對稱雙驅(qū)動低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了對稱雙驅(qū)動型低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)，包括熱量收集和能量轉(zhuǎn)換部分，將低溫余熱的熱能轉(zhuǎn)換成蒸汽驅(qū)動膨脹機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，輸出電能經(jīng)變流器變變換后并入電力系統(tǒng)大電網(wǎng)，或并入工廠內(nèi)部的小電網(wǎng)，或者給獨(dú)立負(fù)載供電。膨脹機(jī)分別位于發(fā)電機(jī)的前后端、對稱驅(qū)動發(fā)電機(jī)；在前后端兩個膨脹機(jī)的驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)，通過前后端的膨脹機(jī)相互抵消軸向推力，減小軸承摩擦損耗，使得發(fā)電機(jī)具有很高的可靠性，增加發(fā)電機(jī)的使用壽命，提高整個系統(tǒng)效率。
【專利說明】對稱雙驅(qū)動低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及新的對稱雙驅(qū)動低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)，屬于新型的高速電機(jī)設(shè)計(jì)、電力電子變換器及低溫余熱回收領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近現(xiàn)代工業(yè)文明的崛起和世界各國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，得益于石化能源，如石油、天然氣、煤，和核能的廣泛開發(fā)和使用。上世紀(jì)中后期，世界人口迅速增加，以資源和環(huán)境為代價的經(jīng)濟(jì)快速增長，地球上的資源以空前的速度被消耗殆盡，同時，人口的增長和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，也給人類賴以生存的環(huán)境造成了巨大壓力，環(huán)境污染和全球變暖問題日益嚴(yán)重。雖然，提高能源利用效率能在一定程度上緩解能源危機(jī)，但不能從根本上解決能源緊缺問題，所以要想實(shí)現(xiàn)世界經(jīng)濟(jì)的持續(xù)穩(wěn)定快速增長，就必須首先解決能源問題，開發(fā)清潔的可再生能源，實(shí)現(xiàn)能源的可持續(xù)利用。
[0003]在新能源的開發(fā)利用過程中，風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能、海洋能、地?zé)崮艿饶茉粗饾u得到了利用，特別是最近幾年國家對新能源開發(fā)與利用的政策扶持與補(bǔ)助，使得風(fēng)能和太陽能等新能源得到了開發(fā)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截止到2010年中國風(fēng)電累積裝機(jī)容量達(dá)到44.733MW，成為世界裝機(jī)容量最大的國家。風(fēng)電的發(fā)展，使得電力電子及電能變換技術(shù)日趨成熟，并積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)和變流器結(jié)構(gòu)及控制的優(yōu)點(diǎn)在風(fēng)電的應(yīng)用中，得到體現(xiàn)。
[0004]我國工業(yè)的快速發(fā)展建立在資源和能源的一次利用的基礎(chǔ)上，其能源的利用效率并不高，很多能源在一次利用后無法回收利用，給環(huán)境造成了很大的破壞。以硫酸、水泥、玻璃、鋼鐵等制造工廠為例，大量廢熱、廢氣、廢煙等余熱資源大約占到工業(yè)總能耗量的20%。余熱資源大體可以分為:高溫(溫度高于650°C)、中溫(溫度介于230°C _650°C之間)、低溫(溫度在230°C以下)。目前，中高溫余熱已經(jīng)得到利用，低溫(230°C以下)的余熱利用很少，且利用效率很低。各國政府和能源公司投入了大量的人力和物力研發(fā)余熱回收利用和發(fā)電并網(wǎng)，《2010熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)展規(guī)劃及2020年遠(yuǎn)景目標(biāo)》等一系列有關(guān)余熱資源回收利用的政策、措施的出臺，為我國低溫余熱發(fā)電技術(shù)的研發(fā)和利用提供了政策保障和科研支撐。
