CN104153827B - 一种一体式风洞型汽轮发电设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种一体式风洞型汽轮发电设备，由汽轮机和发电机构成，汽轮机包括汽轮机本体外壳、高压气体密封流道、风动叶轮、汽轮机第一密封端盖、汽轮机传动轴、汽轮机第二密封端盖，发电机包括发电机第一端盖、自冷式发电机外壳、发电机第二端盖、发电机传动轴，汽轮机传动轴与发电机传动轴通连接，汽轮机发电机联轴器上设置有汽轮机发电机联轴器密封罩，通过整机密封槽密封，高压气体密封流道由密封流道环通过连接管连通构成，第一个密封流道环与汽轮机工质进口连接，最后一个密封流道环与汽轮机工质出口连接，密封流道环为1/4圆周，相邻的密封流道环在周向上相差180度。本发明结构简洁，安装维护方便，能源利用率高，使用寿命长。

Description

一种一体式风洞型汽轮发电设备

技术领域

本发明涉及一种低温热发电技术，利用太阳能或工业余热生产高压蒸汽，通过一体式风洞型汽轮发电设备，向人类提供洁净能源电能。

背景技术

众所周知自从汽轮机的诞生至今人类使用的洁净能源电，都以燃烧石化能把水沸腾气化，形成高温高压蒸气通过汽轮机以热能转换为机械能，带动发电机将石化能转化为电能，成为人类生产、生活随意使用的洁净能源电能。由于热能转换成电能这一热机效率不高，始终是世界科技界力图攻克的课题，随着材料、制造技术的不断提高，一代超临界高温、高压的汽轮机终于诞生，把原本只有20%左右的热机效率提高现有的35%左右，使热机效率达到了极限。而要达到维持这一效果必须依靠燃烧矿物能，而今随着人类的快速发展电能需求极速增长，所以势必向地球加大索取不可再生资源的速度，造成石化资源日益匮乏；同时大量地燃烧石化资源排放的二氧化碳，已影响到人类赖以生存的自然环境的地步了！所以寻求一种低能耗高效率的低温热发电设备，以解决人类发展中的电能需求，已成为广大科学工作者孜孜以求的研究课题。

由于当今被成熟使用的热机工作原理是，工质先从低温到高温吸热，然后由高温到低温放热做功，这一特征决定了提供热源的单一性，必须是高热值大物料的石化资源；其次是工质在特高温状态工作（虽有绝热处理），由于高温表面热损和做功冷却辅助耗能，决定了热机做功效率难以提高，所以寻找一种绿色环保可再生热源难度很大。为了安全各国科学把目光投向低温热源太阳能，但是为了满足热机的工作条件研发了巨型聚焦集热装置，例如：槽式、塔式、蝶式高温热发电技术；但是由于太阳从宇宙到达地球表面时，由于距离遥远及受制于多种自然因素，使得现有太阳能热发电存在着诸多不尽人意之处，如：不可控、投资大、效率低、安装条件受限等等。致使今天还无法使太阳能真正成为人类社会发展中可普遍使用的新能源。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有汽轮发电技术中存在的热源单一、效率偏低等缺陷，提供一种适用中低温热源、高效率的一体式风洞型汽轮发电设备，通过汽轮机的结构创新，利用低温热源生产的高压势能转变为动能驱动汽轮机转动发电机实现低温热发电。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案包括：一种一体式风洞型汽轮发电设备，其特征是由低温高压风洞式汽轮机和自冷式发电机连接构成，所述低温高压风洞式汽轮机包括汽轮机本体外壳、高压气体密封流道、风动叶轮、汽轮机第一密封端盖、汽轮机传动轴、汽轮机第二密封端盖，自冷式发电机包括发电机第一端盖、自冷式发电机外壳、发电机第二端盖、发电机传动轴，汽轮机传动轴与发电机传动轴通过汽轮机发电机联轴器连接，汽轮机发电机联轴器上设置有汽轮机发电机联轴器密封罩，一体式风洞型汽轮发电设备通过整机密封槽填充耐高温密封材料密封，所述高压气体密封流道由固定在汽轮机本体外壳内的若干个密封流道环通过配置在汽轮机本体外壳上的连接管连通构成，汽轮机本体外壳上设置有汽轮机工质进口、汽轮机工质出口，第一个密封流道环与汽轮机工质进口连接，最后一个密封流道环与汽轮机工质出口连接，密封流道环沿汽轮机本体周向配置，每个密封流道环的进口和出口在周向上相差90度，每个连接管的进口和出口在周向上相差90度，相邻的密封流道环在周向上相差180度。由于每个密封流道环的进口和出口在周向上相差90度，相邻的密封流道环在周向上相差180度，最大程度地提高了高压势能转化成动能的能源利用率。

