一种新型井下地热发电设备的制作方法

本发明涉及地热发电领域，特指一种新型井下地热发电设备。

背景技术：

地热能是一种绿色低碳、可循环利用的可再生能源。中国地热资源丰富，以中低温资源为主，高温地热资源主要受中国地质构造特点及其在全球构造中所处部位的控制，主要集中在藏南—川西—滇西和台湾两个地区。但是，中国地热产业处在起步阶段，资源开发利用程度低，地热资源的利用绝大部分以直接利用为主，地热发电明显落后。目前国内外的地热发电主要是通过地热厂发电，目前地热发电技术主要包括干蒸汽发电、扩容式蒸汽发电、双工质循环发电和卡琳娜循环发电等。其中干蒸汽发电系统工艺简单，技术成熟，安全可靠，循环效率可达20%以上，是高温地热田发电的主要形式；扩容式发电技术已在地热发电领域得到广泛应用，尤其是中高温地热田，二级扩容系统循环效率约为15%～20%；针对中低温地热资源，双工质循环发电技术是较为适用的，它由地热水系统和低沸点介质系统组成，循环效率较扩容式蒸汽发电技术可提高20%～30%；卡琳娜循环在低温地热资源应用领域中有其独特的优越性，通过调整氨和水的比例， 可以适应低温地热水的发电特性，卡琳娜循环发电技术的循环效率比朗肯循环的效率高20%～50%。在低温地热资源的开发利用过程中，双工质循环和卡琳娜循环技术具有广阔的发展前景。

随着技术革新，传统地热发电理论得到快速发展，地热厂发电技术也得到了很大提升，但地热厂仅仅能建立在少数区域，且传统地热厂是直接将携带地热能的地热蒸汽输送到地面再进行热交换和能量转化，在这一过程中会造成较大的能量损耗。针对建立传统地热厂的建立条件限制多，对地热区域要求高，只限于少数地热充沛地区的特点，本发明提供了一种可在地热区域分布小、地热能较低、或者可在较偏远地区进行井下地热发电的地热发电技术方案。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种可直接用于地热井下发电的技术方案，解决现有地热厂的建立条件限制多，对地热区域要求高，只限于少数地热充沛地区的缺陷，由于该技术方案可直接运用于单井井下，因此它可在地热区域分布小、地热能较低、或者可在较偏远地区进行井下地热发电，弥补了现有地热发电的不足。本发明结构简单、系统成本低，既可以单井单系统发电，也可以多井多系统并联发电，经理论计算（以165℃地热温度进行计算），该技术方案在中温单井工况下，单系统发电功率可达10~20kw，系统预估成本为1~1.5万，可使发电成本降到0.075~0.1万/千瓦，相比于国内地热发电成本（0.9~1.5万/千瓦）更低。同时，本技术区别于地热发电系统，其定位为小功率发电。本技术方案可用于地热分布范围小、油田废弃钻井以及偏远地区地热发电，其运用比地热厂发电更灵活，可为地区公共设施提供电能。

本发明所采用的技术方案是，一种新型井下地热发电设备。

所述一种新型井下地热发电设备主要包括地热蒸汽储箱部件、叶轮驱动部件、磁传动部件、电机部件及其它辅助设备。所述热蒸汽储箱部件通过叶轮轴及连接支架与叶轮驱动部件连接，所述叶轮驱动部件与磁传动部件通过轴套a连接，所述磁传动部件与电机部件之间通过万向节连接件及波纹管套连接。

所述地热蒸汽储箱部件包括地热蒸汽储箱、滤网、储箱—转轴连接件、橡胶柱环a、钢套a。所述地热蒸汽储箱尾部焊接有6根铜管，每根铜管之间夹角为60°；所述地热蒸汽储箱的侧面焊接有一套环，套环上开有6个小孔；所述地热蒸汽储箱上表面还焊接一段出气铜管。所述滤网安装在地热蒸汽储箱底部。地热蒸汽储箱通过储箱—转轴连接件与叶轮轴连接，所述储箱—转轴连接件通过6颗连接螺钉与地热蒸汽储箱紧固连接，储箱—转轴连接件内安装一钢套a，钢套a与储箱—转轴连接件过盈配合，钢套a内安装一橡胶柱环a，橡胶柱环a套在叶轮轴上，叶轮轴转动时，橡胶柱环可以避免叶轮轴与钢套a摩擦。

