專利名稱：發(fā)電設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)電設(shè)備，此設(shè)備借助由蒸氣驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。
背景技術(shù)：
為了將發(fā)電設(shè)備和系統(tǒng)互連，需要將產(chǎn)生的電能的頻率設(shè)定為商用頻率(50Hz或者60Hz)。為此，當(dāng)商用頻率是60Hz時(shí)，發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度被設(shè)定在3600rpm。
如果作為發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)源的渦輪機(jī)是燃?xì)鉁u輪機(jī)，則其驅(qū)動(dòng)扭矩是由提供給其的燃料氣體(或空氣)的量所決定的；如果此渦輪機(jī)是蒸氣渦輪機(jī)，其驅(qū)動(dòng)扭矩是由提供給其的蒸氣的量所決定的。然后發(fā)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)扭矩和負(fù)荷扭矩決定發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。但是，即使渦輪機(jī)的驅(qū)動(dòng)扭矩足夠大，由于如上所述必須將發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)定在3600rpm，需要在渦輪機(jī)的上游方向提供調(diào)節(jié)設(shè)備來(lái)調(diào)節(jié)燃?xì)饣蛘哒魵獾臄?shù)量，并且同時(shí)在渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)軸上提供一個(gè)減速齒輪。
例如，日本專利公開(kāi)號(hào)No.2000-1705548公開(kāi)了一種結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)包含用于調(diào)節(jié)供給燃料量的燃料流速控制閥120和降低渦輪機(jī)轉(zhuǎn)速的減速齒輪122，如圖中3所示。即，將由壓縮機(jī)124壓縮過(guò)的空氣作為用于燃燒的空氣供給燃燒器126，并且，將燃料通過(guò)燃料流量控制閥120也供給燃燒器126。這里提供了如下結(jié)構(gòu)，將來(lái)自燃燒器126的燃燒氣體供應(yīng)給渦輪機(jī)128，驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)128旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)速度被在渦輪機(jī)128驅(qū)動(dòng)軸上設(shè)置的減速齒輪122降低，從而驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)130。
另一方面，日本專利公開(kāi)號(hào)No.2002-84795公開(kāi)一種結(jié)構(gòu)，在使用燃?xì)鉁u輪機(jī)引擎140作為發(fā)電機(jī)142驅(qū)動(dòng)源的一個(gè)發(fā)電設(shè)備中，產(chǎn)生頻率高于商用頻率的電能，所述高頻電能由電能轉(zhuǎn)換器144轉(zhuǎn)換為頻率為商用頻率的電能，如圖4所示。也就是說(shuō)，在此發(fā)電設(shè)備中，發(fā)電機(jī)142由耐得住高轉(zhuǎn)速的發(fā)電機(jī)構(gòu)成，發(fā)電機(jī)142直接與燃?xì)鉁u輪機(jī)140耦合，燃?xì)鉁u輪機(jī)以幾萬(wàn)～幾十萬(wàn)rpm的轉(zhuǎn)速被驅(qū)動(dòng)，來(lái)產(chǎn)生大約1到3kHz的高頻電能。然后，所述高頻電能由整流電路146一次轉(zhuǎn)換為直流電，并且進(jìn)一步由逆變器148轉(zhuǎn)換為與商用頻率同步的交流輸出，從而與系統(tǒng)互連。
