一種采用有機(jī)工質(zhì)冷卻的發(fā)電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種采用有機(jī)工質(zhì)冷卻的發(fā)電機(jī)，膨脹機(jī)和發(fā)電機(jī)同軸，立式安裝,并且通過法蘭連接在一起，發(fā)電機(jī)連接在膨脹機(jī)下方，發(fā)電機(jī)膨脹機(jī)之間設(shè)有迷宮密封。發(fā)電機(jī)采用有機(jī)工質(zhì)直接冷卻，冷卻系統(tǒng)采用溢流式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，冷卻效果好，發(fā)電機(jī)體積小。定子鐵芯兩側(cè)分別設(shè)有定子外擋液板和內(nèi)擋液板以及防濺出板并形成溢流結(jié)構(gòu)。發(fā)電機(jī)定子鐵芯與機(jī)殼之間形成了液體冷卻工質(zhì)流動的環(huán)形通道，氣化后的有機(jī)工質(zhì)通過定子和轉(zhuǎn)子之間的氣隙冷卻定子和轉(zhuǎn)子。采用氣體冷卻轉(zhuǎn)子時，由于氣體形成的阻力小，不會影響轉(zhuǎn)子的工作效率，系統(tǒng)效率高。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及余熱發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種采用有機(jī)工質(zhì)冷卻的發(fā)電機(jī)。 -種采用有機(jī)工質(zhì)冷卻的發(fā)電機(jī)
【背景技術(shù)】
[0002] 目前我國的能源消耗浪費(fèi)嚴(yán)重，使用率低，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展是建立在資源與能源的高 度消耗上。以每萬元⑶P標(biāo)煤消耗量計算，日本為2. 5,德國為2. 7,我國卻高達(dá)18. 5,相當(dāng) 于發(fā)達(dá)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(dá)到梯級利用，大 量的余熱資源沒有得到充分利用，而提高能源利用效率的關(guān)鍵措施是節(jié)能科學(xué)技術(shù)進(jìn)步。 如果能將余熱轉(zhuǎn)化為電能，則能夠方便使用，具有廣泛的適用性。而傳統(tǒng)的利用余熱蒸汽直 接驅(qū)動蒸汽輪機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)帶動發(fā)電機(jī)組發(fā)電的方法只適用于高、中溫余熱的回收利用， 對于各工業(yè)領(lǐng)域存在的大量低溫小規(guī)模余熱資源尚缺乏有效的技術(shù)手段進(jìn)行回收發(fā)電。因 此，尋求實(shí)用有效的熱力循環(huán)方式和高端高效的熱力設(shè)備已成為了解決此問題的重要研究 課題之一。
[0003] 利用低溫?zé)崮馨l(fā)電的技術(shù)主要是基于朗肯循環(huán)的熱力發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計，如有機(jī)朗肯 循環(huán)（Organic Rankine Cycle)、水蒸汽擴(kuò)容循環(huán)、Kalina循環(huán)、氨吸收式動力制冷復(fù)合循環(huán) 等。其中，0RC的研究和應(yīng)用最為廣泛，它是采用不同的低沸點(diǎn)有機(jī)物（或者混合物）作為 工質(zhì)，可回收不同溫度范圍的低溫?zé)崮?，對于低溫及中溫的焓熱?RC技術(shù)比常規(guī)的水蒸汽 朗肯循環(huán)有很多優(yōu)點(diǎn)，主要是在回收顯熱方面有較高的效率，由于循環(huán)中顯熱/潛熱比例 不相等，0RC技術(shù)中此比例大，因此采用0RC技術(shù)比水蒸氣循環(huán)會回收較多的熱量。
