CN105952591B - 一种用于地热发电的爪式发动机发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于地热发电的爪式发动机发电装置，由调节阀I(1)、闪蒸器(2)、爪式膨胀机(3)、爪式真空泵(4)、发电机(5)、阀I(6)、阀II(7)、储水罐(8)、阀III(9)、阀IV(10)、负压冷凝器(11)和调节阀II(12)组成，发电循环包括：水蒸汽在爪式膨胀机(3)内的膨胀过程，在负压冷凝器(11)中的冷凝过程，爪式真空泵(4)抽取负压冷凝器(11)中的不凝气；爪式膨胀机(3)和爪式真空泵(4)的爪式转子均采用全光滑的爪式转子型线；爪式膨胀机(3)并联布置四组相同的相互啮合的爪式转子，并与爪式真空泵(4)和发电机(5)同轴串联，整个发电装置具有结构紧凑、干式无油、力矩变化均匀的优点。

Description

一种用于地热发电的爪式发动机发电装置
技术领域
本发明涉及一种利用地热进行发电的发动机发电装置，特别涉及一种采用爪式膨胀机和爪式真空泵用于地热发电的爪式发动机发电装置。
背景技术
地热发电具有广泛的应用前景，现有的地热发电方式有直接蒸汽发电方式、扩容发电方式、双工质循环发电方式。随着地热能开发和利用的逐步深入，提出用于地热发电的新型发动机发电装置具有重要的意义。
中国专利，公布号CN102926826A，公开了一种用于热发电的爪式发动机发电循环装置，其发电过程包括：气体在爪式膨胀机内的膨胀过程，在回热器内的等压放热过程，在冷却器内的等压放热过程，在爪式压缩机内的压缩过程，在回热器内的等压吸热过程，在加热器内的等压吸热过程；该装置的特点：(1)发电工质为气体，在发电循环中无相变，适用于热源温度较高的应用场合，如：太阳能高温热发电；(2)采用两级爪式膨胀机和两级爪式压缩机，其压缩比高，但是没有实现在任意时刻爪式膨胀机的进气口都处于打开状态，没有使得爪式膨胀机在整个周期内都有连续的功输出，其输出功不均匀。
发明内容
本发明提出了一种用于地热发电的爪式发动机发电装置，该发电装置包括调节阀Ⅰ(1)、闪蒸器(2)、爪式膨胀机(3)、爪式真空泵(4)、发电机(5)、阀Ⅰ(6)、阀II(7)、储水罐(8)、阀III(9)、阀IV(10)、负压冷凝器(11)和调节阀II(12)；其工作过程是：地热井产生的地热水和地热水蒸汽进入闪蒸器(2)后产生大量的水蒸汽，水蒸汽进入爪式膨胀机(3)内进行膨胀，膨胀后的气体进入负压冷凝器(11)内进行等压冷凝，冷凝成液态水，爪式真空泵(4)抽取负压冷凝器(11)中的不凝气，使得负压冷凝器(11)保持恒定的真空度，其绝对压力值大于液态水的饱和蒸汽压，液态水间歇地排出负压冷凝器(11)；通过调节阀Ⅰ(1)和调节阀II(12)控制闪蒸器(2)和负压冷凝器(11)中的压力。该装置可用于中低温地热能发电，对于丰富和促进地热能地开发和利用具有重要意义。
本发明采用如下技术方案：
一种用于地热发电的爪式发动机发电装置，爪式膨胀机(3)并联布置四组相同的相互啮合的爪式转子，四组爪式转子之间的相位角相差90度，保证任意时刻始终有一组爪式转子的进气口处于打开状态，使得爪式膨胀机(3)在整个周期内都有连续的功输出，使得爪式膨胀机(3)运转平稳、输出的力矩均匀；四组爪式转子的进气口和排气口的所在位置对称布置，使得各组爪式转子所受的气体轴向力相互平衡；爪式膨胀机(3)的四组爪式转子和爪式真空泵(4)的爪式转子被串联在同一对轴上，这对轴连接一对同步齿轮(206)，实现全部爪式转子之间的正确啮合；发电机(5)的主轴被连接在爪式膨胀机(3)进气口侧的爪式转子所在的轴上；工作中由爪式膨胀机(3)带动爪式真空泵(4)和发电机(5)运转，进行发电。
