CN214697961U - 流体涡轮式增压发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种流体涡轮式增压发电装置，属于发电设备领域，包括涡轮机、发电机、增压机构；所述涡轮机和增压机构分设在发电机的两侧，且所述涡轮机的驱动叶轮、发电机的转子绕组、以及所述增压机构同步转动；增压机构为涡轮增压结构、螺杆式增压结构或往复式活塞增压结构。本实用新型在使用时可以安装在压力管道或压力容器上，利用压力管道或压力容器产生的高压流体推动涡轮机的驱动叶轮高速转动，同时带动发电机发电、增压机构增压，恒定的流体压力持续为涡轮机和发电机提供稳定的驱动力，发电机运行工况稳定，发电效率更高，输出电压波动更小。

Description

流体涡轮式增压发电装置

技术领域

本实用新型属于发电机领域，具体涉及一种流体涡轮式增压发电装置。

背景技术

随着近年来我国科技经济的快速发展，城市建设不断加快，电力资源的消耗也在日益剧增，高效、节能、低碳的利用资源已成为社会发展的必然趋势。

为了更好的满足节能环保要求和顺应市场发展需求，提高发电效率，减少能源消耗，涡轮发电机也正在向利用高清洁，无污染，可再生能源的方向发展。目前，市场上的涡轮发电机，基本上都是由水、风、高温高压水蒸汽等方式驱动，涡轮发电机在各种不同外力的驱动下，高速旋转，将水的势能、风的动能、高温高压水蒸气的内能转化为电能。

但是现有的风力涡轮发电机，因为风力资源的获取存在很大的不确定性，导致发电效率较低，且施工成本较大；水蒸汽涡轮发电机需要大量的高温高压水蒸汽，而高温高压水蒸汽的产出则依赖于热电厂、核电站，核废料处理不当以及核燃料泄露，都存在很大的安全风险和环境污染，而热电厂不仅对煤炭、天然气等化石能源消耗巨大，而且温室气体排放较多，环境治理压力较大；水力涡轮发电机则需要水坝来提供重力势能，水电站的建设对当地生态环境影响较大，综上，现有的风力、水蒸气和水力涡轮发电机的应用受限。

实用新型内容

基于上述背景问题，本实用新型旨在提供一种流体涡轮式增压发电装置，利用高压流体产生的推力推动涡轮机的驱动叶轮高速转动，同时带动发电机发电、增压机构增压，恒定的流体压力持续为涡轮机和发电机提供稳定的驱动力，发电机运行工况稳定，发电效率更高，输出电压波动更小。

为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案是：

流体涡轮式增压发电装置，包括涡轮机、发电机、增压机构；

所述涡轮机和增压机构分设在发电机的两侧，且所述涡轮机的驱动叶轮、发电机的转子绕组、以及所述增压机构同步转动。

在一个实施例中，所述增压机构为涡轮增压结构，所述涡轮增压结构包括蜗壳、以及容置在所述蜗壳内的增压叶轮，所述增压叶轮与所述驱动叶轮、转子绕组同轴连接。

进一步地，所述增压机构包括至少一组所述涡轮增压结构。

在一个实施例中，所述增压机构为螺杆式增压结构，所述螺杆式增压结构包括机壳、以及容置在所述机壳内的螺杆，所述螺杆与所述驱动叶轮、转子绕组同轴连接。

进一步地，所述螺杆与所述机壳的内壁间隙配合，所述螺杆的表面开设有螺旋形凹槽；所述机壳上还设有喷油口。

在一个实施例中，所述增压机构为往复式活塞增压结构，所述往复式活塞增压结构为往复式活塞压缩机。

进一步地，所述涡轮机与所述发电机固定，所述涡轮机包括蜗壳，所述蜗壳上开设有进口I和出口I，所述蜗壳内容置有所述驱动叶轮。

进一步地，所述发电机包括定子绕组和所述转子绕组，所述定子绕组包设在所述转子绕组的外侧。

更进一步地，所述发电机上还设有散热片。

进一步地，所述增压机构上设有进口II和出口II。

与现有技术相比，本实用新型具有以下效果：

1、本实用新型提供一种流体涡轮式增压发电装置，可以安装在压力管道或压力容器上，利用压力管道或压力容器产生的高压流体推动涡轮机的驱动叶轮高速转动，同时带动发电机发电、增压机构增压，恒定的流体压力持续为涡轮机、增压机和发电机提供稳定的驱动力，发电机运行工况稳定，发电效率更高，输出电压波动更小。