[0004] 利用0RC技術(shù)進(jìn)行發(fā)電，目前多是采用螺桿或徑向軸流或者軸流膨脹機(jī)作為原動 機(jī)，通過有機(jī)工質(zhì)推動原動機(jī)旋轉(zhuǎn)，原動機(jī)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。原動機(jī)和發(fā)電機(jī)采用聯(lián)軸器連 接，發(fā)電機(jī)采用水冷或者風(fēng)冷，原動機(jī)的伸出軸采用動密封。有機(jī)工質(zhì)價格昂貴或者易燃易 爆，不允許向外泄漏，而動密封在長期的運(yùn)行過程中很難保證不對外泄漏，這是實(shí)踐過程中 的一大難題。一勞永逸的解決工質(zhì)泄漏問題的方法是將發(fā)電機(jī)和膨脹機(jī)做成全封閉系統(tǒng)， 為解決膨脹機(jī)向發(fā)電機(jī)泄漏工質(zhì)，發(fā)電機(jī)也采用有機(jī)工質(zhì)冷卻，所用冷卻工質(zhì)與膨脹機(jī)所 用工質(zhì)相同。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明的目的在于提出一種采用有機(jī)工質(zhì)冷卻的發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)采用新結(jié)構(gòu)， 不僅能夠解決工質(zhì)對外泄漏的問題，而且冷卻效果好，結(jié)構(gòu)緊湊。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了以下的技術(shù)方案：
[0007] -種米用有機(jī)工質(zhì)冷卻的發(fā)電機(jī)，米用立式布置。
[0008] 發(fā)電機(jī)采用有機(jī)工質(zhì)冷卻，即采用的冷卻工質(zhì)和膨脹機(jī)中做功的工質(zhì)相同，冷卻 結(jié)構(gòu)采用溢流式布置，冷卻液上進(jìn)下出；
[0009] 所述膨脹機(jī)包含蝸殼、噴嘴和葉片，膨脹機(jī)出口下方設(shè)有葉輪固定螺栓用于固定 葉輪；
[0010] 所述發(fā)電機(jī)連接在膨脹機(jī)下方，發(fā)電機(jī)包括發(fā)電機(jī)機(jī)殼、發(fā)電機(jī)上法蘭、發(fā)電機(jī)下 法蘭，發(fā)電機(jī)上法蘭與葉輪之間設(shè)有膨脹機(jī)法蘭，并形成迷宮密封，防止發(fā)電機(jī)和膨脹機(jī)內(nèi) 的工質(zhì)互相流通；在發(fā)電機(jī)機(jī)殼內(nèi)設(shè)有永磁轉(zhuǎn)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(zhì)可以浸泡定子繞組下端部，但是不會進(jìn)入轉(zhuǎn)子 中，定子鐵芯兩側(cè)分別設(shè)有定子外擋液板和定子內(nèi)擋液板，以及與定子內(nèi)擋液板連接的液 體防濺出蓋，在發(fā)電機(jī)機(jī)殼上還分別開有冷卻液進(jìn)口和冷卻工質(zhì)出口。
[0011] 所述發(fā)電機(jī)定子鐵芯的外壁與發(fā)電機(jī)機(jī)殼之間形成用于冷卻定子鐵芯的環(huán)形通 道，所述定子外擋液板的上端高于定子繞組上端部，發(fā)電機(jī)冷卻液進(jìn)口的位置高于定子外 擋液板并低于液體防濺出蓋，防止液體進(jìn)入轉(zhuǎn)子和定子之間的氣隙影響系統(tǒng)性能。
[0012] 發(fā)電機(jī)冷卻工質(zhì)出口與定子繞組下端部所在的空間相通。冷卻工質(zhì)出口低于轉(zhuǎn)子 下端面的高度，防止積液太多影響轉(zhuǎn)子性能。轉(zhuǎn)子和定子之間的氣隙作為有機(jī)工質(zhì)氣體流 通通道，用來冷卻定子內(nèi)壁面和轉(zhuǎn)子。
[0013] 本發(fā)電機(jī)新結(jié)構(gòu)采用膨脹機(jī)產(chǎn)生動力，膨脹機(jī)采用徑向軸流式結(jié)構(gòu)。