但是，上述傳統(tǒng)的發(fā)電設(shè)備有以下問(wèn)題。也就是說(shuō)，如日本專利公開(kāi)號(hào)No.2000-170548公開(kāi)的，借助燃料流速控制閥調(diào)節(jié)供給燃料量以便限制發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速的結(jié)構(gòu)引起如下問(wèn)題，就是在有些情況下，供給渦輪機(jī)的燃料氣體量受到限制或者蒸氣被浪費(fèi)地排出，導(dǎo)致燃料氣體或者蒸氣的能量利用不充分。而且，由于依照該公開(kāi)的結(jié)構(gòu)包含減速齒輪122來(lái)降低渦輪機(jī)轉(zhuǎn)速，故此無(wú)法避免由減速齒輪122造成的機(jī)械損耗。此外，減速齒輪122的采用引起一個(gè)問(wèn)題，即對(duì)其的維護(hù)需要?jiǎng)趧?dòng)量。
另一方面，依照日本專利公開(kāi)號(hào)No.2002-84795，由于發(fā)電機(jī)142能夠在高轉(zhuǎn)速下工作，燃?xì)饪梢员怀浞掷?，并且，由于發(fā)電機(jī)142直接與燃?xì)鉁u輪機(jī)引擎140連接，此結(jié)構(gòu)避免了在兩者之間產(chǎn)生機(jī)械損耗。但是，由于燃?xì)鉁u輪機(jī)引擎140設(shè)計(jì)用來(lái)在幾萬(wàn)～幾十萬(wàn)rpm的高轉(zhuǎn)速提供驅(qū)動(dòng)，并且燃?xì)鉁u輪機(jī)引擎140直接與發(fā)電機(jī)142相連，引起發(fā)電機(jī)142發(fā)熱的問(wèn)題，導(dǎo)致不能在高轉(zhuǎn)速下連續(xù)工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是考慮到前面所述問(wèn)題而進(jìn)行設(shè)計(jì)的，本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是充分利用蒸氣能量以便發(fā)電機(jī)能夠在高轉(zhuǎn)速下連續(xù)工作。
為了達(dá)到上述目標(biāo)，本發(fā)明提供了一種發(fā)電設(shè)備，包含由蒸氣驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置；由所述驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)來(lái)產(chǎn)生電能的永磁同步發(fā)電機(jī)，永磁同步發(fā)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)裝置連接，它們之間沒(méi)有置入減速齒輪；循環(huán)冷卻永磁同步發(fā)電機(jī)的液體冷卻劑的冷卻裝置；和將所述永磁同步發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能轉(zhuǎn)換為商用頻率的頻率轉(zhuǎn)換器。
依照本發(fā)明，由于通過(guò)頻率轉(zhuǎn)換器將由發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能轉(zhuǎn)換為具有商用頻率的電能，能夠避免為了產(chǎn)生預(yù)定頻率的電能而對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行限制。結(jié)果就是，驅(qū)動(dòng)裝置能夠在依照供給發(fā)電設(shè)備的蒸氣的流速所決定的轉(zhuǎn)速下被驅(qū)動(dòng)，導(dǎo)致沒(méi)有浪費(fèi)地利用蒸氣。并且，由于永磁同步發(fā)電機(jī)被作為發(fā)電機(jī)來(lái)使用，這使得在高轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)完成高效發(fā)電成為可能，并且，由于驅(qū)動(dòng)裝置和發(fā)電機(jī)之間沒(méi)有裝入減速齒輪而直接相連，它們之間的機(jī)械損耗很小，因此也有助于提高生成電能的效率。此外，由于除了采用永磁同步發(fā)電機(jī)作為發(fā)電機(jī)以外對(duì)用于冷卻永磁同步發(fā)電機(jī)的液體冷卻劑進(jìn)行循環(huán)冷卻，有可能有效地抑制永磁同步發(fā)電機(jī)的發(fā)熱。結(jié)果就是，永磁同步發(fā)電機(jī)能夠在高轉(zhuǎn)速下連續(xù)工作。
