CN107438704A - 涡轮膨胀器‑发电机单元以及用于产生电力的方法 - Google Patents

涡轮膨胀器‑发电机单元以及用于产生电力的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107438704A
CN107438704A CN201680009550.7A CN201680009550A CN107438704A CN 107438704 A CN107438704 A CN 107438704A CN 201680009550 A CN201680009550 A CN 201680009550A CN 107438704 A CN107438704 A CN 107438704A
Authority
CN
China
Prior art keywords
gas
turbine expander
generator
bearing
generator unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201680009550.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107438704B (zh
Inventor
M.达拉拉
M.伯蒂
S.吉亚彻蒂
F.弗罗林多
M.卡坦扎罗
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Novo Pinho Hei Technology Ltd By Share Ltd
Nuovo Pignone Technologie SRL
Original Assignee
Novo Pinho Hei Technology Ltd By Share Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Novo Pinho Hei Technology Ltd By Share Ltd filed Critical Novo Pinho Hei Technology Ltd By Share Ltd
Publication of CN107438704A publication Critical patent/CN107438704A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107438704B publication Critical patent/CN107438704B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D15/00Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01D15/10Adaptations for driving, or combinations with, electric generators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/16Arrangement of bearings; Supporting or mounting bearings in casings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/18Lubricating arrangements
    • F01D25/22Lubricating arrangements using working-fluid or other gaseous fluid as lubricant
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/06Arrangements of bearings; Lubricating
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/08Structural association with bearings
    • H02K7/083Structural association with bearings radially supporting the rotary shaft at both ends of the rotor
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1807Rotary generators
    • H02K7/1823Rotary generators structurally associated with turbines or similar engines
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00Arrangements for cooling or ventilating
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/12Cooling
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00Components
    • F05D2240/10Stators
    • F05D2240/12Fluid guiding means, e.g. vanes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00Components
    • F05D2240/50Bearings
    • F05D2240/53Hydrodynamic or hydrostatic bearings

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)

Abstract

本发明公开了一种涡轮膨胀器‑发电机单元(1)。该单元包括具有气体入口(5)和气体出口(7)的壳体(3)。该单元还包括具有安装在轴(13)上的涡轮膨胀器转子(21)的涡轮膨胀器(9)和布置在壳体(3)中的发电机(11),轴(13)支承成用于在壳体(3)中旋转,发电机(11)包括发电机定子(11S)和安装在轴(13)上的发电机转子(11R),用于与涡轮膨胀器转子(21)一起旋转。该单元还包括构造以及布置成用于将轴(13)旋转地支持在壳体(3)中多个轴承(15、17、19)。提供从气体入口(5)至气体出口(7)的气流路径,气流路径延伸穿过涡轮膨胀器(9)和发电机(11)。压缩工作气体在涡轮膨胀器中膨胀并且产生用于使发电机转子旋转的机械动力。膨胀工作气体从涡轮膨胀器流过发电机并且从其去除热量。轴承包括利用工作气体润滑的气体润滑轴承。

