專利名稱：葉輪發(fā)電機及發(fā)電方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)電設(shè)備，可以采用液體或氣體等工作介質(zhì)進行發(fā)電的設(shè)備，特別是 采用葉輪進行發(fā)電的設(shè)備及方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的發(fā)電技術(shù)主要采用蒸汽為工作介質(zhì)發(fā)電，主要的工作介質(zhì)為水，其噴嘴設(shè) 置在定子上，不發(fā)生運動，葉片設(shè)置在轉(zhuǎn)子上，噴嘴噴射的蒸汽推動葉片進行旋轉(zhuǎn)發(fā)電?，F(xiàn) 有的技術(shù)主要是100KW以上的發(fā)電機組，沒有小型化適合于的機組。采用低溫有機物的朗肯循環(huán)(ORC)發(fā)電機組，適合于低溫熱源以及小型的發(fā)電， 但是主要是將現(xiàn)有的大型蒸汽發(fā)電設(shè)備小型化，其噴嘴與葉片設(shè)置與大型的相同，這樣的 結(jié)構(gòu)設(shè)置限制了發(fā)電的能源利用，工作介質(zhì)也必須采用低溫的工作介質(zhì)。此外，斯特林機也是一種發(fā)電設(shè)備，其主要采用缸體以及運動的活塞，利用缸體外 部的熱能實現(xiàn)對缸體內(nèi)部的工作介質(zhì)進行汽化，推動缸體運動后帶動發(fā)電設(shè)備進行機組發(fā) H1^ ο上述的主要的發(fā)電技術(shù)和方法，都屬于熱機原理的發(fā)電裝置，其工作介質(zhì)都經(jīng)過 了液氣相變過程，需要熱能加熱工作介質(zhì)，使其產(chǎn)生高溫高壓蒸汽，推動發(fā)電及的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn) 動，實現(xiàn)發(fā)電。由于需要將蒸汽進行冷凝，因而大量的熱能在冷凝過程中被損耗，使得發(fā)電 效率不高。水利發(fā)電機是采用水為工作介質(zhì)，利用水的壓力和流量推動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動實現(xiàn)發(fā)電， 但是水不能進行循環(huán)，其水流推動的方式需要進一步的改進和提高，從而整體上可以實現(xiàn) 更高的發(fā)電效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種流體葉輪發(fā)電機，以通過流體在葉輪上的膨脹做工，實 現(xiàn)將流體的運動能量轉(zhuǎn)換為機械能，再通過發(fā)電機的定子與轉(zhuǎn)子的運動將機械能轉(zhuǎn)換為電 能。流體為液體、氣體、超臨界、等離子體或其混合物。本發(fā)明的另外一個目的是提供一種將流體運動能量轉(zhuǎn)換為電能的方法，以通過流 體在葉輪上的膨脹做工，實現(xiàn)將流體的運動能量轉(zhuǎn)換為機械能，再通過發(fā)電機的定子與轉(zhuǎn) 子的運動將機械能轉(zhuǎn)換為電能。本發(fā)明特別是適合于小型的發(fā)電設(shè)備，可以實現(xiàn)lw-3000kw的各種發(fā)電，優(yōu)選區(qū) 域為5kw-200kw的各種發(fā)電；適合于利用太陽能、余熱、余壓、地熱的“低品位熱能”進行發(fā) 電，以及適合于采樣低溫有機工作介質(zhì)實現(xiàn)的發(fā)電，特別是采用有機朗肯循環(huán)實現(xiàn)的發(fā)電。具體發(fā)明內(nèi)容如下葉輪流體發(fā)電機，由發(fā)電機轉(zhuǎn)子、發(fā)電機定子、葉輪、殼體組成，其特征是至少含 有一個葉輪盤，在葉輪盤上設(shè)置有多個葉片，發(fā)電機轉(zhuǎn)子與葉輪轉(zhuǎn)軸連接，殼體將葉輪或葉 輪及發(fā)電機轉(zhuǎn)子、發(fā)電機定子密閉成為一個腔體，殼體上設(shè)置有流體進口和出口，流體從進口進入通過葉輪盤膨脹推動葉輪盤轉(zhuǎn)動，葉輪驅(qū)動發(fā)電機轉(zhuǎn)子和發(fā)電機定子相互運動產(chǎn)生 電能。