CN106368752A - 一种用于海洋温差发电的氨透平装置 - Google Patents

一种用于海洋温差发电的氨透平装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及透平机技术领域，公开了一种用于海洋温差发电的氨透平装置，包括透平机体、流道系统、密封系统、油路系统、轴系系统和发电系统，其中，流道系统位于透平一侧，包括蜗壳、喷嘴、叶轮和扩压器；轴系系统包括透平主轴、轴承及联轴器；发电系统包括发电机及整流逆变系统；密封系统包括动密封部件和静密封部件，动密封部件采用双端面机械密封；油路系统包括密封润滑油路、轴承油膜油路和发电机散热油路，密封润滑油路和轴承油膜油路为压力油路。本发明通过采用双端面机械密封，配合压力油路，保证了氨工质零泄露；采用可倾瓦轴承对轴系的高速旋转及轴向推力进行保证；最终通过各处部件的优化整合，保证透平高效稳定运转。

Description

一种用于海洋温差发电的氨透平装置
技术领域
本发明涉及透平机技术领域，具体而言，涉及一种用于海洋温差发电的氨透平装置。
背景技术
随着世界人口增长及经济发展，能源需求的迅速增长导致许多国家都在寻找非传统能源，如太阳能、海洋能、风能等，来获取多元的能源解决方法。海洋温差能由于结合了海洋能和太阳能被认为是最具有潜能的能源之一，而且海洋温差能发电具有几乎不会排放二氧化碳，可以获得淡水的优点，因而有可能成为解决全球变暖和缺水这些21世纪最大环境问题的有效手段。
海洋温差能发电系统是将海洋表层温海水(25℃左右)与海洋深层冷海水(5℃左右)的温差通过透平转化为电能的系统。由于海水的温差较小，因此透平中只能采用一些低沸点的物质如丙烷、异丁烷、氟利昂、氨等作为工作流体，通过研究发现，氨作为海洋温差能发电的工质，在5℃-25℃的范围内具有高效的特点，在经济性和热传导性等方面有突出优点。
氨透平属于微型透平机械的一种，现有的微型透平在高转速下密封性能较差，有较大的泄漏，而采用氨工质的透平不允许有任何的泄露，另外由于微型透平在运行过程中处于高速状态(转速在10000-80000转/分之间)，轴承方面的润滑、散热及运行时间也存在一定的缺陷。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种适用于海洋温差发电的氨透平装置，以解决现有技术中微型透平在高转速下密封性能较差，有较大的泄漏，不适用于氨工质以及轴承的润滑、散热等方面存在的问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：
一种用于海洋温差发电的氨透平装置，包括透平机体、流道系统、轴系系统、发电系统、密封系统和油路系统，其中，
透平机体位于整个氨透平装置中部，是整个氨透平装置的支撑及包裹部分；
流道系统位于透平机体一侧，包括蜗壳、喷嘴、叶轮和扩压器，蜗壳罩于喷嘴和叶轮之上，喷嘴设置于叶轮轮周外侧，扩压器位于叶轮出口处与蜗壳连接；
轴系系统包括透平主轴、轴承及联轴器，其中透平主轴上套有轴承，联轴器位于透平主轴与发电机的主轴之间，用于连接两个主轴；
发电系统包括发电机及相应的整流逆变系统，发电机通过联轴器与透平主轴连接；
密封系统包括动密封部件和静密封部件，动密封部件采用双端面机械密封，包括动环和静环，动环固定于透平主轴上与轴同步转动，静环位于动环两侧，固定于透平机体上，保证动环仅可与透平主轴同步转动；静密封部件设置于透平机体与蜗壳连接处、蜗壳与扩压器连接处及透平机体与喷嘴连接处；
油路系统包括密封润滑油路、轴承油膜油路和发电机散热油路，密封润滑油路经由透平机体和喷嘴提供到密封部件处，轴承油膜油路经透平机体提供至轴承处，发电机散热油路通过发电机机体进入发电机轴系润滑处，密封润滑油路和轴承油膜油路中由液压系统给予润滑油一定的压力。
进一步的，动环采用碳化硅；
进一步的，静环采用浸锑石墨；
进一步的，静密封部件为抗氨O型圈；
进一步的，密封润滑油路和轴承油膜油路的压力为0.9MPa；
进一步的，蜗壳和叶轮采用316L不锈钢；
进一步的，油路系统采用抗氨润滑油；
进一步的，轴承为可倾瓦轴承；