Description

涡轮膨胀器-发电机单元以及用于产生电力的方法
技术领域
本发明涉及整体式膨胀器发电机,即涡轮膨胀器-发电机单元,其大致包括容纳压缩气体并且由气体的膨胀产生机械动力的膨胀器,膨胀器机械地联接至发电机,用于将能够在膨胀器的轴上获得的机械动力转化成电力。
背景技术
涡轮膨胀器-发电机单元是用于将包含在压缩气体流中的动力转化成在涡轮膨胀器的输出轴上可获得的有用机械动力所通常采用的机器。输出轴可被用于机械地驱动旋转机器,例如发电机。整体式涡轮膨胀器-发电机单元通常包括容纳涡轮膨胀器的气密壳体,涡轮膨胀器具有设置有叶片并且安装在旋转轴上的旋转轮或多个旋转轮。轴被支承用于在壳体中旋转并且机械地连接至发电机的转子,其定子固定地安装在壳体中。
涡轮膨胀器和发电机的旋转部分安装其上的旋转轴通常通过多个轴承支承在壳体中。在已知的实施例中,油润滑轴承被用于该目的。近年来,主动磁悬浮轴承已被开发用于应用在涡轮膨胀器-发电机单元中。主动磁悬浮轴承消除了对润滑油的需求,因此克服了与穿过涡轮膨胀器-发电机单元的气流中存在油相关的缺点。
然而,主动磁悬浮轴承是复杂的机器部件,其此外还需要通过专用电子控制单元进行电子控制。需要将控制单元连接至磁轴承的复杂配线,这使得涡轮膨胀器-发电机的组装更加复杂。
因此需要存在更有效、更低廉的涡轮膨胀器-发电机单元,其设计、组装和维护更加简单。
发明内容
根据本文中公开的实施例,提供一种涡轮膨胀器-发电机单元,其包括具有气体入口和气体出口的壳体。涡轮膨胀器-发电机单元还包括具有安装在轴上的涡轮膨胀器转子的涡轮膨胀器,轴支承用于在壳体中旋转。此外,发电机可以布置在壳体中。发电机可以包括发电机定子和布置在轴上的发电机转子,发电机转子用于与涡轮膨胀器转子一起旋转。涡轮膨胀器-发电机单元还可以包括构造和布置成用于将轴旋转地支承在壳体中的多个轴承。壳体中的气流路径从气体入口穿过涡轮膨胀器和发电机延伸至气体出口。压缩工作气体因此可以在涡轮膨胀器中膨胀并且产生用于使发电机转子旋转的机械动力。膨胀工作气体从涡轮膨胀器流过发电机并且从其去除热量。支承涡轮膨胀器-发电机单元的旋转轴的至少一个、一些或全部轴承是利用通过涡轮膨胀器-发电机单元行进的工作气体润滑的气体润滑轴承。
避免了润滑油和相关回路。不具有被气体润滑轴承替代的主动磁悬浮轴承使得涡轮膨胀器-发电机单元简单并且价格低廉,更加可靠并且便于维护。
工作气体因此可被用于冷却发电机。同一工作气体可被用于润滑气体润滑轴承。涡轮膨胀器-发电机单元可以包括例如润滑气体源,润滑气体源流体地联接至气体入口和气体润滑轴承,用于将在涡轮膨胀器的上游转向的工作气体供给至气体润滑轴承。
根据一些实施例,气体润滑轴承与气流路径流体连通,使得润滑气体从气体润滑轴承流回到气流路径内。
涡轮膨胀器转子可以包括一个或多个叶轮。在一些实施例中,涡轮膨胀器转子从轴的第一端部外伸。气体润滑轴承可以包括一个或多个轴向或止推轴承以及一个或多个优选两个径向轴承。轴向或止推轴承可以布置在轴的第二端部处。在其他实施例中,轴向或止推轴承可以布置在发电机与涡轮膨胀器之间。第一径向气体润滑轴承可以定位在涡轮膨胀器转子与发电机转子之间。第二径向气体润滑轴承可以定位在发电机转子与第二轴端部之间。例如,第二径向气体润滑轴承定位在发电机转子与轴的第二端部之间。
本文中还公开了一种涡轮膨胀器-发电机单元,包括:
-包括气体入口和气体出口的壳体;
-容纳在壳体中并且包括安装在轴上的涡轮膨胀器转子的涡轮膨胀器部分,轴支承成用于在壳体中旋转;
-容纳在壳体中并且包括布置在轴上的发电机转子的发电机部分,使得涡轮膨胀器转子和发电机转子以相同的速度旋转;
-将轴旋转地支承在壳体中的轴承布置;
-位于气体入口与气体出口之间并且延伸通过涡轮膨胀器部分和发电机部分的工作气体流动路径,工作气体流动路径构造和布置成使得压缩工作气体在涡轮膨胀器部分中膨胀并且膨胀工作气体从涡轮膨胀器流动通过发电机部分并且从其去除热量;
其中,轴承布置包括利用所述工作气体进行润滑的气体润滑轴承。
本文中还公开了一种用于由压缩工作气体生产电力的方法,包括以下步骤:
-使压缩工作气体在设置在壳体内的涡轮膨胀器中的膨胀,涡轮膨胀器包括安装在旋转轴上的涡轮膨胀器转子,能够在旋转轴上获得通过压缩工作气体的膨胀产生的机械动力;旋转轴由多个气体润滑轴承支承;
-利用由涡轮膨胀器产生的动力驱动布置在壳体内的发电机的发电机转子,发电机转子安装在旋转轴上;
-使膨胀工作气体从涡轮膨胀器流过发电机并且由此从发电机去除热量;
-从主工作气体流提取工作气体侧流并且利用工作气体侧流润滑气体润滑轴承。
