自驱动膨胀发电机系统的制作方法

本发明涉及发电机，具体涉及一种自驱动膨胀发电机系统。

背景技术：

随着煤炭、石油、天然气等化石能源消耗量的不断攀升，以及由于能源消耗带来的环境负担(如二氧化碳排放等)，能源和环境问题已经成为全世界共同关注的重大问题。在此背景下，使用有机朗肯循环将低品位热量转换为电能引起了越来越多的关注。所谓有机朗肯循环，即在传统朗肯循环中采用有机工质(如r113，r123等)代替水作为工质推动膨胀机做功。近年来，有机朗肯循环的研究工作在国内外大力进行，它是利用低品位热能的理想方式。有机郎肯循环的膨胀发电机系统，机组系统还不够稳定，发电效率也不够高，所以，现有的膨胀发电机系统还有待进一步的改进。

技术实现要素：

为了克服上述缺陷，本发明提供一种自驱动膨胀发电机系统，该发电机系统采用了自驱动双动力泵设备，从而提高了系统工作的稳定性及其发电效率。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种自驱动膨胀发电机系统，包括膨胀机、发电机、蒸发器、冷凝器、工质泵、离合器和启动装置，所述膨胀机通过联轴器与发电机连接，所述蒸发器通过进气阀与膨胀机连接，所述冷凝器进口与膨胀机连接，所述冷凝器出口与蒸发器之间设有工质泵，所述膨胀机通过离合器与工质泵连接，所述启动装置用于系统开启时将液体工质泵入蒸发器。

优选地，所述启动装置为工质泵电机，所述工质泵电机通过离合器与工质泵连接。

优选地，所述启动装置为工质起动泵，所述工质起动泵设于所述冷凝器出口与蒸发器进口之间，且与工质泵并联。

优选地，所述冷凝器与工质泵之间设有储液器，所述工质泵与蒸发器之间设有预热器，所述储液器与工质泵之间设有液路过滤器。

优选地，所述膨胀机与冷凝器之间设有气液分离消音器，所述气液分离消音器还设有管路直接与所述储液器连接，所述预热器为壳管式、板式或者板壳式换热器。

优选地，还包括用于加热液体工质的起动汽包，所述膨胀机为无油气浮透平式膨胀机，所述膨胀机包括气浮轴承，所述起动汽包一端通过旁通阀与气浮轴承连接，另一端与冷凝器连接。

优选地，所述膨胀机包括轴承，所述轴承为喷油润滑轴承、磁悬浮轴承或陶瓷轴承。

优选地，所述蒸发器的出气口与所述膨胀机的进气口之间设有旁通管路，所述旁通管路上设有喷液阀。

优选地，所述冷凝器和蒸发器分别为壳管式、板式或者板壳式换热器，所述膨胀机与进气阀之间设有气路过滤器。

优选地，所述发电机为同步发电机或异步发电机，所述膨胀机为透平式、螺杆式或涡旋式膨胀机，所述工质泵为离心式或容积式工质泵。

本发明的有益效果是：本发明的自驱动膨胀发电机系统采用有机朗肯循环原理，并采用自驱动的方式，减少了整个系统对外部能量的需求；并通过设有的起动汽包来启动无油膨胀机、设有的气液分离消音器用于对工质进行气液分离及消音功能、设有的并联式双动力泵有利于提高系统的稳定性、设有的储液器和过滤器用于过滤流通工质中的杂质，以防止流通工质中的杂质引起系统的运行不稳定，从而提高了整个系统的发电效率和系统可靠性能。

