CN105804807A - 半封闭式有机朗肯循环透平膨胀机 - Google Patents
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Abstract
半封闭式有机朗肯透平膨胀机，发电机置于第一透平段和第二透平段之间，第一透平段包括第一透平段蜗壳、第一透平段导叶、第一透平段叶轮和第一透平段尾椎，第二透平段包括第二透平段蜗壳、第二透平段导叶、第二透平段叶轮和第二透平段尾椎；第一透平段和发电机通过第一透平段中间体相连，第一透平段密封体、第一透平段挡油环、止推径向轴承、第一透平段挡油体和第一透平段密封件设置于第一透平段中间体内；第二透平段和发电机通过第二透平段中间体相连，第二透平段密封体、第二透平段挡油环、径向轴承、第二透平段挡油体和第二透平段密封件设置于第二透平段中间体内；且第一透平段的出汽口与第二透平段的进汽口连接。
Description
技术领域
本发明涉及低温余热回收发电技术领域，具体涉及一种半封闭式有机朗肯循环透平膨胀机。
背景技术
进入“十二五”以后，国家多部委联合发布《重大技术装备自主创新指导目录（2012年版）》，“有机工质朗肯循环（ORC）透平技术”明确列入目录大纲，力求以此推动国家节能减排、减少碳量粉尘排放、降低温室效应、保护空气质量总体要求的实现。根据有机工质低沸点的特点，采用有机工质朗肯循环（简称ORC）透平，可以利用工业过程中低温热源以及地热、太阳能作为热源进行发电。ORC一般采用不同低沸点有机物（或者混合物）作为工质，选用工质时要求臭氧衰减指数（ODP）和温室效应指数（GWP）值尽可能小，同时应该尽量选择无毒性或者毒性低、不易燃、不宜爆且与设备材料和润滑油具有良好兼容性的工质。
工质的泄漏一方面对环保性和安全性造成危害，另一方面造成机组运行成本的增加。透平膨胀机是ORC系统中最难以解决的一个泄漏点，现有技术通常选用机械密封和干气密封作为轴封，然而机械密封和干气密封结构都比较复杂，制造加工要求高，而且安装与更换时比较麻烦，给系统运行带来不少困难。
目前现有技术在进行有机工质的郎肯循环研究和小功率发电机组的开发过程中采用螺杆式膨胀机，这种结构效率较低、机组功率受到本身结构和膨胀原理的限制。
发明内容
本发明提供一种半封闭式有机朗肯循环透平膨胀机，以克服现有技术有泄漏、功率小和效率低的问题。
为克服现有技术存在的不足，本发明提供的技术方案是：半封闭式有机朗肯透平膨胀机，发电机置于第一透平段和第二透平段之间，第一透平段包括第一透平段蜗壳、第一透平段导叶、第一透平段叶轮和第一透平段尾椎，第二透平段包括第二透平段蜗壳、第二透平段导叶、第二透平段叶轮和第二透平段尾椎；第一透平段和发电机通过第一透平段中间体相连，第一透平段密封体、第一透平段挡油环、止推径向轴承、第一透平段挡油体和第一透平段密封件设置于第一透平段中间体内；第二透平段和发电机通过第二透平段中间体相连，第二透平段密封体、第二透平段挡油环、径向轴承、第二透平段挡油体和第二透平段密封件设置于第二透平段中间体内；且第一透平段的出汽口与第二透平段的进汽口连接。
上述的第一透平段叶轮和第二透平段的叶轮为单级或多级透平，叶轮采用径流式叶轮或者轴流式叶轮。
上述的止推径向轴承和径向轴承采用滑动轴承或者滚动轴承。
上述的发电机为利用工质冷却的封闭电机。
上述的第一透平段密封体、第一透平段密封件、第二透平段密封体和第二透平段密封件采用梳齿密封或者迷宫密封等非接触式密封。
本发明相对于现有技术，具有如下优点和效果：
1、采用封闭电机置于两个透平段中间的半封闭式结构，具有无泄漏的特点。
2、采用两个透平段的设计，具有效率高，机组功率大的特点。对于大焓降和压比，单级透平不能有效地利用，而采用两个透平段既提高透平膨胀机的功率，又保证膨胀机效率较高。两个透平段可以选用径流式或者轴流式透平，增加了透平膨胀级数，合理分配各级焓降比例，可以保证较小的动叶圆周速度下达到最佳的速度比值，从而获得好的轮周效率。
3、采用两个透平段背靠背结构，轴向推力几乎完全平衡。
附图说明
