超临界气体的发电机组的制作方法

1.本发明涉及发电机技术领域，具体涉及一种超临界气体的发电机组。


背景技术：

2.相关技术中，闭式循环径流式涡轮发电系统转子通常借助联轴器通过过盈连接实现透平与压气机的叶轮转子同转子轴之间的连接。但是透平与压气机在转动过程造成动力轴的轴向荷载过大，会造成动力轴在轴向的受力不平衡，进而使动力轴出现偏移。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种超临界气体的发电机组。该超临界气体的发电机组具有结构紧凑、发电效率高、结构稳定性好和使用寿命高的优点。
4.本发明实施例的超临界气体的发电机组包括壳体、定子、转子轴、动力轴、透平、压气机和电磁止推组件。
5.所述壳体具有容纳腔，所述定子和转子轴中的每一者均设置在所述容纳腔内，所述定子与所述壳体相连，所述定子套设在所述转子轴的外侧，所述动力轴、所述透平和所述压气机中的每一者均设置于所述容纳腔内，且所述动力轴与所述转子轴相连，所述透平和所述压气机中的每一者设于所述动力轴上，所述动力轴沿其轴向具有偏移位置和复位位置，所述电磁止推组件设置于所述动力轴上以便驱动所述动力轴由所述偏移位置向所述复位位置移动。可以理解的是，透平的叶轮和所述压气机的叶轮均与所述动力轴相连。
6.本发明实施例的超临界气体的发电机组，通过设置电磁止推组件对动力轴产生轴向推力以便平衡甚至抵消透平和压气机所产生的轴向力，进而提升了该超临界气体的发电机组的结构的稳定性、使用寿命及动力轴的临界转速。由此，提升了该超临界气体的发电机组的发电效率。
7.此外，将压气机与透平均设置在动力轴上，通过气体对透平的冲击做功驱动压气机的叶轮做功，不再需要设置额外的驱动件驱动压气机做功，在相同发电功率的情况下，能够大大的缩小发电机组尺寸，具有结构紧凑和成本低廉的优点。
8.因此，本发明实施例的超临界气体的发电机组的具有结构紧凑、发电效率高、结构稳定性好和使用寿命高的优点。
9.在一些实施例中，所述超临界气体的发电机组还包括位移传感器和控制器，所述电磁止推组件包括电磁线圈、铁轭部和铁芯部，所述电磁线圈与所述壳体相连，所述铁轭部套设在所述铁芯部外，所述铁芯部与所述动力轴相连，所述电磁线圈绕在所述铁轭部上，所述铁芯部设在所述动力轴上，所述位移传感器与所述电磁线圈电连接以便驱动所述动力轴由所述偏移位置向所述复位位置移动。
10.在一些实施例中，所述铁芯部为环体，所述环体的内周面与所述动力轴相连。
11.在一些实施例中，所述超临界气体的发电机组还包括第一电源和第二电源，所述
第一电源的极性和所述第二电源的极性相反，所述电磁线圈包括第一电磁线圈和第二电磁线圈，所述第一电磁线圈与所述第一电源相连，所述第二电磁线圈与所述第二电源相连。
12.在一些实施例中，所述透平和所述压气机背靠背地设置。
13.在一些实施例中，所述电磁止推组件、所述压气机、所述透平和所述转子轴沿所述动力轴的轴向依次设置。
14.在一些实施例中，所述超临界气体的发电机组还包括止挡件，所述止挡件设置在所述动力轴远离所述透平的一端，所述止挡件与所述动力轴间隙配合，所述止挡件的一端与所述铁芯部可分离地抵接。
15.在一些实施例中，所述止挡件包括轴承，所述轴承套设在所述动力轴上，所述轴承的外周面与所述壳体相连，所述轴承的端面与所述铁芯部可分离地抵接。
16.在一些实施例中，所述超临界气体的发电机组还包括至少两个第一气浮轴承，其中两个所述第一气浮轴承分别套设在所述转子轴的两端，所述第一气浮轴承的外周面与所述壳体相连和/或所述第一气浮轴承的端面与所述定子相连。
17.在一些实施例中，所述超临界气体的发电机组还包括第二气浮轴承，所述第二气浮轴承套设在所述动力轴上，所述第二气浮轴承的外周面与所述壳体相连。
18.在一些实施例中，所述超临界气体的发电机组还包括联轴器，所述联轴器的一端与所述动力轴相连，所述联轴器的另一端与所述转子轴相连。
19.在一些实施例中，所述联轴器为弹性膜片联轴器。
20.在一些实施例中，所述超临界气体的发电机组还包括第一密封件，所述第一密封件设置于所述壳体和所述转子轴之间以便将所述容纳腔分隔为第一腔室和第二腔室，所述定子和所述转子轴的一部分设置于所述第一腔室内，所述透平、所述动力轴、所述压气机和所述电磁止推组件中的每一者均设置于所述第二腔室内，所述转子轴伸入所述第二腔室与所述动力轴的一端相连。
