CN212296518U - 一种补流式有机朗肯循环系统和双级膨胀机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及能源分阶利用领域，具体是一种补流式有机朗肯循环系统和双级膨胀机，包括有机朗肯循环单元，所述有机朗肯循环单元包括依次连接的蒸发器组、双级膨胀机、冷凝器和工质泵，蒸发器组包括主蒸发器和辅助蒸发器，主蒸发器吸收热源热量提供主要的高压工质，辅助换热器用于对第二级膨胀机进行流量增补；所述双级膨胀机包括：壳体，所述壳体内设有两个及以上膨胀室，所述壳体上开设有进气口和排气口；所述壳体上设有中间管道接通各膨胀室，工质被中间管道由中间管道首端的膨胀室导入至末端的膨胀室；以及转子总成，所述转子总成安装在所述膨胀室内。本实用新型的有益效果是：整体结构紧凑，设备建设成本低；提高了热效率，提高了可靠性。

Description

一种补流式有机朗肯循环系统和双级膨胀机

技术领域

本实用新型涉及能源分阶利用领域，具体是一种补流式有机朗肯循环系统和双级膨胀机。

背景技术

能源分阶利用在工业生产力越来越受到重视，低品位热源利用技术和商业的发展得到了长足的进步。有机朗肯循环(ORC)系统是低品位热源利用最重要的技术手段。有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle，简称ORC)是以低沸点有机物为工质的朗肯循环，主要由余热锅炉(或换热器)、透平（又称涡轮）、冷凝器和工质泵四大部套组成；其基本工作原理是ORC有机工质与热源换热，然后在蒸发器中产生该有机工质的蒸汽，蒸汽推动膨胀机做功，并带动发电机发电或输出动力，膨胀后的蒸汽在冷凝器中冷却为液态，再由循环工质泵送入蒸发器，从而完成一个循环。由于低沸点有机工质的使用，这种动力系统对热源的温度、压力等条件要求较低，因此适用于工业低品位余热回收利用。

由于其利用的是低品位热源，使得其热效率较低，一种ORC应用是150℃以下的废蒸汽或者热水的回收利用，将工质加热到90℃饱和态，然后进入涡轮膨胀到40~45℃的饱和态。热源最低可利用到90℃左右。90℃以下的热焓将无法利用，因此一般ORC系统的热效率只有8~10%。另一种ORC系统运用双压技术，提高了热效率，但是其系统过于复杂、投资成本过高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种补流式有机朗肯循环系统和双级膨胀机，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种补流式有机朗肯循环系统和双级膨胀机，包括有机朗肯循环单元，所述有机朗肯循环单元包括依次连接的蒸发器组、双级膨胀机、冷凝器和工质泵，蒸发器组包括主蒸发器和辅助蒸发器，主蒸发器吸收热源热量提供主要的高压工质，辅助换热器进一步吸收热源热量，用于对第二级膨胀机进行流量增补，增大第二级膨胀机的做功能力。

作为本实用新型进一步的方案：所述主蒸发器和辅助蒸发器串联连接，热源依次经过串联的主蒸发器和辅助蒸发器，为主蒸发器和辅助蒸发器提供热能。

作为本实用新型再进一步的方案：所述冷凝器连接有冷却回路，有机朗肯循环单元与冷却回路在冷凝器进行热交换。

作为本实用新型再进一步的方案：所述蒸发器组与工质泵之间设有阀门组件，通过所述阀门组件调节所述蒸发器组的工作。

作为本实用新型再进一步的方案：所述双级膨胀机包括：壳体，所述壳体内设有两个及以上膨胀室，所述壳体上开设有进气口和排气口，分别用于导入工质至膨胀室和排出膨胀室内的工质至外部；所述壳体上设有中间管道接通各膨胀室，工质被中间管道由中间管道首端的膨胀室导入至末端的膨胀室；以及转子总成，所述转子总成安装在所述膨胀室内，所述转子总成被导入至膨胀室内的工质的膨胀力驱动旋转。

作为本实用新型进一步的方案：所述壳体外还设有补流管道，所述补流管道为各膨胀室补充工质。

作为本实用新型再进一步的方案：所述膨胀室内安装有工质膨胀元件，所述工质膨胀元件用于使工质产生膨胀力驱动转子总成。

作为本实用新型再进一步的方案：所述工质膨胀元件包括依次连接的蜗壳和喷嘴。

作为本实用新型再进一步的方案：所述转子总成包括轴承、涡轮和主轴，所述主轴通过轴承安装在壳体内，两个所述涡轮安装在主轴的两端。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：整体结构紧凑，设备建设成本低；提高了热效率，提高了可靠性。