[0014] 所述膨脹機(jī)、發(fā)電機(jī)采用同軸結(jié)構(gòu)，即直連。
[0015] 本發(fā)明與采用聯(lián)軸器的技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：發(fā)電機(jī)與膨脹機(jī)采用同軸結(jié)構(gòu)， 即直連，沒有減速，轉(zhuǎn)速高，系統(tǒng)體積小，能量密度大，而且效率高。發(fā)電機(jī)和膨脹機(jī)采用法 蘭連接，系統(tǒng)全封閉，工質(zhì)不會對外泄漏。發(fā)電機(jī)采用有機(jī)工質(zhì)冷卻，膨脹機(jī)所用工質(zhì)和發(fā) 電機(jī)冷卻工質(zhì)為同一種工質(zhì)，可以是R245fa，R134a等低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)，也可以是異丁烷等 碳?xì)浠衔镱惞べ|(zhì)。膨脹機(jī)和發(fā)電機(jī)之間采用迷宮密封，減少發(fā)電機(jī)和膨脹機(jī)內(nèi)的工質(zhì)相 互交換，影響系統(tǒng)性能。由于膨脹機(jī)在做功時，對發(fā)電機(jī)主軸有一個向上的軸向力，因此，為 減小軸向力，提高系統(tǒng)效率，發(fā)電機(jī)采用立式安裝。采用立式安裝的話，發(fā)電機(jī)主軸，永磁轉(zhuǎn) 子等能抵消掉一部分軸向力，減小軸承摩擦損耗，提高系統(tǒng)效率。另外，立式布置可以采用 溢流冷卻，冷卻均勻，效果好，發(fā)電機(jī)體積小，解決了噴淋有機(jī)工質(zhì)帶來的冷卻不均勻問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例中發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明的內(nèi)容做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0018] 請參閱圖1所示，一種采用有機(jī)工質(zhì)冷卻的發(fā)電機(jī)，采用直連，膨脹機(jī)葉輪直接連 接在發(fā)電機(jī)的伸出軸頭上，立式布置，膨脹機(jī)在上，發(fā)電機(jī)在下。
[0019] 膨脹機(jī)包括膨脹機(jī)進(jìn)口 A、蝸殼B、噴嘴C和葉片D，膨脹機(jī)出口 E下方設(shè)有葉輪固 定螺栓F用于固定葉輪G;
[0020] 發(fā)電機(jī)包括發(fā)電機(jī)機(jī)殼K、發(fā)電機(jī)上法蘭J、發(fā)電機(jī)下法蘭W，發(fā)電機(jī)上法蘭J與葉 輪G之間設(shè)有膨脹機(jī)法蘭I，并形成迷宮密封Η ;在發(fā)電機(jī)機(jī)殼K內(nèi)設(shè)有永磁轉(zhuǎn)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(cè) 分別設(shè)有定子外擋液板〇和定子內(nèi)擋液板Ν，以及與定子內(nèi)擋液板Ν連接的液體防濺出蓋 Μ。在發(fā)電機(jī)機(jī)殼Κ上還分別開有發(fā)電機(jī)冷卻液進(jìn)口 L和冷卻工質(zhì)出口 Τ，發(fā)電機(jī)定子鐵芯 Q的外壁與發(fā)電機(jī)機(jī)殼Κ之間形成用于冷卻定子鐵芯Q的環(huán)形通道，定子外擋液板0的上端 高于定子繞組上端部P，發(fā)電機(jī)冷卻液進(jìn)口 L的位置高于定子外擋液板0并低于液體防濺出 蓋Μ，防止液體進(jìn)入轉(zhuǎn)子和定子之間的氣隙影響系統(tǒng)性能。發(fā)電機(jī)的冷卻工質(zhì)出口 Τ與定子 繞組下端部U所在的空間相通。冷卻工質(zhì)出口 Τ低于轉(zhuǎn)子下端面的高度，防止積液太多影 響轉(zhuǎn)子性能。轉(zhuǎn)子R和定子Q之間的氣隙作為有機(jī)工質(zhì)氣體流通通道，用來冷卻定子內(nèi)壁 面和轉(zhuǎn)子R。
