一种透平膨胀发电装置及系统的制作方法

本实用新型涉及气体发电机技术领域，具体而言，涉及一种透平膨胀发电装置及系统。

背景技术：

近年来的透平膨胀发电机组其常规总体布置结构与运行原理为：透平膨胀机的叶轮驱动主轴通过低速联轴器与减速箱高速轴联接；叶轮驱动主轴的扭矩通过减速箱传递到低速轴并减速输出；低速轴通过低速联轴器与发电机的转轴相联，以驱动发电机转动进而发电。一般情况下，每一级透平膨胀机自带叶轮驱动主轴，并且每一级透平膨胀机的主轴独立对应一根齿轮轴。对于多级膨胀的情况，若继续采用这种一对一的方案，增加了齿轮副和轴承对数，使轴系复杂，传动不稳定，机械能损失大，机械效率低。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种透平膨胀发电装置，通过将两台透平膨胀机的叶轮设置在同一根齿轮轴的两端上，以改善上述问题。

本实用新型的另一目的在于提供一种透平膨胀发电系统，其能提高系统的稳定性。

本实用新型较佳实施例提供一种透平膨胀发电装置，包括：发电机、第一透平膨胀机、第二透平膨胀机以及减速箱。

所述减速箱用于联接所述第一透平膨胀机、第二透平膨胀机和发电机，其中：

所述第一透平膨胀机包括第一叶轮，所述第二透平膨胀机包括第二叶轮。

所述减速箱包括与所述发电机联接的第一齿轮轴和与所述第一透平膨胀机、第二透平膨胀机联接的第二齿轮轴，所述第一齿轮轴和第二齿轮轴通过齿轮啮合。所述第一透平膨胀机和第二透平膨胀机分别设置在所述第二齿轮轴两端，所述第二齿轮轴作为所述第一透平膨胀机和第二透平膨胀机的主轴，所述第一叶轮、第二叶轮与所述第二齿轮轴联接。

进一步地，上述透平膨胀发电装置还包括用于联接所述第一齿轮轴和所述发电机的转轴的低速联轴器，所述低速联轴器包括膜片低速联轴器或滑块低速联轴器。

进一步地，上述透平膨胀发电装置还包括用于检测所述第一齿轮轴、所述第二齿轮轴或所述电机的转轴转速中的至少一项的转速传感器。

进一步地，上述透平膨胀发电装置中的所述减速箱包括与所述第一齿轮轴、第二齿轮轴配合的径向止推轴承。

进一步地，上述透平膨胀发电装置中的所述第一叶轮、第二叶轮包括多片导叶以及对所述多片导叶的角度进行调整的导叶角度调节部件。

进一步地，上述透平膨胀发电装置中的所述第二齿轮轴包括用于固定所述第一叶轮、第二叶轮的固定件。

进一步地，上述透平膨胀发电装置中的所述固定件包括螺钉或螺栓。

进一步地，上述透平膨胀发电装置还包括分别设置在所述第一透平膨胀机和第二透平膨胀机上的用于检测气体流量的流量传感器。

进一步地，上述透平膨胀发电装置还包括与所述流量传感器连接的用于显示气体流量数据信息的显示器。

本实用新型较佳实施例还提供一种透平膨胀发电系统，该透平膨胀发电系统包括上述的透平膨胀发电装置。

本实用新型提供的透平膨胀发电装置与现有技术相比，本实用新型提供的透平膨胀发电装置取消了各级透平膨胀机自身的轴承箱，每台透平膨胀机减少一副轴承，减少了透平膨胀机与减速箱之间的高速联轴器。使透平膨胀机结构更简单、紧凑。减速箱包括与透平膨胀机联接的第二齿轮轴，两台透平膨胀机各自的叶轮与第二齿轮轴直挂，第二齿轮轴作为两台透平膨胀机共用的主轴，使减速箱轴系减少，轴承、齿轮副对数减少，减少了机械能的损耗，提高了机械效率。同时第二齿轮轴两端分别连接有一个叶轮，使其第二齿轮轴的轴向力的平衡，提高发电装置运行时的可靠性。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为现有的单侧透平膨胀发电装置的示意图。