2、本实用新型的涡轮机、发电机、增压机构依次设置，即涡轮机和增压机构分设在发电机的左右两侧，可以起到更好的平衡作用，减小噪音，实现了充分利用流体动能驱动，又使机器运行中产生的振动互相抵消的效果，运行更加平稳。

3、本实用新型包括增压机构，既能直接利用高压流体发电，还可以对低压流体进行增压后发电，适用范围广。

4、本实用新型结构简单、体积较小、安装灵活、制造成本低，可以在远离城市的山区、高原、沙漠等偏远地区使用；以高压流体为驱动力，由于没有采用燃烧的方式发电，所以不会产生废气废水排放，更好地体现出低碳生产、节约资源、绿化环境、保护生态的理念。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本实用新型实施例1中流体涡轮式增压发电装置的主视图；

图2为本实用新型实施例1中流体涡轮式增压发电装置的俯视图；

图3为本实用新型实施例1中流体涡轮式增压发电装置的左视图；

图4为本实用新型实施例1中流体涡轮式增压发电装置的右视图；

图5为本实用新型实施例2中流体涡轮式增压发电装置的主视图；

图6为本实用新型实施例3中流体涡轮式增压发电装置的主视图；

图7为本实用新型实施例3中流体涡轮式增压发电装置的俯视图；

图8为本实用新型实施例4中流体涡轮式增压发电装置的主视图；

图9为本实用新型实施例4中流体涡轮式增压发电装置的俯视图；

图10为本实用新型实施例4中流体涡轮式增压发电装置的右视图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于具体使用状态所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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。

为了解决现有风力涡轮发电机、水力涡轮发电机和热力涡轮发电机存在的问题，本实用新型提供一种流体涡轮式增压发电装置，包括涡轮机、发电机、增压机构；所述涡轮机和增压机构分设在发电机的两侧，且所述涡轮机的驱动叶轮、发电机的转子绕组、以及所述增压机构同步转动。

本实用新型在使用时可以安装在压力管道或压力容器上，利用压力管道或压力容器产生的高压流体推动涡轮机的驱动叶轮高速转动，同时带动发电机发电、增压机构增压，恒定的流体压力持续为涡轮机、增压机和发电机提供稳定的驱动力，发电机运行工况稳定，发电效率更高，输出电压波动更小。

接下来将通过具体实施例对本实用新型进行详细描述。

实施例1

流体涡轮式增压发电装置，如图1-4所示，包括涡轮机1、发电机2、增压机构3、同步驱动轴4，所述涡轮机1、发电机2、增压机构3通过同步驱动轴4同轴连接以实现同步转动。

在本实施例中，所述发电机2包括壳体201、左端盖202、右端盖203、底座204、定子绕组205以及转子绕组206。

具体的，如图1所示，所述壳体201固定在所述底座204上，为了对发电机2进行固定，本实施例在底座204上开设有螺栓孔，通过在螺栓孔内插入螺栓可以将发电机2安装固定在槽钢或水泥基座上；所述壳体201的顶部还设有吊环201-1，方便对其进行吊装。

所述壳体201和左端盖202、右端盖203合围形成封闭腔体，所述定子绕组205和转子绕组206容置在所述封闭腔体内，如图1所示，所述定子绕组205包设在转子绕组206的外侧，且所述定子绕组205向左右方向延伸，所述转子绕组206与所述同步驱动轴4固定。

为了保证散热，如图2所示，本实施例在所述壳体201的外部还设有散热片207，为发电机2提供风冷散热。

在本实施例中，如图1和2所示，所述涡轮机1固定在发电机2的左侧，具体通过螺栓固定在发电机2的左端盖202上。

具体的，所述涡轮机1包括蜗壳I 101、以及容置在所述蜗壳I 101内的驱动叶轮102，所述驱动叶轮102通过紧固螺母固定在所述同步驱动轴4的左端。

所述蜗壳I 101上开设有进口I 101-1和出口I 101-2，所述进口I 101-1设置在蜗壳I 101的前侧，出口I 101-2设置在蜗壳I 101的左端，所述进口I 101-1的端部设有进口法兰I，出口I 101-2的端部设有出口法兰I，便于与管道安装固定。