借助這個(gè)結(jié)構(gòu)，蒸氣渦輪機(jī)或者螺旋式膨脹機(jī)可以被作為驅(qū)動(dòng)裝置使用。
當(dāng)永磁同步發(fā)電機(jī)是內(nèi)藏式永磁同步發(fā)電機(jī)時(shí)，有可能進(jìn)一步抑制永磁同步發(fā)電機(jī)的發(fā)熱量。
冷卻裝置優(yōu)選包含循環(huán)通道，該循環(huán)通道連接用于存儲(chǔ)液體冷卻劑的罐、用于冷卻液體冷卻劑的冷卻器和以壓力饋送液體冷卻劑的泵，從而循環(huán)冷卻劑。
借助這個(gè)結(jié)構(gòu)，由于在循環(huán)液體冷卻劑的同時(shí)對(duì)其制冷，因而有可能不消耗大量液體冷卻劑而冷卻永磁同步發(fā)電機(jī)。并且，能夠通過(guò)泵的驅(qū)動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)液體冷卻劑的循環(huán)量，這樣使得永磁同步發(fā)電機(jī)可以被適當(dāng)冷卻。
對(duì)于這個(gè)結(jié)構(gòu)，循環(huán)通道優(yōu)選地與在永磁同步發(fā)電機(jī)外殼主體部分處配置的冷卻通道相連通。結(jié)果就是，由于永磁同步發(fā)電機(jī)被流過(guò)永磁同步發(fā)電機(jī)外殼主體部分的液體冷卻劑所冷卻，永磁同步發(fā)電機(jī)能夠被有效地冷卻。
冷卻通道可以被設(shè)置在圓周和軸向方向上通過(guò)外殼的主體部分。借助這個(gè)結(jié)構(gòu)，能夠通過(guò)外殼的主體部分的內(nèi)部來(lái)傳送液體冷卻劑，并且，因此均勻地冷卻永磁同步發(fā)電機(jī)。
另外，優(yōu)選地，依照本發(fā)明的發(fā)電設(shè)備進(jìn)一步包含將蒸氣發(fā)生裝置產(chǎn)生的蒸氣引導(dǎo)到蒸氣利用設(shè)備的主管道；連接到驅(qū)動(dòng)裝置入口側(cè)的入口管道，入口管道與主管道連接；連接到驅(qū)動(dòng)裝置出口側(cè)的出口管道，出口管道與主管道相連接。借助這個(gè)結(jié)構(gòu)，流經(jīng)主管道的蒸氣流入入口管道，被供應(yīng)給驅(qū)動(dòng)裝置，從驅(qū)動(dòng)裝置排出，并且通過(guò)出口管道返回主管道。
借助這個(gè)結(jié)構(gòu)，由于在將蒸氣供給到蒸氣利用設(shè)備之前可以利用蒸氣產(chǎn)生電能，因此能夠提高蒸氣發(fā)生裝置產(chǎn)生的蒸氣的利用率。特別地，對(duì)于連接到使用低壓力蒸氣的蒸氣利用設(shè)備的主管道建立連接的情況，這個(gè)結(jié)構(gòu)很有效。
如上所述，依照本發(fā)明，由于驅(qū)動(dòng)裝置能夠在依照供應(yīng)給發(fā)電設(shè)備的蒸氣的流速所決定的轉(zhuǎn)速下被驅(qū)動(dòng)，并且能夠抑制永磁同步發(fā)電機(jī)的發(fā)熱，因此永磁同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)能夠保持在高轉(zhuǎn)速。蒸氣能量能夠被有效利用。


圖1是示意地示出了依照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的發(fā)電設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)的圖；圖2是示出了所述發(fā)電設(shè)備配置的發(fā)電機(jī)和液體冷卻劑罐的橫截面圖；圖3是顯示一種傳統(tǒng)發(fā)電設(shè)備的結(jié)構(gòu)的圖；和圖4是顯示一種傳統(tǒng)發(fā)電設(shè)備的結(jié)構(gòu)的圖。
具體實(shí)施例方式
參考附圖，現(xiàn)在將給出對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的詳細(xì)描述。
圖1示出了依照本發(fā)明的發(fā)電設(shè)備20的實(shí)施例。如圖1所示，發(fā)電設(shè)備20依靠由蒸氣產(chǎn)生裝置10所產(chǎn)生的蒸氣的能量來(lái)產(chǎn)生電能，并且蒸氣被蒸氣利用設(shè)備12所使用?，F(xiàn)在，將給出具體描述。