所述叶轮驱动部件包括导流器、叶轮、叶轮隔板、钢套b、橡胶柱环b、叶轮外壳、侧部透气板、叶轮轴。所述叶轮隔板中间开有圆孔，所述叶轮两个侧面分别通过隔板紧固螺钉将两个叶轮隔板分别固定在叶轮两侧，每两个叶轮隔板及一个叶轮构成一级，所述叶轮驱动部件共安装五级叶轮，五级叶轮安装在叶轮轴上。所述叶轮外壳靠近底面处开有六个凹槽，每个凹槽周向夹角为60°，所述侧部透气板开有透气小孔，侧部透气板通过凹槽与叶轮外壳卡接。所述叶轮外壳的圆柱侧面有一段矩形截面的弧形导流通道，所述导流器与弧形导流通道焊接。所述钢套b与叶轮外壳过盈配合，橡胶柱环b安装在钢套b内，所述侧部透气板安装有相同的钢套b及橡胶柱环b，且两个橡胶柱环b各套在叶轮轴上。

所述磁传动部件包括轴套a、轴套b、磁传动结构上壳体、磁传动结构下壳体、轴承a、轴承b、轴承c、轴承d、橡胶隔套a、橡胶隔套b、左侧板、右侧板、转轴、橡胶垫环a、橡胶垫环b、外磁钢套、外磁钢、内磁钢套、内磁钢、磁传动结构外罩、多孔钢套a、磁传动轴。所述磁传动轴与内磁钢套过盈配合，外磁钢套在内磁钢套外，外磁钢套内左右两侧各上安装有轴承b、轴承c。内磁钢套比外磁钢套短。与内磁钢套过盈配合的磁传动轴穿过轴承b、轴承c。所述外磁钢套左右两侧各开有四个周向夹角为90°的螺纹孔，左侧板与右侧板通过螺钉与外磁钢套紧固连接。所述橡胶隔套a套在左侧板上，轴承a安装在左侧板上并与橡胶隔套a贴合。所述橡胶隔套b套在右侧板上，轴承b安装在右侧板上并与橡胶隔套b贴合。所述轴套a安装在磁传动轴左侧。所述轴套b一边套接在右侧板的柱筒里，另一边安装在转轴上。所述磁传动结构上壳体与磁传动结构下壳体通过螺纹连接，磁传动结构外罩套在磁传动结构上壳体与磁传动结构下壳体上，橡胶垫环a、橡胶垫环b分别套在磁传动结构上壳体与磁传动结构下壳体上，且对磁传动结构外罩起支撑作用。

所述电机部件包括电机外罩、多孔钢套b、轴套c、永磁电机、密封壳、导线接头、地热装置上壳体。所述永磁电机安装在电机外罩内，密封壳安装在电机外罩底部并通过螺纹与电机外罩连接。电机外罩上开有六个周向夹角为60°的方形槽用于放置换热管b，所述多孔钢套b焊接在电机外罩上，多孔钢套b上开有六个小孔，六个小孔与电机外罩上的六个方形槽对应。所述地热装置上壳体通过螺钉与焊接在电机外罩上的多孔钢套紧固连接。

所述辅助设备包括调压器、输出导线、换热管a、软管、水箱。所述水箱用于贮存冷水，软管与水箱连接，所述换热管a下端分别与发电装置中的换热管b连接，换热管a另一端与软管连接。所述输出导线一边连接在导线接头上，一端与调压器连接，调压器对永磁电机输出电压进行整压。

