[發明專利]將熱能轉換為電力的系統、軸向渦輪機和制造渦輪機的方法

有效

• 申請號: 201380057879.7
• 申請日: 2013-09-11
• 公開（公告）號: CN104838093B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 凱文·費爾曼;弗朗西斯·A·迪貝拉;大衛·亞皮克瑟;弗雷德里克·E·貝克爾;亞歷山大·戈菲爾
• 申請（專利權）人: 概創機械設計有限責任公司
• 主分類號: F01D15/10
• 分類號: F01D15/10;F01D25/16;F01D25/24;F01K13/02
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司11262
• 代理人: 張瑞,鄭霞

1.一種用于將熱能轉換為電力的系統，所述系統包括：

發電機，所述發電機具有5MW或更小的功率輸出，所述發電機具有近端、遠端、發電機轉子和發電機定子，所述發電機轉子被布置用于在所述發電機定子內圍繞旋轉軸進行旋轉運動，所述發電機還包括定位成鄰近所述近端的第一磁徑向軸承和定位成鄰近所述遠端的第二磁徑向軸承，所述第一磁徑向軸承和所述第二磁徑向軸承環繞所述發電機轉子并在運行期間保持所述發電機轉子相對于所述旋轉軸實質上同軸對準；以及

渦輪機，所述渦輪機具有至少一個渦輪機定子和至少一個渦輪機轉子，所述至少一個渦輪機轉子被支撐用于圍繞所述旋轉軸相對于所述至少一個渦輪機定子的旋轉運動，所述至少一個渦輪機轉子與所述發電機轉子聯接以便旋轉驅動所述發電機轉子，所述渦輪機具有附接于所述發電機的所述近端的第一端部，其中所述至少一個渦輪機轉子具有懸臂式結構，使得沒有徑向軸承被包括在所述渦輪機中用于徑向支撐所述至少一個渦輪機轉子進行旋轉運動，所述渦輪機還包括用于接收在第一溫度的工作流體的入口和用于排出在第二溫度的所述工作流體的出口，所述第二溫度低于所述第一溫度，所述出口被定位成緊鄰所述渦輪機的所述第一端部，以便使到所述發電機的熱傳遞減到最小，

所述至少一個渦輪機定子包括多個渦輪機定子板，所述至少一個渦輪機轉子包括多個渦輪機轉子板，并且所述渦輪機定子板和所述渦輪機轉子板的接觸表面在范圍0.00005″至0.020″內是平坦的。

2.根據權利要求1所述的系統，其中所述發電機具有小于600KW的功率輸出。

3.根據權利要求1所述的系統，其中所述渦輪機是多級渦輪機，并且所述至少一個渦輪機定子包括多個渦輪機定子，并且所述至少一個渦輪機轉子包括多個渦輪機轉子。

4.根據權利要求3所述的系統，其中所述多個渦輪機轉子包括以背對背結構布置的至少兩個渦輪機轉子。

5.根據權利要求1所述的系統，其中所述渦輪機包括殼體，并且所述多個渦輪機定子板和所述多個渦輪機轉子板一起形成可拆卸地安裝在所述殼體中的一體芯座。

6.根據權利要求1所述的系統，其中所述發電機包括朝向所述發電機轉子徑向向內延伸的至少一個刷式密封件和從所述至少一個刷式密封件徑向向內第一距離定位的刷式密封件支承座，所述第一距離被選擇以允許所述至少一個刷式密封件接觸所述刷式密封件支承座，所述至少一個刷式密封件被設置尺寸和配置為在啟動和關閉期間，在所述第一磁徑向軸承和所述第二磁徑向軸承中的一個磁徑向軸承被完全激勵之前支撐所述發電機轉子，以便維持所述發電機轉子相對于所述旋轉軸實質上同軸對準。

7.根據權利要求1所述的系統，其中所述發電機包括用于可旋轉地支撐所述發電機轉子的至少一個滾動體軸承，所述至少一個滾動體軸承鄰近所述第一磁徑向軸承和所述第二磁徑向軸承中的至少一個。

8.根據權利要求1所述的系統，其中所述至少一個渦輪機轉子具有徑向尺寸Δr，如在所述旋轉軸與所述至少一個渦輪機轉子的最外部分之間所測量的，所述渦輪機包括具有底板的罩，所述底板具有第一厚度，其中，所述第一厚度被選擇以允許所述底板被機械加工到足以容納所述至少一個渦輪機轉子的厚度，所述至少一個渦輪機轉子具有在Δr與1.4Δr之間變化的徑向尺寸。

9.根據權利要求1所述的系統，還包括具有帶有表面的可移動背板的罩、與所述背板相對的罩壁、以及具有寬度l1的擴散器通道出口，其中所述背板的所述表面與所述罩壁隔開距離l4，其中，所述距離l4的范圍在所述寬度l1的一半與所述寬度l1的四倍之間。

10.根據權利要求9所述的系統，其中所述背板具有厚度，所述厚度被選擇以允許所述背板被機械加工使得所述距離l4在所述寬度l1的一半與所述寬度l1的四倍之間。