對稱雙驅動低溫餘熱發電系統的製作方法

2023-09-22 19:40:40 1

對稱雙驅動低溫餘熱發電系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了對稱雙驅動低溫餘熱發電系統，包括熱量收集和能量轉換部分，將低溫餘熱的熱能轉換成蒸汽驅動膨脹機旋轉，帶動發電機旋轉，輸出電能經變流器變變換後併入電力系統大電網，或併入工廠內部的小電網，或者給獨立負載供電。膨脹機分別位於發電機的前後端、對稱驅動發電機；在前後端兩個膨脹機的驅動下旋轉，通過前後端的膨脹機相互抵消軸向推力，減小軸承摩擦損耗，使得發電機具有很高的可靠性，增加發電機的使用壽命，提高整個系統效率。
【專利說明】對稱雙驅動低溫餘熱發電系統

【技術領域】
[0001]本發明涉及新的對稱雙驅動低溫餘熱發電系統，屬於新型的高速電機設計、電力電子變換器及低溫餘熱回收領域。

【背景技術】
[0002]近現代工業文明的崛起和世界各國經濟的飛速發展，得益於石化能源，如石油、天然氣、煤，和核能的廣泛開發和使用。上世紀中後期，世界人口迅速增加，以資源和環境為代價的經濟快速增長，地球上的資源以空前的速度被消耗殆盡，同時，人口的增長和經濟的發展，也給人類賴以生存的環境造成了巨大壓力，環境汙染和全球變暖問題日益嚴重。雖然，提高能源利用效率能在一定程度上緩解能源危機，但不能從根本上解決能源緊缺問題，所以要想實現世界經濟的持續穩定快速增長，就必須首先解決能源問題，開發清潔的可再生能源，實現能源的可持續利用。
[0003]在新能源的開發利用過程中，風能、太陽能、生物質能、海洋能、地熱能等能源逐漸得到了利用，特別是最近幾年國家對新能源開發與利用的政策扶持與補助，使得風能和太陽能等新能源得到了開發，據不完全統計，截止到2010年中國風電累積裝機容量達到44.733MW，成為世界裝機容量最大的國家。風電的發展，使得電力電子及電能變換技術日趨成熟，並積累了豐富的經驗，風力發電機和變流器結構及控制的優點在風電的應用中，得到體現。
[0004]我國工業的快速發展建立在資源和能源的一次利用的基礎上，其能源的利用效率並不高，很多能源在一次利用後無法回收利用，給環境造成了很大的破壞。以硫酸、水泥、玻璃、鋼鐵等製造工廠為例，大量廢熱、廢氣、廢煙等餘熱資源大約佔到工業總能耗量的20%。餘熱資源大體可以分為:高溫(溫度高於650°C)、中溫(溫度介於230°C _650°C之間)、低溫(溫度在230°C以下)。目前，中高溫餘熱已經得到利用，低溫(230°C以下)的餘熱利用很少，且利用效率很低。各國政府和能源公司投入了大量的人力和物力研發餘熱回收利用和發電併網，《2010熱電聯產發展規劃及2020年遠景目標》等一系列有關餘熱資源回收利用的政策、措施的出臺，為我國低溫餘熱發電技術的研發和利用提供了政策保障和科研支撐。
[0005]我國地域遼闊，地熱資源豐富，尤其以中、低溫地熱儲量最為豐富。目前，由於地熱溫度低(小於200°C )、地熱發電開發成本高，地熱利用基本處於直接利用階段，工業加工、民用採暖和空調、洗浴、醫療、農業溫室、農田灌溉、土壤加溫、水產養殖、畜禽飼養等，效率很低，早期的基於發電機的餘熱發電併網利用效率低，發電機損耗大，功率因數低，體積大，噪聲幹擾很大。併網系低溫餘熱發電系統將地熱(或餘熱)加熱低沸點(<50°C)介質，使之變成氣態，並在一定的壓力下推動膨脹機帶動發電機旋轉，產生交流電能，並通過這種變流器換成與電網同頻率的交流電能饋入電網或者其它獨立負載需要的頻率和電壓，就實現了低溫地熱(或餘熱)轉換成可利用的電能。就實現了低溫地熱(或餘熱)轉換成可利用的電能，被用於地熱發電之後的溫水還可以用於民用生活，極大提高地熱的利用效率。
[0006]單驅動餘熱發電系統電能轉換效率低，且由於發電機不只是受到徑向應力，還受到軸向應力、受力不均勻，對軸承的要求很高，可靠性低，不適合轉速很高的場合。


