CN220434841U - 一种闭式循环发电系统热电一体机装置 - Google Patents

Abstract

一种闭式循环发电系统热电一体机装置，属于闭式循环发电系统技术领域。本实用新型解决了目前闭式循环发电系统的热电一体机随着太空、水下等场景的拓展，需要进一步的对热电一体机的结构紧凑性和效率进行提升的问题。本实用新型的电机、压缩机和透平依次同轴布置，电机机壳内设置有定子、转子和转轴，转轴通过气浮轴承与压缩机和透平配合连接，电机机壳与定子之间的环腔为主流通道，定子与转子之间的腔室为第一通道，转子与气浮轴承之间的腔室为第二通道。本实用新型通过电机、压缩机和透平依次同轴布置，将透平远离电机，使闭式循环发电系统更加紧凑，集成性更高，提高系统热效率。

Description

一种闭式循环发电系统热电一体机装置

技术领域

本实用新型属于闭式循环发电系统技术领域，具体涉及一种闭式循环发电系统热电一体机装置。

背景技术

在能源市场变化的背景下，以超临界二氧化碳、氦气、氦氙混合气等特殊流体为工质的布雷顿循环发电系统逐渐受到国内外科研院所的青睐，因其工质定压比热大、导热性能和可压缩性好，与空气压缩机相比，该发电设备尺寸小、重量轻、循环效率高，在未来核能、太阳能等清洁能源高效利用领域有这广阔的发展前景。

紧凑性是这类透平机械的优势，尤其是闭式循环系统设计过程中往往追求高功率密度、高度集成性，通常压缩机、电机、透平采用同轴设计，无传动装置，不但紧凑还可提高机组效率。但随着太空、水下等应用场景的不断拓展，透平进口温度等设计参数也不断提高，这对电机和透平的设计都提出了严峻的考验。

因此，本申请提出一种结构紧凑、体积小、效率高的一种闭式循环发电系统热电一体机装置用以解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型研发目的是为了解决目前闭式循环发电系统的热电一体机随着太空、水下等场景的拓展，需要进一步的对热电一体机的结构紧凑性和效率进行提升的问题。在下文中给出了关于本实用新型的简要概述，以便提供关于本实用新型的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本实用新型的穷举性概述。它并不是意图确定本实用新型的关键或重要部分，也不是意图限定本实用新型的范围。

本实用新型的技术方案：

一种闭式循环发电系统热电一体机装置，包括电机、压缩机和透平，电机、压缩机和透平依次同轴布置，电机包括电机机壳、定子、转子和转轴，电机机壳的左侧与进气管道连接，电机机壳的右侧与压缩机的进口连接，电机机壳内依次设置有定子、转子和转轴，转轴通过气浮轴承与压缩机和透平配合连接，电机机壳与定子之间的环腔为主流通道，定子与转子之间的腔室为第一通道，转子与气浮轴承之间的腔室为第二通道。

进一步的，所述压缩机包括压缩机蜗壳、压缩机端盖和压缩机叶轮，压缩机叶轮为单级离心叶轮，压缩机叶轮入口处为压缩机进气口，压缩机蜗壳为压缩机排气口，压缩机端盖与电机建立连接。

进一步的，所述透平包括透平蜗壳、透平端盖和透平叶轮，透平叶轮为单级向心叶轮，透平蜗壳为透平进气口，透平叶轮为透平排气口。

进一步的，所述电机机壳的左侧通过螺栓连接有左侧端盖，左侧端盖通过螺栓与进气管道连接，电机机壳的右侧通过螺栓连接有右侧端盖的，右侧端盖通过螺栓与压缩机叶轮连接。

进一步的，所述气浮轴承包括第一气浮轴承、第二气浮轴承、第三气浮轴承、第四气浮轴承和第五气浮轴承，第一气浮轴承、第二气浮轴承、第三气浮轴承、第四气浮轴承和第五气浮轴承分别与转子配合连接，转子的左侧布置有第一气浮轴承，转子的右侧布置有第二气浮轴承，第三气浮轴承布置在压缩机进气端，第四气浮轴承布置在压缩机与透平之间，第五气浮轴承布置在透平的排气端。

本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型的一种闭式循环发电系统热电一体机装置通过电机、压缩机和透平依次同轴布置，将透平远离电机，使闭式循环发电系统更加紧凑，集成性更高，提高系统热效率的同时，还可以解决透平部件的高温对电机的影响。