蒸氣發(fā)生裝置10和蒸氣利用設(shè)備12通過(guò)蒸氣流過(guò)的主管道14相互連接。主管道14配置有減壓閥16。
蒸氣發(fā)生裝置10包含與主管道14平行連接的多個(gè)鍋爐10a。由于這些單獨(dú)的鍋爐10a用作產(chǎn)生接近于例如2噸/小時(shí)的蒸氣量的鍋爐，因此鍋爐10a分別由小的直流鍋爐構(gòu)成。
蒸氣利用設(shè)備12是使用溫度在例如150到200攝氏度的蒸氣的設(shè)備，例如，熱水器，小暖爐，衛(wèi)浴設(shè)備，烘燥轉(zhuǎn)桶，洗滌設(shè)備，廚房設(shè)備，消毒器。
依照本實(shí)施例的發(fā)電設(shè)備20包含蒸氣渦輪機(jī)22、發(fā)電機(jī)24、頻率轉(zhuǎn)換器26、控制器28和冷卻裝置30，并且發(fā)電設(shè)備保存在外殼32內(nèi)。應(yīng)當(dāng)指出的是，為外殼32配置了通風(fēng)扇34。
例如，蒸氣渦輪機(jī)22由軸向流渦輪機(jī)構(gòu)成。選擇蒸氣渦輪機(jī)22，以使得通過(guò)所供給的最大蒸氣量所獲得的最大轉(zhuǎn)速落在許可的轉(zhuǎn)速范圍之內(nèi)。
蒸氣渦輪機(jī)22配置有連接到蒸氣渦輪機(jī)22入口側(cè)的入口管道36，和連接到蒸氣渦輪機(jī)22出口側(cè)的出口管道38。入口管道36連接到主管道14的減壓閥16的上游側(cè)，出口管道38連接到主管道14的減壓閥16的下游側(cè)。借助這樣的結(jié)構(gòu)，由蒸氣發(fā)生裝置產(chǎn)生的蒸氣的至少一部分被供應(yīng)給蒸氣渦輪機(jī)22，從蒸氣渦輪機(jī)22排出的蒸氣返回到主管道14。
在入口管道36上，從上游側(cè)順序安裝有開(kāi)/閉閥40，排水分離器42，流量調(diào)節(jié)閥44和緊急關(guān)閉閥46。開(kāi)/閉閥40安裝在接近于連接到主管道14的部分。排水分離器用來(lái)分離從流經(jīng)入口管道36的蒸氣的排水。流量調(diào)節(jié)閥44用來(lái)調(diào)節(jié)流經(jīng)入口管道36的蒸氣流量，并且由控制器28控制開(kāi)/關(guān)。緊急關(guān)閉閥46用于完全關(guān)閉入口管道36，并且能夠由控制器28控制。
開(kāi)/閉閥50被提供在出口管道38上接近于連接到主管道14的部分。該開(kāi)/閉閥50和在入口管道36上的開(kāi)/閉閥40構(gòu)成了開(kāi)關(guān)裝置，該開(kāi)關(guān)裝置轉(zhuǎn)換是否將流經(jīng)主管道14的蒸氣供給入口管道36。也就是說(shuō)，當(dāng)將由蒸氣發(fā)生裝置10產(chǎn)生的蒸氣直接供給到蒸氣利用裝置12時(shí)，關(guān)閉這些開(kāi)/閉閥40和50，如果使用蒸氣進(jìn)行發(fā)電，則打開(kāi)這些開(kāi)/閉閥40和50。應(yīng)當(dāng)指出，開(kāi)/閉閥40和50可以由以下兩種開(kāi)/閉閥構(gòu)成，一種可以開(kāi)關(guān)到兩種狀態(tài)即全開(kāi)和全閉狀態(tài)的開(kāi)/閉閥，或者一種開(kāi)度可以調(diào)節(jié)的開(kāi)/閉閥。并且，作為開(kāi)關(guān)工具，三向的閥門(mén)可以用來(lái)替代開(kāi)/閉閥40和50。在這種情況下，三向的閥門(mén)被設(shè)置在相互連接主管道14和入口管道36的部分處，和相互連接主管道14與出口管道38的部分處。
在入口管道36上提供了壓力傳感器52，用來(lái)檢測(cè)供應(yīng)給蒸氣渦輪機(jī)22的蒸氣的壓力。在出口管道38上提供了壓力傳感器56，用來(lái)檢測(cè)從蒸氣渦輪機(jī)22排出的蒸氣的壓力。
發(fā)電機(jī)24的轉(zhuǎn)動(dòng)軸60通過(guò)聯(lián)接器62與蒸氣渦輪機(jī)22的驅(qū)動(dòng)軸64相耦合。也就是說(shuō)，發(fā)電機(jī)24的轉(zhuǎn)動(dòng)軸60以沒(méi)有接入減速齒輪的方式與蒸氣渦輪機(jī)22的驅(qū)動(dòng)軸64相連接。結(jié)果是，發(fā)電機(jī)24的工作轉(zhuǎn)速等于蒸氣渦輪機(jī)22的轉(zhuǎn)速。