21.在一些实施例中，所述超临界气体的发电机组还包括第二密封件，且所述第二密封件位于所述壳体和所述动力轴之间以将以便将所述第二腔室分隔为第一分腔室和第二分腔室，所述透平和所述压气机设置于所述第一分腔室内，所述电磁止推组件设置于所述第二分腔室内。
附图说明
22.图1是本发明一个实施例的超临界气体的发电机组的结构示意图。
23.附图标记：
24.发电机组100；
25.壳体1；第一腔室111；第二腔室内112；第一分腔室1121；第二分腔室1122；
26.定子21；转子轴22；
27.动力轴3；
28.透平4；
29.压气机5；
30.第一气浮轴承61；第二气浮轴承62；
31.联轴器7；
32.止挡件8；
33.电磁止推组件9；电磁线圈91；第一电磁线圈911；第二电磁线圈912；铁轭部92；铁芯部93；
34.位移传感器10。
具体实施方式
35.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
36.下面参考图1描述本发明实施例的超临界气体的发电机组100。
37.本发明实施例的超临界气体的发电机组100包括壳体1、定子21、转子轴22、动力轴3、透平4、压气机5和电磁止推组件9。
38.壳体1具有容纳腔，定子21和转子轴22中的每一者均设置在容纳腔内，定子21与壳体1相连，定子21套设在转子轴22的外侧，动力轴3、透平4和压气机5中的每一者均设置于容纳腔内，且动力轴3与转子轴22相连，透平4和压气机5中的每一者设于动力轴3上，动力轴3沿其轴向具有偏移位置和复位位置，电磁止推组件9设置于动力轴3上以便驱动动力轴3由偏移位置向复位位置移动。可以理解的是，透平4的叶轮和压气机5的叶轮均与动力轴3相连。
39.本发明实施例的超临界气体的发电机组100，通过设置电磁止推组件9对动力轴3产生轴向推力以便驱动动力轴3由偏移位置向复位位置移动，进而提升了该超临界气体的发电机组100的结构的稳定性、使用寿命及动力轴3的临界转速。由此，提升了该超临界气体的发电机组100的发电效率。
40.此外，将压气机5与透平4均设置在动力轴3上，通过气体对透平4的冲击做功驱动压气机5的叶轮做功，不再需要设置额外的驱动件驱动压气机5做功，在相同发电功率的情况下，能够大大地缩小该超临界气体的发电机组100的尺寸。由此，具有结构紧凑和成本低廉的优点。
41.因此，本发明实施例的超临界气体的发电机组100的具有结构紧凑、发电效率高、结构稳定性好和使用寿命高的优点。
42.如图1所示，本发明实施例的超临界气体的发电机组100还包括位移传感器10，用于感知动力轴3的偏移，电磁止推组件9包括电磁线圈91、铁轭部92和铁芯部93，电磁线圈91与壳体1相连，铁轭部92套设在铁芯部93外，铁芯部93与动力轴3相连，电磁线圈91绕在铁轭部92上，位移传感器10与电磁线圈91电连接，铁芯部93套设在动力轴3上以便驱动动力轴3由偏移位置向复位位置移动。
43.本发明实施例的超临界气体的发电机组100，通过电磁线圈91与铁轭部92和铁芯部93的相互配合，可以驱动动力轴3由偏移位置向复位位置移动，电磁线圈91、铁轭部92及铁芯部93的相互配合具有轴向推力大和复位效果好的优点。
44.如图1所示，铁芯部93为环体，环体的内周面与动力轴3相连。
45.本发明实施例的超临界气体的发电机组100，通过将将铁芯部93设置为环体，可以通过环体对动力轴3的径向偏移进行限位，避免动力轴3发生较大幅度的径向偏移，进而提升了该超临界气体的发电机组100的结构的稳定性、使用寿命及动力轴3的临界转速。由此，
进一步提升了该超临界气体的发电机组100的发电效率。
46.如图1所示，超临界气体的发电机组100还包括第一电源和第二电源，第一电源的极性和第二电源的极性相反，电磁线圈91包括第一电磁线圈911和第二电磁线圈912，第一电磁线圈911与第一电源相连，第二电磁线圈912与第二电源相连。
