CN212479344U - 一种高效靠背式双涡轮向心透平膨胀发电装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种高效靠背式双涡轮向心透平膨胀发电装置，该发电装置在发电机两侧对称设置了两个向心透平膨胀机，发电机的转子轴和向心透平膨胀机的转轴通过键连接，分布在同一水平线上。发电机转子轴两端通过磁悬浮轴承与发电机外壳滚动连接。该发电装置中设置了两个向心透平膨胀机，发电功率高；集成度高，结构紧凑，体积小；两端的向心透平膨胀机的涡轮做功方向相反，正好抵消涡轮的轴向推力，对密封材料和壳体材料的要求降低，降低了发电装置的制造成本，有机工质泄露的几率降低。
Description
技术领域
本实用新型涉及有机朗肯循环发电技术领域，具体涉及向心透平膨胀发电装置。
背景技术
向心透平膨胀发电机技术在工业余热、太阳能、地热等余热利用行业中应用越来越广泛，单机容量从几十千瓦到几兆瓦不等。膨胀发电机在低品位热能利用方面主要是利用低沸点有机工质的特性，使液态工质在蒸发器中加热变成蒸气，进而推动膨胀机做功，带动发电机发电。
但是为了提高透平的做功效率，通常采用提高透平转速的手段实现。但是由此也会带来相应的问题：由于转速较高，会在轴向上产生一个较强的推力，对密封要求较高，增大了制造成本。为了使透平膨胀机和发电机间转速相匹配，有装置在透平膨胀机上配套了减速器，使系统的复杂化，在一定程度上也降低了做功效率。且这种设计的发电装置体积庞大，占地面积大。
实用新型内容
本实用新型针对现有技术中存在的技术问题，提供了一种高效靠背式双涡轮向心透平膨胀发电装置，解决现有技术系统设计复杂、集成程度不高，对密封材料要求高的问题。
本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：包括向心透平膨胀机和发电机，所述向心透平膨胀机包括涡轮、转轴、涡轮壳，所述涡轮安装在转轴上，所述涡轮壳上设置了进气口、出气口；所述发电机包括定子、转子、转子轴、发电机外壳，其特征在于，所述发电装置包含两个向心透平膨胀机，对称设置在所述发电机两端，所述向心透平膨胀机的转轴分别与发电机转子轴两端键连接，所述向心透平膨胀机的转子轴与所述发电机转子轴在同一水平线上。
本实用新型的有益效果是：
(1)该发电装置中设置了两个透平膨胀机，发电功率高。
(2)通过在发电机两端对称设置了向心透平膨胀机，两端的膨胀机的涡轮的做功方向相反，正好抵消涡轮的轴向推力，密封材料和壳体材料的要求降低，降低了发电装置的制造成本，有机工质泄露的几率降低。
(3)向心透平膨胀机的转子轴分别与发电机转子轴两端键连接，所述向心透平膨胀机的转子轴与所述发电机转子轴在同一水平线上，发电装置的集成度高，结构紧凑，体积小。
在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。
进一步，所述发电机的转子轴通过前轴承和后轴承与发电机外壳转动连接。
发电机的转子轴两端通过轴承与发电机外壳转动连接，摩擦力减小，提高了发电机的稳定性。
进一步，所述前轴承和后轴承为陶瓷滚动轴承。
陶瓷滚动轴承的刚度和强度较高，可以承受发电机的高速转动，即使发电机在16000转/分钟的高转速下仍能稳定运行。
进一步，所述前轴承和后轴承为磁悬浮轴承，所述发电装置还包括磁悬浮轴承控制器，所述磁悬浮轴承控制器安装在所述发电机外壳上，与所述磁悬浮轴承电连接。
进一步，所述磁悬浮轴承控制器包括依次电连接的位移传感器、控制器、功率放大器，并与磁悬浮轴承形成完整的回路。
磁悬浮轴承可控制发电机转子轴处于悬浮状态，避免低负荷或者停机过程中碰伤所述轴承。且在转子轴转动过程中不接触其它物体，极大降低了摩擦力，无需使用润滑油，因此具有超低功耗。使发电机在30000转/分钟的高转速下稳定运行。
进一步，所述向心透平膨胀机与发电机之间设置有密封组件，所述发电机转子轴与密封组件连接并同步转动，起到密封电机转子和定子的作用。
密封组件可防止有机工质的泄露。
进一步，所述发电机采用大功率高速永磁同步电机。
