一種採用有機工質冷卻的發電的製造方法

2023-05-01 10:39:16 1

一種採用有機工質冷卻的發電的製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種採用有機工質冷卻的發電機，膨脹機和發電機同軸，立式安裝,並且通過法蘭連接在一起，發電機連接在膨脹機下方，發電機膨脹機之間設有迷宮密封。發電機採用有機工質直接冷卻，冷卻系統採用溢流式結構，結構簡單緊湊，冷卻效果好，發電機體積小。定子鐵芯兩側分別設有定子外擋液板和內擋液板以及防濺出板並形成溢流結構。發電機定子鐵芯與機殼之間形成了液體冷卻工質流動的環形通道，氣化後的有機工質通過定子和轉子之間的氣隙冷卻定子和轉子。採用氣體冷卻轉子時，由於氣體形成的阻力小，不會影響轉子的工作效率，系統效率高。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發明涉及餘熱發電【技術領域】，特別涉及一種採用有機工質冷卻的發電機。 -種採用有機工質冷卻的發電機

【背景技術】
[0002] 目前我國的能源消耗浪費嚴重，使用率低，經濟的發展是建立在資源與能源的高 度消耗上。以每萬元⑶P標煤消耗量計算，日本為2. 5,德國為2. 7,我國卻高達18. 5,相當 於發達國家的6倍以上。我國能源利用率低的一個重要原因是能源沒有達到梯級利用，大 量的餘熱資源沒有得到充分利用，而提高能源利用效率的關鍵措施是節能科學技術進步。 如果能將餘熱轉化為電能，則能夠方便使用，具有廣泛的適用性。而傳統的利用餘熱蒸汽直 接驅動蒸汽輪機或燃氣輪機帶動發電機組發電的方法只適用於高、中溫餘熱的回收利用， 對於各工業領域存在的大量低溫小規模餘熱資源尚缺乏有效的技術手段進行回收發電。因 此，尋求實用有效的熱力循環方式和高端高效的熱力設備已成為了解決此問題的重要研究 課題之一。
[0003] 利用低溫熱能發電的技術主要是基於朗肯循環的熱力發電系統設計，如有機朗肯 循環（Organic Rankine Cycle)、水蒸汽擴容循環、Kalina循環、氨吸收式動力製冷複合循環 等。其中，0RC的研究和應用最為廣泛，它是採用不同的低沸點有機物（或者混合物）作為 工質，可回收不同溫度範圍的低溫熱能，對於低溫及中溫的焓熱，0RC技術比常規的水蒸汽 朗肯循環有很多優點，主要是在回收顯熱方面有較高的效率，由於循環中顯熱/潛熱比例 不相等，0RC技術中此比例大，因此採用0RC技術比水蒸氣循環會回收較多的熱量。
[0004] 利用0RC技術進行發電，目前多是採用螺杆或徑向軸流或者軸流膨脹機作為原動 機，通過有機工質推動原動機旋轉，原動機帶動發電機發電。原動機和發電機採用聯軸器連 接，發電機採用水冷或者風冷，原動機的伸出軸採用動密封。有機工質價格昂貴或者易燃易 爆，不允許向外洩漏，而動密封在長期的運行過程中很難保證不對外洩漏，這是實踐過程中 的一大難題。一勞永逸的解決工質洩漏問題的方法是將發電機和膨脹機做成全封閉系統， 為解決膨脹機向發電機洩漏工質，發電機也採用有機工質冷卻，所用冷卻工質與膨脹機所 用工質相同。