进一步的，可倾瓦轴承与轴相摩擦的部分采用锡基巴氏合金制造。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明中密封润滑油路和轴承油膜油路为0.9MPa压力油路，该压力油路不仅为密封及轴承提供相应的润滑及散热作用，而且保证了压力高于氨工质侧的压力，对氨工质有绝对的密封作用；
(2)本发明中动密封部件采用双端面机械密封，配合压力油路(密封润滑油路和轴承油膜油路)，可以有效防止泄露，其中动环采用碳化硅材质、静环采用浸锑石墨材质，密封材质的高硬度、高耐磨性及高光滑表面保证了密封的长期稳定运行；
(3)本发明中轴承采用可倾瓦轴承，对轴系的高速旋转及轴向推力进行保证，可倾瓦轴承与轴相摩擦的部分采用锡基巴氏合金制造，利于减少磨损和提高轴承的承载力；
(4)本发明中与氨工质接触部位均采用抗氨部件，蜗壳叶轮均采用306L不锈钢，密封处润滑油采用抗氨润滑油。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
其中，上述附图包括以下附图标记：1.透平主轴；2.轴承；3.联轴器；4.透平机体；5.发电机；6.静环；7.动环；8.喷嘴；9.叶轮；10.蜗壳；11.扩压器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图所示，一种用于海洋温差发电的氨透平装置，包括透平机体、流道系统、轴系系统、发电系统、密封系统和油路系统，其中，
透平机体4位于整个氨透平装置中部，是整个氨透平装置的支撑及包裹部分；
流道系统位于透平机体的右侧，包括蜗壳10、喷嘴8、叶轮9和扩压器11，蜗壳罩于喷嘴和叶轮之上，喷嘴设置于叶轮轮周外侧，扩压器位于叶轮出口处与蜗壳使用螺钉连接；
轴系系统包括透平主轴1、轴承2及联轴器3，主要是将推动叶轮旋转的功传递到发电机5来进行发电，透平主轴在透平侧贯穿透平主要旋转部件，由右至左包括叶轮、机械密封、轴承及联轴器；轴承采用可倾瓦轴承，两个可倾瓦轴承分别位于透平机体内部的左右两侧，套于主轴上，用于支撑主轴及防止主轴的轴向窜动；其与轴相摩擦的部分采用利于可以减少磨损和提高轴承的承载力的锡基巴氏合金制造，联轴器位于透平主轴与发电机的主轴之间，用于连接两个主轴，保证两者之间的动能无损耗传递。
发电系统包括发电机及相应的整流逆变系统，发电机通过联轴器与透平主轴连接；该发电机可带动发电机主轴以36000转/分的额定转速进行发电，发电频率为1200Hz，再通过整流逆变系统转化为50Hz的常规用电。
密封系统包括动密封部件和静密封部件。动密封部件主要是在轴系高速旋转的过程中安装在叶轮部件一侧用于隔离流道系统与外界系统的双端面机械密封，包括碳化硅材质的动环7和浸锑石墨材质的静环6，其中动环固定于透平主轴上与轴同步转动，两个静环位于动环两侧，固定于机体上保证动环仅可与轴同步转动外无其他的位移方式，该密封材质的高硬度、高耐磨性及高光滑表面保证了密封的长期稳定运行。静密封部件主要是静止部件接触处的抗氨O型圈，用来隔离氨工质、润滑油及外界空气等，包括机体与蜗壳连接处、蜗壳与扩压器连接处及机体与喷嘴连接处。
油路系统包括密封润滑油路、轴承油膜油路和发电机散热油路。密封润滑油路经由透平机体、喷嘴板提供到密封部件处，轴承油膜油路经机体提供至两个可倾瓦轴承处，高速发电机散热油路则通过发电机机体进入发电机轴系润滑处。其中发电机散热油路为普通的油路系统，密封润滑油路和轴承油膜油路为压力油路，由液压系统给予润滑油一定的压力，油路中的润滑油需油站产生约0.9MPa压力，该压力油路不仅为密封及轴承提供相应的润滑及散热作用，而且保证了压力高于氨工质侧的压力，对氨工质有绝对的密封作用。
由于氨的腐蚀性很强，因此在氨工质接触部位均采用抗氨部件，蜗壳叶轮喷嘴和扩压器采用316L不锈钢加工完成，密封处润滑油也采用抗氨润滑油。
本发明通过采用双端面机械密封，配合压力油路，保证了氨工质零泄露；采用可倾瓦轴承对轴系的高速旋转及轴向推力进行保证；最终通过各处部件的优化整合，保证透平机械能高效稳定的运转。
当然，上述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定对本发明的实施例范围。本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的均等变化与改进等，均应归属于本发明的专利涵盖范围内。