附图说明

图1为本发明中实施例1的结构示意图；

图2为本发明中实施例2的结构示意图；

图中：10-膨胀机，11-联轴器，12-喷液阀，13-气液分离消音器，14-离合器，20-发电机，30-蒸发器，31-进气阀，32-气路过滤器，40-冷凝器，50-储液器，51-液路过滤器，60-预热器，70-工质起动泵，80-工质泵，81-工质泵电机，90-启动汽包，91-旁通阀。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：如图1所示，一种自驱动膨胀发电机系统，包括膨胀机10、发电机20、蒸发器30、冷凝器40、工质泵80、离合器14和启动装置，各个器件之间依次按照工质的流动方向通过管路连接，图中各个部件之间连线表示为连接管路，连线上的箭头方向标识管路内的工质流动方向。所述膨胀机10通过联轴器11与发电机20连接，所述蒸发器30通过进气阀31与膨胀机10连接，所述冷凝器40进口与膨胀机10连接，所述冷凝器40出口与蒸发器30之间设有工质泵80，所述膨胀机10通过离合器14与工质泵80连接，所述启动装置用于系统开启时将液体工质泵入蒸发器30。本发明的膨胀机10与发电机20连接，用于使气体工质的热能转化为机械能，两者之间通过联轴器11连接，联轴器用于跟随膨胀机转动而带动发电机发电。冷凝器40用于将膨胀机膨胀之后的工质进行冷却；蒸发器30用于将被冷凝器冷凝为液体的工质与低品位热源进行热交换，所述启动装置用于系统刚启动时将液体工质泵入蒸发器加热为气体工质，以便气体工质进入膨胀机膨胀而使膨胀机转动，一旦膨胀机达到一定转速后，则离合器飞轮和工质泵80啮合，膨胀机通过离合器带动工质泵转动，工质泵80用于将液体工质泵入蒸发器中，而完成自驱动持续发电过程。本发明自驱动膨胀发电机系统可以利用各种废热余热产生电能，系统在运行过程中，膨胀机利用离合器带动工质泵工作而不需要其他外部能源，因此本发明为一种运行稳定、可靠性高、高效率以及节能环保性设备。

其中，所述启动装置采用工质泵电机81或工质启动泵70。在实施例1中，如图1所示，所述启动装置为工质泵电机81，所述工质泵电机81通过离合器14与工质泵80连接。本系统采用单泵系统，成本低，即启动装置采用工质泵电机81，启动时，工质泵电机81驱动工质泵运行，待进入膨胀机内气体工质膨胀后，离合器14中的工质泵电机侧的飞轮与工质泵脱离，而膨胀机侧的飞轮与工质泵80啮合，膨胀机10转动通过离合器带动工质泵运行，工质泵运行方式从外部驱动转换为自驱动，实现系统自驱动运行。

在实施例2中，如图2所示，所述启动装置为工质起动泵70，所述工质起动泵70设于所述冷凝器40出口与蒸发器30进口之间，且与工质泵80并联。本系统采用并联的双泵系统，具有设备简单且运行可靠性高的特点，即启动装置采用工质起动泵70，利用外部能量的工质起动泵直接将液体工质泵入蒸发器，从而启动膨胀机转动，待膨胀机达到一定的转速后，离合器飞轮与工质泵啮合，膨胀机10转动通过离合器带动工质泵运行，工质启动泵70断电，系统完成由工质起动泵供液转换为工质泵供液，从而实现系统的自驱动运行。

其中，所述冷凝器40与工质泵80之间设有储液器50，所述工质泵80与蒸发器30之间设有预热器60，所述储液器50与工质泵80之间设有液路过滤器51。所述膨胀机10与冷凝器40之间设有气液分离消音器13，所述气液分离消音器13还设有管路直接与所述储液器50连接，所述预热器60为壳管式、板式或者板壳式换热器。优选地，从膨胀机10出口排出的膨胀后的有机工质先经气液分离消音器13分离，分离出来的气体工质进入冷凝器进行热交换，而分离出来的液体直接通过旁通管进入储液器，在冷凝器中被冷凝为液体的有机工质进入储液器50中，再通过工质泵泵入预热器60，设有的气液分离消音器13起到对分离以及消音的作用，有利于减小系统对环境产生的噪音污染；设有的储液器50用于储存冷凝器40形成的液体工质，可以使较大的杂质沉积下来，较佳地，在液体工质进入工质泵之前经过液路过滤器51过滤，从而进一步过滤工质中的细小杂质，避免杂质随着液体工质进入下一设备中；预热器60用于将要进入蒸发器的液体工质进行预热，以降低蒸发器内液体工作的蒸发时间，提高了工作效率。

