对称双驱动低温余热发电系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了对称双驱动低温余热发电系统，包括热量收集和能量转换部分，将低温余热的热能转换成蒸汽驱动膨胀机旋转，带动发电机旋转，输出电能经变流器变变换后并入电力系统大电网，或并入工厂内部的小电网，或者给独立负载供电。膨胀机分别位于发电机的前后端、对称驱动发电机；在前后端两个膨胀机的驱动下旋转，通过前后端的膨胀机相互抵消轴向推力，减小轴承摩擦损耗，使得发电机具有很高的可靠性，增加发电机的使用寿命，提高整个系统效率。
【专利说明】对称双驱动低温余热发电系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及新的对称双驱动低温余热发电系统，属于新型的高速电机设计、电力电子变换器及低温余热回收领域。
【背景技术】
[0002]近现代工业文明的崛起和世界各国经济的飞速发展，得益于石化能源，如石油、天然气、煤，和核能的广泛开发和使用。上世纪中后期，世界人口迅速增加，以资源和环境为代价的经济快速增长，地球上的资源以空前的速度被消耗殆尽，同时，人口的增长和经济的发展，也给人类赖以生存的环境造成了巨大压力，环境污染和全球变暖问题日益严重。虽然，提高能源利用效率能在一定程度上缓解能源危机，但不能从根本上解决能源紧缺问题，所以要想实现世界经济的持续稳定快速增长，就必须首先解决能源问题，开发清洁的可再生能源，实现能源的可持续利用。
[0003]在新能源的开发利用过程中，风能、太阳能、生物质能、海洋能、地热能等能源逐渐得到了利用，特别是最近几年国家对新能源开发与利用的政策扶持与补助，使得风能和太阳能等新能源得到了开发，据不完全统计，截止到2010年中国风电累积装机容量达到44.733MW，成为世界装机容量最大的国家。风电的发展，使得电力电子及电能变换技术日趋成熟，并积累了丰富的经验，风力发电机和变流器结构及控制的优点在风电的应用中，得到体现。
[0004]我国工业的快速发展建立在资源和能源的一次利用的基础上，其能源的利用效率并不高，很多能源在一次利用后无法回收利用，给环境造成了很大的破坏。以硫酸、水泥、玻璃、钢铁等制造工厂为例，大量废热、废气、废烟等余热资源大约占到工业总能耗量的20%。余热资源大体可以分为:高温(温度高于650°C)、中温(温度介于230°C _650°C之间)、低温(温度在230°C以下)。目前，中高温余热已经得到利用，低温(230°C以下)的余热利用很少，且利用效率很低。各国政府和能源公司投入了大量的人力和物力研发余热回收利用和发电并网，《2010热电联产发展规划及2020年远景目标》等一系列有关余热资源回收利用的政策、措施的出台，为我国低温余热发电技术的研发和利用提供了政策保障和科研支撑。
[0005]我国地域辽阔，地热资源丰富，尤其以中、低温地热储量最为丰富。目前，由于地热温度低(小于200°C )、地热发电开发成本高，地热利用基本处于直接利用阶段，工业加工、民用采暖和空调、洗浴、医疗、农业温室、农田灌溉、土壤加温、水产养殖、畜禽饲养等，效率很低，早期的基于发电机的余热发电并网利用效率低，发电机损耗大，功率因数低，体积大，噪声干扰很大。并网系低温余热发电系统将地热(或余热)加热低沸点(<50°C)介质，使之变成气态，并在一定的压力下推动膨胀机带动发电机旋转，产生交流电能，并通过这种变流器换成与电网同频率的交流电能馈入电网或者其它独立负载需要的频率和电压，就实现了低温地热(或余热)转换成可利用的电能。就实现了低温地热(或余热)转换成可利用的电能，被用于地热发电之后的温水还可以用于民用生活，极大提高地热的利用效率。
[0006]单驱动余热发电系统电能转换效率低，且由于发电机不只是受到径向应力，还受到轴向应力、受力不均匀，对轴承的要求很高，可靠性低，不适合转速很高的场合。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在对现有国内有机朗肯循环余热发电系统电能转换效率低、使用寿命短、维护周期长的问题，提供一种高效、可靠性高的对称双驱动低温余热发电系统。
[0008]为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案:对称驱动低温余热发电系统，包括包括蒸发器、膨胀机1、膨胀机I1、冷凝器、工质泵、进气调节阀、出气调节阀、发电机。冷凝器的出口端通过工质泵连接到蒸发器；所述膨胀机具有与蒸发器连接的膨胀机进口以及顶端设置并与冷凝器连接的膨胀机出口，膨胀机I，II发电机的前后轴伸端，轴伸处用对称的双平键传递扭矩，发电机在双膨胀机驱动下旋转对外输出电能。经变流器变换后并入并入电力系统大电网，或并入工厂内部的小电网，或者给独立负载供电，就实现了低温地热(或余热)转换成可利用的电能。防止发电机和膨胀机内的工质互相流通；在发电机前后端盖处进行专用的O型圈进行动密封；所述发电机选用冷却液与做功的介质一样，在机座上分别设有与工质泵连接的冷却液进口和与冷凝器连接的冷却液出口，发电机包括转子部件和有绕组的定子部件，均由冷却介质冷却，冷却介质为氟利昂或空气，使得高速旋转的体转子得到充分的冷却，有效的降低转子温度。发电机发电机卧式安装，可由感应发电机、电励磁同步发电机、永磁同步发电机、开关磁阻发电机代替。
[0009]发电系统采用对称双膨胀机驱动产生电能，膨胀机为径向轴流式结构。