由發(fā)電機(jī)24產(chǎn)生的電能供應(yīng)給頻率轉(zhuǎn)換器26。頻率轉(zhuǎn)換器26用于轉(zhuǎn)換由發(fā)電機(jī)24產(chǎn)生的電能的頻率，例如，將頻率在10到100Hz的電能轉(zhuǎn)換為頻率是60Hz的商業(yè)電能。脈沖發(fā)生器66被提供在發(fā)電機(jī)24的轉(zhuǎn)動(dòng)軸60上，并且頻率轉(zhuǎn)換器26依照脈沖發(fā)生器66的輸出值來(lái)提供對(duì)內(nèi)部元件的切換控制，從而將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。然后，發(fā)電機(jī)26將此直流電能轉(zhuǎn)換為具有商用頻率的電能。從頻率轉(zhuǎn)換器26輸出的電能通過(guò)變壓器68與系統(tǒng)70互連。
控制器28基于來(lái)自壓力傳感器52和56的檢測(cè)信號(hào)決定一個(gè)合適的轉(zhuǎn)速。也就是說(shuō)，蒸氣流速與合適的轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系近似于一階比例關(guān)系，并且，從而控制器28基于來(lái)自分別設(shè)置在蒸氣渦輪機(jī)22的上游和下游的壓力傳感器52和56的檢測(cè)信號(hào)，決定供給蒸氣渦輪機(jī)22的蒸氣流速，然后基于該蒸氣流速?zèng)Q定合適的轉(zhuǎn)速。頻率轉(zhuǎn)換器26基于由控制器28決定的合適轉(zhuǎn)速輸出轉(zhuǎn)速控制信號(hào)給發(fā)電機(jī)24。結(jié)果是，發(fā)電機(jī)24以基于蒸氣流速的合適轉(zhuǎn)速工作。
冷卻裝置30用于冷卻發(fā)電機(jī)24，并且包含循環(huán)通道72，該循環(huán)通道72用于循環(huán)液體冷卻劑。在循環(huán)通道72上設(shè)置有液體冷卻劑罐74，泵75和冷卻器76。液體冷卻劑罐74用于存儲(chǔ)液體冷卻劑。泵75用于給在液體冷卻劑罐74中的液體冷卻劑加壓，并且從而泵75驅(qū)動(dòng)液體冷卻劑循環(huán)通過(guò)循環(huán)通道72。冷卻器76用于冷卻供應(yīng)給發(fā)電機(jī)24的液體冷卻劑，并且配置有用于流經(jīng)冷卻水的冷卻水通道76a，流經(jīng)冷卻水通道76a的冷卻水對(duì)液體冷卻劑進(jìn)行冷卻。例如，使用油作為液體冷卻劑。
發(fā)電機(jī)24包含發(fā)電機(jī)外殼80，外殼80包含近似成型為圓筒形的主體部分80a，和在主體部分80a兩端的端壁部分80b，如圖2所示，并且發(fā)電機(jī)被布置在液體冷卻劑罐74上，使得主體部分80a的軸向是水平的。向內(nèi)突出的圓柱型輪轂80c分別被提供在發(fā)電機(jī)外殼80的兩個(gè)端壁部分80b，并且，轉(zhuǎn)動(dòng)軸60通過(guò)兩個(gè)輪轂部分80c。在輪轂部分80c上分別提供了軸承82，使得轉(zhuǎn)動(dòng)軸60轉(zhuǎn)動(dòng)自如。
轉(zhuǎn)動(dòng)軸60被布置為水平延伸，從輪轂部分80c之一(在圖2中是左側(cè)的一個(gè))向外延伸，并且通過(guò)聯(lián)結(jié)器62與蒸氣渦輪機(jī)22的驅(qū)動(dòng)軸64耦合。
在發(fā)電機(jī)外殼80的端壁部分80b上分別形成加油孔80d，加油孔80d從發(fā)電機(jī)外殼80的頂端部分延伸到相應(yīng)輪轂部分80c的內(nèi)部。潤(rùn)滑油通過(guò)加油孔80d供應(yīng)給軸承82。軸封部分84分別被提供在輪轂部分80c內(nèi)軸承82的軸向外側(cè)，來(lái)防止用于軸承82的潤(rùn)滑油漏出。另一方面，在發(fā)電機(jī)外殼80的底部提供有連通通道88，該連通通道使得發(fā)電機(jī)外殼80的內(nèi)部與液體冷卻劑罐74的頂部開(kāi)口86相互連通，并且從輪轂部分80c內(nèi)流出而進(jìn)入到發(fā)電機(jī)外殼80里的潤(rùn)滑油，通過(guò)連通通道88向下流到液體冷卻劑罐74中。也就是說(shuō)，潤(rùn)滑油和用作液體冷卻劑的油是一樣的。應(yīng)當(dāng)指出，替代在發(fā)電機(jī)外殼80中形成連通通道88的結(jié)構(gòu)，可以提供這樣一種結(jié)構(gòu)，即從發(fā)電機(jī)外殼80底端部分延伸出來(lái)一些管道(沒(méi)有顯示)，并且管道的最終端分別連接到液體冷卻劑罐74中。