本发明还设置有冷却管路，所述自冷式发电机设置有发电机冷却腔、发电机进口、发电机出口，冷却管路两端分别与汽轮机工质出口、发电机进口连接，发电机进口通过发电机冷却腔与发电机出口连通，利用工质降低发电机温度，确保发电机稳定运行。

本发明所述整机密封槽由汽轮机密封槽、汽轮机发电机联轴器密封槽、发电机密封槽组成，所述汽轮机密封槽由汽轮机第一密封槽、外壳密封槽、汽轮机第二密封槽、汽轮机第三密封槽组成；所述发电机密封槽由发电机第一密封槽、发电机第二密封槽、发电机第三密封槽、发电机第四密封槽、发电机第五密封槽组成；所述汽轮机发电机联轴器密封槽由联轴器第一密封槽、联轴器第二密封槽、联轴器第三密封槽组成，提高了整机的气密性。

本发明所述整机密封槽均为两个，以便进一步提高密封效果。

本发明所述汽轮机本体外壳底部还设置有辅助出口，为预留的工质残液排出口，接工质储液罐。

本发明所述耐高温密封材料采用耐高温达250摄氏度以上的硅橡胶。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及效果：1、绿色环保无公害可用热源广泛，取之不尽用之不竭；2、由于压力虽高温度低材料易取成本低，设备制造精度虽高工艺简成本降，与现有太阳能热发电装置比，可减少投资达50％以上；3、运行成本低廉经济效益高，热能基本无费用（太阳能、工业余热）；4、整体结构简单、安装维护方便，设备使用寿命长。5，整体设备紧凑不受地理、环境条件限制，为有大量工业余热企业进行节能技改、减排省钱，是一种经济、安全、可靠的发电设备。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

图2为图1的俯视示意图。

图3为本发明实施例汽轮机风洞流向及局部剖面结构示意图。

图4为本发明实施例风叶动轮的结构示意图。

图5为图4的A-A剖视示意图。

图6为图5的B-B剖视示意图。

图7为本发明实施例汽轮机第一密封端盖结构示意图。

图8为图7的C-C剖视示意图。

图9为本发明实施例汽轮机第二密封端盖的结构示意图。

图10为图9的D-D剖视示意图。

图11为本发明实施例自冷式发电机外壳的结构示意图。

图12为本发明实施例发电机第一端盖的结构示意图。

图13为本发明实施例发电机第二端盖的结构示意图。

图14为本发明实施例汽轮机发电机联轴器密封罩的结构示意图。

图15为图14所示汽轮机发电机联轴器密封罩的左视示意图。

图中，汽轮机本体外壳1、高压气体密封流道2、风叶轮3、整机密封槽4、汽轮机第一密封端盖5、轴承6、汽轮机传动轴7、汽轮机工质进口8、汽轮机工质出口9、辅助出口10、汽轮机第二密封端盖11、汽轮机发电机联轴器密封罩12、发电机第一端盖13、自冷式发电机外壳14、发电机第二端盖15、汽轮机发电机联轴器16、发动机传动轴17、散热翅片18、冷却管路19、发电机冷却腔20。

具体实施方式

参见图1～图15，本发明实施例由低温高压风洞式汽轮机（简称汽轮机）和自冷式发电机（简称发电机）连接构成。其中低温高压风洞式汽轮机包括汽轮机本体外壳1、高压气体密封流道（定向流道）2、风叶轮3、汽轮机第一密封端盖5、轴承6、汽轮机传动轴7、汽轮机工质进口8、汽轮机工质出口9、辅助出口10、汽轮机第二密封端盖11，自冷式发电机包括发电机第一端盖13、自冷式发电机外壳14、发电机第二端盖15、发电机传动轴17，汽轮机传动轴7与发电机传动轴17通过汽轮机发电机联轴器16连接固定，汽轮机发电机联轴器16上（汽轮机第二密封端盖11与发电机第一端盖13之间）设置有汽轮机发电机联轴器密封罩12，一体式风洞型汽轮发电设备整体通过填充有耐高温密封材料（特例为耐高温达250摄氏度以上的硅橡胶）的整机密封槽4密封，保证整机的气密性和高可靠性。高压气体密封流道2按照固定流向（即从图1侧面看顺时针或者逆时针）沿着汽轮机本体外壳1从汽轮机工质进口8盘绕至汽轮机工质出口9。