所述一种新型井下地热发电设备可直接安装在地热井下。

综上所述，本发明一种新型井下地热发电设备有益效果为：本发明可直接运用于单井井下，因此它可在地热区域分布小、地热能较低、或者可在较偏远地区进行井下地热发电；本发明本发明结构简单、设备成本低，既可以单井单系统发电，也可以多井多系统并联发电，相比于国内地热厂发电成本更低。本发明还可用于地热分布范围小、油田废弃钻井以及偏远地区地热发电，应用范围比地热厂发电更灵活，可为存在地热能的偏远地区的公共设施提供电能。

附图说明

图1是本发明一种新型井下地热发电设备装配示意图。

图2是本发明一种新型井下地热发电设备结构示意图。

图3是本发明一种新型井下地热发电设备侧视图。

图4是本发明一种新型井下地热发电设备地热储气箱部件结构示意图。

图5是本发明一种新型井下地热发电设备叶轮驱动部件结构示意图。

图6是本发明一种新型井下地热发电设备单级叶轮结构示意图。

图7是本发明一种新型井下地热发电设备储气箱-驱动部件组装结构示意图。

图8是本发明一种新型井下地热发电设备磁传动部件结构示意图。

图9是本发明一种新型井下地热发电设备电机部件结构示意图。

图10是本发明一种新型井下地热发电设备工作状态示意图。

图中：

Ⅰ、地热蒸汽储箱部件，Ⅱ、叶轮驱动部件，Ⅲ、磁传动部件，Ⅳ、电机部件。

1、地热装置下壳体，2、地热蒸汽储箱，3、换热管c，4、连接支架，5、侧部透气板，6、叶轮外壳，7、导流管，8、磁传动结构上壳体，9、导流器，10、磁传动结构外罩，11、多孔钢套a，12、弹性管，13、波纹管套，14、万向节连接件，15、换热管b，16、地热装置上壳体，17、连接螺钉，18、橡胶柱环a，19、钢套a，20、储箱—转轴连接件，21、滤网，22、叶轮隔板，23、隔板紧固螺钉，24、钢套b，25、橡胶柱环b，26、叶轮，27、支架连接螺钉a，28、支架连接螺钉b，29、叶轮轴，30、轴套a，31、轴承a，32、橡胶隔套a。33、螺钉，34、左侧板，35、橡胶垫环a，36、轴承b，37、外磁钢套，38、外磁钢，39、内磁钢，40、内磁钢套，41、轴承c，42、磁传动轴，43、橡胶垫环b，44、右侧板，45、螺钉·，46、橡胶隔套b，47、轴承d，48、轴套b，49、转轴，50、磁传动结构下壳体，51、轴套c，52、电机外罩，53、多孔钢套b，54、电机轴，55、永磁电机，56、密封壳，57、导线接头，58、螺钉。59、整压器，60、输出导线，61、换热管a，62、软管，63、水箱。

201、套环，202、铜管，203、出气铜管。

具体实施方式

为使本发明一种新型井下地热发电设备的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示是一种新型井下地热发电设备装配示意图，所述一种新型井下地热发电设备主要包括地热蒸汽储箱部件Ⅰ、叶轮驱动部件Ⅱ、磁传动部件Ⅲ、电机部件Ⅳ及其它辅助设备。所述热蒸汽储箱部件通过叶轮轴29及连接支架4与叶轮驱动部件Ⅱ连接，所述叶轮驱动部件Ⅱ与磁传动部件Ⅲ通过轴套a30连接，所述磁传动部件Ⅲ与电机部件Ⅳ之间通过万向节连接件14及波纹管套13连接。