47.本发明实施例的超临界气体的发电机组100，通过设置第一电磁线圈911和第二电磁线圈912分别与相反极性的电源相连，并将铁芯部93设置在第一电磁线圈911和第二电磁线圈912之间，以便于实现对动力轴3沿其轴向的两侧的复位作业，具有适用范围广的优点。
48.如图1所示，透平4和压气机5背靠背地设置。需要说明的是，压气机5和透平4背靠背地设置具体为：压气机5中的叶片的叶根与透平4中的叶片的叶根相对设置；或者压气机5中的叶片的叶顶与透平4中的叶片的叶顶相对设置。
49.本发明实施例的超临界气体的发电机组100，通过透平4和压气机5背靠背地设置，在动力轴3转动的过程中，透平4和压气机5产生的轴向力能够相互抵消，具有减少或平衡动力轴3所承受的轴向力的作用，进而提升了该超临界气体的发电机组100的结构的稳定性、使用寿命及动力轴3的临界转速。由此，进一步提高了该超临界气体的发电机组100的发电效率。
50.电磁止推组件9、压气机5、透平4和转子轴22沿动力轴3的轴向依次设置。例如，如图1所示由右向左的方向依次设置。
51.本发明实施例的超临界气体的发电机组100，通过将透平4设置在压气机5和转子轴22之间，透平4作为做功元件，带动压气机5和转子轴22的旋转，可以降低压气机5和透平4沿动力轴3的轴向的距离，降低动力轴3和透平4沿动力轴3的轴向的距离，进而降低了压气机5和透平4之间以及动力轴3和透平4的传动扭矩。因而，进一步提升该超临界气体的发电机组100的结构的稳定性和可靠性及动力轴3所承受的临界转速。由此，具有进一步提升发电效率的优点。
52.如图1所示，本发明实施例的超临界气体的发电机组100还包括止挡件8，止挡件8设置在动力轴3远离透平4的一端，止挡件8与动力轴3间隙配合，止挡件8的一端与铁芯部93可分离地抵接。
53.本发明实施例的超临界气体的发电机组100，通过设置止挡件8可以防止因压气机5、透平4所产生的轴向力过大造成的动力轴3轴向移动超出其行程范围，具有抑制电磁止推组件9失效的作用，进而提升了超临界气体的发电机组100的可靠性。
54.具体地，如图1所示，止挡件8包括轴承，轴承套设在动力轴3外，轴承的外周面与壳体1相连，轴承的端面与铁芯部93可分离地抵接。
55.本发明实施例的超临界气体的发电机组100，通过将止挡件8包括轴承，通过轴承对动力轴3的轴向产生限位的同时，还可以通过轴承的内圈对动力轴3的径向偏移进行限位。进而提升了该超临界气体的发电机组100的结构的稳定性、使用寿命及动力轴3的临界转速。由此，具有进一步提升发电效率的优点。
56.如图1所示，本发明实施例的超临界气体的发电机组100还包括联轴器7，联轴器7的一端与动力轴3相连，联轴器7的另一端与转子轴22相连。
57.本发明实施例的超临界气体的发电机组100，通过设置联轴器7可以起到了一定的隔振作用，并提升电机转子轴22和动力轴3之间连接的稳定性和动力学特性。
58.具体地，联轴器7为弹性膜片联轴器(弹膜联轴器)。本发明实施例的超临界气体的发电机组100，弹性膜片联轴器具有隔振效果好和重量小及改善转子动力学特性的优点。
59.如图1所示，该超临界气体的发电机组100还包括至少两个第一气浮轴承61，其中两个第一气浮轴承61分别套设在转子轴22的两端，第一气浮轴承61的外周面与壳体1相连和/或第一气浮轴承61的端面与定子21相连。换言之，第一气浮轴承61的外周面与壳体1相连；或第一气浮轴承61的端面与定子21相连；亦或，第一气浮轴承61的外周面与壳体1相连且第一气浮轴承61的端面与定子21相连。
60.本发明实施例的超临界气体的发电机组100，通过在电机定子21和电机转子轴22之间设置第一气浮轴承61，适用于高温、低温及有辐射性的环境，具有摩擦阻力、能量损失小和转速高的优点。此外，设置至少两个第一气浮轴承61可以承担电机转子轴22的径向载荷，具有结构的稳定性好和动力轴3的临界转速高的优点。由此，具有进一步提升发电效率的优点。
61.可选地，第一气浮轴承61为径向气浮轴承。
62.如图1所示，该超临界气体的发电机组100还包括第二气浮轴承62，第二气浮轴承62套设在动力轴3上，第二气浮轴承62的外周面与壳体1相连。换言之，两个第一气浮轴承61分别套设在电机转子轴22的两端。
