CN210530931U - 一种大功率一体化双涡轮异步发电机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大功率一体化双涡轮异步发电机组，现有的单涡轮做大功率涡轮发电机会使得主机体积特别大，主机的轴向不平衡力特别大，不利于配置磁悬浮轴承的配置等问题。为了解决上述问题，本实用新型的技术方案为：大功率一体化双涡轮异步发电机组，包含有依次设置在同一水平转轴上的高压涡轮膨胀机，发电机和低压涡轮膨胀机，转轴上发电机与两个涡轮膨胀机之间设置有磁悬浮主动控制轴承，转轴一端的磁悬浮主动控制轴承外侧设置磁悬浮止推轴承。本实用新型采用大功率磁悬浮轴承，省去了变速齿轮传动及轴承摩擦损失，两套涡轮拖动一台发电机，降低了传统油轴承摩擦带来的热损耗，提高了机组的整体效率。

Description

一种大功率一体化双涡轮异步发电机组

技术领域

本发明涉及一种异步发电机组，具体涉及一种大功率一体化双涡轮异步发电机组。

背景技术

现以ORC技术为基础的低温余热发电领域，主要以螺杆膨胀机及小型涡轮膨胀机为主流的技术，存在功率小、单位投资成本高、设备需要特种动态密封、发电机自身损耗大等问题。用单涡轮做大功率涡轮发电机会使得主机体积特别大，主机的轴向不平衡力特别大，不利于配置磁悬浮轴承的配置。

发明内容

本发明的目的是提供一种大功率一体化双涡轮异步发电机组，采用大功率磁悬浮轴承，省去了变速齿轮传动及轴承摩擦损失，两套涡轮拖动一台发电机，单台发电机最大功率可以达到20MW以上。

本发明所采用的技术方案是：

大功率一体化双涡轮异步发电机组，其特征在于：

包含有依次设置在同一水平转轴上的高压涡轮膨胀机，发电机和低压涡轮膨胀机，转轴上发电机与两个涡轮膨胀机之间设置有磁悬浮主动控制轴承，转轴一端的磁悬浮主动控制轴承外侧设置磁悬浮止推轴承。

所述磁悬浮主动控制轴承包含有推力轴承、径向支撑轴承和数字化控制器。

所述转轴置于电动机中，设置电动机转子，电动机转子外设置电动机定子铁芯和绕组。

所述转轴的两端分别置于高压涡轮膨胀机与低压涡轮膨胀机中，轴外设置膨胀机动叶和膨胀机静叶，膨胀机动叶和膨胀机静叶外部设置涡轮机蜗壳，涡轮机蜗壳前端设置接收有机工质蒸汽入口。

所述环形雾化喷嘴位于涡轮末级出口与发电机定转子之间的空间位置，喷嘴通过冷却液体管道与机组壳体通孔相接，外部液体冷却工质通过管道与机组壳体通孔螺纹连接。

所述发电机外壳上方开有蒸汽出口。

发电机所有部件均置于发电机外壳中，涡轮机蜗壳与发电机外壳为同一壳体的一体结构。

本发明具有以下优点：

1. 本发明使用大功率异步发电机，使用涡轮膨胀机带动笼型异步电机的转子旋转，涡轮的功越大异步发电机输出功率越大。

2. 异步发电机并网运行接入电网的方法简单，可向电网输出电压、频率与电网完全一致的电力，输向电网的电流频率和它自身的转差率无关。

3. 本发明使用磁悬浮轴承，省去了润滑油站，磁悬浮轴承与转子没有接触没有摩擦，降低了传统油轴承摩擦带来的热损耗，提高了机组的整体效率。

4.本发明设置有雾化喷嘴，以汽化潜热对发电机及磁轴承冷却。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为使用本发明双涡轮串级循环的ORC系统的结构示意图。

图3 雾化喷嘴剖面图。

图中，1-磁悬浮主动控制轴承，2-磁悬浮支承轴承，3-高压涡轮膨胀机，4-低压涡轮膨胀机，5-低压蒸汽入口，6-高压蒸汽入口，7-蒸汽出口，8-底座，9-发电机，10-环形雾化喷嘴。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

参见图1，大功率一体化双涡轮异步发电机组包含有依次设置在同一水平转轴上的高压涡轮膨胀机3，发电机9和低压涡轮膨胀机4，转轴上发电机与两个涡轮膨胀机之间设置有磁悬浮主动控制轴承，转轴一端的磁悬浮主动控制轴承外侧设置磁悬浮止推轴承。

所述磁悬浮主动控制轴承包含有推力轴承、径向支撑轴承和数字化控制器，能够控制转子的高速运行，主要承担转子运动的平衡和支撑保障。控制器安装在机体外的独立的控制箱内。磁轴承控制器选用DSP为核心部件，采用五轴位置控制，十轴电流控制，对磁轴承进行精确控制。为了在磁轴承失电故障时刻保护磁轴承不被损坏，设有辅助轴承，一个为球轴承，另一对为角接触轴承，在磁轴承失电时起支撑转轴转动作用。所有检测信号传递采用屏蔽保护和护管保护，端子连接采用带防松动的端子，强电与弱电线缆分开敷设。

所述高压膨胀机和低压膨胀机为多级轴流式涡轮膨胀机，担负着ORC循环系统的高温段和低温段膨胀做功的任务。

所述转轴的两端分别置于高压涡轮膨胀机与低压涡轮膨胀机中，轴外设置膨胀机动叶和膨胀机静叶，膨胀机动叶和膨胀机静叶外部设置涡轮机蜗壳，涡轮机蜗壳前端设置接收有机工质蒸汽入口。