發(fā)電機(jī)24由內(nèi)藏式永磁(IPM)同步發(fā)電機(jī)構(gòu)成。也就是說(shuō)，定子90被固定在發(fā)電機(jī)外殼80的主體部分80a，并且轉(zhuǎn)子81被提供在定子90的內(nèi)側(cè)邊緣。在轉(zhuǎn)子91的內(nèi)部嵌入有永磁體(沒(méi)有顯示)，并且轉(zhuǎn)子91被固定在轉(zhuǎn)動(dòng)軸60上。應(yīng)當(dāng)指出，發(fā)電機(jī)24被選擇為使得蒸氣渦輪機(jī)22的最大轉(zhuǎn)速落在允許轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。
線圈93纏繞在定子90上，并且與電氣設(shè)備端口95相連。連接到該電氣設(shè)備端口95的是連接頻率轉(zhuǎn)換器26的導(dǎo)線。在線圈93上提供了溫度傳感器，在圖中沒(méi)有顯示，并且溫度傳感器連接到電氣設(shè)備端口96。連接到這個(gè)電氣設(shè)備端口96的是連接到控制器28的導(dǎo)線。
在發(fā)電機(jī)外殼80的主體部分80a上提供了一個(gè)入口端口98和出口端口99，并且入口端口98和出口端口99通過(guò)形成于主體部分80a內(nèi)的冷卻通道100相互連接。入口端口98被提供在主體部分80a的一側(cè)，并且與循環(huán)通道72中冷卻器76一側(cè)的終端相連。另一方面，出口端口99被提供在主體部分80a的另外一側(cè)，并且與循環(huán)通道72中液體冷卻劑罐74一側(cè)的末端相連。
冷卻通道100包含多個(gè)圓周方向的部分100a，它們?cè)谳S向上被間隔布置，并且在主體部分80a向圓周方向延伸，冷卻通道還包含在軸向延伸的軸向部分100b，以便使得圓周方向部分100a相互連通。從而，通過(guò)入口端口98供給的液體冷卻劑流經(jīng)圓周方向部分100a和軸向方向部分100b，流向出口端口99。結(jié)果，發(fā)電機(jī)外殼80的主體部分80a被均勻冷卻。
將對(duì)發(fā)電設(shè)備20的操作進(jìn)行描述。通過(guò)驅(qū)動(dòng)各鍋爐10a產(chǎn)生的蒸氣流經(jīng)主管道14，被減壓閥16減壓，然后供應(yīng)給蒸氣利用設(shè)備12。于是，當(dāng)進(jìn)行發(fā)電時(shí)，在入口管道36上的開(kāi)/閉閥40和在出口管道38上的開(kāi)/閉閥50被打開(kāi)，并且，從而由各鍋爐10a所產(chǎn)生并流經(jīng)主管道14的蒸氣的一部分被轉(zhuǎn)向到入口管道36。即使在這種情況下，由于仍然向蒸氣利用設(shè)備12供給蒸汽，蒸氣利用設(shè)備12可以利用蒸氣。
蒸氣渦輪機(jī)22由被轉(zhuǎn)向到入口管道36的蒸氣所驅(qū)動(dòng)，使得發(fā)電機(jī)24的轉(zhuǎn)動(dòng)軸60轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致電能的產(chǎn)生。在這種情況下，供應(yīng)給蒸氣渦輪機(jī)22的蒸氣流速由壓力傳感器52和56獲得，并且由控制器28獲得在此蒸氣流速下的合理轉(zhuǎn)速。從而，發(fā)電機(jī)24在合理的轉(zhuǎn)速下工作。通過(guò)出口管道38，驅(qū)動(dòng)了蒸氣渦輪機(jī)22的蒸氣與流經(jīng)主管道14的蒸氣匯聚，供應(yīng)給蒸氣利用設(shè)備12。也就是說(shuō)，即使由蒸氣利用設(shè)備12使用的蒸氣量減少，由于開(kāi)/閉閥40和開(kāi)/閉閥50被打開(kāi)以便利用蒸氣發(fā)電，各鍋爐10a有可能在接近最大效力狀態(tài)下連續(xù)工作。因此，能夠穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)各鍋爐10a，并且能夠提高鍋爐10a的使用效率。
