CN112713710A - 一种用于郎肯循环低温余热回收发电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于朗肯循环低温余热回收发电机，包括外机壳、内机壳、设置于所述内机壳中的转轴、固定在所述内机壳内壁上的定子绕组、设置于所述转轴两端的径向磁悬浮轴承、设置于所述转轴远离动力输入端的轴向推力磁悬浮轴承，所述转轴为发电机的受外力带动的输入载体，所述转轴上固定有永磁体，所述永磁体与所述定子绕组相互感应。相较于现有技术，本发明一种用于朗肯循环低温余热回收发电机功率损耗低，制造成本低，发电效率高。

Description

一种用于郎肯循环低温余热回收发电机

技术领域

本发明涉及膨胀机技术领域，具体涉及一种用于朗肯循环低温余热回收发电机。

背景技术

有机朗肯循环(Organic Rankin Cycle,简称ORC)，一种利用有机工质代替传统水蒸气从低温热源吸收能量转化为电能的环保技术，可用于工业中低温余热回收，也可以用于太阳能、地热等科再生能源领域。目前国内外一直将其作为研究的热点对象，主要包括蒸发器、透平发电装置、冷凝器、工质泵四个主要机构。提高透平发电系统的效率是提升ORC系统整体效率的主要手段，传统的是叶轮连接齿轮减速箱，齿轮减速箱在通过联轴器连接机械轴承低速发电机。

近年来，各种高速发电机取代传统低速发电机，省去了中间齿轮变速箱的环节，整体系统效率有很大的提高，其中最突出的是磁悬浮高速永磁同步发电机的运用，美国公司Verdicorp在2011开始运用单台100-300kW磁悬浮发电系统，取得很大的社会和经济效益，现目前磁悬浮高速同步发电机在ORC循环中使用逐渐成为了主流趋势。国内磁悬浮高速永磁同步发电机起步较晚，运用在ORC循环中更是少之又少，但是其主流发展趋势是无法抵挡的。

现有技术中，低速发电机多采用球轴承作为支撑元件，球轴承摩擦产生的热、振动、噪声等是不可避免的，同时球轴承需要油脂润滑，需要单独的供油系统，增加了结构的复杂度，需要定期对轴承进行维护，增加了生产成本，当采用球轴承作为支撑元件时，因球轴承需要油脂润滑，工作时易与有机工质混合，从而造成浪费与危险，同时球轴承无法自行进行转轴轴心位置调整，转轴的位置偏移，无法处在最佳工作状态。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种能够减小转轴转动的摩擦损耗，自行调整转轴位置，增大发电机的发电效率的用于朗肯循环低温余热回收发电机。

为达到上述目的，本发明提供一种用于朗肯循环低温余热回收发电机，包括外机壳、内机壳、设置于所述内机壳中的转轴、固定在所述内机壳内壁上的定子绕组、设置于所述转轴两端的径向磁悬浮轴承、设置于所述转轴远离动力输入端的轴向推力磁悬浮轴承，所述转轴为发电机的受外力带动的输入载体，所述转轴上固定有永磁体，所述永磁体与所述定子绕组相互感应。

在一些实施例中，所述转轴的伸出端与外部的驱动涡轮相连接。

在一些实施例中，发电机还包括设置于所述径向磁悬浮轴承上的径向传感器、设置于所述轴向推力磁悬浮轴承上的轴向传感器、设置于接线盒密封板内的压力传感器，以及分别设置于所述径向磁悬浮轴承、定子绕组和轴向推力磁悬浮轴承内的温度传感器。

在一些实施例中，所述定子绕组内的温度传感器的报警值120℃，停机值140℃，所述径向磁悬浮轴承和所述轴向推力磁悬浮轴承内的温度传感器的报警值110℃，停机值130℃。

在一些实施例中，所述径向传感器、轴向传感器、压力传感器、温度传感器和所述径向磁悬浮轴承的出线均采用密封航插密出线。

在一些实施例中，本发电机整机采用四氟乙烯垫片密封。

在一些实施例中，所述转轴的伸出端采用活塞密封。

在一些实施例中，所述径向磁悬浮轴承与所述轴向推力磁悬浮轴承均由外部供电。

转轴通过平键和驱动涡轮连接，传递运动，转轴上镶嵌有永磁体，转轴旋转带动永磁体旋转，从而磁场旋转，定子绕组导线切割磁场，从而产生感应电流。

径向传感器和轴向传感器是对转轴进行监控的，经过采集信号、分析信号、执行响应动作、采集反馈信号，形成一个闭环，不断的修正转轴的轴心位置，使发电机一直工作在最佳状态。