提高了发电装置的发电功率。
进一步，所述发电机定子为多绕组式结构。
提高了发电机的发电效率。
进一步，所述涡轮为半封闭式结构。
提高了有机工质的利用率。
附图说明
图1为本发电装置的剖视图；
图2为本发电装置的磁悬浮控制器的结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、发电机，11、转子轴，12、发电机外壳，13、前轴承，14、后轴承，21、前向心透平膨胀机，22、后向心透平膨胀机，211、进气口，212、涡轮，213、涡壳，214、转轴、215、出气口，31、前密封组件，4、磁悬浮轴承控制器，41、位移传感器，42、控制器，43、功率放大器。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
为了描述方便，将发电机转子轴两侧的一侧称为前方，反之为后方。需要理解的是，术语“前”、“后”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
本发电装置的剖视图如图1所示，该发电装置包括发电机1，前向心透平膨胀机21，后向心透平膨胀机22。前向心透平膨胀机21和后向心透平膨胀机22分别对称设置在发电机两侧。因为两个向心透平膨胀机21和22的结构及其与发电机1的连接关系相同，简洁起见，只详细描述了前向心透平膨胀机21及其与发电机1的连接关系，后向心透平膨胀机22的部件没有在图中标出。前向心透平膨胀机21由涡轮212、转轴214和涡壳213组成，蜗壳上设置了进气口211和出气口215，涡轮212安装在转轴214上。发电机1包括转子轴11和发电机外壳12。发电机转子轴11的一端与前向心透平膨胀机21的转轴214键连接。为了防止有机工质的泄露，在前向心透平膨胀机21和发电机1之间设置了前密封组件31，转子轴11前端与前密封组件31转动连接。为了减小转子轴11受到的阻力，在转子轴11的两端设置了轴承，转子轴11的前端上设置了前轴承13。
所述轴承优选陶瓷滚动轴承，由于陶瓷滚动轴承的强度较大，发明人发现采用陶瓷滚动轴承时，发电机1即使在16000转/分的转速下仍然可以稳定运行。所述轴承更优选磁悬浮轴承，通过磁悬浮轴承控制器，可以使发电机1的转子轴11处于悬浮状态，极大降低了转子转动过程中的阻力，因此具有超低功耗，使发电机在30000转/分钟的高转速下稳定运行，输出功率可达到300kW。
磁悬浮轴承控制器4的线路构造如图2所示。磁悬浮轴承控制器4包括依次电连接的位移传感器41、控制器42、功率放大器43、磁悬浮轴承13或磁悬浮轴承14。当转子11受到磁悬浮轴承的磁力作用处于悬浮状态时，位移传感器41如果检测出转子轴偏离了设定位置，控制器42将检测到的位移转换成控制信号，该控制信号再经过功率放大器43转变成控制电流，通过控制电流在磁悬浮轴承13或14中产生磁力，驱动转子轴回到设定位置范围。在图2中仅以磁悬浮轴承的局部图来表示磁悬浮轴承13或14，其形状并不是磁悬浮轴承的形状。磁悬浮轴承控制器4安装在发电装置外壳上，在图1中未显示出来。前磁悬浮轴承13与后磁悬浮轴承14各形成一个完整的控制回路，起到控制磁悬浮轴承的作用。
发电装置的工作原理：有机工质从前向心透平膨胀机21的进气口211进入涡壳213，驱动涡轮212的转动，带动转轴214转动，从而带动与转轴214相连的发电机1转子轴11的转动，同理后向心透平膨胀机22也会在有机工质发驱动下转动，前向心透平膨胀21和后向心透平膨胀机22共同驱动发电机1的转子轴11转动，实现发电。在前向心透平膨胀机中，有机工质流过涡轮212后，通过出气口215排出。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种高效靠背式双涡轮向心透平膨胀发电装置，包括向心透平膨胀机和发电机，所述向心透平膨胀机包括涡轮、转轴、涡轮壳，所述涡轮安装在转轴上，所述涡轮壳上设置了进气口、出气口；所述发电机包括定子、转子、转子轴、发电机外壳，其特征在于，所述发电装置包含对称设置在所述发电机两端的两个向心透平膨胀机，所述向心透平膨胀机的转轴分别与发电机转子轴两端键连接，所述向心透平膨胀机的转轴与所述发电机转子轴在同一水平线上。