特点和实施例在以下进行公开并且在随附权利要求中进一步阐述,其形成本说明书的组成部分。上述简要说明阐述了本发明的各个实施例的特征,以便更好地理解以下详细说明以及以便可以更好地理解对现有技术提供的贡献。当然,存在以下将在说明书中说明以及将在随附权利要求中阐述的本发明的其他特征。在这方面中,在详细地说明本发明的数个实施例之前,可以理解的是本发明的各个实施例不限于其应用于以下说明书中阐述或附图中示出的部件的结构和布置的细节。本发明能够具有其他实施例并且以各种方式实施和执行。此外,可以理解的是,本文中使用的措辞和术语用于说明目的,而不应被视为限制。
这样,本领域技术人员将理解的是本发明所基于的构思可被容易地用作用于设计用于执行本发明的多个目的的其他结构、方法和/或系统的基础。因此,重要的是权利要求被视为包括不脱离其范围的这些等同结构。
附图说明
随着在结合附图考虑时参考以下详细说明更好地理解本发明的公开的实施例以及其许多附带优势,将更容易获得本发明的公开的实施例以及其许多附带优势的更完整理解,其中:
图1示出根据本发明的涡轮膨胀器-发电机单元的截面图;以及
图2示出涡轮膨胀器-发电机轴的出口侧端部和相关轴承的放大图。
具体实施方式
示例性实施例的以下详细说明参照附图。不同附图中的相同附图标记表示相同或相似的元件。另外,附图不一定按比例绘制。此外,以下详细说明不限制本发明。替代地,本发明的范围由随附权利要求限定。
在整个说明书中对“一个实施例”、“实施例”或“一些实施例”的称谓指的是关于实施例说明的特定特点、结构或特征包括在所公开的主题的至少一个实施例中。因此,措词“在一个实施例中”或“在实施例中”或“在一些实施例中”在整个说明书的不同位置处的出现不一定指代同一实施例。此外,特定特点、结构或特征可以以任何适当的方式组合在一个或多个实施例中。
在图1中,根据包含机器的旋转轴线A-A的平面以截面图示出整体式涡轮膨胀器-发电机或涡轮膨胀器-发电机单元1。涡轮膨胀器-发电机单元1可以包括壳体3,例如气密壳体。壳体3可以包括入口5和出口7。在一些实施例中,壳体3可以包括入口壳体部分3A、中间涡轮膨胀器壳体部分3B、发电机壳体部分3C和出口壳体部分3D。各部分3A-3D可以彼此密封地连接,以便获得从入口5延伸至出口7的气密壳体3。可以设想具有更大数量或更小数量壳体部分的不同的壳体设计。
壳体3可以容纳涡轮膨胀器9和发电机11。轴13可以旋转地支承在壳体3内。轴13可以围绕轴线A-A旋转。发电机转子11R可以布置在轴13上。在一些实施例中,发电机转子11R可以安装在轴13上,用于与轴13和涡轮膨胀器9一起旋转。在其他实施例中,如图1所示,发电机转子11R一体地形成在轴13上,即轴13的一部分自身形成发电机转子11R。发电机转子11R同轴地布置在发电机定子11S内部,发电机定子11S固定地容纳在壳体3中,例如容纳在发电机壳体部分3C中。
轴13可以通过多个轴承旋转地支承在壳体3中。根据一些实施例,第一径向轴承15可以布置在发电机11与涡轮膨胀器9之间。第二径向轴承17可以靠近旋转轴13的与涡轮膨胀器9相反的端部13A定位(也参见图2)。在一些实施例中,轴向轴承或止推轴承19还可以设置在例如旋转轴13的端部13A处或附近。在其他实施例中,轴向轴承或止推轴承19可以布置在位于发电机转子11R与涡轮膨胀器9的叶轮中间的位置中。一个或两个径向轴承15、17和/或轴向轴承19可以是气体润滑轴承。在一些实施例中,轴向轴承和/或径向轴承是动静压混合轴承,即局部静压和局部动压轴承。
根据一些实施例,径向轴承15、17可以符合如US 8,083,413中公开的混合气体润滑径向轴承,其内容通过参引结合到本文中。推力或轴向轴承19可以符合如US 2012/0020595中公开的混合止推轴承,其内容通过参引结合到本文中。
在一些实施例中,涡轮膨胀器9可以包括涡轮膨胀器转子21,涡轮膨胀器转子21可以包括在与轴端部13A相反的轴端部13B处或附近安装在旋转轴13上的叶轮23。叶轮23和轴13在扭矩上彼此限制,使得轴13和叶轮23一起旋转。叶轮23可以从轴端部13B外伸地安装。
叶轮23可以包括叶轮轮毂23H,叶轮轮毂23H可以设置有多个叶片23B。叶片23B可以从轮毂23H的前表面23F突出。轮毂23H的与前表面23F相反的后表面23G面向发电机11。
护罩25可以固定地安装在壳体3的内部并且可以邻近于叶片23B的尖端布置。在未示出的其他实施例中,可以设置与叶片23B一体地旋转的护罩,替代固定护罩。
叶片23B限定从叶轮入口延伸至叶轮出口的气体通路。如图1所示,叶轮入口沿径向方向定向,同时叶轮出口沿轴向方向定向。
径向轴承15可以安装在从外部壳体3朝向旋转轴线A-A向内径向延伸的间隔壁31中。间隔壁31可以将容纳发电机11的发电机外壳部分3C的内部与出口气室33分离,出口气室33收集由涡轮膨胀器9排放的膨胀气体。
在一些实施例中,从外部壳体3朝向旋转轴线A-A径向向内延伸的另外的间隔壁35可以设置在发电机壳体部分3C与出口壳体部分3D之间。第二径向轴承17可以安装在间隔壁35中。