[0005]我國地域遼闊，地?zé)豳Y源豐富，尤其以中、低溫地?zé)醿α孔顬樨S富。目前，由于地?zé)釡囟鹊?小于200°C )、地?zé)岚l(fā)電開發(fā)成本高，地?zé)崂没咎幱谥苯永秒A段，工業(yè)加工、民用采暖和空調(diào)、洗浴、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)溫室、農(nóng)田灌溉、土壤加溫、水產(chǎn)養(yǎng)殖、畜禽飼養(yǎng)等，效率很低，早期的基于發(fā)電機(jī)的余熱發(fā)電并網(wǎng)利用效率低，發(fā)電機(jī)損耗大，功率因數(shù)低，體積大，噪聲干擾很大。并網(wǎng)系低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)將地?zé)?或余熱)加熱低沸點(diǎn)(<50°C)介質(zhì)，使之變成氣態(tài)，并在一定的壓力下推動膨脹機(jī)帶動發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生交流電能，并通過這種變流器換成與電網(wǎng)同頻率的交流電能饋入電網(wǎng)或者其它獨(dú)立負(fù)載需要的頻率和電壓，就實(shí)現(xiàn)了低溫地?zé)?或余熱)轉(zhuǎn)換成可利用的電能。就實(shí)現(xiàn)了低溫地?zé)?或余熱)轉(zhuǎn)換成可利用的電能，被用于地?zé)岚l(fā)電之后的溫水還可以用于民用生活，極大提高地?zé)岬睦眯省?br> [0006]單驅(qū)動余熱發(fā)電系統(tǒng)電能轉(zhuǎn)換效率低，且由于發(fā)電機(jī)不只是受到徑向應(yīng)力，還受到軸向應(yīng)力、受力不均勻，對軸承的要求很高，可靠性低，不適合轉(zhuǎn)速很高的場合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在對現(xiàn)有國內(nèi)有機(jī)朗肯循環(huán)余熱發(fā)電系統(tǒng)電能轉(zhuǎn)換效率低、使用壽命短、維護(hù)周期長的問題，提供一種高效、可靠性高的對稱雙驅(qū)動低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:對稱驅(qū)動低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)，包括包括蒸發(fā)器、膨脹機(jī)1、膨脹機(jī)I1、冷凝器、工質(zhì)泵、進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥、出氣調(diào)節(jié)閥、發(fā)電機(jī)。冷凝器的出口端通過工質(zhì)泵連接到蒸發(fā)器；所述膨脹機(jī)具有與蒸發(fā)器連接的膨脹機(jī)進(jìn)口以及頂端設(shè)置并與冷凝器連接的膨脹機(jī)出口，膨脹機(jī)I，II發(fā)電機(jī)的前后軸伸端，軸伸處用對稱的雙平鍵傳遞扭矩，發(fā)電機(jī)在雙膨脹機(jī)驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)對外輸出電能。經(jīng)變流器變換后并入并入電力系統(tǒng)大電網(wǎng)，或并入工廠內(nèi)部的小電網(wǎng)，或者給獨(dú)立負(fù)載供電，就實(shí)現(xiàn)了低溫地?zé)?或余熱)轉(zhuǎn)換成可利用的電能。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)前后端蓋處進(jìn)行專用的O型圈進(jìn)行動密封；所述發(fā)電機(jī)選用冷卻液與做功的介質(zhì)一樣，在機(jī)座上分別設(shè)有與工質(zhì)泵連接的冷卻液進(jìn)口和與冷凝器連接的冷卻液出口，發(fā)電機(jī)包括轉(zhuǎn)子部件和有繞組的定子部件，均由冷卻介質(zhì)冷卻，冷卻介質(zhì)為氟利昂或空氣，使得高速旋轉(zhuǎn)的體轉(zhuǎn)子得到充分的冷卻，有效的降低轉(zhuǎn)子溫度。發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)臥式安裝，可由感應(yīng)發(fā)電機(jī)、電勵磁同步發(fā)電機(jī)、永磁同步發(fā)電機(jī)、開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)代替。
[0009]發(fā)電系統(tǒng)采用對稱雙膨脹機(jī)驅(qū)動產(chǎn)生電能，膨脹機(jī)為徑向軸流式結(jié)構(gòu)。