【發明內容】

[0005] 本發明的目的在於提出一種採用有機工質冷卻的發電機，該發電機採用新結構， 不僅能夠解決工質對外洩漏的問題，而且冷卻效果好，結構緊湊。
[0006] 為實現上述目的，本發明採取了以下的技術方案：
[0007] -種米用有機工質冷卻的發電機，米用立式布置。
[0008] 發電機採用有機工質冷卻，即採用的冷卻工質和膨脹機中做功的工質相同，冷卻 結構採用溢流式布置，冷卻液上進下出；
[0009] 所述膨脹機包含蝸殼、噴嘴和葉片，膨脹機出口下方設有葉輪固定螺栓用於固定 葉輪；
[0010] 所述發電機連接在膨脹機下方，發電機包括發電機機殼、發電機上法蘭、發電機下 法蘭，發電機上法蘭與葉輪之間設有膨脹機法蘭，並形成迷宮密封，防止發電機和膨脹機內 的工質互相流通；在發電機機殼內設有永磁轉子和定子鐵芯，定子鐵芯的上端為定子繞組 上端部、下端為定子繞組下端部，液體工質可以浸泡定子繞組下端部，但是不會進入轉子 中，定子鐵芯兩側分別設有定子外擋液板和定子內擋液板，以及與定子內擋液板連接的液 體防濺出蓋，在發電機機殼上還分別開有冷卻液進口和冷卻工質出口。
[0011] 所述發電機定子鐵芯的外壁與發電機機殼之間形成用於冷卻定子鐵芯的環形通 道，所述定子外擋液板的上端高於定子繞組上端部，發電機冷卻液進口的位置高於定子外 擋液板並低於液體防濺出蓋，防止液體進入轉子和定子之間的氣隙影響系統性能。
[0012] 發電機冷卻工質出口與定子繞組下端部所在的空間相通。冷卻工質出口低於轉子 下端面的高度，防止積液太多影響轉子性能。轉子和定子之間的氣隙作為有機工質氣體流 通通道，用來冷卻定子內壁面和轉子。
[0013] 本發電機新結構採用膨脹機產生動力，膨脹機採用徑向軸流式結構。
[0014] 所述膨脹機、發電機採用同軸結構，即直連。
[0015] 本發明與採用聯軸器的技術相比，具有如下優點：發電機與膨脹機採用同軸結構， 即直連，沒有減速，轉速高，系統體積小，能量密度大，而且效率高。發電機和膨脹機採用法 蘭連接，系統全封閉，工質不會對外洩漏。發電機採用有機工質冷卻，膨脹機所用工質和發 電機冷卻工質為同一種工質，可以是R245fa，R134a等低沸點有機工質，也可以是異丁烷等 碳氫化合物類工質。膨脹機和發電機之間採用迷宮密封，減少發電機和膨脹機內的工質相 互交換，影響系統性能。由於膨脹機在做功時，對發電機主軸有一個向上的軸向力，因此，為 減小軸向力，提高系統效率，發電機採用立式安裝。採用立式安裝的話，發電機主軸，永磁轉 子等能抵消掉一部分軸向力，減小軸承摩擦損耗，提高系統效率。另外，立式布置可以採用 溢流冷卻，冷卻均勻，效果好，發電機體積小，解決了噴淋有機工質帶來的冷卻不均勻問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1是本發明實施例中發電機的結構示意圖。