Claims (9)

1.一种用于海洋温差发电的氨透平装置，其特征在于，包括透平机体(4)、流道系统、轴系系统、发电系统、密封系统和油路系统，其中，
透平机体(4)位于氨透平装置中部，是整个氨透平装置的支撑及包裹部分；
流道系统位于透平机体(4)一侧，包括蜗壳(10)、喷嘴(8)、叶轮(9)和扩压器(11)，蜗壳(10)罩于喷嘴(8)和叶轮(9)之上，喷嘴(8)设置于叶轮(9)轮周外侧，扩压器(11)位于叶轮(9)出口处与蜗壳(10)连接；
轴系系统包括透平主轴(1)、轴承(2)及联轴器(3)，其中透平主轴(1)上套有轴承(2)，联轴器(3)位于透平主轴(1)与发电机(5)的主轴之间，用于连接两个主轴；
发电系统包括发电机(5)及相应的整流逆变系统，发电机(5)通过联轴器(3)与透平主轴(1)连接；
密封系统包括动密封部件和静密封部件，动密封部件采用双端面机械密封，包括动环(7)和静环(6)，动环(7)固定于透平主轴(1)上与轴同步转动，静环(6)位于动环(7)两侧，固定于透平机体(4)上，保证动环(7)仅可与透平主轴(1)同步转动；静密封部件设置于透平机体(4)与蜗壳(10)连接处、蜗壳(10)与扩压器(11)连接处及透平机体(4)与喷嘴(8)连接处；
油路系统包括密封润滑油路、轴承油膜油路和发电机散热油路，密封润滑油路经由透平机体(4)和喷嘴(8)提供到密封部件处，轴承油膜油路经透平机体(4)提供至轴承(2)处，发电机散热油路通过发电机机体进入发电机轴系润滑处，密封润滑油路和轴承油膜油路中由液压系统给予润滑油一定的压力。
2.根据权利要求1所述的用于海洋温差发电的氨透平装置，其特征在于动环(7)采用碳化硅。
3.根据权利要求1所述的用于海洋温差发电的氨透平装置，其特征在于静环(6)采用浸锑石墨。
4.根据权利要求1所述的用于海洋温差发电的氨透平装置，其特征在于静密封部件为抗氨O型圈。
5.根据权利要求1所述的用于海洋温差发电的氨透平装置，其特征在于密封润滑油路和轴承油膜油路中润滑油的压力为0.9MPa。
6.根据权利要求1所述的用于海洋温差发电的氨透平装置，其特征在于蜗壳(10)和叶轮(9)采用316L不锈钢。
7.根据权利要求1所述的用于海洋温差发电的氨透平装置，其特征在于油路系统采用抗氨润滑油。
8.根据权利要求1所述的用于海洋温差发电的氨透平装置，其特征在于轴承(2)为可倾瓦轴承。
9.根据权利要求8所述的用于海洋温差发电的氨透平装置，其特征在于可倾瓦轴承与轴相摩擦的部分采用锡基巴氏合金制造。
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