2.根据权利要求1所述的一种高效靠背式双涡轮向心透平膨胀发电装置，其特征在于，所述发电机的转子轴通过前轴承和后轴承与发电机外壳转动连接。
3.根据权利要求2所述的一种高效靠背式双涡轮向心透平膨胀发电装置，其特征在于，所述前轴承和后轴承为陶瓷滚动轴承。
4.根据权利要求2所述的一种高效靠背式双涡轮向心透平膨胀发电装置，其特征在于，所述前轴承和后轴承为磁悬浮轴承，所述发电装置还包括磁悬浮轴承控制器，所述磁悬浮轴承控制器安装在所述发电机外壳上，与所述磁悬浮轴承电连接。
5.根据权利要求4所述的一种高效靠背式双涡轮向心透平膨胀发电装置，其特征在于，所述磁悬浮轴承控制器包括依次电连接的位移传感器、控制器、功率放大器，并与磁悬浮轴承形成完整的控制回路。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种高效靠背式双涡轮向心透平膨胀发电装置，其特征在于，所述向心透平膨胀机与发电机之间设置有密封组件，所述密封组件固定安装在所述发电机转子轴上，所述发电机转子轴与所述密封组件同步转动，起到密封电机转子和定子的作用。
7.根据权利要求1-5任意一项所述的一种高效靠背式双涡轮向心透平膨胀发电装置，其特征在于，所述发电机采用大功率高速永磁同步电机。
8.根据权利要求1-5任意一项所述的一种高效靠背式双涡轮向心透平膨胀发电装置，其特征在于，所述发电机定子为多绕组式结构。
9.根据根据权利要求1-5任意一项所述的一种高效靠背式双涡轮向心透平膨胀发电装置，其特征在于，所述涡轮为半封闭式结构。
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| CN202020780387.8U CN212479344U (zh) | 2020-05-12 | 2020-05-12 | 一种高效靠背式双涡轮向心透平膨胀发电装置 |
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| CN202020780387.8U CN212479344U (zh) | 2020-05-12 | 2020-05-12 | 一种高效靠背式双涡轮向心透平膨胀发电装置 |
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| CN202020780387.8U Active CN212479344U (zh) | 2020-05-12 | 2020-05-12 | 一种高效靠背式双涡轮向心透平膨胀发电装置 |
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|---|---|
| CN (1) | CN212479344U (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113374661A (zh) * | 2021-05-27 | 2021-09-10 | 山东大学 | 一种双透平直驱永磁同步发电机组 |
| CN114123651A (zh) * | 2021-10-19 | 2022-03-01 | 北京理工大学 | 一种压力气体能量利用装置 |
| CN114575938A (zh) * | 2022-03-11 | 2022-06-03 | 天津大学 | 双涡轮透平膨胀发电机 |
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2020
- 2020-05-12 CN CN202020780387.8U patent/CN212479344U/zh active Active
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