在本实施例中，如图1和2所示，所述增压机构3固定在发电机2的右侧，具体通过螺栓固定在发电机2的右端盖203上。

具体的，本实施例的增压机构3为涡轮增压结构，包括蜗壳II 301、以及容置在所述蜗壳II 301内的增压叶轮302，如图1所示，所述增压叶轮302通过紧固螺母固定挂在所述同步驱动轴4的右端。

所述蜗壳II 301上开设有进口II 301-1和出口II 301-2，所述进口II 301-1设置在蜗壳II 301的右端，出口II 301-2设置在蜗壳II 301的后侧，所述进口II 301-1的端部设有进口法兰II，出口II 301-2的端部设有出口法兰II。

本实施例的工作原理是：

将本实施例的流体涡轮式增压发电机安装在压力管道或压力容器上，压力管道或压力容器产生的高压流体通过涡轮机1的进口I 101-1进入蜗壳I 101内，高压流体产生的强大推动力推动驱动叶轮102高速转动，将高压流体产生的动能转化为驱动叶轮102高速转动的机械能，随后带动驱动叶轮102转动的高压流体从出口I 101-2排出。

由于驱动叶轮102、转子绕组206、增压叶轮302均固定安装在同步驱动轴4上，因此，当高压流体产生的推力推动驱动叶轮102高速转动的同时，同步驱动轴4也会带动转子绕组206、增压叶轮302高速转动。

转子绕组206高速转动时，转子绕组206的励磁绕组通入直流电流，产生接近于正弦分布的磁场(称为转子磁场)，其有效励磁磁通量与静止的定子绕组205相交，转子磁场随同转子绕组206一起高速旋转，磁感线顺序切割定子绕组205，在三相定子绕组的内部感应出三相交变电流，从而将驱动叶轮102高速转动的机械能转化为电能输出，实现流体发电的功能。

增压叶轮302高速转动时，会将低压流体吸入蜗壳II 301内，利用高速转动的增压叶轮302产生的高压离心力对流体做功，在增压叶轮302和蜗壳II 301的流道内，利用离心升压作用和降速扩压作用，将机械能转换为流体的压力能，流体在流过增压叶轮302时，高速转动的增压叶轮302使流体在离心力的作用下，一方面提高压力，另一方面极大的提高速度。通过涡轮增压结构，首先将机械能转化为流体的静压能和动能，此后，流体在流经蜗壳301II通道时，流道截面逐渐增大，前面的流体流速降低，后面的流体不断涌流向前，使流体的绝大部分动能又转化为静压能，也就进一步起到增压的作用，将低压流体通过增压机构3实现一级增压。

本实施例在压力管道或压力容器高压流体的强力推动下，同步驱动轴4不仅会带动驱动叶轮102高速转动，而且还会驱动转子绕组206和增压叶轮302同步高速转动，即在本实施例的流体涡轮式增压发电机上，依次实现流体驱动、流体发电、流体增压的功能。

实施例2

流体涡轮式增压发电装置，如图5所示，与实施例1不同的是，本实施例的增压机构3包括三组涡轮增压结构，三组涡轮增压结构串联设置，三组涡轮增压结构的增压叶轮302均固定在同步驱动轴4上。本实施例的流体离心式涡轮增压发电装置可以实现流体的多级增压功能。

实施例3

流体涡轮式增压发电装置，如图6和7所示，与实施例1不同的是，本实施例的增压机构3为螺杆式增压结构，包括机壳301、以及容置在所述机壳301内的螺杆302，所述螺杆302与所述同步驱动轴4固定。

在本实施例中，所述螺杆302与所述机壳301的内壁间隙配合，所述螺杆302的表面开设有螺旋形凹槽，具体的，相邻两个螺纹之间形成所述螺旋形凹槽。

如图6和7所示，本实施例的机壳301上还连通有喷油口301-3，且所述喷油口301-3设有两组，两组所述喷油口301-3前后对称分布，用于向机壳301内喷润滑油。

本实施例的工作原理是：

高速转动的驱动叶轮102通过同步驱动轴4带动螺杆302高速转动，螺杆302在高速转动的过程中，螺旋形凹槽经过进口II 301-1时吸入气体，螺旋形凹槽被机壳301内壁密封形成压缩腔室，当螺旋形凹槽封闭后，润滑油从喷油口301-3被喷入压缩腔室，起到密封、冷却、润滑的作用。

