阅读说明：本技术 一种适用于低温余压利用的大型有机工质发电装置 (Large-scale organic working medium power generation device suitable for low-temperature excess pressure utilization ) 是由 张晓东 黄果 李志明 唐丽丽 王鑫 张文祥 刘勐 翟璇 谢涛 赵海峰 苏正 张 于 2019-10-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种适用于低温余压利用的大型有机工质发电装置,属于有机工质透平膨胀机的技术领域,包括发电机部和机组透平部,所述发电机部与机组透平部装配成一体,机组透平部经有机工质通流膨胀做功,通过机组透平部运行驱动发电机部的转子旋转发电,且发电机部位于有机工质通流走向的相背一侧,以达到在超低排气温度下,实现透平和发电机转子一体化设计,同时解决发电机转子免受超低排气温度影响的目的。(The invention discloses a large organic working medium power generation device suitable for low-temperature residual pressure utilization, which belongs to the technical field of organic working medium turbo expanders and comprises a generator part and a unit turbine part, wherein the generator part and the unit turbine part are assembled into a whole, the unit turbine part performs through-flow expansion work through an organic working medium, a rotor of the generator part is driven to rotate through the operation of the unit turbine part to generate power, and the generator part is positioned on the opposite side of the through-flow direction of the organic working medium, so that the integrated design of a turbine and a generator rotor is realized at ultralow exhaust temperature, and the purpose that the generator rotor is prevented from being influenced by the ultralow exhaust temperature is also solved.)

一种适用于低温余压利用的大型有机工质发电装置

技术领域

本发明属于有机工质透平膨胀机的技术领域，具体而言，涉及一种适用于低温余压利用的大型有机工质发电装置。

背景技术

天然气作为一种热值高的清洁能源，是城市生活中重要的能源应用之一。在天然气的运输过程中，为保证长远距离的输送，液化天然气首先经增压到较高压力(4～10MPa)，后经管线运输到用气地区。在输送到用户过程中需要经过一到二级减压过程将压力减至0.1～0.4MPa，该部分压差可以采用减压阀来实现，但节流损失大；另外可以通过采用膨胀机膨胀做功，利用差压能发电，实现能量的梯级利用。

在小功率等级的有机工质减压透平设计中，透平尺寸均不大；基于该等级机组集装和运输的便利性和成本考虑，膨胀机采取透平与发电机转子一体化设计思路，即透平与发电机共用一根转子，透平与发电机采取单层气缸设计结构，采用磁轴承支撑转子，无工质泄露问题。经过膨胀机减压膨胀后的有机工质温度可达-30℃左右，该温度下的一体化转子设计方案中发电机设计选型难度较大，主要由于低温将影响发电机内部结构(如定子绕组)不能正常运行，须进行低温防护，但防护的同时发电机的散热问题将不能较好解决，发电机会因无法有效散热而报警停运；此外成本也将大大提高。因而，发电机的低温运行环境问题亟待解决。

发明内容

鉴于此，为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种适用于低温余压利用的大型有机工质发电装置以达到在超低排气温度下，实现透平和发电机转子一体化设计，同时解决发电机转子免受超低排气温度影响的目的。

本发明所采用的技术方案为：一种适用于低温余压利用的大型有机工质发电装置，包括发电机部和机组透平部，所述发电机部与机组透平部装配成一体，机组透平部经有机工质通流以进行膨胀做功，通过机组透平部运行驱动发电机部的转子旋转发电，且发电机部位于有机工质通流走向的相背一侧。

进一步地，还包括一体式转子，所述发电机部和机组透平部共用该一体式转子，以实现布置紧凑、降低成本以及便于整体运输的目的。

进一步地，所述发电机部包括发电机外壳和装于该发电机外壳内部的发电机定子；所述机组透平部包括透平气缸，该透平气缸设有进气腔室和出气腔室；所述发电机定子和透平气缸均与所述一体式转子相匹配。

进一步地，所述一体式转子的两端分别设有第一径向轴承和第二径向轴承，第一径向轴承和第二径向轴承分别装配于所述发电机外壳和透平气缸的内腔壁上，以对一体式转子提供足够的支撑作用力。

进一步地，所述一体式转子装有推力轴承，该推力轴承位于所述第一径向轴承和发电机定子之间，以平衡一体式转子的推力。

进一步地，所述进气腔室和出气腔室之间经有机工质通流，且进气腔室的进气温度范围在0℃到100℃之间，该温度条件下能够保证发电机安全的运行环境。

进一步地，所述透平气缸为单层缸结构且透平气缸的端部还设有端法兰，发电机外壳、透平气缸和端法兰之间均通过螺栓连接以形成封闭的外壳，该封闭的外壳具有良好的密封性，在运行过程中，能够保证无有机工质向外泄露。