图2为现有的双侧透平膨胀发电装置的示意图。

图3为本实用新型较佳实施例提供的单侧透平膨胀发电装置的示意图。

图4为本实用新型较佳实施例提供的透平膨胀发电装置在图3中I部位的局部放大示意图。

图5为本实用新型较佳实施例提供的双侧透平膨胀发电装置的示意图。

图标：100-透平膨胀发电装置；110-膨胀机转轴；120-轴承箱；130-高速联轴器；140-减速箱；141-第一齿轮轴；142-第二齿轮轴；143-径向止推轴承；150-发电机；160-第一透平膨胀机；161-第一叶轮；170-第二透平膨胀机；171-第二叶轮；180-低速联轴器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参照图1，现有的透平膨胀发电装置100的透平膨胀机自身带有膨胀机转轴110，并包括用于保护膨胀机转轴110的轴承箱120。现有的透平膨胀发电装置100利用高速联轴器130实现所述膨胀机转轴110与减速箱140转轴的联接以及扭矩的传递。由于增加了传递过程中的联接部件，使整个设备的机械能传递的效率低，同时还增加了设备的体积。整台膨胀机位于减速箱140的一侧，所述膨胀机转轴110与减速箱140转轴的轴向力不平衡，径向止推轴承143烧瓦的风险高。

请参照图2，现有的透平膨胀发电装置100扩展膨胀机时，一般是在减速箱140的两侧各设置一台膨胀机，构成一台2级膨胀发电装置，这将增加更多的联接部件，使机械能的传递效率更低。

请参照图3，本实用新型的实施例提供了一种结构简单、紧凑的透平膨胀发电装置100，所述透平膨胀发电装置100包括：发电机150、第一透平膨胀机160、第二透平膨胀机170以及减速箱140。

所述减速箱140用于联接所述第一透平膨胀机160、第二透平膨胀机170和发电机150。其中，所述第一透平膨胀机160包括第一叶轮161，所述第二透平膨胀机170包括第二叶轮171。

所述减速箱140包括与所述发电机150联接的第一齿轮轴141和与所述第一透平膨胀机160、第二透平膨胀机170联接的第二齿轮轴142，所述第一齿轮轴141和第二齿轮轴142通过所述减速箱140中的齿轮啮合。所述减速箱140可以是，但不限于，齿轮减速器，所述齿轮减速器可以是单级齿轮减速器或多级齿轮减速器等。齿轮可以做成，但不限于是，直齿、斜齿或人字齿的齿轮。所述第一透平膨胀机160和第二透平膨胀机170分别设置在所述第二齿轮轴142两端，所述第二齿轮轴142作为所述第一透平膨胀机160和第二透平膨胀机170的主轴，所述第一叶轮161、第二叶轮171与所述第二齿轮轴142联接。

具体地，所述第一透平膨胀机160、第二透平膨胀机170可以位于所述减速箱140的同一侧，可以以一台第一透平膨胀机160和一台第二透平膨胀机170组成一台2级膨胀发电装置。所述第一透平膨胀机160和所述第二透平膨胀机170内部需保持良好的气密性，除了设置的进气口和出气口外，没有漏气的孔或缝隙。所述第一透平膨胀机160和第二透平膨胀机170的工作原理相同，所述第一叶轮161与第二叶轮171共用一根所述第二齿轮轴142，且共同驱动所述第二齿轮轴142转动。相比与图2中的2级膨胀发电装置，图3中的2级膨胀发电装置降低了减速箱140的设计难度。

以所述第一透平膨胀机160举例说明其工作原理：从所述第一透平膨胀机160的进气口进入中高压气体，中高压气体快速流动，并驱动所述第一叶轮161转动；由于所述第一叶轮161固定在第二齿轮轴142上，当所述第一叶轮161转动时，将带动第二齿轮轴142快速转动。一般情况下，所述第二齿轮轴142的转速快，扭矩小，需要通过减速箱140减速，以增大输出扭矩，即通过减速箱140内部的齿轮部件，将所述第二齿轮轴142的机械能传递到所述第一齿轮轴141，降低所述第一齿轮轴141的转速并增大扭矩。所述第一齿轮轴141的转速比所述第二齿轮轴142的转速低。

请参照图3，在本具体实施例中，所述透平膨胀发电装置100还包括用于联接所述第一齿轮轴141和所述发电机150的转轴的低速联轴器180。所述低速联轴器180使所述第一齿轮轴141和所述发电机150的转轴共同旋转以传递扭矩，所述第一齿轮轴141可以作为主动轴，所述发电机150的转轴可以作为从动轴。所述低速联轴器180可以是，但不限于，膜片低速联轴器、滑块低速联轴器等，所述低速联轴器180可以起到缓冲、减振和提高轴系动态性能的作用。

具体地，发电机150和减速箱140在运行时，所述发电机150和减速箱140之间通过一个或数个不同品种或不同型式、规格的联轴器将两者的转轴联接起来，形成轴系传动系统。由于发电机150和减速箱140工作原理和结构不同，其机械特性差别大，有的运转平稳，有的运转时有冲击，对传动系统形成不同的影响。一般可以用具有弹性的联轴器，以调整轴系固有频率，降低扭振振幅，从而减振、缓冲、保护传动装置部件，改善对中性能，提高输出功率的稳定性。