图1是本发明的剖面示意图。
其中，1、第一透平段蜗壳2、第一透平段叶轮3、第一透平段尾椎4、第一透平段密封体5、第一透平段挡油环6、止推径向轴承7、第一透平段中间体8、第一透平段挡油体9、第一透平段密封件10、电机定子11、电机转子12、第二透平段密封件13、第二透平段挡油体、14、第二透平段中间体15、径向轴承16、第二透平段挡油环17、第二透平段密封体18、第二透平段蜗壳19、第二透平段叶轮20、第二透平段尾椎21、第二透平段导叶22、轴23、发电机罩壳24、第一透平段导叶25、第一透平段26、发电机27、第二透平段。
具体实施方式
下面通过实施例结合附图对本发明作进一步的描述。
实施例1：
参照图1，一种半封闭式有机朗肯循环透平膨胀机，包括发电机26置于第一透平段25和第二透平段27之间，第一透平段包括第一透平段蜗壳1、第一透平段导叶24、第一透平段叶轮2和第一透平段尾椎3，第二透平段包括第二透平段蜗壳18、第二透平段导叶21、第二透平段叶轮19和第二透平段尾椎20。第一透平段25和发电机26通过第一透平段中间体7相连，第一透平段密封体4、第一透平段挡油环5、止推径向轴承6、第一透平段挡油体8和第一透平段密封件9设置于第一透平段中间体内，第二透平段27和发电机26通过第二透平段中间体14相连，第二透平段密封体17、第二透平段挡油环16、径向轴承15、第二透平段挡油体13和第二透平段密封件12设置于第二透平段中间体内。
使用时，带一定过热度的气态有机工质进入第一透平段蜗壳1，将气流从管道中均匀分配到后面的第一透平段导叶24上，经导叶膨胀加速后进入第一透平段叶轮2继续膨胀做功，完成第一段膨胀做功，然后经过第一透平段尾椎3流出蜗壳进入第二透平段蜗壳19，同样，经过第二透平段导叶21膨胀加速后进入第二透平段叶轮20做功，完成第二段膨胀做功，在本例中，第一透平段叶轮和第二透平段均采用单级径流式叶轮。
发电机26采用与膨胀机做功相同的工质进行冷却，优于空气冷却和水冷却。发电机置于两个透平段之间实现半封闭式结构，杜绝了工质泄漏。
为防止轴承润滑油渗入密封处进入透平段叶轮，通过引入密封气进入第一透平段密体4和第二透平段密封体17隔绝透平油进入，该密封气可以从透平排气段引入。
Claims (5)
1.一种半封闭式有机朗肯透平膨胀机，其特征在于：发电机（26）置于第一透平段（25）和第二透平段（27）之间，第一透平段包括第一透平段蜗壳（1）、第一透平段导叶（24）、第一透平段叶轮（2）和第一透平段尾椎（3），第二透平段包括第二透平段蜗壳（18）、第二透平段导叶（21）、第二透平段叶轮（19）和第二透平段尾椎（20）；第一透平段（25）和发电机（26）通过第一透平段中间体（7）相连，第一透平段密封体（4）、第一透平段挡油环（5）、止推径向轴承（6）、第一透平段挡油体（8）和第一透平段密封件（9）设置于第一透平段中间体内；第二透平段（27）和发电机（26）通过第二透平段中间体（14）相连，第二透平段密封体（17）、第二透平段挡油环（16）、径向轴承（15）、第二透平段挡油体（13）和第二透平段密封件（12）设置于第二透平段中间体内；且第一透平段的出汽口与第二透平段的进汽口连接。
2.根据权利要求1所述的半封闭式有机朗肯透平膨胀机，其特征在于：所述的第一透平段叶轮（2）和第二透平段的叶轮（19）为单级或多级透平，所述的叶轮采用径流式叶轮或者轴流式叶轮。
3.根据权利要求1所述的半封闭式有机朗肯透平膨胀机，其特征在于：所述的止推径向轴承（6）和径向轴承（15）采用滑动轴承或者滚动轴承。
4.根据权利要求1所述的半封闭式有机朗肯透平膨胀机，其特征在于：所述的发电机（26）为利用工质冷却的封闭电机。
5.根据权利要求1所述的半封闭式有机朗肯透平膨胀机，其特征在于：所述的第一透平段密封体（4）、第一透平段密封件（9）、第二透平段密封体（17）和第二透平段密封件（12）采用梳齿密封或者迷宫密封等非接触式密封。
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