2、本实用新型的一种闭式循环发电系统热电一体机装置的电机环腔作为工质运行管路的一部分，主流运行工质通过主流通道进入压缩机进口，同时一部分工质通过第一通道的同时也冷却了电机转子和定子，少部分运行工质通过第二通道为气浮轴承提供润滑工质的同时，也保证了系统运行工质的纯度。

附图说明

图1是一种闭式循环发电系统热电一体机装置的整体结构示意图；

图2是图1的A处局部示意图。

图中：1-电机，2-压缩机，3-透平，5-进气管道，11-电机机壳，12-定子，13-转子，14-转轴，15-主流通道，16-第一通道，17-第二通道，18-左侧端盖，19-右侧端盖，21-压缩机蜗壳，22-压缩机端盖，23-压缩机叶轮，31-透平蜗壳，32-透平端盖，33-透平叶轮，41-第一气浮轴承，42-第二气浮轴承，43-第三气浮轴承，44-第四气浮轴承，45-第五气浮轴承。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本实用新型。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

本实用新型所提到的连接分为固定连接和可拆卸连接，所述固定连接(即为不可拆卸连接)包括但不限于折边连接、铆钉连接、粘结连接和焊接连接等常规固定连接方式，所述可拆卸连接包括但不限于螺纹连接、卡扣连接、销钉连接和铰链连接等常规拆卸方式，未明确限定具体连接方式时，默认为总能在现有连接方式中找到至少一种连接方式能够实现该功能，本领域技术人员可根据需要自行选择。例如：固定连接选择焊接连接，可拆卸连接选择铰链连接。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1，结合图1-图2说明本实施例，本实施例的一种闭式循环发电系统热电一体机装置，包括电机1、压缩机2和透平3，电机1、压缩机2和透平3依次同轴布置，电机1包括电机机壳11、定子12、转子13和转轴14，电机机壳11的左侧与进气管道5连接，电机机壳11的右侧与压缩机2的进口连接，电机机壳11内依次设置有定子12、转子13和转轴14，转轴14通过气浮轴承与压缩机2和透平3配合连接，电机机壳11与定子12之间的环腔为主流通道15，定子12与转子13之间的腔室为第一通道16，转子13与气浮轴承之间的腔室为第二通道17。

电机1为起发一体结构，工质运行方向依次流经电机1、压缩机2和透平3，在机组起动阶段作驱动电机使用，压缩工质做功，压缩后的工质与热源换热后驱动透平3作用，当透平3功率大于压缩机耗功时，作为发电机对外输出功率，电机1采用气浮轴承设计，无需液体润滑剂。当一体机运行时，气膜将转轴14与轴承分开，防止磨损；电机1的转子13和定子12皆采用风冷设计，即应用运行工质冷却单机1，保证循环工质纯度。压缩机2用于提升运行工质的温度和压力，透平3用于膨胀做功。

电机1的左侧通过螺栓连接有左侧端盖18，左侧端盖18通过螺栓与进气管道5通过螺栓连接，电机1的右侧通过螺栓连接有右侧端盖18，右侧端盖18通过螺栓与压缩机2进口连接。

电机机壳11与定子12之间的环腔为工质的主流通道15，主流通道15的左侧为主流工质进气口，右侧为主流工质出气口；电机1的转子13和定子12之间的腔室为第一通道16，第一通道16的左侧为电机冷却工质进气口，右侧为电机冷却工质出气口；电机1的转子13与气浮轴承之间的腔室为工质的第二通道17，第二通道17的左侧为轴承工质进气口，第二通道17的右侧为轴承工质出气口；主流工质通过进气通道5流经主流通道15后进入压缩机2内，一部分的运行工质通过第一通道16冷却电机1的转子13和定子12后进入压缩近2进口，少部分运行工质通过第二通道17在气浮轴承处形成气膜，将转轴14与气浮轴承分开后进入压缩机2进口。

气浮轴承包括第一气浮轴承41、第二气浮轴承42、第三气浮轴承43、第四气浮轴承44和第五气浮轴承45，第一气浮轴承41、第二气浮轴承42、第三气浮轴承43、第四气浮轴承44和第五气浮轴承45分别与转子13配合连接，转子13的左侧布置有第一气浮轴承41，转子13的右侧布置有第二气浮轴承42，第三气浮轴承43布置在压缩机2进气端，第四气浮轴承44布置在压缩机2与透平3之间，第五气浮轴承5布置在透平3的排气端，压气机2、透平叶轮33通过第三气浮轴承43、第四气浮轴承44和第五气浮轴承45支撑于系统中。