本实施例高压气体密封流道2由固定在汽轮机本体外壳1上的环状的若干个密封流道环21通过连接管22连通构成。每个密封流道环21的进口和出口在周向上相差90度（即每个密封流道环21均为1/4圆周），相邻的密封流道环21的进口（或出口）在周向相差180度。参见图1，最左边（第一个）的密封流道环21的进口为汽轮机工质进口8的下端，第二个密封流道环21为图1中间的那个，第二个密封流道环21的进口通过图1左下方的第一个连接管22与第一个密封流道环21的出口连通，第一个密封流道环21的进口与出口在周向上相差90度，第一个连接管22的进口（与第一个密封流道环21的出口连接）与出口（与第二个密封流道环21的进口连接）在周向上相差90度，故此第一个密封流道环21与第二个密封流道环21在周向上相差180度,相邻的密封流道环21在周向上相差180度且轴向（图1、图2中的左右方向）距离相同。本实施例共有3个密封流道环21，依次通过2个连接管22连通。

本实施例所述整机密封槽4由汽轮机密封槽、汽轮机发电机联轴器密封槽、发电机密封槽组成，所述汽轮机密封槽由汽轮机第一密封端盖5里面（图1所示汽轮机第一密封端盖5的右边）的汽轮机第一密封槽41、汽轮机本体外壳1上的外壳密封槽42、汽轮机第二密端盖11里面（图1所示汽轮机第二密封端盖11的左边）的汽轮机第二密封槽43、汽轮机第二密端盖11外面（图1所示汽轮机第二密封端盖11的右边）的汽轮机第三密封槽44组成。所述发电机密封槽由发电机第一端盖13外面（图1、图12中发电机第一端盖13的左边）的发电机第一密封槽45、发电机第一端盖13里面（图1、图12中发电机第一端盖13的右边）的发电机第二密封槽46、自冷式发电机外壳14靠近汽轮机一端（图1、图11中自冷式发电机外壳14的左边）的发电机第三密封槽47、自冷式发电机外壳14另一端（图1、图11中自冷式发电机外壳14的右边）的发电机第四密封槽48、发电机第二端盖16里面（图1、图13中发电机第二端盖16的左边）的发电机第五密封槽49组成。所述汽轮机发电机联轴器密封槽由汽轮机发电机联轴器密封罩12靠近汽轮机一端（图1、图14中汽轮机发电机联轴器密封罩12的左边）的联轴器第一密封槽50、汽轮机发电机联轴器密封罩12内（参见图14、图15）的联轴器第二密封槽51、汽轮机发电机联轴器密封罩12另一端（图1、图14中汽轮机发电机联轴器密封罩12的右边）的联轴器第三密封槽（图上未示出）组成。

本实施例所述汽轮机第一密封槽41、汽轮机第二密封槽43、汽轮机第三密封槽44、发电机第一密封槽45、发电机第二密封槽46、发电机第三密封槽47、发电机第四密封槽48、发电机第五密封槽49、联轴器第一密封槽50、联轴器第二密封槽51、联轴器第三密封槽均为两个。双重配置的上述整机密封槽4进一步确保了汽轮机的气密性。

本实施例汽轮机本体外壳1底部靠近汽轮机第二密端盖11的位置设有辅助出口10，为预留低温工质残液排出口，以防万一工质从高压气体密封流道2中泄漏，提高可靠性，辅助出口10提高管路与工质储液罐相联。

本实施例还设置有冷却管路19，所述自冷式发电机设置有发电机冷却腔20、发电机进口19-1、发电机出口19-2，冷却管路19两端分别与汽轮机工质出口9、发电机进口19-1连接，发电机进口19-1通过发电机冷却腔20与发电机出口19-2连通，从汽轮机工质出口9出来的工质经过冷却管路19进入发电机进口19-1，通过发电机冷却腔20再从发电机出口19-2出来，通过连接管路进入工质储液罐，利用工质作为冷源降低发电机温度并回收发电机的热量，在降低发电机温度的同时提高能量利用率。