气流路径可以从气体入口5朝向叶轮23的入口延伸。气流路径可以包括通道37,通道37围绕出口气室33从气体入口5朝向间隔壁31延伸。通路39可以形成在间隔壁31中并且与叶轮23的入口流动连通。
气体偏转器41可以布置在涡轮膨胀器叶轮23的前面。气体偏转器41可以布置以及构造成使气流从叶轮23的出口侧朝向流动通路45偏斜,流动通路45延伸穿过间隔壁31并且使出口气室33与容纳发电机11的发电机壳体部分3C的内部流动连通。
根据至此所述的布置,压缩气体流F在入口5处进入涡轮膨胀器-发电机单元1并且沿着流动路径37、39流动,最后沿大致径向向内定向的方向进入叶轮23内。进入涡轮膨胀器9的叶轮23的压缩气体在流经形成在相邻的涡轮膨胀器叶片23B之间的气体通路的同时发生膨胀。膨胀气体根据箭头FE从叶轮23抵靠偏转器41流入出口气室33内。膨胀气体由此进一步通过通路45流入由发电机壳体部分3C形成的壳体内,发电机11布置在发电机壳体部分3C中。
膨胀气体具有足够的压力以流过发电机11的转子/定子布置11R、11S,到达间隔壁35,间隔壁35设置有另外的通路49,膨胀气体通过该另外的通路49离开容纳发电机11的壳体部分,并且到达气体出口7。
压缩气体F因此通过在涡轮膨胀器9中膨胀产生能够在旋转轴13上获得的机械动力。该动力被用于使发电机转子11R旋转,由此将通过涡轮膨胀器9产生的机械动力转换成有用电力,有用电力可被提供至配电网(未示出),或者直接供给至用户。
膨胀气体流动(箭头FE)通过发电机11,因此从其去除热量并且冷却发电机。在图1所示的实施例中,整个膨胀气体流动通过发电机11。然而,这不是强制的。在其他实施例中,如果是有利的,则可以使膨胀气体的仅一部分流过发电机11。
输送至涡轮膨胀器-发电机单元1的气体的侧流可以从气体入口5处的干流中吸取并且用于润滑径向轴承15、17和/或轴向轴承19。
润滑气体源51流体地联接在入口5与轴承15、17并且19之间。图1中示意性地示出润滑气体源51。在一些实施例中,过滤装置53可以设置在润滑气体源51中或沿着润滑气体源51设置。流经涡轮膨胀器-发电机单元1的工作气体的侧流通过润滑气体源51转向并且供给至气体润滑轴承15、17、19。包含在用于润滑轴承15、17和19的工作气体的侧流中的可能的固体或液体物质可以通过过滤装置53去除,以防止或减小固体/液体物质进入轴承内。
在一些实施例中,降压装置55也可以设置在润滑气体源51中或沿着润滑气体源51设置。在一些实施例中,降压装置55将侧流气体的压力从气体入口5处的入口压力减小至在入口气体压力与涡轮膨胀器-发电机单元1的出口7处的出口气体压力中间的压力。降压装置55的下游侧处的气压被设定在用于气体润滑目的的最佳值处。在一些实施例中,可以设置单个降压装置55,使得同一压力下的润滑气体被输送至全部轴承15、17和19。在其他实施例中,一个以上的降压装置可以设置在润滑气体源51中,使得不同的气体压力可被用于不同的轴承15、17、19,例如最上游轴承15可以供给有更高压力的润滑气体,而第二下游径向轴承17和轴向轴承19可以利用低压润滑气体润滑。这在图1中通过布置在第一降压装置55下游的第二降压装置57示意性地表示。
附图标记61和63表示使润滑气体源51分别与轴承15和17、19流体连接的管道。
输送至轴承15的润滑气体LG1可以从轴承15排出到主气流内,如由图1的示意图中的箭头LG1示意性地示出的。类似地,输送至第二径向轴承17和轴向轴承或止推轴承19的润滑气体LG2也可以如由箭头LG2所示地排出在主流中。
根据上述布置,由涡轮膨胀器9处理的工作气体因此被用于产生机械动力,机械动力通过发电机11被转换成有用电力。同一气体也被用于冷却目的,以从发电机11去除热量。通过涡轮膨胀器-发电机单元1处理的同一工作气体的侧流进一步被用于润滑目的,以润滑径向轴承15、17和止推或轴向轴承19。因此避免了润滑油的使用。复杂和昂贵的主动磁悬浮轴承也可被省去并利用简单、价格低廉以及便于维护的气体润滑轴承替换。
如本文中公开的涡轮膨胀器-发电机单元1可被用于所谓的压力减低设备,在此来自管线的天然气压力降低至适合于煤气公司的当地分配网的压力值。加压用于通过管线输送目的的气体所需的动力的至少一部分因此被回收成有用的电力。用于冷却发电机和润滑气体润滑轴承的相同工作气体的使用使得涡轮膨胀器-发电机单元特别简单、廉价和可靠,以及能量角度方面的有效性。
虽然本文中说明的主题的所公开的实施例已在附图中示出并且如上已关于数个示例性实施例进行了具体和详细的全面说明,但是本领域普通技术人员将理解的是在不实质地脱离新颖性教导、本文中阐述的原理和构思以及随附权利要求中记载的主题的优势的情况下可能存在许多改进、变化和省略。因此,所公开的改进的适当的范围应该仅由随附权利要求的最宽泛解释所确定,以便包括所有这些改进、变化和省略。另外,任何处理或方法步骤的次序或顺序可以根据可替代实施例进行改变或重新排序。

