蒸汽驅動的渦輪發電機系統的製作方法

2024-01-21 21:02:15 3

專利名稱：蒸汽驅動的渦輪發電機系統的製作方法
蒸汽驅動的渦輪發電機系統背景技術本發明涉及蒸汽渦輪機，並且更特別地涉及使用蒸汽渦輪機從蒸汽 提供動力的系統內的多餘的蒸汽壓力產生電力的系統和方法。諸如冷凍機、加熱器、和類似物的蒸汽提供動力的系統典型地使用 限定的壓力的蒸汽提供動力。而且典型地，這樣的系統需要壓力低於供 應蒸汽的壓力的蒸汽。在這些情況下，已知使用調壓閥來去掉多餘的蒸 汽壓力的目的並且由此遞送希望的水平的蒸汽壓力。不幸地，這導致蒸 汽壓力的浪費。本發明的主要目的為提供這樣的系統和方法，其中，蒸汽壓力不被 浪費。本發明的再一個目的為提供這樣的系統，其中，多餘的蒸汽壓力用 於為電設備提供動力。本發明的另一個目的為提供佔據小的底面積的系統。 其它目的和優點將在下文中呈現。


接下來參考附圖詳細描述本發明的優選的實施例，其中 圖1示意性地示出了根據本發明的系統；和 圖2更進一步地示出了根據本發明的系統。
具體實施方式
本發明涉及蒸汽提供動力的系統，並且更特別地涉及用於轉換這樣 的系統內的多餘的蒸汽動力以用於產生電力的系統和方法。此電力能夠 用於為相關的或不相關的系統提供動力，並且導致實際使用這樣的動力 而不是通過之前用於將來自蒸汽源的壓力減小到蒸汽負載需要的壓力 的壓力減小機構浪費動力。在附圖中，提供了系統的示意圖，並且還示出了本發明的部件的有 利的垂直的設置，由此，系統以小的佔地面積提供對多餘的蒸汽動力的 希望的使用。圖1示意性地示出了根據本發明的系統10,並且包括蒸汽提供動力 的系統12，包括通過線路20連通的蒸汽源14和一個或多個蒸汽操作的 負載16、 18。典型地，蒸汽能夠容易地以通常大約100psig的高壓力提 供。諸如吸收式冷凍機、蒸汽加熱或其它蒸汽負載的典型的部件需要低 得多的壓力的蒸汽，典型地大約14psig或更低。傳統地，膨脹閥22沿 線路20定位並且用於根據需要減小壓力，以便達到希望的水平。這樣 減小的壓力被浪費。根據本發明，提供圍繞或與膨脹閥22並行地流動的旁路支路或回 路24。蒸汽渦輪機26沿旁路支路24定位，蒸汽渦輪機26連接到馬達， 由此渦輪機驅動產生電流的馬達。以此方式，本發明的系統將否則被浪 費掉的蒸汽動力轉換為電流。根據本發明，渦輪機能夠用於根據需要減小蒸汽的壓力，而且還將多餘的蒸汽動力轉換為有用的產物，即，能夠 有利地用於為其它負載提供動力的電流。根據本發明，渦輪機26可以為諸如在美國專利號6,354,800中披露 的單級渦輪機，或二級渦輪機和/或帶罩的輪渦輪機，或本領域中的普通 技術人員可以容易地知道的任何其它類型的渦輪機。根據本發明，渦輪 機有利地具有將蒸汽動力轉換為電力的高效率。優選地，適合的渴輪機將具有在大約2和大約10之間的壓力減小 率，並且還優選地具有至少大約60%的效率。蒸汽負載可以為任何蒸汽提供動力的HVAC部件，諸如加熱部件、 冷卻部件、L.P.吸收單元、吸收式冷凍機、和/或通過蒸汽提供動力並且 優選地在上面討論的領域內的任何其它部件。蒸汽負載的一個優選的實施例為冷凍機和/或加熱單元的結合。另一 個優選的蒸汽負載為L.P.吸收單元。在一個實施例中，冷凍機和加熱器全部通過蒸汽源提供動力，並且 冷凍機和加熱器能夠有利地根據需要以並行的設置定位。當加入用於操作HVAC蒸汽提供動力的部件的系統時，本發明的蒸 汽渦輪機旁路迴路能夠有利地用於將電流提供給如上所述並且在本發 明的範圍內的用電提供動力的單元，以便提供對否則被浪費掉的蒸汽能 量的有利的使用。夠例如為形成能夠通過與蒸汽渦輪機連通以接收由此產生的電流的配