葉輪為封閉式或開啟式，任何可以實現(xiàn)將流體運動能力轉(zhuǎn)換機械能的葉輪形狀都 可以用于本發(fā)明，通常的葉片的形狀為單圓弧、雙圓弧、直葉片、三元葉片中的一種。將葉片固定在一個帶有轉(zhuǎn)軸的基座上，形成葉輪，葉輪的葉片的形狀可以有多種， 常用的有單圓弧、雙圓弧、直葉片、三元葉片，根據(jù)需要可以設(shè)計成為其他形狀，但是主要的 原則是葉片的設(shè)計需要使得流體產(chǎn)生最大的膨脹功。將葉片2固定在一個帶有轉(zhuǎn)軸的基座上，同時在葉片上再設(shè)置一個殼體，使得葉 片被兩面的殼體包圍成為一個封閉的腔體，該腔體內(nèi)形成了多個流體流入和流出的通道， 構(gòu)成封閉式葉輪。常用的有單圓弧、雙圓弧、直葉片、三元葉片，根據(jù)需要可以設(shè)計成為其他 形狀，但是主要的原則是葉片的設(shè)計需要使得流體產(chǎn)生最大的膨脹功。設(shè)置有多個葉輪盤，每個葉輪盤具有一個相同的轉(zhuǎn)動軸，轉(zhuǎn)動軸與發(fā)電機的發(fā)電 機轉(zhuǎn)子連接。在葉輪的轉(zhuǎn)軸兩端設(shè)置有軸承，在軸承的內(nèi)端或外端設(shè)置有密封墊、環(huán)或膠圈。在流體的進口或出口處設(shè)置有增壓的渦室，在渦室與葉片接近部位設(shè)置有噴嘴。葉輪上的轉(zhuǎn)動軸與發(fā)電機轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)動軸直接連接或通過變速齒輪箱連接。殼體為真空密閉腔體、密封腔體、封閉腔體中、開口腔體的一種。發(fā)電機定子或發(fā)電機轉(zhuǎn)子上設(shè)置有至少下列裝置之一A、金屬線圈，該線圈在工作時接通電源；B、磁鐵；C、含有稀土元素的磁鐵。包括有一種流體，流體經(jīng)由殼體的入口，經(jīng)葉輪盤膨脹后從出口流出，流體選擇自 下列至少一種或其混合物A、液體；B、氣體；C、超臨界；D、等離子體。一種將流體運動能量轉(zhuǎn)換為電能的方法，采用至少兩個葉輪盤結(jié)構(gòu)，兩個葉輪盤 實現(xiàn)多點緊密結(jié)合，流體經(jīng)過葉輪盤后膨脹，推動葉輪旋轉(zhuǎn)，帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)子運動，發(fā)電機 轉(zhuǎn)子與發(fā)電機定子相互運動，將流體的運動壓力能量轉(zhuǎn)換為電能。流體選擇自下列至少一種或其混合物A、液體；B、氣體；C、超臨界；D、等離子體。有益的效果如下1、采用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和方法進行發(fā)電，可以實現(xiàn)多種流體的混合發(fā)電，對流體沒 有限制，擴大了流體的應用和種類，便于利用多種的流體實現(xiàn)發(fā)電。2、本發(fā)明可以實現(xiàn)lw-3000kw的各種發(fā)電，尤其適合于5kw-200kw的各種發(fā)電；
3、本發(fā)明適合于利用太陽能、余熱、余壓、地熱的“低品位熱能”進行發(fā)電，以及適 合于采樣低溫有機工作介質(zhì)實現(xiàn)的發(fā)電，特別是采用有機郎肯循環(huán)實現(xiàn)的發(fā)電。4、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，便于在不同的行業(yè)和領(lǐng)域使用。5、本發(fā)明降低了發(fā)電設(shè)備的成本，提高了發(fā)電的效能。