Claims (26)

1.一种涡轮膨胀器-发电机单元(1),包括:
壳体(3),所述壳体具有气体入口(5)和气体出口(7);
涡轮膨胀器(9),所述涡轮膨胀器(9)具有安装在轴(13)上的涡轮膨胀器转子(21),所述轴(13)被支承以用于在所述壳体(3)中旋转;
发电机(11),所述发电机(11)布置在所述壳体(3)中并且包括发电机定子(11S)和安装在所述轴(13)上的发电机转子(11R),用于与所述涡轮膨胀器转子(21)一起旋转;
多个轴承(15、17、19),所述多个轴承(15、17、19)构造以及布置成用于将所述轴(13)旋转地支持在所述壳体(3)中;
气流路径,所述气流路径从所述气体入口(5)至所述气体出口(7)并且延伸穿过所述涡轮膨胀器(9)和所述发电机(11);压缩的工作气体在所述涡轮膨胀器中膨胀并且产生用于使所述发电机转子旋转的机械动力;并且来自所述涡轮膨胀器的膨胀工作气体的至少一部分流经所述发电机并且从其去除热量;
其中,所述轴承包括利用用作润滑气体的所述工作气体进行润滑的气体润滑轴承。
2.根据权利要求1所述的涡轮膨胀器-发电机单元,其中所述气体润滑轴承(15、17、19)与所述气流路径流体连通,使得润滑气体从所述气体润滑轴承流回到所述气流路径内。
3.根据权利要求1或2所述的涡轮膨胀器-发电机单元,其中所述气体润滑轴承包括至少一个轴向气体润滑轴承(19)和两个径向气体润滑轴承(15、17)。
4.根据权利要求1、2或3所述的涡轮膨胀器-发电机单元,其中所述涡轮膨胀器转子(21)从所述轴(13)的一个端部(13B)外伸。
5.根据权利要求3所述的涡轮膨胀器-发电机单元,其中所述涡轮膨胀器转子(21)从所述轴(13)的第一端部(13B)外伸,以及其中,所述至少一个轴向气体润滑轴承(19)布置在所述轴(13)的第二端部(13A)处或所述发电机(11)与所述涡轮膨胀器(9)之间。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮膨胀器-发电机单元,其中所述至少两个径向气体润滑轴承(15、17)中的第一径向气体润滑轴承(15)定位在所述涡轮膨胀器转子(21)与所述发电机转子(11R)之间,以及所述至少两个径向气体润滑轴承(15、17)中的第二径向气体润滑轴承(17)定位在所述发电机转子(11R)与所述第二轴端部(13A)之间。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮膨胀器-发电机单元,其中还包括润滑气体源(51),所述润滑气体源(51)流体地联接至所述气体入口(5)和所述气体润滑轴承(15、17、19),用于将在所述涡轮膨胀器(9)的上游转向的工作气体供给至所述气体润滑轴承(15、17、19)。
8.根据权利要求7所述的涡轮膨胀器-发电机单元,其中还包括与所述润滑气体源(51)相关的过滤系统(53)。
9.根据权利要求7或8所述的涡轮膨胀器-发电机单元,其中还包括沿着所述润滑气体源的至少一个降压装置(55),用于将所述工作气体的压力从气体入口压力减小至低于所述气体入口压力的润滑压力。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮膨胀器-发电机单元,其中所述气体入口(5)和所述气体出口(7)彼此基本同轴。
11.根据权利要求10所述的涡轮膨胀器-发电机单元,其中所述气体入口(5)和所述气体出口(7)与所述轴(13)基本同轴。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮膨胀器-发电机单元,其中所述涡轮膨胀器转子(21)包括基本径向定向的转子入口和基本轴向定向的转子出口。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮膨胀器-发电机单元,其中所述涡轮膨胀器转子(21)包括叶轮(23),所述叶轮(23)包括具有前表面(23F)和后表面(23G)的轮毂(23H)和从所述轮毂(23H)的所述前表面(23F)延伸至相应的叶片尖端的多个叶片(23B)。
14.根据权利要求13所述的涡轮膨胀器-发电机单元,其中还包括与所述叶片尖端相邻的固定护罩(25)。
15.根据权利要求13或14所述的涡轮膨胀器-发电机单元,其中所述轮毂(23H)的所述后表面(23G)面向所述发电机(11),所述轮毂(23H)的所述前表面(23F)面向所述气体入口(5)。
16.根据权利要求15所述的涡轮膨胀器-发电机单元,其中所述涡轮膨胀器(9)包括出口气室(33),所述出口气室(33)构造以及布置成用于收集离开所述涡轮膨胀器转子(21)的膨胀工作气体并且与容纳所述发电机(11)的壳体部分(3C)流体地联接。
17.根据权利要求16所述的涡轮膨胀器-发电机单元,其中所述壳体(3)包括分离所述出口气室(33)与容纳所述发电机(11)的所述壳体部分(3C)的间隔壁(31),用于膨胀工作气体的流动通路(45)延伸穿过所述间隔壁(31)。
18.根据权利要求17所述的涡轮膨胀器-发电机单元,其中至少一个径向轴承(15)布置在所述间隔壁(31)中,用于旋转地支承延伸穿过所述间隔壁(31)的所述轴(13)。
19.根据权利要求16至18中的任一项所述的涡轮膨胀器-发电机单元,其中所述气流路径从所述气体入口(5)围绕所述出口气室(33)并且朝向所述涡轮膨胀器转子(21)延伸。
20.根据权利要求16至19中的任一项所述的涡轮膨胀器-发电机单元,其中气体偏转器(41)与所述涡轮膨胀器转子(21)基本同轴布置并且面向所述轮毂(23H)的所述前表面(23F),所述气体偏转器(41)构造和布置成用于使所述膨胀气体从所述涡轮膨胀器转子朝向所述发电机(11)偏转。
21.一种用于由压缩工作气体流产生电力的方法,包括以下步骤:
使压缩工作气体在设置在壳体(3)内的涡轮膨胀器(9)中膨胀,所述涡轮膨胀器包括安装在旋转轴(13)上的涡轮膨胀器转子(21),能够在所述旋转轴(13)上获得通过所述压缩工作气体的膨胀产生的机械动力;所述旋转轴由多个气体润滑轴承(15、17、19)支承;
利用由所述涡轮膨胀器(9)产生的动力驱动布置在所述壳体(3)内的发电机(11)的发电机转子(11R),所述发电机转子(11R)布置在所述旋转轴(13)上;
使膨胀气体从所述涡轮膨胀器(9)流动穿过所述发电机(11)并且与所述膨胀气体一起从所述发电机(11)去除热量;
从主工作气体流提取工作气体侧流并且利用所述工作气体侧流润滑所述气体润滑轴承(15、17、19)。
22.根据权利要求21所述的方法,其中还包括使所述侧流从所述气体润滑轴承(15、17、19)在所述涡轮膨胀器(9)的下游返回至所述主工作气体流的步骤。
23.根据权利要求21或22所述的方法,其中从所述涡轮膨胀器(9)上游的所述主工作气体流提取所述工作气体侧流。
24.根据权利要求23所述的方法,其中还包括在输送至所述气体润滑轴承(15、17、19)之前减小所述工作气体侧流的压力的步骤。
25.根据权利要求21至24中的任一项所述的方法,其中还包括在输送至所述气体润滑轴承(15、17、19)之前清洁所述工作气体侧流的步骤。
26.根据权利要求21至25中的任一项所述的方法,其中还包括提供至少两个径向气体润滑轴承(15、17)和一个轴向气体润滑轴承(19)的步骤。
CN201680009550.7A 2015-02-09 2016-02-05 涡轮膨胀器-发电机单元以及用于产生电力的方法 Active CN107438704B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ITFI20150027 2015-02-09
ITFI2015A000027 2015-02-09
PCT/EP2016/052501 WO2016128319A1 (en) 2015-02-09 2016-02-05 A turboexpander-generator unit and a method for producing electric power

