自润滑涡旋膨胀发电机组的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及发电机领域和热电转换领域，具体涉及一种自润滑涡旋膨胀发电机组，应用于有机朗肯循环系统，实现热能到电能的转换。
【背景技术】
[0002]近年来，利用有机工质朗肯循环(ORC)在低温热源做功和发电设备中获得迅速发展，电能是品位较高的能量形式，将低品位热能转化为电能无疑非常具有吸引力。中小型ORC发电机组中多采用容积式膨胀机，其中，涡旋膨胀机因其具有零件少、结构简单紧凑、体积小、容积效率高、气流脉动小、泄漏量少等优点而得到广泛应用。
[0003]但一直以来，涡旋膨胀机存在机械部件润滑不足或润滑油系统过于复杂的情况。例如，中国专利201110363398.1公开了一种涡旋膨胀发电机及朗肯循环热电转换系统，其采取的润滑方式是:润滑油管道穿过壳体的侧壁，位于壳体内的一端与支架进油孔相连，位于壳体外的一端与外部的高压低温润滑油输入装置连接，其中，高压低温润滑油输入装置包括通过管道依次连接的冷凝器、高压栗和过滤器，整个润滑系统结构复杂，且转轴顶部与动涡盘的配合面难以得到润滑，润滑效果较差。再如，中国专利201310021129.6公开了一种高效可靠涡旋膨胀发电机，其采取的润滑方式是:工质混合有润滑油，润滑油完全随工质从膨胀机入口进入，经过动盘组件后的工质通过与曲轴同步转动的平衡块的旋转碰撞以及离心力的作用向周围飞溅，使工质中的润滑油喷洒至平衡块周围的部件上，该润滑方式存在的问题是:因有机工质与润滑油互溶性非常好，难以分离，进入润滑部件的润滑液绝大部分为工质，因而润滑效果差，且含高压工质的润滑油会增加工质膨胀后的背压，影响膨胀效率；同时，利用平衡块飞溅喷洒润滑油，难以保证润滑油能到达需润滑的各部件或部位，润滑效果难以保证。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是:提供一种自润滑涡旋膨胀发电机组，该发电机组采用结构简单的润滑系统，润滑部位全面，能降低润滑油对工质膨胀做功的影响，工质膨胀效率高，机组发电效率高。
[0005]为解决上述技术问题，本发明的技术方案是，自润滑涡旋膨胀发电机组，包括:封闭壳体和设置于所述封闭壳体内的涡旋膨胀机以及由所述涡旋膨胀机驱动的发电机，所述封闭壳体的一端设有吸气口，所述封闭壳体的另一端设有排气口，所述涡旋膨胀机靠近所述吸气口，所述发电机靠近所述排气口 ；所述涡旋膨胀机包括静涡盘和动涡盘，所述动涡盘的侧壁与所述静涡盘的侧壁啮合并形成膨胀腔；所述发电机包括发电机定子和发电机转子，所述发电机转子的转轴第一端与所述动涡盘连接，所述转轴的内部设有润滑油通道，所述润滑油通道包括沿轴向贯通的轴向润滑油通道以及与所述轴向润滑油通道连通的径向润滑油通道，所述径向润滑油通道的位置与所述转轴上的轴承安装位置相对应；所述转轴的第二端内部设置有由所述转轴驱动的用于向所述轴向润滑油通道供油的供油件。
[0006]本发明的自润滑涡旋膨胀发电机组运行前，在其封闭壳体内的下部注入润滑油，润滑油液位达到供油件处；发电机组运行过程中，高温高压的气体工质自封闭壳体上的吸气口进入涡旋膨胀机的膨胀腔，膨胀做功过程中，气体推动动涡盘运动，由动涡盘带动发电机转子转动切割磁力线产生感应电动势，由发电机定子对外输出电能，膨胀做功后的低温低压气体工质自封闭壳体上的排气口排出；发电机转子转动过程中，设于其转轴第二端内部的供油件随转轴的转动不断将润滑油加压并供入轴向润滑油通道内，一部分润滑油自径向润滑油通道流出，对安装于转轴上的轴承进行润滑，另一部分润滑油自轴向润滑油通道的端部流出，对动涡盘与转轴的配合端面进行润滑，润滑后的润滑油经膨胀后的气体工质冷却，在重力作用下流回封闭壳体下部，本发明发电机组中的润滑系统结构简单，润滑部位全面，所有相对运动的机件皆能得到良好润滑；由于大部分的润滑油流回封闭壳体，只有极少量的润滑油随工质流体自排气口排出进入有机朗肯循环系统，因此润滑油对工质膨胀做功的影响非常小，工质膨胀效率高；同时，由于涡旋膨胀机及由其驱动的发电机设在封闭壳体内，涡旋膨胀机靠近封闭壳体上的吸气口，发电机靠近封闭壳体上的排气口，发电机组运行过程中，涡旋膨胀机出口的低温低压气体工质可对发电机进行有效冷却，发电机无需另设冷却机构，提高了发电机的发电效率，简化了机组结构；而且，由于涡旋膨胀机出口为低压环境，因而降低了对发电机定子和发电机转子的承载要求；涡旋膨胀机和发电机设在封闭壳体内，整个机组密封性好，避免了工质泄漏。
[0007]以下是对本发明的自润滑涡旋膨胀发电机组的多处优化改进:
[0008]其中，所述供油件大致呈人字形结构，包括与所述转轴的内壁固定安装的安装部和固设于所述安装部上的两个叶片，两个所述的叶片分别倾斜设于所述安装部的两侧，且倾斜方向相反。转轴的转动，一方面使发电机转子切割磁力线产生感应电动势，由发电机定子对外输出电能；另一方面，带动结构简单的人字形供油件转动，由倾斜方向相反的两个叶片对润滑油加压并向润滑油通道供油，对相对运动的机件进行润滑，润滑油的供给无需额外的动力。
[0009]其中，所述动涡盘和静涡盘之间设置有防止所述动涡盘自转的防转机构。防转机构的设置，确保高温高压的气体工质进入膨胀腔膨胀做功，推动动涡盘运动过程中，动涡盘仅发生平动，而不会发生自转现象。
[0010]其中，进一步地，所述防转机构包括套设在所述动涡盘外的圆环体，所述圆环体的一个端面上沿直径方向设有两个第一凸块，所述圆环体的另一个端面上沿直径方向设有两个第二凸块，两个所述第一凸块的连线垂直于两个所述第二凸块的连线；所述静涡盘上设置有与所述第一凸块滑动配合的静涡盘滑槽；所述动涡盘上设置有与所述第二凸块滑动配合的动涡盘滑槽。更进一步地，所述动涡盘的外周上对应于每一个所述动涡盘滑槽处分别设有两个向外延伸的限位部，两个所述限位部之间形成所述动涡盘滑槽。
[0011]发电机组运行过程中，高温高压的气体工质进入膨胀腔膨胀做功过程时，借助于动涡盘滑槽与圆环体上两个第二凸块的滑动配合，确保动涡盘仅沿X方向运动；借助于静涡盘滑槽与圆环体上两个第一凸块的滑动配合，确保圆环体带动动涡盘沿Y方向运动，从而实现动涡盘在平面内沿X、Y方向运动即平动；限位部的设置防止了动涡盘平动过程中发生自转，确保动涡盘平动带动转轴转动实现发电目的。
[0012]其中，所述转轴为偏心轴，在所述转轴上设置有平衡结构。
[0013]其中，所述封闭壳体包括依次密封连接的上壳体、中壳体和下壳体，所述吸气口设于所述上壳体，所述排气口设于所述下壳体。封闭壳体采用组件结构，便于涡旋膨胀机和发电机的安装与维护。
[0014]综上所述，本发明的自润滑涡旋膨胀发电机组，润滑系统简单，润滑部位全面，润滑油对工质膨胀做功的影响小，工质膨胀效率高，机组发电效率高，机组密封性好，避免了工质泄漏，运行可靠。
【附图说明】
[0015]图1是本发明实施例的自润滑涡旋膨胀发电机组结构剖视示意图；
[0016]图2是图1中的静涡盘结构示意图；
[0017]图3是图1中的动涡盘结构示意图；
[0018]图4是图1中的防转机构结构示意图；
[0019]图5是图4的A-A剖视示意图；
[0020]图6是图1中的转轴结构剖视示意图；
[0021]图7是图1中的供油件结构示意图；
[0022]图8是图7的左视不意图；
[0023]图9是图7的俯视不意图；
[0024]图中:1-封闭壳体；1-上壳体；2_高低压分隔板；2a_分隔板通孔；3_静涡盘；3a-静涡盘滑槽；3b-静涡盘侧壁；3c-静涡盘进气孔；34_膨胀腔；4_动涡盘；4a_动涡盘滑槽；4al-限位部；4b-动涡盘侧壁；4c-安装孔；5_上轴承；6_上平衡块；7_主轴承；8_转轴；8a-供油件安装孔；8b-下平衡块固定螺纹孔；8c-轴向润滑油通道；8d-主轴承径向润滑油通道；8e-上平衡块安装槽；8f-上轴承径向润滑油通道；9_发电机定子；10_发电机转子；11-供油件；I Ia-安装部；I Ib-叶片；I Ic-叶片；12-下轴承支撑座；13-吸气口 ；14-中壳体；15_防转机构；15a-圆环体；15b-第一凸块；15c_第二凸块；16_动祸盘支撑件；17-主轴承支撑件；17a-支撑件通孔；18-排气口 ； 19-下壳体；20_下平衡块；21_下轴承。
【具体实施方式】
[0025]本发明的核心在于提供一种自润滑涡旋膨胀发电机组，该发电机组的润滑系统结构简单，润滑部位全面，所有相对运动的机件皆能得到良好润滑；润滑油对工质膨胀做功的影响小，工质膨胀效率高，机组发电效率高。
[0026]为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，以下结合附图和具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0027]本文中述及的“上、下”等表示方位的用语是基于附图的位置关系，不应将其理解为对保护范围的绝对限定；同理，“第一、第二”等用语仅是为了便于描述，以区分具有相同名称的不同组成部件，并不表示先后或主次关系。
[0028]如图1所示，以发电机组立式设置为例，本实施例的自润滑涡旋膨胀发电机组包括:封闭壳