压力传感器监控发电机内压力，当发电机内压力变高致膨胀吸热量过小，启动发电机尾端抽液泵，降低发电机内部压力。

发电机内部设有温度传感器，径向传感器，轴向传感器和压力传感器对发电机进行在线实时监控，传感器采集的信息都送往上位机处理分析，转换成可执行指令传输给发电机控制模块，由发电机控制模块对发电机做出相应的调整。

由于上述技术方案的运用，相较于现有技术，本发明提供的一种用于朗肯循环低温余热回收发电机，通过使用磁悬浮轴承支撑转轴，能够减少转轴在转动时的摩擦损耗，同时磁悬浮轴承无需润滑，能够避免润滑油与发电机中的有机工质发生混合的可能，增加安全性，利用传感器可使得转轴处于最佳转动位置，发电机一直处于正常工作状态，发电机整体发电效率高，降低制造成本。

附图说明

图1为本发明一种用于朗肯循环低温余热回收发电机的结构示意图；

图2为本发明一种用于朗肯循环低温余热回收发电机的ORC系统循环图；

图3为本发明一种用于朗肯循环低温余热回收发电机的ORC系统的结构示意图。

附图标记

1、外机壳，2、内机壳，3、转轴，4、定子绕组，5、径向磁悬浮轴承，6、压力传感器，7、径向传感器，8、温度传感器，9、轴向传感器，10、轴向推力磁悬浮轴承，11、永磁体，12、接线盒密封板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步描述。

请参阅图1至图3，本发明提供一种用于朗肯循环低温余热回收发电机，包括外机壳1、内机壳2、设置于内机壳2中的转轴3、固定在内机壳2内壁上的定子绕组4、设置于转轴3两端的径向磁悬浮轴承5、设置于转轴3远离动力输入端的轴向推力磁悬浮轴承10，转轴3为发电机的受外力带动的输入载体，转轴3上固定有永磁体11，永磁体11与定子绕组4相互感应。

转轴3的伸出端与外部的驱动涡轮相连接，动力从外界输入，带动电机整体开始运作，转轴3通过平键和驱动涡轮连接，传递运动，转轴3上镶嵌有永磁体11，转轴3旋转带动永磁体11旋转，从而磁场旋转，定子绕组4导线切割磁场，从而产生感应电流。

通过使用磁悬浮轴承支撑转轴，能够减少转轴3在转动时的摩擦损耗，同时磁悬浮轴承无需润滑，能够避免润滑油与发电机中的有机工质发生混合的可能，增加安全性，发电机整体发电效率高，降低制造成本。

径向磁悬浮轴承5与轴向推力磁悬浮轴承10均由外部供电，避免了普通机械轴承在工作过程中需要添加润滑油，导致与发电机中的有机工质产生混合的危险。

发电机还包括设置于径向磁悬浮轴承5上的径向传感器7、设置于轴向推力磁悬浮轴承10上的轴向传感器9、设置于接线盒密封板12内的压力传感器6，以及分别设置于径向磁悬浮轴承5、定子绕组4和轴向推力磁悬浮轴承10内的温度传感器8。

径向传感器7和轴向传感器9是对转轴3进行监控的，经过采集信号、分析信号、执行响应动作、采集反馈信号，形成一个闭环，不断的修正转轴3的轴心位置，使发电机一直工作在最佳状态。

转轴3轴向位置由轴向推力磁悬浮轴承10控制，转轴3的轴向位置得以确定，减小功率损耗，提高工作效率，在工作过程中可自行根据实际工况调整轴向位置。

转轴3靠径向磁悬浮轴承5支撑，使转轴1自悬浮于发电机中心线位置，所以转轴3旋转不会和其他零件产生接触，无机械摩擦，同时径向位置得以确定，减小功率损耗，提高工作效率。