[0021] 本實(shí)施例的工作過程如下：來自工廠，地?zé)峄蛘咛柲艿闹械蜏責(zé)嵩?，溫度?80-200°C之間的熱水或者蒸汽均可以，熱源加熱低沸點(diǎn)工質(zhì)，低沸點(diǎn)工質(zhì)可以是R245fa， R134a和異丁烷中的一種，低沸點(diǎn)工質(zhì)受熱后由液態(tài)變成氣態(tài)，通過管道引入膨脹機(jī)進(jìn)口 A，推動膨脹機(jī)轉(zhuǎn)動做功，膨脹機(jī)和發(fā)電機(jī)同軸，由膨脹機(jī)帶動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動發(fā)電。在膨脹機(jī)內(nèi) 做完功的氣體經(jīng)膨脹機(jī)出口 E進(jìn)入冷凝器，利用外界冷水將氣體工質(zhì)冷凝為液態(tài)，循環(huán)使 用。
[0022] 發(fā)電機(jī)冷卻系統(tǒng)的入口設(shè)置在上部，出口設(shè)置在下部，冷卻系統(tǒng)米用溢流布置的 方式。冷卻發(fā)電機(jī)用工質(zhì)從發(fā)電機(jī)冷卻液進(jìn)口 L進(jìn)入發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)定子鐵芯Q的外壁和 發(fā)電機(jī)機(jī)殼K之間形成了一個環(huán)形通道，環(huán)形通道的寬度為2-3_，此環(huán)形通道用于冷卻液 流通冷卻定子鐵芯Q外壁面。由于冷卻液進(jìn)口 L高于定子外擋液板0而低于液體防濺出蓋 M，從冷卻液進(jìn)口 L進(jìn)來的液體先流進(jìn)定子外擋液板0和定子內(nèi)擋液板N組成的環(huán)形空腔 內(nèi)，液體先沒過定子繞組上端部P，對定子繞組進(jìn)行很好的冷卻。由于定子外擋液板〇的上 端高于定子繞組上端部P，隨著液體的增多，液體產(chǎn)生溢流，順著定子外擋液板〇流出，流出 的液體進(jìn)入發(fā)電機(jī)定子鐵芯Q的外壁和發(fā)電機(jī)機(jī)殼K之間形成的環(huán)形通道，用來冷卻定子 鐵芯Q。由于發(fā)電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)熱加熱了冷卻用的工質(zhì)，因此工質(zhì)會有部分汽化產(chǎn)生氣體，部分 氣化的有機(jī)工質(zhì)在轉(zhuǎn)子R和定子Q之間的氣隙流通，用來冷卻轉(zhuǎn)子的磁鋼以及定子Q的內(nèi) 壁面。溫度升高后的氣液混合物從冷卻工質(zhì)出口T流出。為防止液體工質(zhì)進(jìn)入氣隙影響系 統(tǒng)性能，在溢流部分設(shè)置了液體防濺出蓋M。為防止液體浸泡主軸和轉(zhuǎn)子影響系統(tǒng)效率，冷 卻工質(zhì)出口 T低于轉(zhuǎn)子下端面，同時隔絕液體工質(zhì)與主軸直接接觸。由于只是氣體而不是 液體與轉(zhuǎn)子和主軸接觸，氣體的摩擦阻力小，系統(tǒng)效率高。
[0023] 膨脹機(jī)和發(fā)電機(jī)采用法蘭連接，形成全封閉系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)采用有機(jī)工質(zhì)冷卻，所采 用的冷卻工質(zhì)和膨脹機(jī)中做功的工質(zhì)相同，即使膨脹機(jī)和發(fā)電機(jī)之間的迷宮密封效果不 好，工質(zhì)發(fā)生相互泄漏也不會影響系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)的純度，更不會發(fā)生工質(zhì)向外界泄漏。
[0024] 上列詳細(xì)說明是針對本發(fā)明可行實(shí)施例的具體說明，該實(shí)施例并非用以限制本發(fā) 明的專利范圍，凡未脫離本發(fā)明所為的等效實(shí)施或變更，均應(yīng)包含于本案的專利范圍中。