[0010]所蒸發(fā)器輸出的做功介質(zhì)經(jīng)分流閥均分成兩條支路，分別驅(qū)動兩臺膨脹機(jī)1、膨脹機(jī)II旋轉(zhuǎn)；膨脹機(jī)1、膨脹機(jī)II直接固定在發(fā)電機(jī)的前后軸伸端，軸伸處用對稱的雙平鍵傳遞扭矩，驅(qū)動發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電。
[0011 ] 所述發(fā)電機(jī)采用臥式安裝。
[0012]所述步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速高，效率高；采用Y接法繞組結(jié)構(gòu)，消除高次諧波對轉(zhuǎn)子發(fā)熱的影響。軸承選用高速接觸性軸承(球軸承、滑動軸承、陶瓷軸承)或非接觸軸承(空氣軸承、磁懸浮軸承)。
[0013]所述發(fā)電機(jī)輸出電能經(jīng)變流器變換后發(fā)電機(jī)輸出電能經(jīng)變流器變換后并入電力系統(tǒng)大電網(wǎng)，或并入工廠內(nèi)部的小電網(wǎng)，或者給獨(dú)立負(fù)載供電。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):對于工廠余熱、地質(zhì)能、太陽能等低溫?zé)嵩?，通過本系統(tǒng)收集轉(zhuǎn)換成與電網(wǎng)同頻率、同幅值的交流電能，變換后并入電力系統(tǒng)大電網(wǎng)，或并入工廠內(nèi)部的小電網(wǎng)，或者給獨(dú)立負(fù)載供電；具有很強(qiáng)的抗干擾和低電壓穿越能力。所述膨脹機(jī)1、膨脹機(jī)II分別位于發(fā)電機(jī)的前后端、對稱驅(qū)動發(fā)電機(jī)；在前后端兩臺膨脹機(jī)1、膨脹機(jī)II的驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)，通過前后端的膨脹機(jī)1、膨脹機(jī)II相互抵消軸向推力，減小局部應(yīng)力或扭矩，減小軸承摩擦損耗，使得發(fā)電機(jī)具有很高的可靠性，增加發(fā)電機(jī)的使用壽命，提高整個系統(tǒng)效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1對稱雙驅(qū)動低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖
圖中:蒸發(fā)器1、膨脹機(jī)I 2、冷凝器3、工質(zhì)泵4、發(fā)電機(jī)5、膨脹機(jī)II 6、軸承7、分流閥8、進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥9、進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥10、變流器11、平鍵(12)?！揪唧w實(shí)施方式】
[0016]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。
[0017]實(shí)施例:請參閱圖1所示，對稱雙驅(qū)動低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)，包括蒸發(fā)器1、膨脹機(jī)I 2、膨脹機(jī)II 6、冷凝器3、工質(zhì)泵4、分流閥(8)，進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥9、進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥10、發(fā)電機(jī)5。冷凝器3的輸出端通過工質(zhì)泵4連接到蒸發(fā)器I ;所述膨脹機(jī)I 2和膨脹機(jī)II 6擁有與蒸發(fā)器I連接的膨脹機(jī)I 2進(jìn)口膨脹機(jī)II 6進(jìn)口 G以及與冷凝器3連接的膨脹機(jī)I 2的出口 F膨脹機(jī)II 6的出口 E ;發(fā)電機(jī)5連接在膨脹機(jī)I 2和膨脹機(jī)II 6的中間，在膨脹機(jī)I 2和膨脹機(jī)II 6的拖動下旋轉(zhuǎn)；發(fā)電機(jī)5轉(zhuǎn)子在軸承7支撐下高速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)變流器11變換后對外輸出電能。變換后并入電力系統(tǒng)大電網(wǎng)，或并入工廠內(nèi)部的小電網(wǎng)，或者給獨(dú)立負(fù)載供電。
[0018]本實(shí)施例工作過程如下:工廠的廢熱或地?zé)岬鹊蜏責(zé)嵩?，溫度?0°以上以熱水的形式進(jìn)入蒸發(fā)器I后加熱低沸點(diǎn)的介質(zhì)，液態(tài)低沸點(diǎn)介質(zhì)在受熱后變成氣態(tài)，經(jīng)管道推動發(fā)電機(jī)5的前后軸伸端，膨脹機(jī)I 2旋轉(zhuǎn)，軸伸7處用對稱的平鍵傳遞能量。做功完成的氣態(tài)介質(zhì)經(jīng)管道回到冷凝器3，在冷水帶走氣態(tài)介質(zhì)的熱量后，氣態(tài)介質(zhì)變成液態(tài)，液態(tài)介質(zhì)再工質(zhì)泵的壓力下回到蒸發(fā)器I中繼續(xù)循環(huán)。