附圖中標號具體含義如下1 葉輪，2 葉片，3 轉(zhuǎn)軸，4 渦室，5 噴嘴，6 密閉腔體，7 流體進口，8 流體出 口，9 殼體，10 變速箱，11 發(fā)電機轉(zhuǎn)子，12 發(fā)電機定子。圖1 開啟式葉輪及葉片；將葉片2固定在一個帶有轉(zhuǎn)軸的基座上，形成葉輪1，葉輪1的葉片的形狀可以有 多種，常用的有單圓弧、雙圓弧、直葉片、三元葉片，根據(jù)需要可以設(shè)計成為其他形狀，但是 主要的原則是葉片的設(shè)計需要使得流體產(chǎn)生最大的膨脹功。圖2 封閉式葉輪及葉片；將葉片2固定在一個帶有轉(zhuǎn)軸的基座上，同時在葉片上再設(shè)置一個殼體，使得葉 片被兩面的殼體包圍成為一個封閉的腔體，該腔體內(nèi)形成了多個流體流入和流出的通道， 構(gòu)成封閉式葉輪。常用的有單圓弧、雙圓弧、直葉片、三元葉片，根據(jù)需要可以設(shè)計成為其他 形狀，但是主要的原則是葉片的設(shè)計需要使得流體產(chǎn)生最大的膨脹功。圖3 帶有變速箱的葉輪發(fā)電機圖4:多級葉輪發(fā)電機
具體實施例方式實施例一帶有增壓腔體的單機葉輪發(fā)電機如圖3所示，開啟式的葉輪2設(shè)置在一個殼體9內(nèi)，流體從流體進口 7進入，經(jīng)噴 嘴5噴射在葉輪2上面，推動葉輪2旋轉(zhuǎn)，葉輪帶動轉(zhuǎn)軸3進行旋轉(zhuǎn)后，帶動設(shè)置在轉(zhuǎn)軸上的 發(fā)電機轉(zhuǎn)子11進行旋轉(zhuǎn)，形成與發(fā)電機定子12的相互運動，流體將噴嘴5噴射到葉輪上， 將流體的運動能量轉(zhuǎn)換機械能，發(fā)電機轉(zhuǎn)子和定子將機械能轉(zhuǎn)換為電能，實現(xiàn)流體的發(fā)電。流體從流體出口 8排除后，進入到渦室，增壓后排出。本案例中采用R123為工作介質(zhì)，發(fā)電功率為5kw。實施例二 帶有變速箱的葉輪發(fā)電機如圖4所示，本例中發(fā)電的流體工作介質(zhì)為高壓低溫有機工作介質(zhì)R134a，流體從 流體進口 7進入到腔體內(nèi)，經(jīng)噴嘴5噴射到葉輪上2，流體在葉輪進行噴射和膨脹做工，推動 轉(zhuǎn)軸3轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)軸經(jīng)變速箱體10將轉(zhuǎn)速變換為3000轉(zhuǎn)，在變速箱體10上連接有發(fā)電機轉(zhuǎn) 子11和發(fā)電機定子12，轉(zhuǎn)子和定子相對運動產(chǎn)生電能，實現(xiàn)將流體的運動能轉(zhuǎn)換為電能。上述案例中，都可以采用液體、氣體、等離子體或液體與氣體的混合物發(fā)電，這樣 可以充分的利用余熱余壓，或者利用太陽能、淺層地表熱能以及傳統(tǒng)能源進行補充。
權(quán)利要求
1.葉輪流體發(fā)電機，由發(fā)電機轉(zhuǎn)子、發(fā)電機定子、葉輪、殼體組成，其特征是至少含有 一個葉輪盤，在葉輪盤上設(shè)置有多個葉片，發(fā)電機轉(zhuǎn)子與葉輪轉(zhuǎn)軸連接，殼體將葉輪或葉輪 及發(fā)電機轉(zhuǎn)子、發(fā)電機定子密閉成為一個腔體，殼體上設(shè)置有流體進口和出口，流體從進口 進入通過葉輪盤膨脹推動葉輪盤轉(zhuǎn)動，葉輪驅(qū)動發(fā)電機轉(zhuǎn)子和發(fā)電機定子相互運動產(chǎn)生電 能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉輪流體發(fā)電機，其特征是葉輪為封閉式或開啟式，葉片的 形狀為單圓弧、雙圓弧、直葉片、三元葉片中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉輪流體發(fā)電機，其特征是設(shè)置有多個葉輪盤，每個葉輪盤 具有一個相同的轉(zhuǎn)動軸，轉(zhuǎn)動軸與發(fā)電機的發(fā)電機轉(zhuǎn)子連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉輪流體發(fā)電機，其特征是在葉輪的轉(zhuǎn)軸兩端設(shè)置有軸承， 在軸承的內(nèi)端或外端設(shè)置有密封墊、環(huán)或膠圈。