【權(quán)利要求】
1. 一種采用有機(jī)工質(zhì)冷卻的發(fā)電機(jī)，其特征在于：包括上部的膨脹機(jī)和下部的發(fā)電 機(jī)； 所述膨脹機(jī)包括：膨脹機(jī)進(jìn)口（A)、蝸殼（B)、噴嘴（C)和葉片（D)，膨脹機(jī)出口（E)下 方設(shè)有固定螺栓（F)用于將葉輪（G)固定在發(fā)電機(jī)主軸（S)上； 所述發(fā)電機(jī)包括發(fā)電機(jī)機(jī)殼（K)、發(fā)電機(jī)上法蘭（J)、發(fā)電機(jī)下法蘭（W)，發(fā)電機(jī)上法蘭 (J)與葉輪（G)之間設(shè)有膨脹機(jī)法蘭（I)，并形成迷宮密封⑶； 在發(fā)電機(jī)機(jī)殼（K)內(nèi)、發(fā)電機(jī)主軸（S)周圍設(shè)有永磁轉(zhuǎn)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(cè)分別 設(shè)有定子外擋液板（〇)和定子內(nèi)擋液板（N)，以及與定子內(nèi)擋液板（N)連接的液體防濺出 蓋（M)，在發(fā)電機(jī)機(jī)殼（K)上還分別開有冷卻液進(jìn)口（L)與冷卻工質(zhì)出口（T)，所述定子鐵 芯（Q)的外壁與發(fā)電機(jī)機(jī)殼（K)之間形成用于冷卻定子鐵芯（Q)的環(huán)形通道，所述定子外 擋液板（〇)的上端高于定子繞組上端部（P)，冷卻液進(jìn)口（L)的位置高于定子外擋液板（0) 并低于液體防濺出蓋（M)，冷卻工質(zhì)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(zhuǎn)子（R)之間的氣隙流過氣體工質(zhì)，用來冷卻轉(zhuǎn)子、定子以及繞組，氣 體工質(zhì)從冷卻工質(zhì)出口（T)流出；發(fā)電機(jī)主軸（S)采用兩對雙向推力角接觸球軸承（V)。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種采用有機(jī)工質(zhì)冷卻的發(fā)電機(jī)，其特征在于：所述發(fā)電機(jī)采 用有機(jī)工質(zhì)冷卻，采用的冷卻工質(zhì)和膨脹機(jī)中做功的工質(zhì)相同；膨脹機(jī)和發(fā)電機(jī)之間設(shè)有 用于減小膨脹機(jī)和發(fā)電機(jī)之間的工質(zhì)流通的迷宮密封。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種采用有機(jī)工質(zhì)冷卻的發(fā)電機(jī)，其特征在于：發(fā)電機(jī)冷卻系 統(tǒng)的結(jié)構(gòu)采用溢流式布置，冷卻液上進(jìn)下出。
4. 如權(quán)利要求3所述的一種采用有機(jī)工質(zhì)冷卻的發(fā)電機(jī)，其特征在于：液體防濺出蓋 (M)的高度高于發(fā)電機(jī)冷卻液進(jìn)口（L)，定子外擋液板（0)的上端高于定子繞組上端部（P) 而低于發(fā)電機(jī)冷卻液進(jìn)口（L)的下端。
5. 如權(quán)利要求3所述的一種采用有機(jī)工質(zhì)冷卻的發(fā)電機(jī)，其特征在于：冷卻工質(zhì)出口 (T)布置在發(fā)電機(jī)下部，低于轉(zhuǎn)子（R)下端面的高度。
6. 如權(quán)利要求3所述的一種采用有機(jī)工質(zhì)冷卻的發(fā)電機(jī)，其特征在于：轉(zhuǎn)子（R)和定 子（Q)之間的氣隙作為有機(jī)工質(zhì)氣體流通通道，用來冷卻轉(zhuǎn)子和定子內(nèi)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(yōu)先權(quán)日:2014年6月6日
【發(fā)明者】卜憲標(biāo), 李華山, 王令寶 申請人:中國科學(xué)院廣州能源研究所