[發明專利]一體式發電系統及發電方法

在審

• 申請號: 201610562206.2
• 申請日: 2016-07-15
• 公開（公告）號: CN107620611A
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發明（設計）人: 王德慧;張晟;徐四清;江寧
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: F01D15/10
• 分類號: F01D15/10;F01D25/12
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司11240
• 代理人: 李慧

技術領域

本發明涉及發電技術領域，特別涉及一體式發電系統及發電方法。

背景技術

隨著環境問題日益受到關注，如何提高能源的利用率，減少環境污染已經成為研究熱點。在工業生產中經常會產生一些廢熱，通過有機朗肯循環(Organic Rankine Cycle，ORC)可以回收這些廢熱進行發電，實現能源的重復利用，提高能源的利用率。在有機朗肯循環中，高壓工質在膨脹機中膨脹驅動透平轉動，進而使透平帶動發電機轉動進行發電，為了防止有害、易燃易爆或影響環境的工質從膨脹機的軸端泄露或混入空氣對環境或用戶造成危害，目前一般采用膨脹機與發電機一體式設計。

由于軸流透平相對于向心透平具有成本低、功率高的特點，所以目前一體式設計的膨脹機與發電機中一般采用軸流透平膨脹機。

目前一體式設計的膨脹機與發電機，將軸流透平膨脹機與發電機集成到一起后，軸流透平膨脹機的旋轉軸以懸臂的形式對軸流透平進行支撐，當軸流透平的轉速較高時，旋轉軸由于較大的徑向位移而發生較強的振動，導致軸流透平膨脹機及發電機的工作穩定性較低。

發明內容

本發明實施例提供了一體式發電系統及發電方法，能夠減小旋轉軸的振動強度。

本發明實施例提供了一體式發電系統，包括：軸流透平膨脹機及發電機；

所述軸流透平膨脹機的軸流透平與所述發電機的轉子固定在同一根旋轉軸上，所述軸流透平在外部輸入的工質的驅動下帶動所述旋轉軸及所述轉子轉動；

所述軸流透平膨脹機的殼體與所述發電機的殼體固定連接，所述旋轉軸通過至少兩個徑向軸承固定于所述軸流透平膨脹機的殼體與所述發電機的殼體內部，其中，所述至少兩個徑向軸承中的第一徑向軸承固定于所述旋轉軸的第一軸端，所述至少兩個徑向軸承中的第二徑向軸承固定于所述旋轉軸的第二軸端。

在本發明一個優選實施例中，

所述軸流透平膨脹機的工質輸出端與所述轉子相鄰。

在本發明另一個優選實施例中，

所述軸流透平膨脹機的工質輸入端與所述轉子相鄰，且所述軸流透平膨脹機的工質輸出端位于所述旋轉軸的延長線上。

在本發明一個優選實施例中，

所述發電機包括：永磁直驅發電機或勵磁發電機。

其中，

當所述發電機為永磁直驅發電機時，所述發電機的殼體的殼壁上設置有冷卻通道，所述冷卻通道用于傳輸冷卻介質，以對所述永磁直驅發電機進行冷卻，其中，

所述冷卻通道以螺旋的形式或以至少兩條環形通道并行的形式設置于所述發電機的殼體的殼壁上。

優選地，進一步包括：凝汽器；

所述凝汽器分別與所述冷卻通道及所述軸流透平膨脹機相連；

所述凝汽器，用于對所述軸流透平膨脹機輸出的所述工質進行冷凝，形成液態工質；

所述冷卻通道，用于傳輸所述凝汽器形成的所述液態工質，以通過所述液態工質對所述永磁直驅發電機進行冷卻。

在本發明一個優選實施例中，

所述軸流透平包括：單級軸流透平或多級軸流透平。

在本發明一個優選實施例中，

該一體式發電系統進一步包括：至少一個軸向軸承；

所述軸向軸承的內圈與所述旋轉軸固定連接，所述軸向軸承的外圈與所述軸流透平膨脹機的殼體或所述發電機的殼體固定連接，用于對所述旋轉軸的軸向位置進行固定。

在本發明一個優選實施例中，

所述徑向軸承包括：滾動軸承、滑動軸承或電磁軸承。

其中，

當所述徑向軸承為電磁軸承時，進一步包括：至少兩個停車軸承；

所述停車軸承固定于所述軸流透平膨脹機的殼體或所述發電機的殼體上，與所述徑向軸承相鄰，并與所述旋轉軸相連；

所述停車軸承，用于在所述電磁軸承沒有正常工作時對所述旋轉軸的徑向位置進行限定。

在本發明一個優選實施例中，

該一體式發電系統進一步包括：密封圈；

所述密封圈與所述旋轉軸相連，位于所述軸流透平膨脹機的殼體與所述發電機的殼體的連接處，用于對所述軸流透平膨脹機的殼體內的所述工質進行密封，其中，

所述密封圈包括：迷宮密封圈、梳式密封圈、刷式密封圈、氣密封裝置、填料密封裝置及機械密封裝置中的任意一種。

本發明實施例還提供了一種利用上述任意一種一體式發電系統進行發電的方法，所述發電機的定子固定于所述發電機的殼體內部，包括以下步驟：