阅读说明：本技术 一种膨胀发电一体式高速膨胀机 (High-speed expander of inflation electricity generation integral type ) 是由 周东 邓浩 郭擎 张建云 文鑫 于 2019-11-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种膨胀发电一体式高速膨胀机,它结构简单紧凑,整机效率更高。包括依次设置的涡轮导流壳、高速发电机壳、排气导流壳,高速发电机壳包括高速发电机外壳体、高速发电机内壳体,高速发电机外壳体、高速发电机内壳体之间形成涡轮排气流道,且与涡轮排气口连通；高速发电机内壳体部分伸入排气导流壳内,与排气导流壳之间形成出口流道,排气导流壳背离高速发电机壳的一端为乏气排气口；高速发电机内壳体通过磁浮式径向轴承安装高速轴,高速轴对应排气口的一端设置轴流风扇,用于把涡轮排气口处的部分乏气引入高速发电机壳体内部进行降温。(The invention discloses an expansion and power generation integrated high-speed expander which is simple and compact in structure and higher in overall efficiency. The high-speed generator comprises a turbine guide shell, a high-speed generator shell and an exhaust guide shell which are sequentially arranged, wherein the high-speed generator shell comprises a high-speed generator outer shell and a high-speed generator inner shell, and a turbine exhaust runner is formed between the high-speed generator outer shell and the high-speed generator inner shell and is communicated with a turbine exhaust port; the high-speed generator inner shell part extends into the exhaust diversion shell, an outlet flow channel is formed between the exhaust diversion shell and the exhaust diversion shell, and one end of the exhaust diversion shell, which is far away from the high-speed generator shell, is an exhaust gas outlet; the high-speed shaft is installed in the high-speed generator inner shell through the magnetic suspension type radial bearing, and the axial flow fan is arranged at one end, corresponding to the exhaust port, of the high-speed shaft and used for introducing partial exhaust gas at the turbine exhaust port into the high-speed generator inner shell to cool.)

一种膨胀发电一体式高速膨胀机

技术领域

本发明涉及有机朗肯循环(ORC)发电技术领域，特别是涉及一种膨胀发电一体式高速膨胀机。

背景技术

在有机朗肯循环(ORC)发电领域中，有机工质膨胀机的效率对系统效率有较大的影响，提高膨胀机效率可以有效提高系统效率。对于常规形式的有机工质膨胀机组(即膨胀机做功后通过齿轮箱减速带动发电机发电)，从工质带动涡轮做功到发电机输出电能，其过程中的进排气壳损失、膨胀机轴承损失、机械密封损失、齿轮箱损耗、联轴器损耗等，使整机效率下降约6％～12％，对于ORC系统而言十分不利。

ORC系统中，工质在系统中循环，工质的泄漏率对系统运行的经济性有很大的影响，传统有机工质膨胀机采用机械密封对输出轴与壳体之间进行密封，机械密封为接触式密封，为损耗件，运行后期工质易发生泄漏。同时，机械密封导致膨胀机轴系加长，不利于轴系设计，且受制于其极限线速度，导致膨胀机无法继续向高转速发展。

发明内容

本发明的目的在于解决常规有机工质膨胀机效率低、结构复杂等问题，提供一种膨胀发电一体式高速膨胀机，它结构简单紧凑，整机效率更高。

本发明的目的是这样实现的：

一种膨胀发电一体式高速膨胀机，包括依次设置的涡轮导流壳、高速发电机壳、排气导流壳，所述高速发电机壳包括高速发电机外壳体、高速发电机内壳体，所述高速发电机外壳体的两端分别与涡轮导流壳、排气导流壳固定连接，形成一体式外壳；

所述一体式外壳内沿轴心线方向设置高速轴，所述涡轮导流壳内设置涡轮静子，所述涡轮静子进气端设有涡轮导流罩，所述高速轴上设置涡轮转子与涡轮静子配合，涡轮导流壳背离高速发电机壳的一端为涡轮进气口，另一端为涡轮排气口；所述高速发电机外壳体、高速发电机内壳体之间形成涡轮排气流道；所述高速轴上空套有盘状的涡轮导流板，所述涡轮导流板位于涡轮导流壳内，涡轮导流板固定在高速发电机内壳体的端部，涡轮导流板的形状与涡轮导流壳对应，涡轮导流板、涡轮导流壳之间形成导气流道，使涡轮排气口、涡轮排气流道连通；高速发电机内壳体部分伸入排气导流壳内，与排气导流壳之间形成出口流道，排气导流壳背离高速发电机壳的一端为乏气排气口；

所述高速发电机内壳体内设置发电机定子，所述高速轴上设置发电机转子与发电机定子配合，所述高速轴通过磁浮式径向轴承支撑于高速发电机内壳体，磁浮式径向轴承分布在发电机转子轴向两侧，所述高速轴上设有推力盘，所述高速发电机内壳体设有磁浮式推力轴承与推力盘配合；所述高速轴对应排气导流壳的一端设置轴流风扇，用于把涡轮排气口处的部分乏气引入高速发电机壳体内部进行降温，所述涡轮导流壳上设有通气孔供气体通过。

