[發(fā)明專利]常溫CO2超臨界狀態(tài)自循環(huán)的渦輪永磁發(fā)電機

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610590247.2
• 申請日: 2016-07-26
• 公開（公告）號: CN107654263A
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 賈建立
• 申請（專利權(quán)）人: 賈建立
• 主分類號: F01D15/10
• 分類號: F01D15/10;F01K7/32;H02K7/18
• 代理公司: 鄭州科維專利代理有限公司41102
• 代理人: 王理君

1.本發(fā)明常溫CO₂超臨界狀態(tài)自循環(huán)的渦輪永磁發(fā)電機，其特征在于：所述常溫CO₂超臨界狀態(tài)自循環(huán)的渦輪永磁發(fā)電機包括結(jié)構(gòu)設(shè)計原理，是全面系統(tǒng)的采用永磁發(fā)電機、渦輪機的工作原理，把有工質(zhì)流通的葉輪旋轉(zhuǎn)面改造為轉(zhuǎn)子，蝸殼改造為定子，實現(xiàn)兩機融合為一體，即渦輪永磁發(fā)電機；包括按流體工質(zhì)有序的流通方向，設(shè)計優(yōu)化渦輪旋轉(zhuǎn)式動力部件的組合，通常是單級向心（徑向）式渦輪葉輪和單級離心式壓氣葉輪對置在兩端，中間是軸流式等外徑壓氣葉輪，并且等外徑封閉成圓筒形，三部件同軸組合，形狀很像兩端有兩個飛輪拖動的轉(zhuǎn)鼓，并對葉輪旋轉(zhuǎn)式動力部件改造成表面磁體式、內(nèi)嵌式和表面嵌入式轉(zhuǎn)子機構(gòu)，即為葉輪旋轉(zhuǎn)式動力轉(zhuǎn)子，蝸殼和兩端蓋改造成定子，即構(gòu)成原動力型渦輪永磁發(fā)電機；包括在一個最基礎(chǔ)最簡單的單軸單級組合式渦輪永磁發(fā)電機中，存在三個發(fā)電機，即軸流式葉輪（轉(zhuǎn)子）徑向磁通永磁發(fā)電機，和一個向心式和離子式葉輪（轉(zhuǎn)子）軸向磁通永磁發(fā)電機，為設(shè)計無損的交－直－交變換器的輸變電提供了有利條件；包括自循環(huán)渦輪永磁發(fā)電機，一方面是在流體工質(zhì)驅(qū)動葉輪（轉(zhuǎn)子）的閉式自循環(huán)，另一方面是流體工質(zhì)動力不足的情況下、有自補償無損的自循環(huán)，從發(fā)電機體外熱交換器排出的、處于較高壓力的流體工質(zhì)，從向心式渦輪外徑流入后，經(jīng)可調(diào)的噴嘴（靜葉）流入葉輪，在葉輪中做功，并轉(zhuǎn)過90度角呈軸向流出，進入相對收縮的固定的軸流式壓氣等外徑葉輪增壓后，進入離心式壓氣機，經(jīng)進口導(dǎo)流器、離心式工作葉輪、擴壓器，流體工質(zhì)重新獲得較高壓力的動能，從離心式壓氣機中徑向排出，再進入熱交換器，構(gòu)成閉式自循環(huán)，在自循環(huán)的過程中，流體工質(zhì)的冷壓力動能，既是渦輪（轉(zhuǎn)子）的主要動力源，又是發(fā)電機的冷卻劑，替代了常規(guī)的發(fā)電機用壓縮空氣或氫氣冷卻；包括自循環(huán)流體工質(zhì)的冷壓力動能再生，是在自循環(huán)渦輪永磁發(fā)電機的動力系統(tǒng)中，幾乎全部吸收了向心式渦輪機和離心式壓氣機技術(shù)優(yōu)勢，象常規(guī)的向心式渦輪機流量小、葉輪尺寸大、轉(zhuǎn)速高、不能多級使用的劣勢，在渦輪永磁發(fā)電機中卻成了優(yōu)勢，小流量就能滿足葉輪（轉(zhuǎn)子）無負荷狀態(tài)的旋轉(zhuǎn)做功，葉輪尺寸大、加之永磁鐵配重，