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107438704A true CN107438704A (zh) 2017-12-05
CN107438704B CN107438704B (zh) 2020-02-21

Family

ID=52774339

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201680009550.7A Active CN107438704B (zh) 2015-02-09 2016-02-05 涡轮膨胀器-发电机单元以及用于产生电力的方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10280796B2 (zh)
EP (1) EP3256699B1 (zh)
JP (1) JP6762948B2 (zh)
CN (1) CN107438704B (zh)
WO (1) WO2016128319A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110805617A (zh) * 2018-08-06 2020-02-18 通用电气公司 流体支承件组件
CN113544370A (zh) * 2019-03-04 2021-10-22 诺沃皮尼奥内技术股份有限公司 多级压缩机-膨胀机涡轮机构型

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107476833B (zh) * 2017-06-14 2019-05-14 南京航空航天大学 零泄漏自冷却的磁悬浮透平膨胀发电机及系统与方法
US20210340878A1 (en) * 2020-05-01 2021-11-04 Hamilton Sundstrand Corporation Turbo-generator with integral cooling
JP7494763B2 (ja) 2021-02-26 2024-06-04 株式会社豊田自動織機 流体機械
US20220389831A1 (en) * 2021-06-08 2022-12-08 Sapphire Technologies, Inc. Regulating flow through a turbo expander generator
US11619140B1 (en) * 2022-04-08 2023-04-04 Sapphire Technologies, Inc. Producing power with turboexpander generators based on specified output conditions
US12104493B2 (en) 2022-04-08 2024-10-01 Sapphire Technologies, Inc. Producing power with turboexpander generators based on specified output conditions

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3582228A (en) * 1967-10-09 1971-06-01 Toyoda Machine Works Ltd Apparatus for controlling the rotation of a high-speed rotating spindle
US4223529A (en) * 1979-08-03 1980-09-23 General Electric Company Combined cycle power plant with pressurized fluidized bed combustor
US20050089392A1 (en) * 2003-10-28 2005-04-28 Daniel Lubell Rotor and bearing system for a turbomachine
EP1593815A1 (de) * 2004-05-07 2005-11-09 Atlas Copco Energas Gmbh Turbomaschine für Tieftemperaturanwendungen
US20070056285A1 (en) * 2005-09-12 2007-03-15 Brewington Doyle W Monocoque turbo-generator

