CN108518249B - 一种竖直排列式汽轮发电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种竖直排列式汽轮发电机，汽轮发电机包括封闭内壳，内壳底部设置导热端，顶部设置导热安装层，内腔中设置有发电层，发电层将所在内腔分为上下两部分，发电层中设有通孔，通孔连通内腔上下两部分，通孔处设有汽轮和发电机，汽轮通过轮轴和发电机连接，发电机上设有支架，发电机上连接有输出电流线，输出电流线沿着支架与内壳外部电线连接件电联接，内腔下部放置有液体工质，内壳上设有冷凝管，冷凝管连通内腔上下两部分。该汽轮发电机采用竖直排列结构，用以解决现有汽轮发电机结构复杂，配套设备多以及安装调试和维护复杂的问题，另外其结构便于小型化和便携化改造，满足目前发电设备多元化发展的趋势。
Description
技术领域
本发明涉及发电装置技术领域，具体涉及一种竖直排列式汽轮发电机。
背景技术
传统的汽轮发电机（steam turbine generator）是指用汽轮机驱动的发电机。由锅炉产生的过热蒸汽进入汽轮机内膨胀做功，使叶片转动而带动发电机发电，做功后的废汽经凝汽器、循环水泵、凝结水泵、给水加热装置等送回锅炉循环使用。这其中，汽轮机作为将热能转化为机械能的主要设备，通常在高温高压及高转速的条件下工作，汽轮主体通常需要较大的占地面积，另外还需要配备锅炉（或其他蒸汽发生器），以及凝汽器、加热器、泵等组成成套设备，一起协调配合工作。因此，汽轮机通常结构复杂，占地面积大，配套设备多，安装调试和维护不便，施工周期长，随着用电需求的多元化发展，需要发电机设备朝小型化甚至便携化发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种竖直排列式汽轮发电机，该汽轮发电机采用竖直排列结构，用以解决现有汽轮发电机结构复杂，配套设备多以及安装调试和维护复杂的问题，另外其结构便于小型化和便携化改造，满足目前发电设备多元化发展的趋势。
为实现上述目的，本发明的一个方面提供了一种竖直排列式汽轮发电机，所述汽轮发电机包括封闭内壳，内壳底部设置导热端，顶部设置导热安装层，其中导热安装层既可以用于散热，降低机器内温度，也可以外接其它热交换设备，用于余热二次利用，内腔中设置有发电层，发电层将所在内腔分为上下两部分，发电层中设有通孔，通孔连通内腔上下两部分，通孔处设有汽轮和发电机，汽轮通过轮轴和发电机连接，发电机上设有支架，发电机上连接有输出电流线，输出电流线沿着支架与内壳外部电线连接件电连接，内腔下部放置有液体工质，内壳上设有冷凝管，冷凝管连通内腔上下两部分。
进一步的，所述导热端和所述导热安装层中有导热材料，如铜、铝、硅等。
进一步的，所述内腔上部设有导流板，所述导流板中间设置有导流孔，导流板呈凸形，中间部分高于四周部分。通过上述设置，一方面便于经过发电层的工质蒸汽沿导流板下部通过导流孔进入热交换区进行换热；另一方面，对于换热后的工质冷凝液体，便于通过导流板上部流向四周的冷凝管入口，并经过冷凝管回流至发电层下部，重新进入工质循环。
进一步的，所述内壳外部设置外壳，内壳外表面覆盖有保温层，所述外壳和内壳均为圆筒形。
在一个优选实施方案中，所述内壳内部在竖直方向上通过导热层分为多个叠置的内腔。
进一步的，所述导热层中有导热材料，如铜、铝、硅等，导热层呈凸形，中间部分高于四周部分。这样设置便于下部的高温蒸汽同导热层上部的液体工质进行换热，并利于高温蒸汽向导热层下部四周扩散，从而利于整体工质循环。
进一步的，导热层下表面设有凸起的花纹或棱结构。通过凸起的花纹或棱结构，可以增加导热层下表面的换热面积，并延长工质蒸汽在热交换区停留的时间，从而增加蒸汽与上层液体工质的热交换效率。
在一个优选实施方案中，发电层的上表面呈凹形，下表面呈凸形。发电层的上表面呈凹形，是用于部分蒸汽冷凝液沿凹形表面回落，避免长时间停留在发电层的四周边缘而降低换热效率；发电层的下表面呈凸形，是便于蒸汽的爬升。
进一步的，所述支架和发电层上侧连接，在发电层上侧通孔周围设置有圆锥形支架，发电机通过圆锥形支架固定。发电机的输出电流线沿着圆锥形支架进入发电层并穿过内壳连接到内壳外部的插电孔。通过这样设置，使得输出电流线在内腔中的走线尽量减少与液体工质和热量的接触。
在一个优选实施方案中，发电机设在密封的保护壳内，起到隔绝液体工质和热量的作用。
在一个优选实施方案中，所述输出电流线外部设有密封的保护套，进一步起到隔绝液体工质和热量的作用。