本实施例的创新点是运用风洞原理，在汽轮机的主体结构上设计了一种高气密性定向风道，由于气化工质是低沸点的，汽轮机的气密性要求特别高，在整体结构上采用了密封槽的处理，确保工质的永久使用不泄漏。另一个创新是发电机在工作时要发热的，利用低温工质冷凝回收时通过冷却管路19，由汽轮机工质出口9进入发电机进口19-1，通过发电机冷却腔20(即发电机主体结构与自冷式发电机外壳14内壁之间的空隙，通常在5～10厘米之间)吸热后由发电机出口19-2进入工质储液罐，加上自冷式发电机外壳14自带散热翅片18，省去了辅助降温，进一步提高了效益，降低了投资。

本发明所采用技术方法是：1，将本实施例内部做成高气密性定向流道，使高压气流沿着设定轨迹运动，把势能转换为动能。2，为方便安装和维护汽轮机本体设计为哈夫式，采用密封槽、环组成高气密性结构确保工质永久使用。3，自冷式发电机采用低温工质与带散热翅片18的自冷式发电机外壳14组成联合散热结构，确保发电装置安全运行。

本实施例的低温是指把有机介质（工质，其特例为R601a制冷剂）加热到（140-200℃）临界温度，有机介质受热汽化，蒸汽压力为3MPa-5MPa。，低温蒸汽从汽轮机工质进口8进去时的温度特例为160℃，压力为3MPa，该有机介质再从汽轮机工质出口9（排出时的温度30-40℃），压力为0.1MPa进入发电机冷却腔20。

本发明技术特征或技术方案的简单变形和组合，应认为落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种一体式风洞型汽轮发电设备，其特征是：由低温高压风洞式汽轮机和自冷式发电机连接构成，所述低温高压风洞式汽轮机包括汽轮机本体外壳、高压气体密封流道、风动叶轮、汽轮机第一密封端盖、汽轮机传动轴、汽轮机第二密封端盖，自冷式发电机包括发电机第一端盖、自冷式发电机外壳、发电机第二端盖、发电机传动轴，汽轮机传动轴与发电机传动轴通过汽轮机发电机联轴器连接，汽轮机发电机联轴器上设置有汽轮机发电机联轴器密封罩，一体式风洞型汽轮发电设备通过整机密封槽填充耐高温密封材料密封，所述高压气体密封流道由固定在汽轮机本体外壳内的若干个密封流道环通过配置在汽轮机本体外壳上的连接管连通构成，汽轮机本体外壳上设置有汽轮机工质进口、汽轮机工质出口，第一个密封流道环与汽轮机工质进口连接，最后一个密封流道环与汽轮机工质出口连接，密封流道环沿汽轮机本体周向配置，每个密封流道环的进口和出口在周向上相差90度，每个连接管的进口和出口在周向上相差90度，相邻的密封流道环在周向上相差180度。

2.根据权利要求1所述的一体式风洞型汽轮发电设备，其特征是：还设置有冷却管路，所述自冷式发电机设置有发电机冷却腔、发电机进口、发电机出口，冷却管路两端分别与汽轮机工质出口、发电机进口连接，发电机进口通过发电机冷却腔与发电机出口连通。

3.根据权利要求1或2所述的一体式风洞型汽轮发电设备，其特征是：所述整机密封槽由汽轮机密封槽、汽轮机发电机联轴器密封槽、发电机密封槽组成，所述汽轮机密封槽由汽轮机第一密封槽、外壳密封槽、汽轮机第二密封槽、汽轮机第三密封槽组成；所述发电机密封槽由发电机第一密封槽、发电机第二密封槽、发电机第三密封槽、发电机第四密封槽、发电机第五密封槽组成；所述汽轮机发电机联轴器密封槽由联轴器第一密封槽、联轴器第二密封槽、联轴器第三密封槽组成。

4.根据权利要求3所述的一体式风洞型汽轮发电设备，其特征是：所述汽轮机密封槽、汽轮机发电机联轴器密封槽、发电机密封槽均为两个。

5.根据权利要求1或2所述的一体式风洞型汽轮发电设备，其特征是：所述汽轮机本体外壳底部还设置有辅助出口。

6.根据权利要求1或2所述的一体式风洞型汽轮发电设备，其特征是：所述耐高温密封材料采用耐高温达250摄氏度以上的硅橡胶。