【發明內容】

[0007]本發明的目的在對現有國內有機朗肯循環餘熱發電系統電能轉換效率低、使用壽命短、維護周期長的問題，提供一種高效、可靠性高的對稱雙驅動低溫餘熱發電系統。
[0008]為了實現以上目的，本發明採用以下技術方案:對稱驅動低溫餘熱發電系統，包括包括蒸發器、膨脹機1、膨脹機I1、冷凝器、工質泵、進氣調節閥、出氣調節閥、發電機。冷凝器的出口端通過工質泵連接到蒸發器；所述膨脹機具有與蒸發器連接的膨脹機進口以及頂端設置並與冷凝器連接的膨脹機出口，膨脹機I，II發電機的前後軸伸端，軸伸處用對稱的雙平鍵傳遞扭矩，發電機在雙膨脹機驅動下旋轉對外輸出電能。經變流器變換後併入併入電力系統大電網，或併入工廠內部的小電網，或者給獨立負載供電，就實現了低溫地熱(或餘熱)轉換成可利用的電能。防止發電機和膨脹機內的工質互相流通；在發電機前後端蓋處進行專用的O型圈進行動密封；所述發電機選用冷卻液與做功的介質一樣，在機座上分別設有與工質泵連接的冷卻液進口和與冷凝器連接的冷卻液出口，發電機包括轉子部件和有繞組的定子部件，均由冷卻介質冷卻，冷卻介質為氟利昂或空氣，使得高速旋轉的體轉子得到充分的冷卻，有效的降低轉子溫度。發電機發電機臥式安裝，可由感應發電機、電勵磁同步發電機、永磁同步發電機、開關磁阻發電機代替。
[0009]發電系統採用對稱雙膨脹機驅動產生電能，膨脹機為徑向軸流式結構。
[0010]所蒸發器輸出的做功介質經分流閥均分成兩條支路，分別驅動兩臺膨脹機1、膨脹機II旋轉；膨脹機1、膨脹機II直接固定在發電機的前後軸伸端，軸伸處用對稱的雙平鍵傳遞扭矩，驅動發電機旋轉發電。
[0011 ] 所述發電機採用臥式安裝。
[0012]所述步發電機轉速高，效率高；採用Y接法繞組結構，消除高次諧波對轉子發熱的影響。軸承選用高速接觸性軸承(球軸承、滑動軸承、陶瓷軸承)或非接觸軸承(空氣軸承、磁懸浮軸承)。
[0013]所述發電機輸出電能經變流器變換後發電機輸出電能經變流器變換後併入電力系統大電網，或併入工廠內部的小電網，或者給獨立負載供電。
[0014]本發明與現有技術相比，具有如下優點:對於工廠餘熱、地質能、太陽能等低溫熱源，通過本系統收集轉換成與電網同頻率、同幅值的交流電能，變換後併入電力系統大電網，或併入工廠內部的小電網，或者給獨立負載供電；具有很強的抗幹擾和低電壓穿越能力。所述膨脹機1、膨脹機II分別位於發電機的前後端、對稱驅動發電機；在前後端兩臺膨脹機1、膨脹機II的驅動下旋轉，通過前後端的膨脹機1、膨脹機II相互抵消軸向推力，減小局部應力或扭矩，減小軸承摩擦損耗，使得發電機具有很高的可靠性，增加發電機的使用壽命，提高整個系統效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1對稱雙驅動低溫餘熱發電系統拓撲結構圖
[0016]圖中:蒸發器1、膨脹機I 2、冷凝器3、工質泵4、發電機5、膨脹機II 6、軸承7、分流閥8、進氣調節閥9、進氣調節閥10、變流器11、平鍵(12)。