当螺杆302旋转压缩润滑油和气体(简称油气混合物)时，压缩腔室容积不断减小，向出口II 301-2不断压缩油气混合物，当压缩腔室经过出口II 301-2时，油气混合物从出口II 301-2排出，从而完成吸气、压缩、排气的循环过程。

需要说明的是，为了更好的结合工业生产情况，提高增压效果，以适应极端工况，在其他实施例中，也可将本实施例的单螺杆压缩的结构根据需要改进为双螺杆压缩，从而更好的服务于生产，实现气体增压的功能。

实施例4

流体涡轮式增压发电装置，如图8-10所示，与实施例1不同的是，本实施例的增压机构3为往复式活塞增压结构，具体的，所述往复式活塞增压结构为往复式活塞压缩机，可以通过余隙缸301上的调节手柄调节气缸容积的大小，往复式活塞压缩机为现有产品，因此，本实施例不再对其具体结构进行描述。

本实施例的工作原理是：

高速转动的驱动叶轮102通过同步驱动轴4带动往复式活塞压缩机的曲轴302转动，通过连杆带动活塞做往复式运动，由气缸内壁、余隙缸301和活塞顶部所构成的工作容积则会随着活塞的运动而发生周期性的变化。

活塞由余隙缸301处开始运动时，气缸内的工作容积逐渐增大，这时，气体在进气口内部推开进气阀而进入气缸内部，直到工作容积变到最大时为止，这时进气阀关闭，活塞反向运动，气缸内部工作容积开始缩小，气体压力不断升高，当气缸内部压力达到并略高于排气压力时，排气阀打开，气体排出气缸，直到活塞运动到气缸最小位置为止，排气阀关闭。

当活塞在气缸内部再次反向运动时，以上过程重复出现，曲轴转动一周，活塞往复运动一次，气缸内部将相继完成吸气、压缩、排气的工作循环，从而实现低压气体增压的功能。

需要说明的是，在其他实施例中，往复式活塞增压结构也可替换为柱塞式增压结构，这样既能满足气体的增压要求，也可以实现液体的增压功能。

应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.流体涡轮式增压发电装置，包括涡轮机、发电机，其特征在于，还包括增压机构；

所述涡轮机和增压机构分设在发电机的两侧，且所述涡轮机的驱动叶轮、发电机的转子绕组、以及所述增压机构同步转动。

2.根据权利要求1所述的流体涡轮式增压发电装置，其特征在于，所述增压机构为涡轮增压结构，所述涡轮增压结构包括蜗壳、以及容置在所述蜗壳内的增压叶轮，所述增压叶轮与所述驱动叶轮、转子绕组同轴连接。

3.根据权利要求2所述的流体涡轮式增压发电装置，其特征在于，所述增压机构包括至少一组所述涡轮增压结构。

4.根据权利要求1所述的流体涡轮式增压发电装置，其特征在于，所述增压机构为螺杆式增压结构，所述螺杆式增压结构包括机壳、以及容置在所述机壳内的螺杆，所述螺杆与所述驱动叶轮、转子绕组同轴连接。

5.根据权利要求4所述的流体涡轮式增压发电装置，其特征在于，所述螺杆与所述机壳的内壁间隙配合，所述螺杆的表面开设有螺旋形凹槽；所述机壳上还设有喷油口。

6.根据权利要求1所述的流体涡轮式增压发电装置，其特征在于，所述增压机构为往复式活塞增压结构，所述往复式活塞增压结构为往复式活塞压缩机。

7.根据权利要求1所述的流体涡轮式增压发电装置，其特征在于，所述涡轮机与所述发电机固定，所述涡轮机包括蜗壳，所述蜗壳上开设有进口I和出口I，所述蜗壳内容置有所述驱动叶轮。

8.根据权利要求1所述的流体涡轮式增压发电装置，其特征在于，所述发电机包括定子绕组和所述转子绕组，所述定子绕组包设在所述转子绕组的外侧。

9.根据权利要求8所述的流体涡轮式增压发电装置，其特征在于，所述发电机上还设有散热片。

10.根据权利要求1所述的流体涡轮式增压发电装置，其特征在于，所述增压机构上设有进口II和出口II。

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