[0019]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)包含與本案的專利范圍中。
【權(quán)利要求】
1.對稱雙驅(qū)動低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:包括蒸發(fā)器(I)、膨脹機(jī)I(2)、膨脹II(6)、冷凝器(3)、工質(zhì)泵(4)、分流閥(8)、進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥(9)、進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥(10)、發(fā)電機(jī)(5)、平鍵(12);冷凝器(3)的輸出端通過工質(zhì)泵(4)連接到蒸發(fā)器(I);所述膨脹機(jī)I (2)和膨脹II (6)擁有與蒸發(fā)器(I)連接的膨脹機(jī)I (2)和膨脹機(jī)II (6)的進(jìn)口以及與冷凝器(3)連接的膨脹機(jī)I (2)、和膨脹II (6)的出口 ；膨脹機(jī)I (2)和膨脹II (6)直接固定在發(fā)電機(jī)(5)的前后軸伸端，用對稱雙平鍵(12)傳遞扭矩，在膨脹機(jī)I (2)及膨脹II (6)的驅(qū)動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在軸承(7 )支撐下高速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)變流器(11)變換后對外輸出電能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述對稱雙驅(qū)動低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:蒸發(fā)器(I)輸出的做功介質(zhì)經(jīng)分流閥(8)均分成兩條支路，分別驅(qū)動兩臺膨脹機(jī)I (2)、膨脹機(jī)II (6)旋轉(zhuǎn)；膨脹機(jī)I (2)、膨脹II (6)直接固定在發(fā)電機(jī)(5)的前后軸伸端，軸伸處用對稱的雙平鍵(12)傳遞扭矩，驅(qū)動發(fā)電機(jī)(5 )旋轉(zhuǎn)發(fā)電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述對稱雙驅(qū)動低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:發(fā)電機(jī)(5)輸出電能經(jīng)變流器(11)變換后并入電力系統(tǒng)大電網(wǎng)，或并入工廠內(nèi)部的小電網(wǎng)，或者給獨(dú)立負(fù)載供電。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述對稱雙驅(qū)動低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述發(fā)電機(jī)(5)包括轉(zhuǎn)子部件和有繞組的定子部件，均由冷卻介質(zhì)冷卻，冷卻介質(zhì)為氟利昂或空氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述對稱雙驅(qū)動低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:發(fā)電機(jī)(5)臥式安裝，可由感應(yīng)發(fā)電機(jī)、電勵磁同步發(fā)電機(jī)、永磁同步發(fā)電機(jī)、開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)代替。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述對稱雙驅(qū)動低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述發(fā)電機(jī)(5)的軸承(7)選用高速接觸性軸承(球軸承、滑動軸承、陶瓷軸承)或非接觸軸承(空氣軸承、磁懸浮軸承)。
【文檔編號】H02J3/38GK103883372SQ201310745116
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】黃晟, 王家堡, 張文娟, 廖武 申請人:湖南齊力達(dá)電氣科技有限公司