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉輪流體發(fā)電機，其特征是在流體的進口或出口處設(shè)置有 增壓的渦室，在渦室與葉片接近部位設(shè)置有噴嘴。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉輪流體發(fā)電機，其特征是葉輪上的轉(zhuǎn)動軸與發(fā)電機轉(zhuǎn)子 上的轉(zhuǎn)動軸直接連接或通過變速齒輪箱連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉輪流體發(fā)電機，其特征是殼體為真空密閉腔體、密封腔 體、封閉腔體中、開口腔體的一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉輪流體發(fā)電機，其特征是發(fā)電機定子或發(fā)電機轉(zhuǎn)子上設(shè) 置有至少下列裝置之一A、金屬線圈，該線圈在工作時接通電源；B、磁鐵；C、含有稀土元素的磁鐵。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉輪流體發(fā)電機，其特征是包括有一種流體，流體經(jīng)由殼體 的入口，經(jīng)葉輪盤膨脹后從出口流出，流體選擇自下列至少一種或其混合物A、液體；B、氣體；C、超臨界；D、等離子體。
10.一種將流體運動能量轉(zhuǎn)換為電能的方法，其特征是采用至少兩個葉輪盤結(jié)構(gòu)，兩 個葉輪盤實現(xiàn)多點緊密結(jié)合，流體經(jīng)過葉輪盤后膨脹，推動動葉輪旋轉(zhuǎn)，帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)子運 動，發(fā)電機轉(zhuǎn)子與發(fā)電機定子相互運動，將流體的運動壓力能量轉(zhuǎn)換為電能。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的葉輪流體發(fā)電方法，其特征是流體選擇自下列至少一種 或其混合物A、液體；B、氣體；C、超臨界；D、等離子體。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種流體葉輪發(fā)電機，以通過流體在葉輪上的膨脹做工，實現(xiàn)將流體的運動能量轉(zhuǎn)換為機械能，再通過發(fā)電機的定子與轉(zhuǎn)子的運動將機械能轉(zhuǎn)換為電能。流體為液體、氣體、超臨界、等離子體或其混合物。本發(fā)明的另外一個目的是提供一種將流體運動能量轉(zhuǎn)換為電能的方法。本發(fā)明特別是適合于小型的發(fā)電設(shè)備，可以實現(xiàn)1w-3000kw的各種發(fā)電，優(yōu)選區(qū)域為5kw-200kw的各種發(fā)電；適合于利用太陽能、余熱、余壓、地熱的“低品位熱能”進行發(fā)電，以及適合于采樣低溫有機工作介質(zhì)實現(xiàn)的發(fā)電，特別是采用有機朗肯循環(huán)實現(xiàn)的發(fā)電。
文檔編號F01D15/10GK102102546SQ20091025935
公開日2011年6月22日 申請日期2009年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月18日
發(fā)明者李建民 申請人:北京智慧劍科技發(fā)展有限責任公司