优选地，所述高速轴、高速发电机内壳体之间设有事故保护用滚动轴承，事故保护用滚动轴承分布在磁浮式径向轴承外侧，所述高速发电机内壳体安装事故保护用滚动轴承的部位设有通气孔供气体通过。

优选地，所述涡轮导流壳的进口端安装有涡轮进气法兰，用于对涡轮静子进行轴向定位。

优选地，所述发电机内壳体上设有散热翅片伸入涡轮排气流道中段。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

1、结构紧凑，涡轮壳体与高速发电机壳体之间相连，且涡轮排气壳与发电机壳体融为一体，省去了传统意义上的涡轮排气壳，大大地节约了空间；

2、密封效果更好，涡轮与发电机转动部件全部安装在壳体内部，整机无输出轴，全封闭式壳体保证理论泄露率为零。

3、发电效率高，涡轮转子与发电机转子同轴，提高了传递效率，

4、发电机采用磁悬浮式轴承，轴承与轴之间无相对接触，与传统膨胀机相比，得益于整体式全封闭设计，省去了机械密封，因此使用寿命、维修周期更长。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。附图中，1为涡轮进气法兰，2为涡轮导流壳，3为涡轮导流板，4为高速发电机外壳体，5为高速发电机内壳体，6为高速轴，7为发电机定子，8为散热翅片，9为排气导流壳，10为轴流风扇，11为磁浮式径向轴承，12为发电机转子，13为磁浮式推力轴承，14为推力盘，15为事故保护用滚动轴承，16为涡轮静子，17为涡轮转子，18为进气导流罩，19为通气孔。

如图1所示，一种膨胀发电一体式高速膨胀机，包括依次设置的涡轮导流壳、高速发电机壳、排气导流壳，所述高速发电机壳包括高速发电机外壳体、高速发电机内壳体，所述高速发电机外壳体的两端分别与涡轮导流壳、排气导流壳固定连接，形成一体式外壳。

所述一体式外壳内沿轴心线方向设置高速轴，所述涡轮导流壳内设置涡轮静子，所述涡轮静子进气端设有涡轮导流罩，用于进口来流气体导流，减小进气损失，所述高速轴上设置涡轮转子与涡轮静子配合，涡轮导流壳背离高速发电机壳的一端为涡轮进气口，另一端为涡轮排气口；所述涡轮导流壳的进口端安装有涡轮进气法兰，用于对涡轮静子进行轴向定位。所述高速发电机外壳体、高速发电机内壳体之间形成涡轮排气流道；所述发电机内壳体上设有散热翅片伸入涡轮排气流道中段。所述高速轴上空套有盘状的涡轮导流板，所述涡轮导流板位于涡轮导流壳内，涡轮导流板固定在高速发电机内壳体的端部，涡轮导流板的形状与涡轮导流壳对应，涡轮导流板、涡轮导流壳之间形成导气流道，使涡轮排气口、涡轮排气流道连通；高速发电机内壳体部分伸入排气导流壳内，与排气导流壳之间形成出口流道，排气导流壳背离高速发电机壳的一端为乏气排气口；

所述高速发电机内壳体内设置发电机定子，所述高速轴上设置发电机转子与发电机定子配合，所述高速轴通过磁浮式径向轴承支撑于高速发电机内壳体，磁浮式径向轴承分布在发电机转子轴向两侧，所述高速轴上设有推力盘，所述高速发电机内壳体设有磁浮式推力轴承与推力盘配合；所述高速轴对应排气导流壳的一端设置轴流风扇，用于把涡轮排气口处的部分乏气引入高速发电机壳体内部进行降温，所述涡轮导流壳上设有通气孔供气体通过。所述高速轴、高速发电机内壳体之间设有事故保护用滚动轴承，事故保护用滚动轴承分布在磁浮式径向轴承外侧，所述高速发电机内壳体安装事故保护用滚动轴承的部位设有通气孔供气体通过。

膨胀发电一体式高速膨胀机是一种轴向排气式有机工质膨胀机，主要包括涡轮部套、磁悬浮轴承式高速发电机。高速轴6上依次安装有涡轮转子17、推力盘14、高速发电机转子12以及轴流风扇10，涡轮做功后通过高速轴6带动高速发电机转子旋转，将机械能转化为电能后向外输出，高速轴6带动轴流风扇10旋转，将一部分有机工质乏气通过涡轮导流壳上的通气孔19，以及高速发电机内壳体5涡轮侧的通气孔19引入至高速发电机壳体内部，再通过高速发电机内壳体5上排气侧的通气孔19排出，对轴承以及发电机转子进行降温。高速发电机壳体分为内壳体5和外壳体4，内壳体以内安装有发电机定子7、磁悬浮径向轴承11、磁悬浮推力轴承13以及事故保护用滚动轴承15，磁悬浮径向轴承11与高速轴6之间具有较大的间隙，可以供气流通过，高速发电机内壳体和外壳体之间为涡轮排气流道，内壳体外侧设有沿轴向布置的散热翅片8，用于对发电机定子进行降温。涡轮导流壳2安装在高速发电机外壳体4上，导流壳上安装有涡轮静子16。涡轮进气法兰1安装在涡轮导流壳2上，并对涡轮静子16进行轴向定位。涡轮导流板3安装在发电机内壳体5上，涡轮导流板3与涡轮转子17之间留有间隙防止干涉。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。