[發明專利]用于熱發電的爪式發動機發電循環裝置

有效

• 申請號: 201210469228.6
• 申請日: 2012-11-20
• 公開（公告）號: CN102926826A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 王君;查海濱;姜希彤;李雪琴;章大海
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: F01K25/00
• 分類號: F01K25/00;F01K17/02;F01C13/00;F01C13/04;F01C1/16
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技術領域

本發明涉及一種利用熱能進行發電的發動機發電循環裝置，特別是涉及一種采用爪式壓縮機和爪式膨脹機的用于熱發電的爪式發動機發電循環裝置。

背景技術

利用太陽能、工業余熱進行熱發電具有廣泛的應用前景，熱發電是利用發動機將熱能轉化為機械能，帶動發電機進行發電。現有的熱發動機主要有：汽輪機發電循環和斯特林發電循環；汽輪機裝置龐大、適用于大功率發電；斯特林發電機實現難度較大。由于熱發電的應用場合越來越多，為適應各種發電功率下的發電需求，提出用于熱發電的新型發動機發電循環裝置具有重要的意義。

發明內容

本發明的目的是提出一種用于熱發電的爪式發動機發電循環裝置，由加熱器、單向閥、爪式壓縮膨脹機（包括爪式壓縮機和爪式膨脹機）、回熱器、冷卻器和發電機組成。其工作過程是：氣體經爪式壓縮機壓縮后具有一定壓力，進入加熱器吸熱后，進入爪式膨脹機內進行膨脹作功，膨脹后的氣體溫度仍然較高，進入回熱器進行放熱，使溫度降低，再進入冷卻器進一步被冷卻，被冷卻后的氣體進入爪式壓縮機進行壓縮；被壓縮后的氣體進入回熱器吸收膨脹后氣體的熱量，再進入加熱器吸熱使得溫度再度升高；溫度較高的氣體經單向閥進入爪式膨脹機內進行膨脹對外作功，爪式膨脹機帶動爪式壓縮機和發電機運轉，實現熱發電。

所提出的一種用于熱發電的爪式發動機發電循環裝置的特點是：整個熱力循環包括氣體在爪式膨脹機內的多級膨脹過程、在回熱器內的等壓放熱過程、在冷卻器內的等壓放熱過程、在爪式壓縮機內的多級壓縮過程、在回熱器內的等壓吸熱過程、在加熱器內的等壓吸熱過程。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：①將爪式壓縮機的多級爪式轉子和爪式膨脹機的多級爪式轉子串聯在同一對軸上，這對軸聯接一對同步齒輪實現爪式轉子的相互嚙合，組成爪式壓縮膨脹機；由爪式膨脹機帶動爪式壓縮機用于壓縮氣體，并帶動發電機進行發電。②將爪式膨脹機的各級爪式轉子的相位在圓周上均勻分布，爪式壓縮機的各級爪式轉子的相位在圓周上均勻分布，使得整個軸系轉子的旋轉力矩均勻，實現力矩均勻輸出；爪式壓縮機和爪式膨脹機的級數相等，從軸的一側向另一側依次布置爪式膨脹機的低壓級轉子、爪式膨脹機的高壓級轉子、爪式壓縮機的高壓級轉子、爪式壓縮機的低壓級轉子，使得各級爪式轉子上氣體所產生的軸向力可實現完全平衡；將爪式壓縮機和爪式膨脹機的高壓級爪式轉子布置在軸的中間，將爪式低壓級爪式轉子布置在軸的兩側，有利于軸端處的氣體密封。③爪式壓縮膨脹機的各級轉子都采用無尖點的圓弧爪式轉子型線，可改善爪式轉子的受力狀態、減小其變形、提高爪式轉子的強度和密封性能、提高了壓力比和溫度適用范圍。④爪式壓縮機采用多級壓縮，在爪式壓縮機級間設置級間冷卻器，減小壓縮功耗；爪式膨脹機采用多級膨脹，在爪式膨脹機級間設置級間再熱器，增加膨脹功輸出。⑤采用回熱器，實現膨脹后的氣體與被壓縮后的氣體之間的換熱，使得膨脹后的氣體放熱，被壓縮后的氣體吸熱，以提高發電效率。

本發明的有益效果是：①采用爪式壓縮機進行氣體壓縮，采用爪式膨脹機實現氣體膨脹，并將爪式壓縮機轉子和爪式膨脹機轉子進行同軸串聯，組成爪式壓縮膨脹機，具有結構接湊、干式無油、流動損失小、壓縮和膨脹過程熱效率高、運轉平穩、轉速高、振動噪聲小和可靠性高的優點。②爪式壓縮機和爪式膨脹機的級數相等，從軸的一側向另一側依次布置爪式膨脹機的低壓級轉子、爪式膨脹機的高壓級轉子、爪式壓縮機的高壓級轉子、爪式壓縮機的低壓級轉子，使得各級爪式轉子上氣體所產生的軸向力可實現完全平衡；③將爪式壓縮機和爪式膨脹機的高壓級爪式轉子布置在軸的中間，將爪式低壓級爪式轉子布置在軸的兩側，有利于軸端處的氣體密封。④爪式膨脹機的多級爪式轉子的相位在圓周上均勻分布，爪式壓縮機的多級爪式轉子的相位在圓周上均勻分布，使得整個軸系轉子的旋轉力矩均勻，實現扭矩均勻輸出；同時實現軸系旋轉慣性力平衡。⑤爪式壓縮膨脹機能夠實現多級壓縮和多級膨脹，同時在爪式壓縮機級間設置級間冷卻器，在爪式膨脹機級間設置級間再熱器，可減小氣體壓縮功耗，增大氣體膨脹功輸出。⑤爪式壓縮機轉子和爪式膨脹機轉子都采用無尖點的圓弧爪式轉子，改善了爪式轉子的受力狀態、減小其變形、提高了強度和密封性能、提高了壓力比和溫度適用范圍。⑥采用回熱器，實現膨脹后的氣體與被壓縮后的氣體之間的換熱，使得膨脹后的氣體放熱，被壓縮后的氣體吸熱，以提高發電效率。⑦爪式發動機發電循環裝置可適用于利用太陽能、工業余熱進行熱發電的應用場合，其適應范圍廣。?

附圖說明

下面結合附圖對本發明進一步說明。

圖1為爪式發動機發電循環裝置示意圖。