机组工作前，磁悬浮控制系统向磁悬浮轴承提供电力，磁悬浮支承轴承和磁悬浮止推轴承根据发电机转子的动态力矩将发电机转子悬浮起来，并可根据发电机转子工作过程的力矩不断调节改变转子的位置，使得发电机转子始终处于轴承的中心。磁悬浮轴承准备完成后， ORC有机工质经过管线送入涡轮机即膨胀机的进气室，经过静叶和动叶做功，从涡轮机蜗壳排出，将扭矩通过转轴传递到发电机转子发出电力。

参见图2，本发明采用双涡轮串级循环的ORC系统，为了有效的提高ORC循环的热电转换效率，并且充分利用热源的热量把热焓值降到尽可能的低，必须根据热源的温度高的特性，尽可能的提高工质的蒸发温度。本发明采用了高低温搭配的双级串联循环，热源先进入蒸发器被蒸发的工质变为高压力高温蒸汽进入膨胀机高压入口膨胀做功，再流经发电机经排气口排出；热源经过蒸发器和预热器后，温度会有所降低再次进入低压蒸发器和低压预热器再次把热量传递给有机工质，将有机工质蒸发为低压低温的有机蒸汽进入膨胀机的低压入口做功，再流经发电机经排气口与高温高压端的排出气体混合进入冷凝器冷凝为液态，再次由1、2号工质循环泵加压分别进入预热和蒸发器，完成两个有机朗肯循环。

参见图3，所述环形雾化喷嘴位于涡轮末级出口与发电机定转子之间的空间位置，喷嘴通过冷却液体管道与机组壳体通孔相接，外部液体冷却工质通过管道与机组壳体通孔螺纹连接。

来自工质泵出口的液态工质，经过阀门和进口进入工质雾化冷却通路到机体，再经过喷嘴减压后在机体内雾化对电机和电磁轴承降温，吸热后的冷却工质自主机出口随乏汽一起流出。

本发明具有以下技术要点：

1.大功率异步发电机是异步电动机的逆运行，异步电机既可作为电动机运行又可作发电机运行。涡轮膨胀机带动笼型异步电机的转子旋转，当转速等于或者接近同步转速时，把电机并入电网电机从电网吸收无功功率，建立气隙旋转磁场，此时电机输出有功功率为0；当转速高于气隙旋转磁场时，电机输出有功功率，处于发电机状态，涡轮的功越大异步发电机输出功率越大。

2.异步发电机并网运行接入电网的方法极为简单，只要将转子拖到尽可能接近同步转速，并且旋向和定子磁场旋转方向一致即可合闸并入电网。然后再把转速n 调到异步机的同步转速以上，便可向电网输出电压、频率与电网完全一致的电力。定子绕组的电势和频率取决于电网的电压和频率，并在异步发电机接入电网时自动的建立起来，异步发电机输向电网的电流频率和它自身的转差率无关。

3.涡轮和异步发电机转速同步，不需要齿轮变速，涡轮的机械能直接转换成电能，高温高压的有机工质蒸汽经进气口进入涡轮膨胀做功，将压力能转换成机械能直接传递给发电机，膨胀后高温气体工质温度降低可以作为发电机的冷却介质，直接将发电机的热量带走后从出口排到冷凝器，整个工质的流动是在涡轮和发电机的密闭腔体内，没有动态密封，避免了工质的外泄漏。

4.涡轮和发电机采用磁悬浮轴承控制保持高速稳定的运行，代替了传统的油润滑轴承并省去了润滑油站，磁悬浮轴承与转子没有接触没有摩擦，降低了传统油轴承摩擦带来的热损耗，提高了机组的整体效率。

5.为了保证磁悬浮轴承和异步发电机的安全运行，一体化发电机还设置液态工质雾化喷嘴，将液态有机工质雾化喷在电机和磁悬浮轴承所处空间，以汽化潜热对发电机及磁轴承冷却。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种大功率一体化双涡轮异步发电机组，其特征在于：

包含有依次设置在同一水平转轴上的高压涡轮膨胀机（3），发电机（9）和低压涡轮膨胀机（4），转轴上发电机（9）与两个涡轮膨胀机之间设置有磁悬浮主动控制轴承（1），转轴一端的磁悬浮主动控制轴承外侧设置磁悬浮止推轴承。

2.根据权利要求1所述的一种大功率一体化双涡轮异步发电机组，其特征在于：

所述磁悬浮主动控制轴承（1）包含有推力轴承、径向支撑轴承和数字化控制器。

3.根据权利要求2所述的一种大功率一体化双涡轮异步发电机组，其特征在于：

所述转轴置于电动机中，设置电动机转子，电动机转子外设置电动机定子铁芯和绕组。

4.根据权利要求3所述的一种大功率一体化双涡轮异步发电机组，其特征在于：

所述转轴的两端分别置于高压涡轮膨胀机（3）与低压涡轮膨胀机（4）中，轴外设置膨胀机动叶和膨胀机静叶，膨胀机动叶和膨胀机静叶外部设置涡轮机蜗壳，涡轮机蜗壳前端设置接收有机工质蒸汽入口。

5.根据权利要求4所述的一种大功率一体化双涡轮异步发电机组，其特征在于：

所述发电机和两个涡轮膨胀机之间设置有环形雾化喷嘴（10），位于涡轮末级出口与发电机定转子之间的空间位置，喷嘴通过冷却液体管道与机组壳体通孔相接，外部液体冷却工质通过管道与机组壳体通孔螺纹连接。

6.根据权利要求5所述的一种大功率一体化双涡轮异步发电机组，其特征在于：

所述发电机外壳上方开有蒸汽出口（7）。

7.根据权利要求6所述的一种大功率一体化双涡轮异步发电机组，其特征在于：

发电机所有部件均置于发电机外壳中，涡轮机蜗壳与发电机外壳为同一壳体的一体结构。

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