优选地，还包括用于加热液体工质的起动汽包90，所述膨胀机10为无油气浮透平式膨胀机，所述膨胀机10包括气浮轴承，所述起动汽包90一端通过旁通阀91与气浮轴承连接，另一端与冷凝器40连接。当膨胀机采用无油气浮透平式膨胀机时，系统运行前，起动汽包90先将其内的气体工质通过旁通阀91送入膨胀机10内，为膨胀机的气浮轴承提供气体浮力，待轴承运转正常后，方开启启动装置，本系统中采用无油膨胀机，从而减少了整个系统内部以及对环境造成的润滑油的污染。所述膨胀机10包括轴承，所述轴承为喷油润滑轴承、磁悬浮轴承或陶瓷轴承，所述蒸发器30的出气口与所述膨胀机10的进气口之间设有旁通管路，所述旁通管路上设有喷液阀12。此旁通管路用于在开机时调节膨胀机10前后的压力差，当膨胀机前后压差过大时，所述喷液阀12自动打开，蒸发器30排出的气体工质部分分流至膨胀机的排气口，从而减少膨胀机前后压差，当膨胀机前后压差降到一定值后，喷液阀12自动关闭。所述冷凝器40和蒸发器30分别为壳管式、板式或者板壳式换热器，所述膨胀机10与进气阀31之间设有气路过滤器32。气路过滤器32用于进一步过滤进入膨胀机的气体工质中的杂质，以防杂质对膨胀机的污染。所述发电机20为同步发电机或异步发电机，所述膨胀机10为透平式、螺杆式或涡旋式膨胀机，所述工质泵80为离心式或容积式工质泵。

本发明的工作过程是：

实施例1：如图1所示，在本实施例中启动装置为工质泵电机，起动汽包90将其内的有机工质蒸发成气体后经过旁通阀91进入膨胀机10内，为膨胀机的气浮轴承提供气体浮力，待轴承运转正常后，工质泵电机81驱动工质泵80运行，工质泵80将储液器中的液体工质泵入预热器60中预热，在储液器与工质泵之间设有的液路过滤器51用于过滤液体工质中的杂质，被预热后的液体工质进入蒸发器中被外界的低品位热源加热为高温蒸汽后经过进气阀31和气路过滤器32进入膨胀机10膨胀，离合器14中的工质泵电机侧的飞轮与工质泵脱离，而膨胀机侧的飞轮与工质泵80啮合，膨胀机10转动通过离合器带动工质泵运行，工质泵运行方式从外部驱动转换为自驱动，实现系统自驱动运行，同时膨胀机转动并通过联轴器11带动发电机发电，膨胀后的有机工质气体经气液分离消音器13分离，分离后的液体通过旁通管路直接进入储液器50，而分离后的气体工质进入冷凝器被冷凝为液体工质后进入储液器50，从而完成一个循环。

实施例2：如图2所示，在本实施例中，启动装置为工质起动泵，初始时离合器14和工质泵80为脱离状态，起动汽包90将其内的有机工质蒸发成气体后经过旁通阀91进入膨胀机10内，为膨胀机的气浮轴承提供气体浮力，待轴承运转正常后，工质起动泵70将储液器中的液体工质泵入预热器60中预热，在储液器与工质泵之间设有的液路过滤器51用于过滤液体工质中的杂质，被预热后的液体工质进入蒸发器中被外界的低品位热源加热为高温蒸汽后经过进气阀31和气路过滤器32进入膨胀机10膨胀，待膨胀机达到一定的转速后，离合器14飞轮与工质泵啮合，膨胀机10转动通过离合器带动工质泵运行，工质启动泵70断电，系统完成由工质起动泵供液转换为工质泵供液，从而实现系统的自驱动运行，同时膨胀机转动并通过联轴器11带动发电机发电，膨胀后的有机工质气体经气液分离消音器13分离，分离后的液体通过旁通管路直接进入储液器50，而分离后的气体工质进入冷凝器被冷凝为液体工质后进入储液器50，从而完成一个循环。

应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。