进一步的，所述冷凝管内设置有吸液芯，其由毛细多孔材料构成。
进一步的，所述内壳外设置有稳压器，稳压器上有插电孔，所有电线连接件通过电线连接到稳压器上，并通过稳压器输出电流，稳压器可直接设置在外壳和内壳之间的底部，也可以通过例如支架设置在合适的高度上。
进一步的，所述液体工质包括水、乙醚、氨水、异丁烷、正丁烷和氟里昂等，优选不同的内腔中使用沸点不同的液体工质。所述液体工质均为现有发电技术中常用的液体工质，可以根据上述标准，并根据设备部件的性质和具体工况来选择，这对于本领域技术人员来说是容易做到的。
进一步的，所述外壳表面还设置有显示屏。显示屏可通过变压器与稳压器电连接，显示屏用于显示汽轮发电机的工况。
本发明竖直排列式汽轮发电机的工作过程如下：
当汽轮发电机底端受热时，导热端的下表面将接收到的热量传递至上表面，液体工质受热蒸发至沸腾，产生大量蒸汽。该过程中内腔上部的压力和温度均小于内腔下部的压力和温度，由于温度差和气压差的存在，导致蒸汽从发电层下表面的通孔上升，从而推动汽轮转动，将热能转化为机械能；并通过轮轴转动带动发电机工作，将机械能转化为电能。蒸汽通过通孔后上升，与内腔上部导热安装层或导热层进行热交换。经过热交换后的冷凝液体工质通过在四周分布的冷凝管入口进入冷凝管，回流至发电层下部液体工质中，完成一个热循环。
在一个实施方案中，可以将本发明的汽轮发电机内部划分为三个温度区，三个温度区从下到上分别是A区、B区和C区，其温度分别为温度A、温度B和温度C，则有温度A>温度B>温度C。B区、C区可以依次起到控温作用。例如，当B区内部温度达到B区液体工质相应沸点时，B区液体工质汽化吸收大量热量，从而很好地限制A区温度和汽体压力继续升高，从而控制A区工质汽化量等于液化量，从而达到工质循环、内部温度和压力的动态平衡。C区亦然。
表1 汽轮发电机在不同内部温度下三区的压力平衡和温差
| 内部温度（℃） | 20 | 36 | 56 | 68 | 80 | 120 |
| C（kPa） | 16.16 | 31.85 | 66.69 | 101.3 | 142.42 | 612.92 |
| B（kPa） | 24.61 | 48.3 | 101.3 | 149.05 | 213.94 | 594.80 |
| A（kPa） | 56.54 | 101.3 | 190.76 | 268.13 | 367.14 | 896.59 |
如表1所示，当A、B、C三个区分别注入沸点不同的液体工质时，且内部温度都处于20℃时候，C区压力是16.16kpa，B区压力是24.61kpa，A区压力是56.54kpa；内部温度都处于36℃时候，C区压力是31.85kpa，B区压力是48.3kpa，A区压力是101.3kpa；内部温度都处于56℃时候，C区压力是66.69kpa，B区压力是101.3kpa，A区压力是190.76kpa；内部温度都处于68℃时候，C区压力是101.3kpa，B区压力是149.05kpa，A区压力是268.13kpa；内部温度都处于80℃时候，C区压力是142.42kpa，B区压力是213.94kpa，A区压力是367.14kpa；且内部温度都处于120℃时候，C区压力是612.92kpa，B区压力是594.80kpa，A区压力是896.59kpa。
通过满足上述条件的工况设置，使得本发明竖直排列式汽轮发电机能够很好地限制每个区的温度和汽体压力，控制该区工质循环、内部温度和压力的动态平衡。液体工质可根据其蒸气压和工作温度在汽轮发电机密闭之前注入，用于产生蒸汽，推动汽轮做功。
本发明技术方案具有如下优点：
1、本发明汽轮发电机采用竖直排列结构，占地面积小，汽轮机部分和发电机部分在结构上整合，安装调试和维护方便。
2、通过将多个内腔单元在竖直方向上叠置，使得热能层层传递并转化为电能，热能损失小，能量转化率高；且余热便于进一步利用。
3、本发明的汽轮发电机结构便于小型化和便携化改造，适用范围广，满足目前发电设备多元化发展的趋势。
附图说明
图1为本发明竖直排列式汽轮发电机的内部结构示意图。
图2为导热层叠置的竖直排列式汽轮发电机内部结构示意图。其中附图标记为：
1、导热安装层；2、导流板；3、发电层；4、内壳；5、导热层；6、外壳；7、输出电流线；8、发电机；9、显示屏；10、汽轮；11、液体工质；12、支架；13、稳压器；14、插电孔；15、稳压器支架；16、导热端；17、冷凝管。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