在發(fā)電機(jī)24的操作中，發(fā)電機(jī)24的內(nèi)部溫度由溫度傳感器(沒(méi)有示出)進(jìn)行檢測(cè)，并且，液體冷卻劑在循環(huán)通道72中進(jìn)行循環(huán)。也就是說(shuō)，泵75的驅(qū)動(dòng)導(dǎo)致在液體冷卻劑罐74中的液體冷卻劑送出，液體冷卻劑在冷卻器76處由冷卻水通道76a的冷卻水進(jìn)行冷卻，并且，被冷卻了的冷卻劑被供應(yīng)給發(fā)電機(jī)24。然后，液體冷卻劑流經(jīng)入口端口98，并且流過(guò)冷卻通道100的圓周方向部分100a和軸向部分100b，由此均勻地對(duì)發(fā)電機(jī)外殼80的主體部分80a進(jìn)行冷卻。結(jié)果是，由發(fā)電機(jī)24產(chǎn)生的熱量被有效抑制。而后，已經(jīng)流經(jīng)冷卻通道100的液體冷卻劑通過(guò)出口端口99，流經(jīng)循環(huán)通道72，返回液體冷卻劑罐74。液體冷卻劑繼續(xù)這個(gè)循環(huán)。
由發(fā)電機(jī)24產(chǎn)生的電能通過(guò)電氣設(shè)備端口95輸出到頻率轉(zhuǎn)換器26。例如，電能的頻率在10到100Hz。然后，輸出由頻率轉(zhuǎn)換器26轉(zhuǎn)換到具有商用頻率的電能，并且通過(guò)變壓器68互連到系統(tǒng)70。
如上所述，依照本發(fā)明，由于由發(fā)電機(jī)24產(chǎn)生的電能被頻率轉(zhuǎn)換器26轉(zhuǎn)換為具有商用頻率的電能，能夠避免為了產(chǎn)生預(yù)定頻率的電能而對(duì)發(fā)電機(jī)24的轉(zhuǎn)速進(jìn)行限制。結(jié)果是，蒸氣渦輪機(jī)22能夠以依照供應(yīng)給發(fā)電設(shè)備20的蒸氣流速所決定的轉(zhuǎn)速來(lái)驅(qū)動(dòng)，導(dǎo)致不浪費(fèi)地利用蒸氣。而且，由于發(fā)電機(jī)24由永磁同步發(fā)電機(jī)構(gòu)成，因而能夠在高轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)高效地產(chǎn)生電能，并且由于蒸氣渦輪機(jī)22和發(fā)電機(jī)24沒(méi)有在其間設(shè)置減速齒輪而直接連接，在其間的機(jī)械損耗很小，從而也有助于提高發(fā)電效能。此外，由于用于冷卻發(fā)電機(jī)24的液體冷卻劑被循環(huán)，加之采用永磁同步發(fā)電機(jī)作為發(fā)電機(jī)24，因此有可能有效地抑制發(fā)電機(jī)24發(fā)熱。結(jié)果是，發(fā)電機(jī)24可以連續(xù)地在高轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)。
此外，依照本發(fā)明的實(shí)施例，由于發(fā)電機(jī)24由內(nèi)藏式永磁同步發(fā)電機(jī)組成，有可能進(jìn)一步抑制發(fā)電機(jī)24產(chǎn)生熱量。
而且，依照本實(shí)施例，由于液體冷卻劑在進(jìn)行循環(huán)的同時(shí)被冷卻，使得冷卻發(fā)電機(jī)24可能不需要消耗大量液體冷卻劑，并且由于能夠通過(guò)驅(qū)動(dòng)泵75的方式來(lái)調(diào)節(jié)液體冷卻劑的循環(huán)量，發(fā)電機(jī)24可以被合理地冷卻。
此外，依照本實(shí)施例，由于液體冷卻劑的循環(huán)通道72與提供在發(fā)電機(jī)外殼80的主體部分80a處的冷卻通道100相連通，發(fā)電機(jī)24可以被高效地冷卻。并且，由于冷卻通道100配置為從圓周和軸向方向通過(guò)發(fā)電機(jī)外殼80的主體部分80a，能夠通過(guò)發(fā)電機(jī)外殼80的主體部分80a的內(nèi)部來(lái)傳送液體冷卻劑，從而均勻地冷卻發(fā)電機(jī)24。
而且，由于在將蒸氣供給到蒸氣利用設(shè)備12之前，利用蒸氣發(fā)電，因而能夠提高由鍋爐10a產(chǎn)生的蒸氣的利用效率。特別地，在與連接使用低壓蒸氣的蒸氣利用設(shè)備12的主管道14建立連接的情況下，該結(jié)構(gòu)很有效。
此外，盡管依照本實(shí)施例，蒸氣渦輪機(jī)22由軸流式渦輪機(jī)組成，蒸氣渦輪機(jī)22也可以由徑向渦輪機(jī)代替組成。