【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明的內容做進一步詳細說明。
[0018]實施例:請參閱圖1所示，對稱雙驅動低溫餘熱發電系統，包括蒸發器1、膨脹機I 2、膨脹機II 6、冷凝器3、工質泵4、分流閥(8)，進氣調節閥9、進氣調節閥10、發電機5。冷凝器3的輸出端通過工質泵4連接到蒸發器I ;所述膨脹機I 2和膨脹機II 6擁有與蒸發器I連接的膨脹機I 2進口膨脹機II 6進口 G以及與冷凝器3連接的膨脹機I 2的出口 F膨脹機II 6的出口 E ;發電機5連接在膨脹機I 2和膨脹機II 6的中間，在膨脹機I 2和膨脹機II 6的拖動下旋轉；發電機5轉子在軸承7支撐下高速旋轉，經變流器11變換後對外輸出電能。變換後併入電力系統大電網，或併入工廠內部的小電網，或者給獨立負載供電。
[0019]本實施例工作過程如下:工廠的廢熱或地熱等低溫熱源，溫度在60°以上以熱水的形式進入蒸發器I後加熱低沸點的介質，液態低沸點介質在受熱後變成氣態，經管道推動發電機5的前後軸伸端，膨脹機I 2旋轉，軸伸7處用對稱的平鍵傳遞能量。做功完成的氣態介質經管道回到冷凝器3，在冷水帶走氣態介質的熱量後，氣態介質變成液態，液態介質再工質泵的壓力下回到蒸發器I中繼續循環。
[0020]上列詳細說明是針對本發明可行實施例的具體說明，該實施例並非用以限制本發明的專利範圍，凡未脫離本發明所為的等效實施或變更，均應包含與本案的專利範圍中。
【權利要求】
1.對稱雙驅動低溫餘熱發電系統，其特徵在於:包括蒸發器(I)、膨脹機I(2)、膨脹II(6)、冷凝器(3)、工質泵(4)、分流閥(8)、進氣調節閥(9)、進氣調節閥(10)、發電機(5)、平鍵(12);冷凝器(3)的輸出端通過工質泵(4)連接到蒸發器(I);所述膨脹機I (2)和膨脹II (6)擁有與蒸發器(I)連接的膨脹機I (2)和膨脹機II (6)的進口以及與冷凝器(3)連接的膨脹機I (2)、和膨脹II (6)的出口 ；膨脹機I (2)和膨脹II (6)直接固定在發電機(5)的前後軸伸端，用對稱雙平鍵(12)傳遞扭矩，在膨脹機I (2)及膨脹II (6)的驅動發電機轉子在軸承(7 )支撐下高速旋轉，經變流器(11)變換後對外輸出電能。
2.根據權利要求1所述對稱雙驅動低溫餘熱發電系統，其特徵在於:蒸發器(I)輸出的做功介質經分流閥(8)均分成兩條支路，分別驅動兩臺膨脹機I (2)、膨脹機II (6)旋轉；膨脹機I (2)、膨脹II (6)直接固定在發電機(5)的前後軸伸端，軸伸處用對稱的雙平鍵(12)傳遞扭矩，驅動發電機(5 )旋轉發電。
3.根據權利要求1所述對稱雙驅動低溫餘熱發電系統，其特徵在於:發電機(5)輸出電能經變流器(11)變換後併入電力系統大電網，或併入工廠內部的小電網，或者給獨立負載供電。
4.根據權利要求1所述對稱雙驅動低溫餘熱發電系統，其特徵在於:所述發電機(5)包括轉子部件和有繞組的定子部件，均由冷卻介質冷卻，冷卻介質為氟利昂或空氣。
5.根據權利要求1所述對稱雙驅動低溫餘熱發電系統，其特徵在於:發電機(5)臥式安裝，可由感應發電機、電勵磁同步發電機、永磁同步發電機、開關磁阻發電機代替。
6.根據權利要求1所述對稱雙驅動低溫餘熱發電系統，其特徵在於:所述發電機(5)的軸承(7)選用高速接觸性軸承(球軸承、滑動軸承、陶瓷軸承)或非接觸軸承(空氣軸承、磁懸浮軸承)。
【文檔編號】H02J3/38GK203856522SQ201320883223
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2013年12月31日 優先權日:2013年12月31日
【發明者】黃晟, 王家堡, 張文娟, 廖武 申請人:湖南齊力達電氣科技有限公司