如图1所示，该实施例汽轮发电机包括封闭内壳4，内壳底部设置导热端16，内壳顶部设置导热安装层1，内壳内腔中设有发电层3，发电层3将所述内壳内腔分为上下两部分，发电层3设有通孔，所述通孔连通内腔上下两部分，通孔处设有汽轮10和发电机8，汽轮10通过轮轴和发电机8连接，发电机8上设有支架12，支架12连接发电机8和发电层3上侧，输出电流线沿着支架12与内壳外部电线连接件电连接，内腔下部放置有液体工质11，内壳上设有冷凝管17，冷凝管17连通内腔上下两部分。
实施例2
如图2所示，本实施例在实施例1的基础上，进一步设置为，汽轮发电机包括圆筒形外壳6和内壳4；内壳4内部在竖直方向上通过导热层5划分为叠置的圆柱形内腔；内壳4底部设置导热端16，顶部设置导热安装层1；每个内腔中设置有发电层3，发电层3的上表面呈凹形，下表面呈凸形；发电层3中间设有通孔；通孔上部设置有发电机8，发电机8设在密封的保护壳内，在发电层3上侧通孔周围设置有支架12，发电机8保护壳通过支架12固定；所有发电机8的输出电流线沿着支架12进入发电层3并穿过内壳4，并通过输出电流线7连接到稳压器13上，稳压器13带有插电孔14，稳压器13通过稳压器支架15设置在外壳6和内壳4之间；通孔处设有汽轮10，汽轮10通过轮轴和发电机8连接；液体工质11放置于内腔下部；内腔上部靠近导热层5设有导流板2，导流板2呈凸形，中间部分高于四周部分，导流板2中间设置有导流孔，导流板2和内腔上部的导热层5之间形成热交换区；内壳4和外壳6之间设有冷凝管17，冷凝管17连通内腔上下两部分，冷凝管17的入口设在热交换区的内壳上，冷凝管17的出口设在发电层3和液体工质11之间的内壳上。外壳6表面还设置有显示屏9，显示屏9通过变压器与稳压器13电连接，用于显示汽轮发电机的工况。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (8)
1.一种竖直排列式汽轮发电机，其特征在于，所述汽轮发电机包括封闭内壳（4），所述内壳（4）底部设置导热端（16），所述内壳（4）顶部设置导热安装层（1），所述内壳（4）内腔中设有发电层（3），所述发电层（3）将所述内壳（4）内腔分为上下两部分，所述发电层（3）设有通孔，所述通孔连通内腔上下两部分，所述通孔处设有汽轮（10）和发电机（8），所述汽轮（10）通过轮轴和发电机（8）连接，所述发电机（8）上设有支架（12），所述发电机（8）上连接有输出电流线（7），输出电流线（7）沿着所述支架（12）与内壳（4）外部电线连接件电连接，所述内腔下部放置有液体工质（11），所述内壳（4）上设有冷凝管（17），所述冷凝管（17）连通内腔上下两部分；
所述内腔上部设有导流板（2），所述导流板（2）中间设置有导流孔，导流板（2）呈凸形，中间部分高于四周部分；
所述发电层（3）的上层呈凹形，下层呈凸形；
汽轮发电机内部划分为三个温度区，三个温度区从下到上分别是A区、B区和C区，其温度分别为温度A、温度B和温度C，温度A>温度B>温度C，B区、C区依次起到控温作用；
A、B、C三个区分别注入沸点不同的液体工质；限制每个区的温度和汽体压力，控制该区工质循环、内部温度和压力的动态平衡。
2.根据权利要求1所述的竖直排列式汽轮发电机，其特征在于，所述导热端（16）和所述导热安装层（1）中有导热材料。
3.根据权利要求1所述的竖直排列式汽轮发电机，其特征在于，所述内壳（4）外部设置外壳（6），内壳（4）外表面覆盖有保温层，所述外壳（6）和内壳（4）均为圆筒形。
4.根据权利要求1所述的竖直排列式汽轮发电机，其特征在于，所述内壳（4）内部在竖直方向上通过导热层（5）分为多个叠置的内腔。
5.根据权利要求4所述的竖直排列式汽轮发电机，其特征在于，所述导热层（5）中有导热材料，导热层（5）呈凸形，中间部分高于四周部分。
6.根据权利要求1所述的竖直排列式汽轮发电机，其特征在于，所述支架（12）和发电层（3）上侧连接。
7.根据权利要求1所述的竖直排列式汽轮发电机，其特征在于，所述冷凝管（17）内设置有吸液芯。
8.根据权利要求1所述的竖直排列式汽轮发电机，其特征在于，所述内壳外设置有稳压器（13），稳压器（13）上有插电孔，所有电线连接件通过电线连接到稳压器（13）上，并通过稳压器（13）输出电流。
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