一种用于地热发电的爪式发动机发电装置，爪式膨胀机(3)的爪式转子和爪式真空泵(4)的爪式转子均采用全光滑的爪式转子型线，改善了爪式转子的受力状态，减小其变形，提高了爪式膨胀机(3)和爪式真空泵(4)的可靠性。
一种用于地热发电的爪式发动机发电装置，通过开关阀Ⅰ(6)和阀IV(10)实现从负压冷凝器(11)向储水罐(8)间歇地排出液态水，降低整个装置的能耗；储水罐(8)上设置阀II(7)和阀III(9)。
本发明的有益效果是：
①所提出的一种用于地热发电的爪式发动机发电装置直接利用地热水蒸汽作为工质实现发电循环，其适用范围广。
②将爪式膨胀机(3)和爪式真空泵(4)与发电机(5)同轴串联，整个发电装置具有结构紧凑、干式无油、发电循环效率高和运转平稳的优点。
③爪式膨胀机(3)采用并联布置四组相同的相互啮合的爪式转子，四组爪式转子之间的相位角相差90度，保证任意时刻始终有一组爪式转子的进气口处于打开状态，使得爪式膨胀机(3)在整个周期内都有连续的功输出，使得爪式膨胀机(3)运转平稳、输出的力矩均匀，同时有利于轴系转子的旋转惯性力平衡；爪式膨胀机(3)采用四组爪式转子的进气口和排气口的所在位置对称布置，使得各组爪式转子所受的气体轴向力相互平衡。
④爪式膨胀机(3)的爪式转子和爪式真空泵(4)的爪式转子都采用全光滑的爪式转子型线，改善了爪式转子的受力状态，减小其变形，提高了爪式膨胀机(3)和爪式真空泵(4)的可靠性；爪式真空泵(4)的爪式转子可设计成爪式转子轴向投影面积小的结构，可减小爪式真空泵(4)的爪式转子所受的气体轴向力。
⑤采用从负压冷凝器(11)向储水罐(8)间歇排出液态水，降低整个装置的能耗，提高了发电效率。
⑥爪式膨胀机(3)出口的水蒸汽在负压冷凝器(11)中冷凝成液态水，爪式真空泵(4)只抽取负压冷凝器(11)内的不凝气，所以爪式真空泵(4)的功耗较小，提高了发电效率。
附图说明
图1为一种用于地热发电的爪式发动机发电装置示意图。
图2为爪式发动机的结构示意图。
图3为爪式膨胀机和爪式真空泵的爪式转子示意图。
图中：1—调节阀Ⅰ；2—闪蒸器；3—爪式膨胀机；4—爪式真空泵；5—发电机；6—阀Ⅰ；7—阀II；8—储水罐；9—阀III；10—阀IV；11—负压冷凝器；12—调节阀II；201—轴承；202—第一组爪式转子；203—第二组爪式转子；204—第三组爪式转子；205—第四组爪式转子；206—同步齿轮；207—联轴器；301—第一组爪式转子的进气口；302—第二组爪式转子的进气口；303—第三组爪式转子的进气口；304—第四组爪式转子的进气口；305—第一组爪式转子的排气口；306—第二组爪式转子的排气口；307—第三组爪式转子的排气口；308—第四组爪式转子的排气口；309—爪式真空泵的进气口；310—爪式真空泵的排气口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
如图1所示的一种用于地热发电的爪式发动机发电装置示意图，发电装置包括调节阀Ⅰ(1)、闪蒸器(2)、爪式膨胀机(3)、爪式真空泵(4)、发电机(5)、阀Ⅰ(6)、阀II(7)、储水罐(8)、阀III(9)、阀IV(10)、负压冷凝器(11)和调节阀II(12)；其发电循环过程是：地热井产生的地热水和地热水蒸汽进入闪蒸器(2)后产生大量的水蒸汽，水蒸汽进入爪式膨胀机(3)内进行膨胀，膨胀后的气体进入负压冷凝器(11)内进行等压冷凝，冷凝成液态水，爪式真空泵(4)抽取负压冷凝器(11)中的不凝气，使得负压冷凝器(11)保持恒定的真空度，其绝对压力值大于液态水的饱和蒸汽压，液态水间歇地排出负压冷凝器(11)；通过调节阀Ⅰ(1)和调节阀II(12)控制闪蒸器(2)和负压冷凝器(11)中的压力。