轴向推力磁悬浮轴承10产生的轴向力和径向磁悬浮轴承5产生的径向力大小是需要传感器的反馈信号来确定的，当传感器采集到转轴1径向位置有偏移时，径向磁悬浮轴承5将产生相应的拉力将转轴1的位置偏移校正，轴向同理。

定子绕组4内的温度传感器8的报警值120℃，停机值140℃，径向磁悬浮轴承5和轴向推力磁悬浮轴承10内的温度传感器8的报警值110℃，停机值130℃，设置温度传感器报警值和停机值，能够防止工作温度过高导致发电机因异常情况而损坏，造成不必要的损耗。

温度传感器的型号为PT100。

发电机内部设有的温度传感器8，径向传感器7，轴向传感器9和压力传感器11可对发电机进行在线实时监控，传感器采集的信息都送往上位机处理分析，转换成可执行指令传输给发电机控制模块，由发电机控制模块对发电机做出相应的调整。

径向传感器7和轴向传感器9均为电感式位移传感器，可用型号为VLS40-8的电感式位移传感器代替。

径向传感器7、轴向传感器9、压力传感器6、温度传感器8和径向磁悬浮轴承5的出线均采用密封航插密出线，在满足发电机整体密封性要求的同时，也能满足2MPa的压力要求。

压力传感器11监控发电机内压力，当发电机内压力变高致膨胀吸热量过小，启动发电机尾端抽液泵，降低发电机内部压力。

压力传感器的型号为PT124G-210。

本发电机整机采用四氟乙烯垫片密封，密封性好，能满足2MPa的压力要求。

转轴3的伸出端采用活塞密封，能满足2MPa的压力要求。

由于上述技术方案的运用，相较于现有技术，本发明提供的一种用于朗肯循环低温余热回收发电机通过使用磁悬浮轴承支撑转轴，能够减少转轴在转动时的摩擦损耗，同时磁悬浮轴承无需润滑，能够避免润滑油与发电机中的有机工质发生混合的可能，增加安全性，发电机整体发电效率高，降低制造成本。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于朗肯循环低温余热回收发电机，其特征在于，包括外机壳(1)、内机壳(2)、设置于所述内机壳(2)中的转轴(3)、固定在所述内机壳(2)内壁上的定子绕组(4)、设置于所述转轴(3)两端的径向磁悬浮轴承(5)、设置于所述转轴(3)远离动力输入端的轴向推力磁悬浮轴承(10)，所述转轴(3)为发电机的受外力带动的输入载体，所述转轴(3)上固定有永磁体(11)，所述永磁体(11)与所述定子绕组(4)相互感应。

2.如权利要求1所述的用于朗肯循环低温余热回收发电机，其特征在于，所述转轴(3)的伸出端与外部的驱动涡轮相连接。

3.如权利要求1所述的用于朗肯循环低温余热回收发电机，其特征在于，发电机还包括设置于所述径向磁悬浮轴承(5)上的径向传感器(7)、设置于所述轴向推力磁悬浮轴承(10)上的轴向传感器(9)、设置于接线盒密封板(12)内的压力传感器(6)，以及分别设置于所述径向磁悬浮轴承(5)、定子绕组(4)和轴向推力磁悬浮轴承(10)内的温度传感器(8)。

4.如权利要求3所述的一种用于朗肯循环低温余热回收发电机，其特征在于，所述定子绕组(4)内的温度传感器(8)的报警值120℃，停机值140℃，所述径向磁悬浮轴承(5)和所述轴向推力磁悬浮轴承(10)内的温度传感器(8)的报警值110℃，停机值130℃。

5.如权利要求3所述的一种用于朗肯循环低温余热回收发电机，其特征在于，所述径向传感器(7)、轴向传感器(9)、压力传感器(6)、温度传感器(8)和所述径向磁悬浮轴承(5)的出线均采用密封航插密出线。

6.如权利要求1所述的一种用于朗肯循环低温余热回收发电机，其特征在于，本发电机整机采用四氟乙烯垫片密封。

7.如权利要求2所述的一种用于朗肯循环低温余热回收发电机，其特征在于，所述转轴(3)的伸出端采用活塞密封。

8.如权利要求1所述的一种用于朗肯循环低温余热回收发电机，其特征在于，所述径向磁悬浮轴承(5)与所述轴向推力磁悬浮轴承(10)均由外部供电。

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