【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] 請參閱圖1所示，一種採用有機工質冷卻的發電機，採用直連，膨脹機葉輪直接連 接在發電機的伸出軸頭上，立式布置，膨脹機在上，發電機在下。
[0019] 膨脹機包括膨脹機進口 A、蝸殼B、噴嘴C和葉片D，膨脹機出口 E下方設有葉輪固 定螺栓F用於固定葉輪G;
[0020] 發電機包括發電機機殼K、發電機上法蘭J、發電機下法蘭W，發電機上法蘭J與葉 輪G之間設有膨脹機法蘭I，並形成迷宮密封Η ;在發電機機殼K內設有永磁轉子R和定子 鐵芯Q，定子鐵芯Q的上端為定子繞組上端部Ρ、下端為定子繞組下端部U，定子鐵芯Q兩側 分別設有定子外擋液板〇和定子內擋液板Ν，以及與定子內擋液板Ν連接的液體防濺出蓋 Μ。在發電機機殼Κ上還分別開有發電機冷卻液進口 L和冷卻工質出口 Τ，發電機定子鐵芯 Q的外壁與發電機機殼Κ之間形成用於冷卻定子鐵芯Q的環形通道，定子外擋液板0的上端 高於定子繞組上端部P，發電機冷卻液進口 L的位置高於定子外擋液板0並低於液體防濺出 蓋Μ，防止液體進入轉子和定子之間的氣隙影響系統性能。發電機的冷卻工質出口 Τ與定子 繞組下端部U所在的空間相通。冷卻工質出口 Τ低於轉子下端面的高度，防止積液太多影 響轉子性能。轉子R和定子Q之間的氣隙作為有機工質氣體流通通道，用來冷卻定子內壁 面和轉子R。
[0021] 本實施例的工作過程如下：來自工廠，地熱或者太陽能的中低溫熱源，溫度在 80-200°C之間的熱水或者蒸汽均可以，熱源加熱低沸點工質，低沸點工質可以是R245fa， R134a和異丁烷中的一種，低沸點工質受熱後由液態變成氣態，通過管道引入膨脹機進口 A，推動膨脹機轉動做功，膨脹機和發電機同軸，由膨脹機帶動發電機轉動發電。在膨脹機內 做完功的氣體經膨脹機出口 E進入冷凝器，利用外界冷水將氣體工質冷凝為液態，循環使 用。
[0022] 發電機冷卻系統的入口設置在上部，出口設置在下部，冷卻系統米用溢流布置的 方式。冷卻發電機用工質從發電機冷卻液進口 L進入發電機，發電機定子鐵芯Q的外壁和 發電機機殼K之間形成了一個環形通道，環形通道的寬度為2-3_，此環形通道用於冷卻液 流通冷卻定子鐵芯Q外壁面。由於冷卻液進口 L高於定子外擋液板0而低於液體防濺出蓋 M，從冷卻液進口 L進來的液體先流進定子外擋液板0和定子內擋液板N組成的環形空腔 內，液體先沒過定子繞組上端部P，對定子繞組進行很好的冷卻。由於定子外擋液板〇的上 端高於定子繞組上端部P，隨著液體的增多，液體產生溢流，順著定子外擋液板〇流出，流出 的液體進入發電機定子鐵芯Q的外壁和發電機機殼K之間形成的環形通道，用來冷卻定子 鐵芯Q。由於發電機內部產熱加熱了冷卻用的工質，因此工質會有部分汽化產生氣體，部分 氣化的有機工質在轉子R和定子Q之間的氣隙流通，用來冷卻轉子的磁鋼以及定子Q的內 壁面。溫度升高後的氣液混合物從冷卻工質出口T流出。為防止液體工質進入氣隙影響系 統性能，在溢流部分設置了液體防濺出蓋M。為防止液體浸泡主軸和轉子影響系統效率，冷 卻工質出口 T低於轉子下端面，同時隔絕液體工質與主軸直接接觸。由於只是氣體而不是 液體與轉子和主軸接觸，氣體的摩擦阻力小，系統效率高。
[0023] 膨脹機和發電機採用法蘭連接，形成全封閉系統，發電機採用有機工質冷卻，所採 用的冷卻工質和膨脹機中做功的工質相同，即使膨脹機和發電機之間的迷宮密封效果不 好，工質發生相互洩漏也不會影響系統內工質的純度，更不會發生工質向外界洩漏。
[0024] 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，均應包含於本案的專利範圍中。
【權利要求】
1. 一種採用有機工質冷卻的發電機，其特徵在於：包括上部的膨脹機和下部的發電 機； 所述膨脹機包括：膨脹機進口（A)、蝸殼（B)、噴嘴（C)和葉片（D)，膨脹機出口（E)下 方設有固定螺栓（F)用於將葉輪（G)固定在發電機主軸（S)上； 所述發電機包括發電機機殼（K)、發電機上法蘭（J)、發電機下法蘭（W)，發電機上法蘭 (J)與葉輪（G)之間設有膨脹機法蘭（I)，並形成迷宮密封⑶； 在發電機機殼（K)內、發電機主軸（S)周圍設有永磁轉子（R)和定子鐵芯（Q)，定子鐵 芯（Q)的上端為定子繞組上端部（P)、下端為定子繞組下端部（U)，定子鐵芯（Q)兩側分別 設有定子外擋液板（〇)和定子內擋液板（N)，以及與定子內擋液板（N)連接的液體防濺出 蓋（M)，在發電機機殼（K)上還分別開有冷卻液進口（L)與冷卻工質出口（T)，所述定子鐵 芯（Q)的外壁與發電機機殼（K)之間形成用於冷卻定子鐵芯（Q)的環形通道，所述定子外 擋液板（〇)的上端高於定子繞組上端部（P)，冷卻液進口（L)的位置高於定子外擋液板（0) 並低於液體防濺出蓋（M)，冷卻工質出口（T)與定子繞組下端部（U)所在的空間相通；所述 定子鐵芯（Q)和永磁轉子（R)之間的氣隙流過氣體工質，用來冷卻轉子、定子以及繞組，氣 體工質從冷卻工質出口（T)流出；發電機主軸（S)採用兩對雙向推力角接觸球軸承（V)。
2. 如權利要求1所述的一種採用有機工質冷卻的發電機，其特徵在於：所述發電機採 用有機工質冷卻，採用的冷卻工質和膨脹機中做功的工質相同；膨脹機和發電機之間設有 用於減小膨脹機和發電機之間的工質流通的迷宮密封。
3. 如權利要求1所述的一種採用有機工質冷卻的發電機，其特徵在於：發電機冷卻系 統的結構採用溢流式布置，冷卻液上進下出。
4. 如權利要求3所述的一種採用有機工質冷卻的發電機，其特徵在於：液體防濺出蓋 (M)的高度高於發電機冷卻液進口（L)，定子外擋液板（0)的上端高於定子繞組上端部（P) 而低於發電機冷卻液進口（L)的下端。
5. 如權利要求3所述的一種採用有機工質冷卻的發電機，其特徵在於：冷卻工質出口 (T)布置在發電機下部，低於轉子（R)下端面的高度。
6. 如權利要求3所述的一種採用有機工質冷卻的發電機，其特徵在於：轉子（R)和定 子（Q)之間的氣隙作為有機工質氣體流通通道，用來冷卻轉子和定子內壁面。
【文檔編號】H02K9/193GK104065208SQ201410251142
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月6日 優先權日:2014年6月6日
【發明者】卜憲標, 李華山, 王令寶 申請人:中國科學院廣州能源研究所