依照本發(fā)明，任何流體機(jī)械可以用作驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置，只要此機(jī)械能夠利用蒸氣流產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力。這樣的流體機(jī)械的例子包括渦輪機(jī)和螺旋式膨脹機(jī)。因此，在圖1所示的實(shí)施例中，蒸氣渦輪機(jī)22可以被螺旋式膨脹機(jī)所替代。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)電設(shè)備，包含由蒸氣驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置；由所述驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)來(lái)產(chǎn)生電能的永磁同步發(fā)電機(jī)，所述永磁同步發(fā)電機(jī)以沒(méi)有在其間設(shè)置減速齒輪的方式連接到所述驅(qū)動(dòng)裝置；冷卻裝置，循環(huán)用于冷卻所述永磁同步發(fā)電機(jī)的液體冷卻劑；并且用于將所述永磁同步發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能轉(zhuǎn)換為具有商用頻率電能的頻率轉(zhuǎn)換器。
2.依照權(quán)利要求1的發(fā)電設(shè)備，其中所述驅(qū)動(dòng)裝置是蒸氣渦輪機(jī)。
3.依照權(quán)利要求1的發(fā)電設(shè)備，其中所述驅(qū)動(dòng)裝置是螺旋式膨脹機(jī)。
4.依照權(quán)利要求1的發(fā)電設(shè)備，其中所述永磁同步發(fā)電機(jī)是內(nèi)藏式永磁同步發(fā)電機(jī)。
5.依照權(quán)利要求1的發(fā)電設(shè)備，其中所述冷卻裝置包含循環(huán)通道，該循環(huán)通道與用于連接儲(chǔ)存液體冷卻劑的罐、對(duì)液體冷卻劑進(jìn)行冷卻的冷卻器和對(duì)液體冷卻劑進(jìn)行加壓的泵相連接，從而令液體冷卻劑進(jìn)行循環(huán)。
6.依照權(quán)利要求5的發(fā)電設(shè)備，其中所述循環(huán)通道與提供在所述發(fā)電機(jī)外殼的主體部分上的冷卻通道相互連通。
7.依照權(quán)利要求6的發(fā)電設(shè)備，其中所述冷卻通道被設(shè)置為在圓周和軸向方向上通過(guò)所述外殼的所述主體部分。
8.依照權(quán)利要求1的發(fā)電設(shè)備，進(jìn)一步包含引導(dǎo)由蒸氣發(fā)生裝置產(chǎn)生的蒸氣到蒸氣利用設(shè)備的主管道；連接到所述驅(qū)動(dòng)裝置入口側(cè)的入口管道，所述入口管道連接到所述主管道；并且，連接到所述驅(qū)動(dòng)裝置出口側(cè)的出口管道，所述出口管道連接到所述主管道，其中，流經(jīng)所述主管道的蒸氣流入所述入口管道，供應(yīng)給所述驅(qū)動(dòng)裝置，被從所述驅(qū)動(dòng)裝置排出，并且通過(guò)所述出口管道返回所述主管道。
全文摘要
提供了一種發(fā)電設(shè)備，包含由內(nèi)藏式永磁(IPM)同步發(fā)電機(jī)組成的發(fā)電機(jī)，其采用沒(méi)有在其間設(shè)置減速齒輪的方式連接到蒸氣渦輪機(jī)；冷卻裝置，其使得用于冷卻發(fā)電機(jī)的液體冷卻劑流動(dòng)；和頻率轉(zhuǎn)換器，將發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的電能轉(zhuǎn)換為具有商用頻率的電能，并且輸出轉(zhuǎn)換后的電能。所述冷卻裝置包含循環(huán)通道，該通道與用于儲(chǔ)存液體冷卻劑(油)的罐、對(duì)液體冷卻劑進(jìn)行冷卻的冷卻器和對(duì)液體冷卻劑進(jìn)行加壓的泵相連接，并且液體冷卻劑通過(guò)該循環(huán)通道循環(huán)，此外，此結(jié)構(gòu)使得發(fā)電機(jī)能夠在高轉(zhuǎn)速工作，從而高效利用蒸氣能量。
文檔編號(hào)F01D15/10GK1913294SQ20061011097
公開(kāi)日2007年2月14日 申請(qǐng)日期2006年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月11日
發(fā)明者松隈正樹(shù), 福島康雄, 宮地利和, 上原一浩 申請(qǐng)人:株式會(huì)社神戶制鋼所