Family Cites Families (49)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2921804A (en) * 1957-04-23 1960-01-19 Worthington Corp Defrosting means for turbo-expanders
US3210553A (en) 1961-01-30 1965-10-05 Trw Inc Turboelectric power system
US3105631A (en) 1961-08-15 1963-10-01 Sulzer Ag Expansion turbine having a gas bearing
US3302865A (en) * 1964-07-16 1967-02-07 Union Carbide Corp Gas-bearing assembly
US3326453A (en) * 1965-10-23 1967-06-20 Union Carbide Corp Gas-bearing assembly
US3950950A (en) * 1975-05-05 1976-04-20 E. I. Du Pont De Nemours And Company Rotary Rankine engine powered electric generating apparatus
JPS5479038U (zh) * 1977-11-16 1979-06-05
US4555637A (en) 1982-07-26 1985-11-26 Acd, Inc. High speed turbogenerator for power recovery from fluid flow within conduit
US4740711A (en) 1985-11-29 1988-04-26 Fuji Electric Co., Ltd. Pipeline built-in electric power generating set
US5045711A (en) 1989-08-21 1991-09-03 Rotoflow Corporation Turboexpander-generator
US5113670A (en) * 1990-08-03 1992-05-19 United Technologies Corporation Bearing cooling arrangement for air cycle machine
DE9215696U1 (de) 1992-11-18 1994-03-17 Anton Piller GmbH & Co KG, 37520 Osterode Stromgewinnungsanlage
FR2719627B1 (fr) * 1994-05-03 1996-06-14 Gec Alsthom Electromec Unité de production d'énergie électrique à cycle combiné comportant une turbine à gaz et une turbine à vapeur à plusieurs modules.
US5640840A (en) * 1994-12-12 1997-06-24 Westinghouse Electric Corporation Recuperative steam cooled gas turbine method and apparatus
US6403750B1 (en) * 1999-06-03 2002-06-11 Edward J. A. Pope Apparatus and process for making ceramic composites from photo-curable pre-ceramic polymers
FI108067B (fi) 2000-09-13 2001-11-15 High Speed Tech Ltd Oy Turbogeneraattorin läpivientirakenne ja kiinnityslaippa
AU2002307462A1 (en) * 2001-04-23 2002-11-05 John M. Turchetta Gas energy conversion apparatus and method
US7637122B2 (en) * 2001-05-04 2009-12-29 Battelle Energy Alliance, Llc Apparatus for the liquefaction of a gas and methods relating to same
US20070107465A1 (en) * 2001-05-04 2007-05-17 Battelle Energy Alliance, Llc Apparatus for the liquefaction of gas and methods relating to same
US7591150B2 (en) * 2001-05-04 2009-09-22 Battelle Energy Alliance, Llc Apparatus for the liquefaction of natural gas and methods relating to same
US7594414B2 (en) * 2001-05-04 2009-09-29 Battelle Energy Alliance, Llc Apparatus for the liquefaction of natural gas and methods relating to same
DE102005039033B3 (de) 2005-08-18 2006-11-02 Atlas Copco Energas Gmbh Turbomaschine für Tieftemperaturanwendungen
US8395288B2 (en) 2005-09-21 2013-03-12 Calnetix Technologies, L.L.C. Electric machine with centrifugal impeller
DE102006004836A1 (de) * 2005-11-17 2007-05-24 Frank Eckert Organic Rankine Zyklus (ORC)- Turbogenerator
PL1905948T3 (pl) 2006-09-12 2013-03-29 Cryostar Sas Urządzenie do odzyskiwania energii
US8845196B2 (en) 2007-04-13 2014-09-30 Jongsoo Kim Compliant bearing
US7841306B2 (en) 2007-04-16 2010-11-30 Calnetix Power Solutions, Inc. Recovering heat energy
US7638892B2 (en) 2007-04-16 2009-12-29 Calnetix, Inc. Generating energy from fluid expansion
US8083413B2 (en) 2007-10-23 2011-12-27 General Electric Company Compliant hybrid gas journal bearing using integral wire mesh dampers
EP2187072B1 (en) 2008-11-07 2012-09-12 General Electric Company Compliant hybrid gas journal bearing using integral wire mesh dampers
TWI439604B (zh) * 2009-10-30 2014-06-01 Tsung Hsien Kuo Method and apparatus for burning and working of solid fuel powder into open combustion gas turbine burner.
US8384232B2 (en) 2010-07-19 2013-02-26 Calnetix Technologies, L.L.C. Generating energy from fluid expansion
IT1404158B1 (it) * 2010-12-30 2013-11-15 Nuova Pignone S R L Condotto per turbomacchina e metodo
US9476428B2 (en) * 2011-06-01 2016-10-25 R & D Dynamics Corporation Ultra high pressure turbomachine for waste heat recovery
ITCO20110036A1 (it) * 2011-09-07 2013-03-08 Nuovo Pignone Spa Guarnizione per una macchina rotante
US8893499B2 (en) 2011-10-20 2014-11-25 Dresser-Rand Company Advanced super-critical CO2 expander-generator
ITFI20120196A1 (it) * 2012-10-01 2014-04-02 Nuovo Pignone Srl "a turboexpander and driven turbomachine system"
US9118226B2 (en) * 2012-10-12 2015-08-25 Echogen Power Systems, Llc Heat engine system with a supercritical working fluid and processes thereof
CN105556096B (zh) * 2013-04-29 2018-07-27 谢塞尔有限公司 用于开式循环发动机的转子组件和开式循环发动机
EP2992188A2 (en) * 2013-04-29 2016-03-09 Xeicle Limited A thermodynamic machine
US9903588B2 (en) * 2013-07-30 2018-02-27 General Electric Company System and method for barrier in passage of combustor of gas turbine engine with exhaust gas recirculation
US9429191B2 (en) * 2013-10-11 2016-08-30 General Electric Company Journal bearing assemblies and methods of assembling same
US9121448B2 (en) * 2013-10-11 2015-09-01 General Electric Company Hermetically sealed damper assembly and methods of assembling same
RU2668185C2 (ru) * 2014-03-11 2018-09-26 Нуово Пиньоне СРЛ Узел турбомашины
US20150330261A1 (en) * 2014-05-15 2015-11-19 Echogen Power Systems, L.L.C. Waste Heat Recovery Systems Having Magnetic Liquid Seals
EP3155239B1 (en) * 2014-06-13 2020-05-13 Echogen Power Systems LLC Systems and methods for balancing thrust loads in a heat engine system
US10094566B2 (en) * 2015-02-04 2018-10-09 General Electric Company Systems and methods for high volumetric oxidant flow in gas turbine engine with exhaust gas recirculation
US10145269B2 (en) * 2015-03-04 2018-12-04 General Electric Company System and method for cooling discharge flow
US20170298830A1 (en) * 2016-04-18 2017-10-19 General Electric Company Oil-free gas turbine engine