如图4所示是一种新型井下地热发电设备地热储气箱部件Ⅰ结构示意图，所述地热蒸汽储箱部件Ⅰ包括地热蒸汽储箱2、滤网21、储箱—转轴连接件20、橡胶柱环a18、钢套a19。所述地热蒸汽储箱2尾部焊接有6根铜管202，每根铜管202之间夹角为60°；所述地热蒸汽储箱2的侧面壳体上焊接有一套环201，套环201上开有6个小孔；所述地热蒸汽储箱2上表面还焊接一段出气铜管203。所述滤网21安装在地热蒸汽储箱2底部。地热蒸汽储箱2通过储箱—转轴连接件20与叶轮轴29连接，所述储箱—转轴连接件20通过6颗连接螺钉17与地热蒸汽储箱2紧固连接，储箱—转轴连接件20内安装一钢套a19，钢套a19与储箱—转轴连接件20过盈配合，钢套a19内安装一橡胶柱环18，橡胶柱环a18套在叶轮轴29上，叶轮轴29转动时，橡胶柱环a18可以避免叶轮轴29与钢套a19摩擦。

如图5所示是一种新型井下地热发电设备叶轮驱动部件Ⅱ结构示意图，所述叶轮驱动部件Ⅱ包括导流器9、叶轮26、叶轮隔板22、钢套b24、橡胶柱环b25、叶轮外壳6、侧部透气板5、叶轮轴29。如图6所示为发电设备单级叶轮结构示意图，所述叶轮隔板22中间开有圆孔，所述叶轮26两个侧面分别通过隔板紧固螺钉23将两个叶轮隔板22分别固定在叶轮26两侧，每两个叶轮隔板22及一个叶轮26构成一级，所述叶轮驱动部件Ⅱ共安装五级叶轮26，五级叶轮26安装在叶轮轴29上。所述叶轮外壳6靠近底面处开有六个凹槽，每个凹槽周向夹角为60°，所述侧部透气板5开有透气小孔，侧部透气板5通过凹槽与叶轮外壳6卡接。所述叶轮外壳6的圆柱侧面有一段矩形截面的弧形导流通道，所述导流器9与弧形导流通道焊接连接。所述钢套b24与叶轮外壳8过盈配合，橡胶柱环b25安装在钢套b24内，所述侧部透气板5安装有相同的钢套b24及橡胶柱环b25，且两个橡胶柱环b25各套在叶轮轴29上。

如图4、5、7所示，所述连接支架4通过支架连接螺钉a、支架连接螺钉b分别将地热蒸汽储箱部件Ⅰ与叶轮驱动部件Ⅱ连接，所述叶轮驱动部件Ⅱ中的叶轮轴29套在储箱—转轴连接件20上，叶轮轴29相对地热蒸汽储箱部件Ⅰ可以转动。所述导流管7一端与地热蒸汽储箱2上焊接的出气铜管203连接，一端与叶轮驱动部件Ⅱ中的导流器9连接，所述导流器9一端为矩形管截面，一端为管道截面。

如图8所示是一种新型井下地热发电设备磁传动部件Ⅲ结构示意图，所述磁传动部件Ⅲ包括轴套a30、轴套b48、磁传动结构上壳体8、磁传动结构下壳体50、轴承a31、轴承b36、轴承c41、轴承d47、橡胶隔套a32、橡胶隔套b46、左侧板34、右侧板44、转轴49、橡胶垫环a35、橡胶垫环b43、外磁钢套37、外磁钢38、内磁钢套40、内磁钢39、磁传动结构外罩10、多孔钢套a11、磁传动轴42。所述磁传动轴42与内磁钢套40过盈配合，外磁钢套37套在内磁钢套40外，外磁钢套37内左右两侧各上安装有轴承b36、轴承c41。内磁钢套40比外磁钢套37短。与内磁钢套40过盈配合的磁传动轴42穿过轴承b36、轴承c41。所述外磁钢套37左右两侧各开有四个周向夹角为90°的螺纹孔，左侧板34与右侧板44通过螺钉33和螺钉45与外磁钢套37紧固连接。所述橡胶隔套a32套在左侧板34上，轴承a31安装在左侧板34上并与橡胶隔套a32贴合。所述橡胶隔套b46套在右侧板44上，轴承b36安装在右侧板44上并与橡胶隔套b46贴合。所述轴套a30安装在磁传动轴42左侧。所述轴套b48一边套接在右侧板44的柱筒里，另一边安装在转轴49上。所述磁传动结构上壳体8与磁传动结构下壳体50通过螺纹连接，磁传动结构外罩10套在磁传动结构上壳体8与磁传动结构下壳体50上，橡胶垫环a35、橡胶垫环b43分别套在磁传动结构上壳体8与磁传动结构下壳体50上，且对磁传动结构外罩10起支撑作用。