電板提供動力的建築物電氣系統的一部分的電部件。渦輪機能夠提供為具有至少大約150千瓦的額定出力，更優選地具 有至少大約220千瓦的額定出力。在本發明的一個實施例中，蒸汽負載能夠採取吸收式冷凍機的形式 並且動力負載能夠採取電動冷凍機的形式。動力負栽從包括電動馬達、泵、壓縮機、風扇和它們的結合的組中 選擇。如前所述，本發明的系統佔據相對小的底面積，由此有利地在不佔 據可能需要的底面積的情況下提供蒸汽能量到電流的希望的轉換。圖2 示出了根據本發明的系統10,包括在此實施例中如圖所示垂直地安裝到 馬達28上方的渦輪機26。渦輪機26能夠通過一系列齒輪連接到馬達 28,由此渦輪機的元件的旋轉驅動馬達，並且馬達由此產生電流。如圖 2所示，馬達28能夠有利地大致垂直地定向，即，以圍繞大致垂直的軸 線旋轉其可旋轉的元件，渦輪機26安裝在馬達28上方並且同樣定向為 圍繞大致垂直的軸線旋轉蒸汽驅動的元件。適合的齒輪能夠用於使得渦 輪機的驅動軸與馬達的從動軸互相嚙合。在這點上，圖2還示出了具有 高於渦輪機26的出口垂直地定位的入口 30的渦輪機26。容易明白渦輪 機和馬達的此設置允許將蒸汽能量根據需要轉換為電流，同時佔據相對 小的底面積。在此實施例中，渦輪機的驅動軸和馬達的從動軸能夠大致並行並且 側向地隔開以提供用於嚙合齒輪的適合的空間，或者替代地可以大致同 軸並且直接聯接。還應該理解，在本發明的寬範圍內，渦輪機和馬達的大致並行的軸 可以適應於替代的方位，即，除了大致垂直以外的。例如在水平的底面 積可用但是希望小的垂直型面的情況下，這可以是希望的。控制單元32 (圖1 )能夠被提供並且與到渦輪機的入口閥連通，以 控制入口以維持希望的蒸汽壓力。此控制單元能夠有利地被編程序或以 其它方式適合利用如可利用的一樣多的多餘的蒸汽能量或壓力，以根據 需要產生電流。控制單元自身能夠有利地以諸如臺式計算機、板載處理 能力和類似物的處理器單元的形式提供，並且這樣的處理單元能夠有利狄的其它程序設計編程序，以便提供將來自蒸汽渦輪機的出口壓力調節到
蒸汽提供動力的部件的希望的入口蒸汽壓力的希望的輸出。應該理解，本發明不限於這裡描述和顯示的說明，這裡描述和顯示 的說明被認為僅是說明了執行本發明的最佳模式並且其形式、尺寸、零 件的設置和操作的細節容易被修改。本發明企圖包括在通過權利要求書 限定的其精神和範圍內的全部這樣的修改。
權利要求
1. 一種用於從蒸汽動力產生電的系統，其包括與蒸汽負載連通的蒸汽源，蒸汽負載需要低於蒸汽源的負載壓力的 蒸汽；在蒸汽源和蒸汽負栽之間連通並且適合將蒸汽壓力減小到負載壓力的減壓閥；和包括用於將蒸汽轉換為電力的蒸汽渦輪機系統的減壓閥旁路回 路，該渦輪機與電力負載連通，以將動力提供給負載。