如图2所示的爪式发动机结构示意图，包括轴承(201)、爪式膨胀机(3)、爪式真空泵(4)、同步齿轮(206)和联轴器(207)；爪式膨胀机(3)包括并联布置的四组相同的相互啮合的爪式转子，分别为第一组爪式转子(202)、第二组爪式转子(203)、第三组爪式转子(204)、第四组爪式转子(205)；爪式膨胀机(3)与爪式真空泵(4)同轴串联，在同步齿轮(206)的带动下实现全部爪式转子之间的正确啮合；联轴器(207)被连接在爪式膨胀机(3)进气口侧的爪式转子所在的轴上，联轴器(207)连接发电机(5)。
如图3所示的爪式膨胀机和爪式真空泵的爪式转子示意图，爪式膨胀机(3)并联布置四组相同的相互啮合的爪式转子，四组爪式转子之间的相位角相差90度，四组爪式转子的进气口和排气口的所在位置对称布置；爪式膨胀机(3)和爪式真空泵(4)的爪式转子均采用全光滑的爪式转子型线；爪式真空泵(4)的爪式转子可设计成爪式转子轴向投影面积小的结构，可减小爪式真空泵(4)的爪式转子所受的气体轴向力。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (3)

1.一种用于地热发电的爪式发动机发电装置，包括调节阀Ⅰ(1)、闪蒸器(2)、爪式膨胀机(3)、爪式真空泵(4)、发电机(5)、阀Ⅰ(6)、阀Ⅱ(7)、储水罐(8)、阀Ⅲ(9)、阀Ⅳ(10)、负压冷凝器(11)和调节阀Ⅱ(12)；其特征是：地热井产生的地热水和地热水蒸汽进入闪蒸器(2)后产生大量的水蒸汽，水蒸汽进入爪式膨胀机(3)内进行膨胀，膨胀后的气体进入负压冷凝器(11)内进行等压冷凝，冷凝成液态水，爪式真空泵(4)抽取负压冷凝器(11)中的不凝气，使得负压冷凝器(11)保持恒定的真空度，其绝对压力值大于液态水的饱和蒸汽压，液态水间歇地排出负压冷凝器(11)；通过调节阀Ⅰ(1)和调节阀Ⅱ(12)控制闪蒸器(2)和负压冷凝器(11)中的压力；爪式膨胀机(3)并联布置四组相同的相互啮合的爪式转子，四组爪式转子之间的相位角相差90度，保证任意时刻始终有一组爪式转子的进气口处于打开状态，使得爪式膨胀机(3)运转平稳、输出的力矩均匀；四组爪式转子的进气口和排气口的所在位置对称布置，使得各组爪式转子所受的气体轴向力相互平衡；爪式膨胀机(3)的四组爪式转子和爪式真空泵(4)的爪式转子被串联在同一对轴上，这对轴连接一对同步齿轮(206)，实现全部爪式转子之间的正确啮合；发电机(5)的主轴被连接在爪式膨胀机(3)进气口侧的爪式转子所在的轴上；工作中由爪式膨胀机(3)带动爪式真空泵(4)和发电机(5)运转，进行发电。
2.如权利要求1所述的一种用于地热发电的爪式发动机发电装置，其特征是：爪式膨胀机(3)的爪式转子和爪式真空泵(4)的爪式转子均采用全光滑的爪式转子型线，改善了爪式转子的受力状态，减小其变形，提高了爪式膨胀机(3)和爪式真空泵(4)的可靠性。
3.如权利要求1所述的一种用于地热发电的爪式发动机发电装置，其特征是：通过开关阀Ⅰ(6)和阀Ⅳ(10)实现从负压冷凝器(11)向储水罐(8)间歇地排出液态水，降低整个装置的能耗；储水罐(8)上设置阀Ⅱ(7)和阀Ⅲ(9)。
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