如图2所示，所述磁传动部件Ⅲ与电机部件Ⅳ之间通过万向节连接件14及波纹管套13连接。波纹管套13左右两边是一段加工有内螺纹的合金钢套，中间为特殊材料制成的波纹管，波纹管可以弯曲和伸缩。所述万向节连接件14左右两侧分别与磁传动部件Ⅲ的转轴49及电机部件Ⅳ中的电机轴54连接。换热管b15与换热管c3之间通过一段弹性管12连接，弹性管12可以弯曲伸缩。所述电机部件Ⅳ可以相对于磁传动部件Ⅲ成一定角度而不影响转轴49与电机轴54的传动。

如图9所示是一种新型井下地热发电设备电机部件Ⅳ结构示意图，所述电机部件Ⅳ包括电机外罩52、多孔钢套b53、轴套c51、永磁电机55、密封壳56、导线接头57、地热装置上壳体16。所述永磁电机55安装在电机外罩52内，密封壳56安装在电机外罩52底部并通过螺纹与电机外罩52连接。电机外罩上52开有六个周向夹角为60°的方形槽用于放置换热管b15，所述多孔钢套b53焊接在电机外罩52上，多孔钢套b53上开有六个小孔，六个小孔与电机外罩52上的六个方形槽对应。所述地热装置上壳体16通过螺钉58与焊接在电机外罩52上的多孔钢套b53紧固连接。

如图10所示是一种新型井下地热发电设备工作状态示意图，所述辅助设备包括调压器59、输出导线60、换热管a61、软管62、水箱63。所述水箱63用于贮存冷水，软管62与水箱63连接，所述换热管a61下端分别与发电装置中的换热管b15连接，换热管a61另一端与软管62连接。所述输出导线60一边连接在导线接头57上，一端与调压器59连接，调压器59对永磁电机55输出电压进行整压。

如图10所示是一种新型井下地热发电设备工作状态示意图，本发明一种新型井下地热发电设备工作时，位于地面上的水箱63内的水通过软管62流进6根换热管a61开始进行地热能换热，经过理论计算，在地热温度场作用下，冷水在一定长度的换热管进行换热后可逐渐气化为蒸汽，本设备换热管总长满足相关设计要求。如图3所示，换热管a61与发电设备内的换热管b15连接，换热管b15与换热管c3连接，冷水在管内进行换热直到气化成蒸汽并通过换热管c3进入地热蒸汽储箱2，如图4、5、7所示，进入地热蒸汽储箱2内的蒸汽经过滤网21除去蒸汽中的液沫，并从地热蒸汽储箱2上的出气铜管203先后流入导流管7和导流器9，最后在导流器9的作用下使蒸汽沿着叶轮外壳6圆柱侧面上的一段矩形截面弧形导流通道冲击5级叶轮26，使叶轮26发生转动并带动叶轮轴29转动。如图8所示，叶轮轴29经由轴套a继续带动磁传动轴42转动，传动轴42固定在内磁钢套40上，内磁钢套40上安装有内磁钢39，在内磁力作用下，使得外磁钢套37开始绕磁传动轴42转动。右侧板44与外磁钢套37通过螺钉45连接，轴套48将转轴49与右侧板4连接，因此，外磁钢套37转动同时带动转轴49转动。转轴49与电机轴54通过万向节连接件14连接，故电机轴54始转动并带动永磁电机55开始发电。如图10所示，永磁电机55输出电流通过输出导线60进入整压器59进行整压后为用户供电。

以上仅为本发明一种井下微型地热发电系统的示意性的具体实施方式，并不限定本发明的范围，任何本领域的技术人员在不同脱离本发明结构的基础上所做的等同变化或修改均在本发明保护范围内。