在本具体实施例中，所述透平膨胀发电装置100还包括用于检测所述第一齿轮轴141、所述第二齿轮轴142或所述电机的转轴转速中的至少一项的转速传感器。所述转速传感器可以是将旋转物体的转速转换为电量输出的传感器，可以输出脉冲信号(近似正弦波或矩形波)。

具体地，所述转速传感器可以实时、精确的提供相应的转速数值，方便现场操作人员根据转速数值进行相应的操控。例如，当转速低于预设的阈值时，操作人员可以增加进入所述第一透平膨胀机160、第二透平膨胀机170的气体量，进而加速所述第二齿轮轴142的转动以提高整个轴系的转速，使转速被控制在预设的正常转速范围内。

请参照图3，在本具体实施例中，所述透平膨胀发电装置100中的所述减速箱140包括与所述第一齿轮轴141、第二齿轮轴142配合的径向止推轴承143(又称推力轴承)。请参照图4，图4为图3中I部位的局部放大示意图，所述径向止推轴承143可以用来承受转轴的重量和轴向力(与轴平行的方向的力)。所述径向止推轴承143可以是，但不限于，固定瓦块的滑动轴承、可倾瓦块的滑动轴承或滚动轴承等。

请参照图4，在本具体实施例中，所述透平膨胀发电装置100中的所述第一叶轮161、第二叶轮171包括多片导叶以及对所述多片导叶的角度进行调整的导叶角度调节部件。通过调整导叶开度以调整气体的流动速度和气量，从而改变所述第一透平膨胀机160、第二透平膨胀机170的输入功率，进一步地控制发电机150的输出功率。

在本具体实施例中，所述透平膨胀发电装置100中的所述第二齿轮轴142包括用于固定所述叶轮的固定件。所述固定件包括螺钉或螺栓。所述叶轮是直接设置在所述第二齿轮轴142的两端上的。

具体地，为了提高机械能的转换效率，所述叶轮可以通过螺钉或螺栓固定在所述第二齿轮轴142上，这种固定还可以防止叶轮在旋转过程中，与所述第二齿轮轴142的连接出现松动而造成事故。当设备运行时，如果上述叶轮出现松动，这不仅会降低机械能的转换效率，还有可能导致整个设备瘫痪。例如在不同的情形下，叶轮在高速旋转下脱落会导致不同程度的后果发生，轻者设备损坏，严重者将会威胁到人生命安全。

在本具体实施例中，上述透平膨胀发电装置100还可以包括分别设置在所述第一透平膨胀机160和第二透平膨胀机170上的用于检测气体流量的流量传感器；与所述流量传感器连接的用于显示气体流量数据信息的显示器。所述显示器还可以与所述转速传感器连接，用于显示转轴转速。所述显示器用于显示传感器的实时监控数据，方便现场操作人员进行相应的操控。

请参照图5，在本具体实施例中，由一台所述第一透平膨胀机160和一台所述第二透平膨胀机170组成一个机组，每个机组共用一根齿轮轴。可以在所述减速箱140的两端分别设置一个机组，形成一台4级膨胀发电装置。两个机组可以同时运行，以适应更大的气量，满足更大的功率要求。

具体地，所述4级膨胀发电装置与2级膨胀发电装置相比，所述4级膨胀发电装置可以在更大的气体流量的环境下运行。当两个机组共同运行时，从所述减速箱140的两侧共同驱动发电机150转轴转动以发电，提高了发电机150的发电输出功率。

本具体实施还提供一种透平膨胀发电系统，该透平膨胀发电系统包括上述的透平膨胀发电装置100。与现有技术相比，所述透平膨胀发电系统可以提高机械能的转换效率，即提高气体能量回收的效率。

综上所述，本实用新型提供一种透平膨胀发电装置及系统。所述种透平膨胀发电装置包括：发电机、第一透平膨胀机、第二透平膨胀机以及减速箱。本实用新型提供的透平膨胀发电装置取消了各级透平膨胀机自身的轴承箱，每台透平膨胀机减少一副轴承，减少了透平膨胀机与减速箱之间的高速联轴器。使透平膨胀机结构更简单、紧凑。所述第一透平膨胀机包括第一叶轮，所述第二透平膨胀机包括第二叶轮，减速箱包括与透平膨胀机联接的第二齿轮轴，两台透平膨胀机各自的叶轮与第二齿轮轴直挂，第二齿轮轴作为两台透平膨胀机共用的主轴，使减速箱轴系减少，轴承、齿轮副对数减少，减少了机械能的损耗，提高了机械效率。同时第二齿轮轴两端分别连接有一个叶轮，使其第二齿轮轴的轴向力的平衡，提高发电装置运行时的可靠性。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为只是或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“相联”、“连接”、“联接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电性连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。