[0010]所蒸发器输出的做功介质经分流阀均分成两条支路，分别驱动两台膨胀机1、膨胀机II旋转；膨胀机1、膨胀机II直接固定在发电机的前后轴伸端，轴伸处用对称的双平键传递扭矩，驱动发电机旋转发电。
[0011 ] 所述发电机采用卧式安装。
[0012]所述步发电机转速高，效率高；采用Y接法绕组结构，消除高次谐波对转子发热的影响。轴承选用高速接触性轴承(球轴承、滑动轴承、陶瓷轴承)或非接触轴承(空气轴承、磁悬浮轴承)。
[0013]所述发电机输出电能经变流器变换后发电机输出电能经变流器变换后并入电力系统大电网，或并入工厂内部的小电网，或者给独立负载供电。
[0014]本发明与现有技术相比，具有如下优点:对于工厂余热、地质能、太阳能等低温热源，通过本系统收集转换成与电网同频率、同幅值的交流电能，变换后并入电力系统大电网，或并入工厂内部的小电网，或者给独立负载供电；具有很强的抗干扰和低电压穿越能力。所述膨胀机1、膨胀机II分别位于发电机的前后端、对称驱动发电机；在前后端两台膨胀机1、膨胀机II的驱动下旋转，通过前后端的膨胀机1、膨胀机II相互抵消轴向推力，减小局部应力或扭矩，减小轴承摩擦损耗，使得发电机具有很高的可靠性，增加发电机的使用寿命，提高整个系统效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1对称双驱动低温余热发电系统拓扑结构图
[0016]图中:蒸发器1、膨胀机I 2、冷凝器3、工质泵4、发电机5、膨胀机II 6、轴承7、分流阀8、进气调节阀9、进气调节阀10、变流器11、平键(12)。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明的内容做进一步详细说明。
[0018]实施例:请参阅图1所示，对称双驱动低温余热发电系统，包括蒸发器1、膨胀机I 2、膨胀机II 6、冷凝器3、工质泵4、分流阀(8)，进气调节阀9、进气调节阀10、发电机5。冷凝器3的输出端通过工质泵4连接到蒸发器I ;所述膨胀机I 2和膨胀机II 6拥有与蒸发器I连接的膨胀机I 2进口膨胀机II 6进口 G以及与冷凝器3连接的膨胀机I 2的出口 F膨胀机II 6的出口 E ;发电机5连接在膨胀机I 2和膨胀机II 6的中间，在膨胀机I 2和膨胀机II 6的拖动下旋转；发电机5转子在轴承7支撑下高速旋转，经变流器11变换后对外输出电能。变换后并入电力系统大电网，或并入工厂内部的小电网，或者给独立负载供电。
[0019]本实施例工作过程如下:工厂的废热或地热等低温热源，温度在60°以上以热水的形式进入蒸发器I后加热低沸点的介质，液态低沸点介质在受热后变成气态，经管道推动发电机5的前后轴伸端，膨胀机I 2旋转，轴伸7处用对称的平键传递能量。做功完成的气态介质经管道回到冷凝器3，在冷水带走气态介质的热量后，气态介质变成液态，液态介质再工质泵的压力下回到蒸发器I中继续循环。
[0020]上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含与本案的专利范围中。
【权利要求】
1.对称双驱动低温余热发电系统，其特征在于:包括蒸发器(I)、膨胀机I(2)、膨胀II(6)、冷凝器(3)、工质泵(4)、分流阀(8)、进气调节阀(9)、进气调节阀(10)、发电机(5)、平键(12);冷凝器(3)的输出端通过工质泵(4)连接到蒸发器(I);所述膨胀机I (2)和膨胀II (6)拥有与蒸发器(I)连接的膨胀机I (2)和膨胀机II (6)的进口以及与冷凝器(3)连接的膨胀机I (2)、和膨胀II (6)的出口 ；膨胀机I (2)和膨胀II (6)直接固定在发电机(5)的前后轴伸端，用对称双平键(12)传递扭矩，在膨胀机I (2)及膨胀II (6)的驱动发电机转子在轴承(7 )支撑下高速旋转，经变流器(11)变换后对外输出电能。
2.根据权利要求1所述对称双驱动低温余热发电系统，其特征在于:蒸发器(I)输出的做功介质经分流阀(8)均分成两条支路，分别驱动两台膨胀机I (2)、膨胀机II (6)旋转；膨胀机I (2)、膨胀II (6)直接固定在发电机(5)的前后轴伸端，轴伸处用对称的双平键(12)传递扭矩，驱动发电机(5 )旋转发电。
3.根据权利要求1所述对称双驱动低温余热发电系统，其特征在于:发电机(5)输出电能经变流器(11)变换后并入电力系统大电网，或并入工厂内部的小电网，或者给独立负载供电。
4.根据权利要求1所述对称双驱动低温余热发电系统，其特征在于:所述发电机(5)包括转子部件和有绕组的定子部件，均由冷却介质冷却，冷却介质为氟利昂或空气。
5.根据权利要求1所述对称双驱动低温余热发电系统，其特征在于:发电机(5)卧式安装，可由感应发电机、电励磁同步发电机、永磁同步发电机、开关磁阻发电机代替。
6.根据权利要求1所述对称双驱动低温余热发电系统，其特征在于:所述发电机(5)的轴承(7)选用高速接触性轴承(球轴承、滑动轴承、陶瓷轴承)或非接触轴承(空气轴承、磁悬浮轴承)。
【文档编号】H02J3/38GK203856522SQ201320883223
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2013年12月31日 优先权日:2013年12月31日
【发明者】黄晟, 王家堡, 张文娟, 廖武 申请人:湖南齐力达电气科技有限公司