由于慣性當達到一定恒速運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，其動能消耗量很小，這與傳統(tǒng)的發(fā)動機拖動發(fā)電機作功方式有質(zhì)的不同，在渦輪（轉(zhuǎn)子）的設(shè)計中，依據(jù)在一定的溫度壓力范圍內(nèi)的工質(zhì)流通量，通常把軸流式葉輪（轉(zhuǎn)子）徑向磁通永磁發(fā)電機的功率做的比較大，即主發(fā)電機，但它與工質(zhì)流通的固定的軸流式渦輪關(guān)系不大，因為工質(zhì)流通量相對很小，而外徑圓筒體配置的永磁鐵又很重，軸流式渦輪機的功效大大弱化，設(shè)計成軸流式固定葉輪增壓才有實際意義，只有向心式渦輪機是動力葉輪（轉(zhuǎn)子），由于葉片及葉輪都具有較好的強度和剛性，其輪周速度可達450－550m/S，又是作向心流動，渦輪機級能獲得較大的比功和效率，同時，由于級中葉輪流動損失和余速損失均較小，對軸流式固定壓氣葉片增壓有利，進而對離心式壓氣機再增壓更有利，本來離心式壓氣機，在工作葉輪中流動的氣體，由于能夠得到離心力的幫助，因而一個級的壓比就有可能達到4 - 4.5，甚至更高一些，而軸流壓氣機一個級的增壓比只有1.15 - 1.35左右，因此，自循環(huán)流體工質(zhì)的冷壓力動能再生不存在問題；包括自循環(huán)流體工質(zhì)的溫升值，離發(fā)電機最高溫度限值有余量時，渦輪永磁發(fā)電機既可以多機串聯(lián)閉式自循環(huán)，又可以經(jīng)熱交換器熱電聯(lián)產(chǎn)；包括設(shè)計渦輪永磁發(fā)電機有負荷的軸功拖動動力機械輸出負荷動力，實現(xiàn)渦輪永磁發(fā)電機冷電力和冷動力的聯(lián)產(chǎn)；包括自循環(huán)渦輪永磁發(fā)電機、常溫CO₂超臨界狀態(tài)中的常溫最高限值和最低限值范圍，是指最高溫度限值是渦輪永磁發(fā)電機允許的最高運行溫度，由于永磁材料不同所以限定的最高溫度也不相同，最低溫度限值是保持CO₂超臨界狀態(tài)的最低溫度，由于壓力不同所以最低溫度限值也不相同；包括自循環(huán)渦輪永磁發(fā)電機，符合有冷壓力流體工質(zhì)條件、又符合渦輪永磁發(fā)電機選擇的溫度最高限值，廣泛使用低沸點易液化和氣化的無機物工質(zhì)或有機物工質(zhì)，并經(jīng)過自循環(huán)渦輪永磁發(fā)電機體外的熱交換器，可以實現(xiàn)自循環(huán)渦輪永磁發(fā)電機的熱電聯(lián)產(chǎn)，或冷熱電三聯(lián)產(chǎn)；包括渦輪永磁發(fā)電機，又廣泛使用有一定壓力的低溫氣體的增壓輸送，典型范例是天然氣管道輸送；包括開放式有負荷的渦輪永磁發(fā)電機連動離心式或軸流式壓氣機，壓縮空氣通過渦輪永磁發(fā)電機供電供暖風(fēng)；包括渦輪永磁發(fā)電機可設(shè)計為重型低速、中型中速、小型高速三種類型，對于葉輪（轉(zhuǎn)子）材質(zhì)，在一般金屬、合金、永磁材料制造的基礎(chǔ)上，開發(fā)稀土材料和碳纖維合成的葉輪（轉(zhuǎn)子），并使用磁軸承，使其懸浮減少機械摩擦，更高效、更安全可靠，并且設(shè)計為永磁無刷電動機、發(fā)電機；包括獨立運行的自循環(huán)渦輪永磁發(fā)電機，配置超級電容器及電力電子交換裝置，用于啟動和無損補償調(diào)節(jié)發(fā)電機恒速運轉(zhuǎn)，同時可進行電壓調(diào)節(jié)和增加電能輸出；包括自循環(huán)渦輪永磁發(fā)電機與超級電容耦合，構(gòu)成新型的起動系統(tǒng)和冷電力、冷動力傳輸系統(tǒng)工程。