[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

相關申請數據

本申請是2012年9月11日提交的名稱為“Axial Overhung Turbine and Generator System For Use In An Organic Rankine Cycle”的美國臨時專利申請序列號為61/699,649的非臨時申請，該美國臨時專利申請通過引用以其整體并入本文。

發明領域

本發明總體上涉及用于工業廢熱回收和其他應用的渦輪發電機電力系統領域。特別地，本發明涉及聯接到直驅(direct-drive)電力發電機的懸臂式(overhung)渦輪機。

背景

關于氣候變化和能源成本上升的擔憂以及將各種工業操作費用減到最小的愿望，共同引起增強注重收集此類操作中產生的廢熱。有機郎肯循環(“ORC”)渦輪發電機電力系統已用于工業廢熱回收。遺憾的是，用于收集廢熱并將其轉換為電力的公知系統對于特定工業操作中可用的空間往往太大、在效率上低于預期的效率、需要比可用熱量更多的熱量來高效運行、太昂貴以至于不能針對某些應用進行制造或需要比預期的更多的維護。在其他應用中，諸如地熱能回收和某些海洋熱能工程，可利用豐富的熱量并且高效的ORC系統是將這樣的熱量轉換為電力的令人滿意的裝置。然而，即使在這樣的其它的應用中，公知的ORC系統對于一些這樣的應用往往過于昂貴，比預期效率低和/或比預期需要更多的維護。

發明內容

在一個實施中，本公開涉及用于將熱能轉換為電力的系統。該系統包括：發電機，該發電機具有5MW或更小的功率輸出，所述發電機具有近端、遠端、發電機轉子和定子，所述發電機轉子被布置用于在所述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，該渦輪機具有至少一個定子和至少一個渦輪機轉子，該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，所述出口定位成緊鄰所述渦輪機的所述第一端部，以便使傳遞到所述發電機的熱量減到最小。

在另一個實施中，本公開涉及用于將熱能轉換為電力的系統。該系統包括：發電機，該發電機具有5MW或更小的功率輸出，所述發電機具有近端、遠端、發電機轉子和定子，所述發電機轉子被布置用于在所述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流體膜軸承和定位成鄰近所述遠端的第二流體膜軸承，所述第一流體膜軸承和第二流體膜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，該渦輪機具有至少一個定子和至少一個渦輪機轉子，該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，所述出口定位成緊鄰所述渦輪機的所述第一端部，以便使傳遞到所述發電機的熱量減到最小。