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3582228A (en) * 1967-10-09 1971-06-01 Toyoda Machine Works Ltd Apparatus for controlling the rotation of a high-speed rotating spindle
US4223529A (en) * 1979-08-03 1980-09-23 General Electric Company Combined cycle power plant with pressurized fluidized bed combustor
US20050089392A1 (en) * 2003-10-28 2005-04-28 Daniel Lubell Rotor and bearing system for a turbomachine
EP1593815A1 (de) * 2004-05-07 2005-11-09 Atlas Copco Energas Gmbh Turbomaschine für Tieftemperaturanwendungen
US20070056285A1 (en) * 2005-09-12 2007-03-15 Brewington Doyle W Monocoque turbo-generator

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110805617A (zh) * 2018-08-06 2020-02-18 通用电气公司 流体支承件组件
CN113544370A (zh) * 2019-03-04 2021-10-22 诺沃皮尼奥内技术股份有限公司 多级压缩机-膨胀机涡轮机构型

Also Published As

Publication number Publication date
EP3256699A1 (en) 2017-12-20
US10280796B2 (en) 2019-05-07
US20180030855A1 (en) 2018-02-01
WO2016128319A1 (en) 2016-08-18
JP6762948B2 (ja) 2020-09-30
JP2018510989A (ja) 2018-04-19
EP3256699B1 (en) 2023-03-29
CN107438704B (zh) 2020-02-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107438704A (zh) 涡轮膨胀器‑发电机单元以及用于产生电力的方法
CN106164495B (zh) 具有嵌入的电动机的多级涡轮机
CN204213044U (zh) 具有动力压缩机转子的内部驱动压缩机
CN105684274B (zh) 具有轴向推力补偿的风扇冷却的电机
CN105899763B (zh) 涡轮机轴承壳
CN107420200B (zh) 用于轴承垫的气体分配迷宫件
KR102072739B1 (ko) 다수의 중간 냉각을 갖는 고압력비 압축기 및 관련 방법
JP6043370B2 (ja) ガスタービンエンジンサンプ加圧システム
EP3071839B1 (en) Motor-compressor with stage impellers integrated in the motor-rotors
US20130129488A1 (en) Foil bearing supported motor-driven blower
JP6792086B2 (ja) ターボコンプレッサ、及び、ターボコンプレッサの動作方法
CN107916995A (zh) 燃气涡轮发动机
CN106285948B (zh) 燃气涡轮发动机
JP6496010B2 (ja) 熱エネルギーを変換する装置及び方法
RU2458253C1 (ru) Центробежный компрессорный агрегат
JP2010276020A (ja) 蒸気タービン二流式低圧構成
RU2753385C1 (ru) Система вентиляции для масляной полости подшипника
JP6601752B2 (ja) 蒸気を用いた発電装置及びコンプレッサー駆動装置
CN102606493B (zh) 压缩机中空轴内布置有扭转柔性连接器的电动压缩机单元
JP2008208734A (ja) 2段圧縮式排気タービン過給機

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant