体积式工作膨胀机的润滑的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种用于润滑膨胀机（30）的方法，该方法包括：由蒸发器（20）提供包括润滑剂的工作介质；从包括润滑剂并且由蒸发器提供的该工作介质中分离（10）该润滑剂的至少一部分；并且向该膨胀机提供由该润滑剂的该至少一部分从该润滑剂的该分离所消耗的该工作介质。此外，提供一种具有蒸发器（20）和润滑剂分离装置（10）的设备，其中，该蒸发器被配置为蒸发包括润滑剂的工作介质并且将向膨胀机（30）提供该工作介质，该润滑剂分离装置被配置为从包括润滑剂并且由蒸发器向膨胀机提供的该工作介质中分离该润滑剂的至少一部分。
【专利说明】体积式工作膨胀机的润滑
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种体积式工作膨胀机，并且具体而言，涉及一种用于润滑该体积式工作膨胀机的方法。
【背景技术】
[0002]在现有技术中借助例如有机朗肯循环(ORC)方法已知膨胀机如汽轮机的操作，其中该ORC方法用于通过使用这样一种有机介质(例如具有低的蒸发温度的有机介质)生成电能，其中该有机介质与作为工作介质的水相比总体上在相同温度处具有更高的蒸发压力。朗肯循环装置实现克劳修斯-朗肯循环，其中在该克劳修斯-朗肯循环中原则上通过例如工作介质的状态的绝热并且等压的变化来获得电能。在这里通过工作介质的蒸发、膨胀及后续的冷凝，获得机械能并将该机械能转化成电能。原则上，通过进给泵向工作介质施加工作压力，并且在蒸发器中将形式为由燃烧或者由废热的流动所提供的热量的能量提供给工作介质。工作介质从蒸发器经由高压管流动到膨胀机，其中，在膨胀机中将工作介质膨胀至较低的压力。随后，膨胀的工作介质蒸汽流经冷凝器，其中，在冷凝器中在蒸汽状的工作介质和冷却介质之间发生热交换，在此之后，由循环过程中的进给泵将凝聚出来的工作介质返回至蒸发器。
[0003]一种具体类型的膨胀机由体积式工作膨胀机构造，其中，该体积式工作膨胀机又被称为位移膨胀机并且包括工作室并且在该工作室的体积增加期间执行工作，其中该工作室的体积在该工作介质的膨胀期间增加。将这些膨胀机实现成例如活塞式膨胀机、螺杆式膨胀机或旋涡式膨胀机的形式。该体积式工作膨胀机具体应用于功率级别小(例如，具有I至500kW的电功率)的ORC装置。然而，与涡轮机相比，体积式工作膨胀机需要由润滑剂来润滑具体而言活塞或彼此滚动的膨胀室的侧面以及工作室的滚动轴承和滑动壁。使用润滑剂也会有利地导致将膨胀机的工作区域密封，因而由于在膨胀机内的充溢而损失较少的蒸汽，因此提高了效率。
[0004]图1表示现有技术的润滑系统的示意图。从蒸发器I向膨胀机2提供工作介质。在膨胀机2中，膨胀蒸汽状态的工作介质，并且经由发电机3将释放的能量转化成电能。经由旋转油泵4向膨胀机2提供润滑剂例如润滑油。润滑剂与膨胀的工作介质一起离开膨胀机2。润滑剂以精细分布的油雾形式出现在膨胀的工作介质中，并且在油分离器5中将润滑剂与工作介质分离，因而从油分离器5向冷凝器6提供本质上不含油的工作介质。由进给泵7再次向蒸发器I提供冷凝的工作介质。由旋转油泵4再次向膨胀机2提供回收的油。
[0005]然而，现有技术中的润滑系统包括以下缺点。由于润滑剂(润滑油)在经过膨胀机2之后，在低压侧被分离，所有有必要提供旋转油泵4，其中，因为必须将润滑剂提供给在高压侧上的膨胀机2，所以旋转油泵4必须克服与用于传输工作介质的进给泵7相同的压力差，因而需要大量设备且导致对应的高成本。此外，由于离开膨胀机2的废蒸汽比向膨胀机2提供的新鲜蒸汽具有更低的密度例如低多个数量级的密度，所以需要比较大的油分离器5。此外，借助旋风分离器或偏导器实现润滑剂从工作介质的废蒸汽中的分离总是涉及含有润滑剂的废蒸汽的流动方向的显著变化，因而压力损失与相对大体积的废蒸汽的流动组合地发生，导致作用在膨胀机2上的反压并因此导致膨胀机2的效率降低。
[0006]此外，由于废蒸汽的相对大的质量或相对大的体积，所以较大的油分离器5具有当启动电机时或者在载荷变化期间具有不利的影响的特定惯性。此外，由喷嘴尤其以近似废蒸汽的温度的液态形式将润滑剂注入到新鲜蒸汽中将不期望地降低了新鲜蒸汽的温度和焓。
[0007]因此，对于此存在一种需要，并且因此本发明的目的在于提供一种用于润滑体积式工作膨胀机的方法，其中，该方法消除或至少减轻上述问题。
【发明内容】
[0008]由一种用于润滑膨胀机的方法来实现上述目的，该方法包括以下步骤。由热交换器(蒸发器)提供包括润滑剂的工作介质。工作介质部分地或完全地以蒸汽状态出现。从包括润滑剂并且由该蒸发器提供的该操作介质中分离该润滑剂的至少一部分。向该膨胀机提供由该润滑剂的该至少一部分从该润滑剂的该分离所消耗的该工作介质。
[0009]与现有技术相比，根据本发明，从由蒸发器提供的工作介质中分离该润滑剂的至少一部分。然而在现有技术中，从离开膨胀机的工作介质实现这种分离。在根据本发明的方法中可以免除旋转油泵的提供。此外，因为改为从新鲜蒸汽代替从废蒸汽中分离润滑剂，所以可将用于分离由蒸发器提供的工作介质的润滑剂的至少一部分的润滑剂分离装置制造得比现有技术更小。此外，根据本发明，通过增加相对冷的润滑剂不会不期望地减少新鲜蒸汽的温度/焓。
[0010]根据另一个实施例，根据本发明的方法包括向膨胀机提供分离的润滑剂的至少一部分。虽然在向膨胀机提供的工作介质中剩下的润滑剂的一部分用于润滑体积式工作膨胀机的工作室的彼此滚动或滑动的零件，但是根据本发明该另一个实施例，向膨胀机的润滑点提供分离的润滑剂的至少一部分。
[0011 ] 根据本发明的方法可以有利地执行用于润滑有机朗肯循环(0RC)装置的体积式工作膨胀机。因此，可以以有机工作介质的形式提供工作介质。可以例如使用氟化氢作为工作介质。虽然典型地以蒸汽状态从蒸发器向膨胀机提供工作介质，但是根据另一个实施例，润滑剂通过与工作介质的蒸汽一起夹带的油珠形式，以液态出现在包括润滑剂并且由蒸发器提供的工作介质中。然后，该油珠被润滑剂分离装置从工作介质中至少部分地分离并且在所述工作介质进入膨胀机之前被收集，因而可将油珠提供至膨胀机的润滑点。油珠形式的润滑剂可以是例如合成脂(参见以下的详细说明)。
[0012]由于润滑剂与工作介质一起经过蒸发器，所以润滑剂在从本质上是蒸汽的工作介质中被分离之后具有高温，因而当润滑剂聚集在润滑剂分离装置中时处于相对高压之下。该高压导致该润滑剂能够自由地并且具体而言无需被独立的抽吸装置抽吸就流动到膨胀机的润滑点，例如流动到必须被润滑的轴承。
[0013]另一方面并且如前所述，从润滑剂分离装置向膨胀机的润滑点提供的润滑剂较热。然而，由于润滑剂还可以有利地用于去除来自膨胀机的润滑点的热量，所以根据一个实例的根据本发明的方法包括在向膨胀机的润滑点提供分离的润滑剂之前冷却该分离的润滑剂。[0014]在这里可以直接向冷却介质(例如空气)传递润滑剂(例如润滑油)的热量。可以从这样一种管道直接向周围空气提供热量，其中，在该管道中向膨胀机的润滑点提供润滑剂，或者例如通过向管道提供肋板来改善热传递。在该情况中，热量不再可用于该过程。
[0015]另外一个选择是使用冷的工作介质来冷却。在这里，润滑剂和工作介质可以流经热交换器。然后，该在冷的工作介质被提供给蒸发器并且因此再次可用于该过程之前，热量从润滑剂传递至冷的工作介质。
[0016]因此，可以借助包括润滑剂并且被提供到蒸发器的工作介质来至少部分地实现向膨胀机的润滑点提供的分离的润滑剂的冷却。工作介质出现在蒸发器的液态上游中并且包括溶解于其内的润滑剂。该形式的工作介质，与蒸发器下游的状态相比更冷。因此，可以至少部分地经过环绕这样一种管道的冷却肋板来引导该工作介质，其中，分离的润滑剂在该管道中流向膨胀机的润滑点，并且因此工作介质可以冷却在其到膨胀机的传输路径上的润滑剂。
[0017]通过提供一种装置也实现上述目的，该装置包括:
[0018]蒸发器，该蒸发器被配置为蒸发包括润滑剂的工作介质并且向膨胀机提供该工作介质；以及
[0019]润滑剂分离装置，该润滑剂分离装置被配置为从包括该润滑剂并且由该蒸发器向该膨胀机提供的该工作介质中分离该润滑剂的至少一部分。
[0020]润滑剂分离装置可以进一步被配置为向对应的润滑点如将要被润滑的膨胀机的轴承，提供该膨胀机的分离的润滑剂的至少一部分。
[0021]根据另一个实施例，本发明的装置是使用有机工作介质的有机朗肯循环装置。
[0022]膨胀机选自于包括活塞式膨胀机、螺杆式膨胀机、蜗杆式膨胀机、叶片机及根膨胀机的组。
[0023]根据本发明的该装置可以进一步包括这样一种管道以及环绕该管道的肋板，其中，在该管道中向膨胀机的润滑点引导在该润滑剂分离装置中分离的润滑剂。
[0024]此外，提供了一种包括根据其中一个以上实例的装置的蒸汽发电机例如地热蒸汽发电机或生物质燃烧蒸汽发电机。
[0025]说明书附图
[0026]在下文中将参考附图更详细地说明本发明的其他特征和示例性实施例以及优点。应当理解的是，实施例并非穷尽本发明的领域。应当进一步理解的是，可以用不同的方式彼此组合下文所述的一些特征或所有特征。
[0027]图1表示一种根据现有技术的用于体积式膨胀机的润滑系统。
[0028]图2通过实例示出了一种根据本发明的用于体积式膨胀机的润滑系统。
【具体实施方式】
[0029]如图2所示，根据本发明的一个实例的一种用于体积式膨胀机的润滑系统包括插入在蒸发器20与膨胀机30之间的润滑剂分离装置10(在下文中以油分离器为实例)，其中，蒸发器20提供完全地或部分地汽化的工作介质，膨胀机30用于与发电机40协作以获取电能。虽然在现有技术中，如上文参考图1所述，实现润滑剂从废蒸汽流的分离，然而，根据本发明，从与润滑剂相混合并且被提供至膨胀机30的工作介质的新鲜蒸汽中分离该润滑剂的至少一部分。在油分离器10中可以提供对应的分隔板，以使得在到达膨胀机30的工作介质中仍然存在足够数量的润滑剂(润滑油)，因此可以获得对体积式工作膨胀机30的工作室的、在彼此上面滚动或滑动的零件的可靠的润滑。作为一种可选方式，可实质上在油分离器10中完全实现润滑剂的分离，并且在工作介质进入膨胀机30之前，再次向工作介质的新鲜蒸汽提供合适数量的润滑剂。
[0030]将分离的润滑油收集在油分离器10中。由于分离的润滑油在与工作介质一起流过蒸发器之后达到高温，所以分离的润滑剂在油分离器10中处于高压之下，因而它可经由到膨胀机30的对应的管道自由地流动以润滑膨胀机30的对应的润滑点。分离的润滑油除了润滑轴承之外，还能够从轴承去除损失热量。为此目的，在向膨胀机30的润滑点传输润滑油之前或期间，冷却该润滑油是有利的。可借助在到膨胀机30的润滑点的管道四周所提供的冷却肋板完成该冷却。也可以通过到由进给泵50返回的工作介质的热耦合来完成冷却，其中，该工作介质在膨胀机30中被膨胀之后经过冷凝器60以便冷凝。热量可选地直接从管道传递到周围空气，其中，在该管道中向膨胀机的润滑点提供润滑剂。根据本发明进一步的可选方式，润滑剂和工作介质可以流经热交换器。然后热量从润滑剂传递到冷工作介质。
[0031]举例来说，当经过进给泵50向蒸发器20提供润滑剂时，润滑剂以溶解形式出现工作介质中。这可以通过工作介质和润滑剂的合适的选择来实现。提供氟化氢(例如R134a、R245fa)形式的工作介质以及合成脂(例如提供商Fuchs的油系列Reniso Triton SE/SEZ)形式的润滑剂，其中，应当注意的是，在操作温度范围内不出现具有工作介质和润滑剂的对应的相分离的溶解度间隙。润滑油的沸腾温度明显高于工作介质的沸腾温度，因而润滑油在经过蒸发器20之后以液滴形式液态地出现工作介质的工作蒸汽中。
[0032]根据上述实例，由于在油分离器中分离的润滑油处于高压之下，因而该压力导致润滑油可以自由地流动至膨胀机30，无需为润滑剂提供另外的泵装置。此外，与现有技术相t匕，单位时间流经油分离器10的体积较低，因而油分离器10可以具有相对紧凑的设计，导致节省空间和成本。此外，减少了膨胀机下游的压力损失，因此，与油分离器10被设置在膨胀机30的下游的常规配置相比，能够减少经过膨胀机30的压降，因而可以提高膨胀机30的效率。此外，润滑剂直接保留在工作介质的新鲜蒸汽中或者在新鲜蒸汽的温度下向新鲜蒸汽该提供润滑剂，因而与现有技术相反，润滑剂的使用不会引起新鲜蒸汽的温度和焓的降低。
[0033]此外，体积式工作膨胀机的该创造性的润滑显著地改进ORC装置的启动行为。当启动ORC装置时，通过由蒸发建立热压力，向蒸发器20提供冷工作介质。在启动操作过程中经由(图2中未显示的)旁路线向冷凝器60提供蒸汽。同样地，向冷凝器提供液体润滑剂例如来自油分离器10的润滑油。液化的工作介质和润滑油流进进给容器，其中，从该进给容器由经过进给泵50向蒸发器20提供该液化的工作介质和润滑油。也可将润滑剂直接提供到进给容器中以溶解于工作介质中。因而，可以以节省时间的方式经过蒸发器来引导全部所提供的润滑剂的供给并且使其达到操作温度。
【权利要求】
1.一种用于润滑膨胀机的方法，包括: 由蒸发器提供包括润滑剂的工作介质，所述润滑剂以油珠形式出现在由所述蒸发器提供的所述工作介质中； 从由所述蒸发器提供的所述工作介质中分离所述润滑剂的一部分；并且 向所述膨胀机提供由所述润滑剂的所述一部分从所述润滑剂的所述分离所消耗的所述工作介质。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括向所述膨胀机提供分离的润滑剂的至少一部分。
3.根据任意一个前述权利要求所述的方法，其中，以有机工作介质的形式提供所述工作介质。
4.根据任意一个前述权利要求所述的方法，其中，分离的润滑剂被收集在润滑装置的处于压力之下的部分中，并且随后由于所述压力具体而言无需被抽吸就从该部分流向所述膨胀机的润滑点。
5.根据权利要求4所述的方法，进一步包括在向所述膨胀机的所述润滑点提供所述分离的润滑剂之前，冷却所述分离的润滑剂。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，借助于包括所述润滑剂且向所述蒸发器提供的所述工作介质，实现向所述膨胀机的所述润滑点提供的所述分离的润滑剂的所述冷却。
7.根据任意一个前述权利要求所述的方法，其中，所述工作介质包括氟化氢或者由氟化氢组成，并且所述润滑剂包括合成脂或者由合成脂组成。
8.一种装置，具有: 蒸发器，所述蒸发器被配置为蒸发包括润滑剂的工作介质并且向膨胀机提供所述工作介质，由所述蒸发器提供的所述工作介质中的所述润滑剂以油珠的形式出现；以及 润滑剂分离装置，所述润滑剂分离装置被配置为从包括所述润滑剂并且由所述蒸发器向所述膨胀机提供的所述工作介质中分离所述润滑剂的一部分。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述润滑剂分离装置进一步被配置为向所述膨胀机提供分离的润滑剂的至少一部分。
10.根据权利要求8或9所述的装置，其中，所述装置是朗肯循环装置。
11.根据权利要求8到10中的任意一个所述的装置，其特征在于，所述膨胀机选自于包括活塞式膨胀机、螺杆式膨胀机、蜗杆式膨胀机、叶片机及根膨胀机的组。
12.根据权利要求8到11中的任意一个所述的装置，进一步包括: 管道，其中在所述管道中向所述膨胀机的所述润滑点导向在所述润滑剂分离装置中分离的所述润滑剂；以及 环绕所述管道的冷却肋板。
13.根据权利要求8到12中的任意一个所述的装置，进一步包括以这样一种方式提供的热交换器，其中，所述方式使得经过所述热交换器导向所述润滑剂和所述工作介质，因而，在向所述蒸发器提供冷工作介质之前，向冷工作介质传递来自所述润滑剂的热量。
14.一种蒸汽发电站，包括根据权利要求8到13中的任意一个所述的装置。
【文档编号】F01K25/10GK103842625SQ201280005633
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2012年1月9日 优先权日:2011年1月17日
【发明者】安德烈亚斯·舒斯特, 理查德·奥曼, 安德烈亚斯·西歇特 申请人:奥尔灿能源有限公司