附图说明

图1为本实用新型实施例中双级膨胀机的结构示意图。

图2为本实用新型实施例中补流式有机朗肯循环系统和双级膨胀机的结构示意图。

附图中：1、进气管，2、一级蜗壳，3、一级喷嘴，4、一级涡轮，5、一级锁紧螺母，6、中间管道，7、补流管道，8、二级蜗壳，9、二级喷嘴，10、二级涡轮，11、二级锁紧螺母，12、排气口，13、轴承I，14、主轴，15、定子，16、轴承II；

20、发电机，21、主换热器，22、辅助换热器，23、工质泵，24、冷凝器，25、电子节流阀。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实施例公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

请参阅图1，本实用新型的一个实施例中，一种补流式有机朗肯循环系统和双级膨胀机，包括有机朗肯循环单元，所述有机朗肯循环单元包括依次连接的蒸发器组、双级膨胀机、冷凝器和工质泵，蒸发器组包括主蒸发器21和辅助蒸发器22，主蒸发器21吸收热源热量提供主要的高压工质，辅助换热器22进一步吸收热源热量，用于对第二级膨胀机进行流量增补，增大第二级膨胀机的做功能力。

具体的，热源为热水或热气。所述主蒸发器21和辅助蒸发器22串联连接，热源依次经过串联的主蒸发器21和辅助蒸发器22，为主蒸发器21和辅助蒸发器22提供热能。

所述工质泵23分别提供高压工质给主蒸发器21和辅助蒸发器22，高压工质在主蒸发器21和辅助蒸发器22中吸热变成90°高压工质；所述主蒸发器21输出的90°高压工质进入第一膨胀室内产生膨胀力驱动一级涡轮旋转，一级涡轮旋转做功带动发电机发电；第一膨胀室内90°高压工质变为70°高压工质。之后，第一膨胀室内70°高压工质通过中间管道6进入第二膨胀室，产生膨胀力驱动二级涡轮旋转；同时，所述辅助蒸发器22输出的高温高压工质经过补流管道7进入第二膨胀室内与中间管道6输送的70°高压工质混合形成混合工质，产生膨胀力驱动二级涡轮旋转，二级涡轮旋转做功带动发电机20发电；最后，第二膨胀室的混合工质从排气口排至冷凝器24，冷凝器24进行降温后输送至工质泵23，形成循环。对热源进行两级利用，提高了热效率。

请参阅图2，本实用新型的另一个实施例中，所述冷凝器24连接有冷却回路，有机朗肯循环单元与冷却回路在冷凝器进行热交换。

具体的，通过冷却回路的冷却水将所述冷凝器24的混合工质的热量带走生成低温工质给工质泵23，形成循环。

请参阅图2，本实用新型的另一个实施例中，所述蒸发器组与工质泵之间设有阀门组件，通过所述阀门组件调节所述蒸发器组的工作。

具体的，所述阀门组件包括电子节流阀25，所述电子节流阀25设置在所述辅助蒸发器22与工质泵23的连接管路上，用于控制流至辅助蒸发器22的工质流量。

请参阅图1，本实用新型的另一个实施例中，所述双级膨胀机包括：壳体，所述壳体内设有两个及以上膨胀室，所述壳体上开设有进气口和排气口，分别用于导入工质至膨胀室和排出膨胀室内的工质至外部；所述壳体上设有中间管道接通各膨胀室，工质被中间管道由中间管道首端的膨胀室导入至末端的膨胀室；以及转子总成，所述转子总成安装在所述膨胀室内，所述转子总成被导入至膨胀室内的工质的膨胀力驱动旋转。

具体的，所述壳体是定子15，所述定子15内设有的膨胀室数量为两个，分别为第一膨胀室和第二膨胀室，所述第一膨胀室和第二膨胀室通过中间管道6接通。高温高压工质从进气口经进气管1被送入第一膨胀室，驱动第一膨胀室内的转子总成做功；之后，高温高压工质继续经过中间管道6流入第二膨胀室，驱动第二膨胀室内的转子总成做功，转子总成做功带动发电机发电；最后，经排气口12流出至外部。经过第一膨胀室和第二膨胀室对高温高压工质的分阶利用，提高了高温高压工质的热效率，且双级膨胀机的整体结构紧凑，可靠性强。

请参阅图1，本实用新型的一个优选实施例中，所述壳体外还设有补流管道7，所述补流管道7为各膨胀室补充工质。

具体的，所述补流管道7与中间管道6均接至第二膨胀室，高温高压工质从所述补流管道7进入，与中间管道6流入的高温高压工质混合，提高了驱动第二膨胀室内转子总成的膨胀力的产生效率，进而提高了热效率。