2. 根據權利要求1所述的系統，其中，渦輪機系統包括渦輪機和 馬達，渦輪才幾垂直地安裝在馬達上方並且與馬達可操作地聯合，由此， 蒸汽驅動渦輪機並且渦輪機驅動馬達以產生電i化。
3. 根據權利要求2所述的系統，其中，馬達和渦輪機每個具有可旋轉的元件，並且其中，可旋轉的元件圍繞大致垂直的旋轉軸線旋轉。
4. 根據權利要求2所述的系統，其中，渦輪機為帶罩的輪渦輪機。
5. 根據權利要求1所述的系統，其中，渦輪機系統包括二級渦輪機。
6. 根據權利要求1所述的系統，其中 和大約IO之間的壓力減小率。
7. 根據權利要求1所述的系統，其中 60%的效率。
8. 根據權利要求1所述的系統，其中，
9. 根據權利要求1所述的系統，其中 熱器的並行的設置。
10. 根據權利要求l所述的系統，其中 150千瓦的額定出力。
11. 根據權利要求1所述的系統，其中 275千瓦的額定出力。
12. 根據權利要求1所述的系統，其中 機，並且其中，動力負載包括電動冷凍機。
13. 根據權利要求1所述的系統，其中，動力負栽從包括電動馬達、 泵、壓縮機、風扇和它們的結合的組中選擇。
14. 根據權利要求1所述的系統，還包括與到渦輪機的入口閥連通渦輪機系統具有在大約2渦輪機系統具有至少大約蒸汽負載包括冷凍機。 蒸汽負栽包括冷凍機和加渦輪機系統具有至少大約渦輪機系統具有至少大約蒸汽負載包括吸收式冷凍的控制單元，以控制入口以維持希望的蒸汽壓力。
15. —種用於從蒸汽提供動力的迴路產生電流的方法，其包括以下 步驟提供需要負載壓力的蒸汽的蒸汽負載；使得蒸汽負載與壓力高於負載壓力的蒸汽源連通；通過包括用於將蒸汽轉換為電流的蒸汽渦輪機系統的減壓閥旁路迴路將蒸汽從蒸汽源通到蒸汽負載，渦輪機系統與電力負載連通，以將電流提供給負載。
16. 根據權利要求15所迷的方法，其中，蒸汽負栽包括蒸汽提供 動力的HVAC部件。
17. 根據權利要求15所述的方法，其中，蒸汽渦輪機系統包括二 級渦輪機。
18. 根據權利要求15所述的方法，其中，蒸汽渦輪機系統具有在 大約2和大約IO之間的壓力減小率。
19. 根據權利要求15所述的方法，其中，渦輪機系統具有至少大 約60%的效率。
20. 根據權利要求15所述的方法，其中，渦輪機系統具有至少大 約150千瓦的額定出力。
21. 根椐權利要求15所述的方法，其中，渦輪機系統具有至少大 約275千瓦的額定出力。
22. 根據權利要求15所述的方法，其中，電力負載從包括電動馬 達、泵、壓縮機、風扇和它們的結合的組中選擇。
全文摘要
用於從蒸汽動力產生電的系統，包括與蒸汽負載連通的蒸汽源，蒸汽負載需要低於蒸汽源的負載壓力的蒸汽；在蒸汽源和蒸汽負載之間連通並且適合將蒸汽壓力減小到負載壓力的減壓閥；和包括用於將蒸汽轉換為電力的蒸汽渦輪機的減壓閥旁路迴路，渦輪機與電力負載連通以將動力提供給負載。渦輪機有利地垂直地定位在馬達上方。
文檔編號F01K13/00GK101124385SQ200580048351
公開日2008年2月13日 申請日期2005年2月14日 優先權日2005年2月14日
發明者E·J·比倫, T·J·墨菲 申請人:開利公司