所述压缩机2包括压缩机蜗壳21、压缩机端盖22和压缩机叶轮23，压缩机叶轮23为单级离心叶轮，压缩机叶轮23的入口处为压缩机2进气口，压缩机蜗壳21为压缩机排气口。透平3包括透平蜗壳31、透平端盖32和透平叶轮33，透平叶轮33为单级向心叶轮，透平蜗壳31为透平进气口，透平叶轮33为透平排气口。

运行工质从主流通道15排出后进入压缩机2进气口，通过压缩机叶轮23增压后进入压缩机蜗壳21排气口排出，与闭式布雷顿循环系统热源进行换热变成高温高压气体，高温高压气体通过透平3进气口进入透平蜗壳31导流，通过透平叶轮33膨胀做功后从透平排气口排出。

实施例2，结合图1-图2说明本实施例，本实施例的一种闭式循环发电系统热电一体机运行方法，包括以下步骤：

步骤一：机组起动阶段，电机1作为驱动电机使用，主流工质分别通过主流通道15、第一通道16和第二通道17进入压缩机2的进口；

步骤二：主流工质进入主流通道15的主流工质直接进入压缩机2内；

进入第一通道16内的主流工质用于冷却电机1的转子13和定子12，流经转子13和定子12后进入压缩机2的进气口；

进入第二通道17内的主流工质在第一气浮轴承41、第二气浮轴承42和第三气浮轴承43处形成气膜，将转轴14与第一气浮轴承41、第二气浮轴承42和第三气浮轴承43分开后进入压缩机2进气口；

步骤三：主流工质通过主流通道15、第一通道16和第二通道17进入压缩机2后，通过压缩机叶轮23增压后进入压缩机蜗壳21排气口排出，与闭式布雷顿循环系统热源进行换热后形成高温高压气体，高温高压气体通过透平3进气口进入透平蜗壳31导流，通过透平叶轮33膨胀做功后从透平3排气口排出。

本实施例只是对本实用新型的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本实用新型的精神实质，都在本实用新型的保护范围内。

Claims (5)

1.一种闭式循环发电系统热电一体机装置，其特征在于：包括电机(1)、压缩机(2)和透平(3)，电机(1)、压缩机(2)和透平(3)依次同轴布置，电机(1)包括电机机壳(11)、定子(12)、转子(13)和转轴(14)，电机机壳(11)的左侧与进气管道(5)连接，电机机壳(11)的右侧与压缩机(2)的进口连接，电机机壳(11)内依次设置有定子(12)、转子(13)和转轴(14)，转轴(14)通过气浮轴承与压缩机(2)和透平(3)配合连接，电机机壳(11)与定子(12)之间的环腔为主流通道(15)，定子(12)与转子(13)之间的腔室为第一通道(16)，转子(13)与气浮轴承之间的腔室为第二通道(17)。

2.根据权利要求1所述的一种闭式循环发电系统热电一体机装置，其特征在于：所述压缩机(2)包括压缩机蜗壳(21)、压缩机端盖(22)和压缩机叶轮(23)，压缩机叶轮(23)为单级离心叶轮，压缩机叶轮(23)入口处为压缩机进气口，压缩机蜗壳(21)为压缩机排气口，压缩机端盖(22)与电机(1)建立连接。

3.根据权利要求2所述的一种闭式循环发电系统热电一体机装置，其特征在于：所述透平(3)包括透平蜗壳(31)、透平端盖(32)和透平叶轮(33)，透平叶轮(33)为单级向心叶轮，透平蜗壳(31)为透平进气口，透平叶轮(33)为透平排气口。

4.根据权利要求3所述的一种闭式循环发电系统热电一体机装置，其特征在于：所述电机机壳(11)的左侧通过螺栓连接有左侧端盖(18)，左侧端盖(18)通过螺栓与进气管道(5)连接，电机机壳(11)的右侧通过螺栓连接有右侧端盖(19)的，右侧端盖(19)通过螺栓与压缩机叶轮(23)连接。

5.根据权利要求4所述的一种闭式循环发电系统热电一体机装置，其特征在于：所述气浮轴承包括第一气浮轴承(41)、第二气浮轴承(42)、第三气浮轴承(43)、第四气浮轴承(44)和第五气浮轴承(45)，第一气浮轴承(41)、第二气浮轴承(42)、第三气浮轴承(43)、第四气浮轴承(44)和第五气浮轴承(45)分别与转子(13)配合连接，转子(13)的左侧布置有第一气浮轴承(41)，转子(13)的右侧布置有第二气浮轴承(42)，第三气浮轴承(43)布置在压缩机(2)进气端，第四气浮轴承(44)布置在压缩机(2)与透平(3)之间，第五气浮轴承(45)布置在透平(3)的排气端。