进一步地，所述机组透平部为多级轴流式透平结构，采用该结构能够实现机组容量向兆瓦级提升。

本发明的有益效果为：

1.采用本发明所公开的适用于低温余压利用的大型有机工质发电装置，其将发电机部与机组透平部进行一体式设计，同时，将发电机部布置在有机工质通流走向的相背一侧，能有效避免发电机转子承受超低排气温度(-50℃～0℃)的影响，低温不会对发电机内部结构(如定子绕组)的正常运行造成影响，解决了发电机无法在低温环境下运行问题，也对大型有机工质发电的成本进行了合理的管控。

附图说明

图1是本发明所提供的适用于低温余压利用的大型有机工质发电装置的整体结构示意图；

附图中标注如下：

1-透平气缸，2-发电机外壳，3-一体式转子，4-推力轴承，5-第一径向轴承6-第二径向轴承，7-端法兰，8-发电机定子，8-发电机定子，9-进气腔室，10-出气腔室，11-发电机端，12-气机端。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义；实施例中的附图用以对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

实施例1

在本实施例中具体提供了一种适用于低温余压利用的大型有机工质发电装置，包括发电机部和机组透平部，其中，发电机部是通过转子高速旋转并切割发电机磁力线而发电；机组透平部是通过有机工质通流进行膨胀做功。所述发电机部与机组透平部装配成一体，机组透平部经有机工质通流以进行膨胀做功，通过机组透平部运行驱动发电机部的转子旋转发电，且发电机部位于有机工质通流走向的相背一侧，即发电机部相对于机组透平部的位置布置在有机工质通流走向的相反一侧，采用该方式布置发电机部有别于传统方案中，将发电机顺着通流方向布置的常规思维模式；能够避免发电机部的转子承受超低排气温度(-50℃～0℃)的影响；将发电机部设计于机组透平部的通流走向的对立侧，在进气温度不高(0～35℃)的条件下，通向发电机部内部的有机工质对发电机不会造成影响，同时还能对发电机部内发电机定子8和发电机转子进行冷却。

为实现机组容量向兆瓦级提升，将所述机组透平部为多级轴流式透平结构，在一体式转子3上分为有发电机端11和气机端12，发电机端11和气机端12分别为发电机部和机组透平部的组成部分。

为实现整个发电装置的布置紧凑、降低成本以及便于整体运输，将所述发电机部和机组透平部共用该一体式转子3，该一体式转子3装配在发电机部与机组透平部装配所形成的整体结构内。

所述发电机部包括发电机外壳2和装于该发电机外壳2内部的发电机定子8；所述机组透平部包括透平气缸1，该透平气缸1设有进气腔室9和出气腔室10；所述发电机定子8和透平气缸1分别与所述一体式转子3上的发电机端11和气机端12对应匹配，以分别实现各自的功能。将所述透平气缸1采用为单层缸结构且透平气缸1的端部还设有端法兰7，发电机外壳2与透平气缸1之间、透平气缸1与端法兰7之间均通过螺栓连接以形成封闭的外壳，在运行过程中，不会存在有机工质泄露的问题。

为实现对一体式转子3提供足够的支撑作用力，在所述一体式转子3的两端分别设有第一径向轴承5和第二径向轴承6，第一径向轴承5和第二径向轴承6分别装配于所述发电机外壳2和透平气缸1的内腔壁上。同时，为平衡转子在运动过程中的转子推力，在所述一体式转子3装有推力轴承4，该推力轴承4位于所述第一径向轴承5和发电机定子8之间。

所述进气腔室9和出气腔室10之间经有机工质通流，且进气腔室9的进气温度范围在0℃到100℃之间，在该温度条件下可以保证发电机安全的运行环境；若在进气温度不高(0～35℃)的条件下，还可对发电机部的发电机转子(即发电机端)和发电机定子8进行辅助冷却。

采用本实施例所提供的适用于低温余压利用的大型有机工质发电装置，其工作原理如下：

将有机工质从透平气缸1的进气腔室9进入，在多级轴流式透平结构中膨胀做功，进而推动一体式转子3高速旋转，从而促使一体式转子3的发电机转子部分切割发电机磁力线进行发电发电，而经过减温减压后的有机工质气体经排气腔室排出。

本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。