请参阅图1，本实用新型的另一个实施例中，所述膨胀室内安装有工质膨胀元件，所述工质膨胀元件用于使工质产生膨胀力驱动转子总成。所述转子总成包括轴承、涡轮和主轴14，所述轴承是轴承I13和轴承II16，所述主轴14通过轴承I13和轴承II16安装在壳体内，两个所述涡轮安装在主轴14的两端。主轴14两端的两个所述涡轮分别为一级涡轮4和二级涡轮10，一级涡轮4和二级涡轮10分别设置在第一膨胀室、第二膨胀室内。

具体的，所述工质膨胀元件包括依次连接的蜗壳和喷嘴；所述进气口与第一膨胀室之间的蜗壳和喷嘴分别为一级蜗壳2、一级喷嘴3；中间管道6与第二膨胀室之间的蜗壳和喷嘴分别为二级蜗壳8、二级喷嘴9。

高温高压工质通过进气管道1进入一级蜗壳2，再经过一级喷嘴3加速后，进入一级涡轮4，驱动一级涡轮4做功，一级涡轮4通过一级锁紧螺母5锁紧在主轴14上，高温高压工质从一级涡轮4膨胀做功以后变成膨胀工质，膨胀工质通过中间管道6导向到第二膨胀室，同时补流工质通过补流管道7，与经过一级涡轮4膨胀后的膨胀工质混合进入二级蜗壳8，再通过二级喷嘴9加速驱动二级涡轮10膨胀做功，二级涡轮10通过二级锁紧螺母11锁紧在主轴14上，膨胀后的工质通过排气口12进入管道到冷凝器冷却。不仅通过中间管道多次利用了工质，通过补流管道7导入补流工质，提高了驱动二级涡轮10的总输出轴功率，整体提高了热效率。

本实用新型的工作原理：高温高压工质从进气口经进气管1被送入第一膨胀室，驱动第一膨胀室内的转子总成做功；之后，高温高压工质继续经过中间管道6流入第二膨胀室，驱动第二膨胀室内的转子总成做功，转子总成做功带动发电机发电；最后，经排气口流出至外部。

需要说明的是，本实用新型所采用的工质泵、电子节流阀均为现有技术的应用，本专业技术人员能够根据相关的描述实现所要达到的功能，或通过相似的技术实现所需完成的技术特性，在这里就不再详细描述。

本领域技术人员在考虑说明书及实施例处的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (7)

1.一种补流式有机朗肯循环系统和双级膨胀机，其特征在于，包括有机朗肯循环单元，所述有机朗肯循环单元包括依次连接的蒸发器组、双级膨胀机、冷凝器和工质泵，蒸发器组包括主蒸发器和辅助蒸发器，主蒸发器吸收热源热量提供主要的高压工质，辅助换热器进一步吸收热源热量，用于对第二级膨胀机进行流量增补。

2.根据权利要求1所述的一种补流式有机朗肯循环系统和双级膨胀机，其特征在于，所述主蒸发器和辅助蒸发器串联连接，热源依次经过串联的主蒸发器和辅助蒸发器，为主蒸发器和辅助蒸发器提供热能。

3.根据权利要求1所述的一种补流式有机朗肯循环系统和双级膨胀机，其特征在于，所述蒸发器组与工质泵之间设有阀门组件，通过所述阀门组件调节所述蒸发器组的工作。

4.根据权利要求1-3任一所述补流式有机朗肯循环系统和双级膨胀机，其特征在于，所述双级膨胀机包括：

壳体，所述壳体内设有两个及以上膨胀室，所述壳体上开设有进气口和排气口，分别用于导入工质至膨胀室和排出膨胀室内的工质至外部；

所述壳体上设有中间管道接通各膨胀室，工质被中间管道由中间管道首端的膨胀室导入至末端的膨胀室；以及转子总成，所述转子总成安装在所述膨胀室内，所述转子总成被导入至膨胀室内的工质的膨胀力驱动旋转。

5.根据权利要求4所述的一种补流式有机朗肯循环系统和双级膨胀机，其特征在于，所述壳体外还设有补流管道，所述补流管道为各膨胀室补充工质。

6.根据权利要求4所述的一种补流式有机朗肯循环系统和双级膨胀机，其特征在于，所述膨胀室内安装有工质膨胀元件，所述工质膨胀元件用于使工质产生膨胀力驱动转子总成。

7.根据权利要求4所述的一种补流式有机朗肯循环系统和双级膨胀机，其特征在于，所述转子总成包括轴承、涡轮和主轴，所述主轴通过轴承安装在壳体内，两个所述涡轮安装在主轴的两端。

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