63.本发明实施例的超临界气体的发电机组100，通过在壳体1和动力轴3之间设置第二气浮轴，具有进一步降低摩擦和能量损失及提升临界转速的优点，有利于该超临界气体的发电机组100的小型化。
64.可选地，第二气浮轴承62为径向气浮轴承。
65.进一步地，如图1所示，第二气浮轴承62为两个，其中一个第二气浮轴承62套设在动力轴3位于压气机5与铁芯部93之间，另一个第二气浮轴承62套设在动力轴3位于压气机5和透平4之间的部分上。具体地，另一个第二气浮轴承62套设在动力轴3的位于压气机5和透平4的叶片的叶根之间。
66.本发明实施例的超临界气体的发电机组100，通过将第二气浮轴承62设置为两个，具有进一步降低摩擦和能量损失及提升临界转速的优点。由此，具有进一步降低摩擦和能量损失且提升发电的效率的优点。
67.如图1所示，本发明实施例的超临界气体的发电机组100还包括第一密封件，第一密封件设置于壳体1和转子轴22之间以便将容纳腔分隔为第一腔室111和第二腔室112，定子21和转子轴22的一部分设置于第一腔室111内，透平4、动力轴3、压气机5和电磁止推组件9中的每一者均设置于第二腔室112内，转子轴22伸入第二腔室112与动力轴3的一端相连。可以理解的是，第一腔室111和第二腔室112沿着动力轴3的轴向的方向依次设置。例如，图1中所示，第一腔室111位于第二腔室112的左侧。
68.本发明实施例的超临界气体的发电机组100，通过在容纳腔内设置第一密封件将容纳腔分隔为第一腔室111和第二腔室112以便形成不同的气压环境，在具体使用过程中，因透平4所在腔室的压力较高，可以将电机定子21和电机转子轴22形成的磁感应区分隔在低压环境，具有降低磁感应区的风阻损耗和提升发电效率的优点。
69.可选地，该第一密封件为蓖齿式密封结构，例如，图1中所示。由此，具有密封效果好的优点。
70.本发明实施例的超临界气体的发电机组100还包括第二密封件，其中一个第二密封件设置于第二腔室112内，且第二密封件位于壳体1和动力轴3之间以将以便将第二腔室112分隔为第一分腔室1121和第二分腔室1122，透平4和压气机5设置于第一分腔室1121内，电磁止推组件9设置于第二分腔室1122内。
71.本发明实施例的超临界气体的发电机组100，通过在设置的第二密封件第二腔室112内以便将容纳腔分隔为第一腔分室1121和第二腔分室1122，以便形成更多的气压区，将相应的元件设置在不同地气压区，可以将电磁止推组件9形成的磁感应区分隔在低压环境，具有进一步降低磁感应区的风阻损耗和提升发电效率的优点。
72.可选地，该第二密封件为蓖齿式密封结构，例如，图1中所示。由此，具有密封效果好的优点。
73.该超临界气体的发电机组100还包括介质循环系统和充斥在介质循环系统内的介质，介质循环系统包括回热组件、冷却组件和加热器组件，回热组件、冷却组件、加热器组件(加热器和管道)、透平4和压气机5形成循环通路。
74.本发明实施例的超临界气体的发电机组100，通过介质循环系统包括回热组件、冷却组件和加热器组件，回热组件、冷却组件、加热器组件、透平4和压气机5形成循环回路，以保证超临界环境，避免因气体泄露导致发电机组效率低或失效的问题。
75.具体地，介质为二氧化碳。以二氧化碳作为介质具有粘滞性小、耐高温性能好及无污染的优点。
76.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。
77.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
78.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
79.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
80.在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少
一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
81.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。