能的发电机，该方法的特征在于：
(a)将现有的压缩机-涡轮机单元分成压缩机和涡轮机两个单独的部分；
(b)将该压缩机的轴和该涡轮机的轴连结在一起；
(c)利用两个现有的轴承单元，将所述轴承单元中的一个轴承单元连接到该压缩机，而将另一个轴承单元连接到该涡轮机；
(d)制造具有多个接口的发电机壳体，用以连接所述轴承单元或其它的固定部分；
(e)将现有的发电机的定子安装到该发电机壳体内；
(f)将现有的发电机的转子安装到所连结的轴上；以及
(g)将该发电机壳体与所述轴承单元或其它的固定部分连接。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述两个现有的轴承单元中的至少一个轴承单元是所述现有的压缩机-涡轮机单元的轴承单元。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述轴承单元是相同的。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述部分中的至少一个部分的轴被延伸。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，除了步骤(a)中的所述现有的压缩机-涡轮机单元之外，还利用另一个压缩机-涡轮机单元，并且一个压缩机、轴承单元和轴是取自一个压缩机-涡轮机单元，而一个涡轮机、轴承单元和轴是取自另一个压缩机-涡轮机单元。
6.根据以上任一项权利要求所述的方法，其特征在于，使用具有冷却系统和润滑系统的轴承单元。
7.根据以上任一项权利要求所述的方法，其特征在于，在所述现有的轴承单元包含多于一个的轴承的情况下，从所述现有的轴承单元中去掉至少一个轴承。
8.根据以上任一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述的轴彼此粘合、紧配合或者借助螺纹连结。
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