一种涡旋膨胀发电机及朗肯循环热电转换系统

摘要

本发明公开了一种涡旋膨胀发电机及朗肯循环热电转换系统，涡旋膨胀发电机包括壳体、定盘、动盘、偏心轮、主轴、支架、发电机转子和发电机定子，壳体上设置有进气管和出气管，进气管与定盘的进气孔相连，定盘与支架固定连接，定盘的侧壁与动盘的侧壁啮合并形成膨胀腔，动盘与偏心轮通过轴承连接，偏心轮与主轴固定连接，支架套接在主轴上并与壳体固定连接，发电机转子与主轴固定连接，发电机定子包裹发电机转子并与壳体固定连接。朗肯循环热电转换系统包括涡旋膨胀发电机、蒸发器、中间热交换器和高压低温润滑油输入装置。

说明书

技术领域

本发明涉及发电机技术和热电转换技术领域，具体涉及一种涡旋膨胀发电机及朗肯循环热电转换系统。

背景技术

目前涡旋技术主要应用于涡旋式制冷压缩机、涡旋空压机，涡旋机械的优越性已经在上述应用中得到了非常明显的验证。中国专利201010535281.2揭示了一种螺杆膨胀发电装置，通过螺杆机械与涡旋机械在压缩机领域的使用对比可以知道，两者的特点决定了其使用范围，螺杆机械适用于大排量的装置，而涡旋机械适用于中小排量的装置。在中小排量范围内相对而言，涡旋机械效率更高，振动、噪音更小。同为涡旋机械，涡旋压缩机与涡旋膨胀机最大的区别是其工质的流向不同，涡旋压缩机是通过涡旋体外围涡旋壁吸入气体后将气体往中心部位推挤，而涡旋膨胀机是气体自心部进气后由气体本身内能所携带的压力推动涡旋体使其往外围扩散。

    相对于制冷压缩机，膨胀机工质的温度一般较高，入口温度达到摄氏150度甚至更高，即使是较高粘度的润滑油，在高温条件下，其粘度都将下降很多，其形成油膜的能力会大大降低。同时，较高的温度也会减小轴承的使用寿命，特别是动盘轴承。润滑及冷却不良将导致膨胀机机械效率降低，并最终影响其性能及可靠性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种涡旋膨胀发电机和朗肯循环热电转换系统，将涡旋膨胀机应用于发电和热电转换技术领域。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种涡旋膨胀发电机，包括壳体和位于所述壳体内部的定盘、动盘、偏心轮、主轴、支架、发电机转子和发电机定子，所述壳体上设置有进气管和出气管，所述进气管与所述定盘的进气孔相连，所述定盘与所述支架固定连接，所述定盘的侧壁与所述动盘的侧壁啮合并形成膨胀腔，所述动盘与所述偏心轮通过轴承连接，所述偏心轮与所述主轴固定连接，所述支架套接在所述主轴上并与所述壳体固定连接，所述发电机转子与所述主轴固定连接，所述发电机定子包裹所述发电机转子并与所述壳体固定连接。 

所述的涡旋膨胀发电机，其中所述定盘的侧壁与所述动盘的侧壁在靠近所述定盘的进气孔处过盈啮合。 

所述的涡旋膨胀发电机，其中所述动盘的外侧设置有防动盘自转机构。

所述的涡旋膨胀发电机，其中所述防动盘自转机构包括位于所述动盘外侧的钢环和位于所述钢环内侧的固定销，所述固定销固定在所述支架的销孔内，所述钢环内径为R1，所述固定销半径为r1，所述动盘的回转半径为R，则R1、r1 和R 满足以下几何关系：R1-r1= R。

所述的涡旋膨胀发电机，其中所述动盘与所述支架之间设置有耐磨垫。

所述的涡旋膨胀发电机，其中在所述主轴和所述支架之间设置有轴瓦。

所述的涡旋膨胀发电机，其中润滑油管道穿过所述壳体的侧壁并与所述支架的进油孔相连。

所述的涡旋膨胀发电机，其中所述润滑油管道与高压低温润滑油输入装置连接，所述高压低温润滑油输入装置包括通过管道依次连接的冷凝器、高压泵和过滤器。

所述的涡旋膨胀发电机，其中所述支架上设置有泄油装置。

一种朗肯循环热电转换系统，包括涡旋膨胀发电机、蒸发器、中间热交换器和高压低温润滑油输入装置，所述涡旋膨胀发电机的进气管与所述蒸发器相连，所述涡旋膨胀发电机的出气管与所述中间热交换器相连，所述中间热交换器与所述高压低温润滑油输入装置相连，所述高压低温润滑油输入装置与所述涡旋膨胀发电机相连。 

本发明的有益效果：本发明涡旋膨胀发电机和朗肯循环热电转换系统能高效、平稳的发电，并且有噪音低、可靠、使用寿命长的优点，是能量转化的理想设备，特别适用于低温热源能量回收、热电一体应用场合，本发明推进了发电机技术和热电转换技术的进步。 

附图说明

本发明包括如下附图：

图1为本发明涡旋膨胀发电机示意图；

图2为本发明动盘与偏心轮连接方式示意图；

图3为本发明偏心轮与主轴连接方式示意图；

图4为本发明防动盘自转机构示意图；

图5为本发明动盘示意图；

图6为本发明定盘示意图；

图7为本发明泄油装置示意图；

图8为本发明高压低温润滑油输入装置示意图；

图9为本发明过滤器示意图；

图10为本发明朗肯循环热电转换系统示意图。

具体实施方式

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明:

如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8和图9所示，本发明涡旋膨胀发电机包括壳体2和位于壳体2内部的定盘3、动盘4、偏心轮18、主轴12、支架9、发电机转子10和发电机定子11，壳体2上设置有进气管1和出气管13，进气管1与定盘3的进气孔31相连，定盘3与支架9固定连接，定盘3的侧壁32与动盘4的侧壁41啮合并形成膨胀腔19，动盘4与偏心轮18通过轴承连接，偏心轮18与主轴12固定连接，支架9套接在主轴12上并与壳体2固定连接，发电机转子10与主轴12固定连接，发电机定子11包裹发电机转子10并与壳体2固定连接。定盘3的侧壁32与动盘4的侧壁41在靠近定盘3的进气孔31处过盈啮合。动盘4的外侧设置有防动盘自转机构，防动盘自转机构包括位于动盘4外侧的钢环5和位于钢环5内侧的固定销6，固定销6固定在支架9的销孔内，钢环5内径为R1，固定销6半径为r1，动盘4的回转半径为R，则R1、r1 和R 满足以下几何关系：R1-r1= R。动盘4与支架9之间设置有耐磨垫17。在主轴12和支架9之间设置有轴瓦14。润滑油管道15穿过壳体2的侧壁并与支架9的进油孔相连。润滑油管道15与高压低温润滑油输入装置连接，高压低温润滑油输入装置包括通过管道依次连接的冷凝器20、高压泵21和过滤器22。所述支架上设置有泄油装置16。

高压气态热工质从进气管1进入膨胀机，进气管1连接定盘3进气口31，或将定盘3的上端面与壳体2之间设置成封闭区域，工质充满该封闭区域后再进入定盘3的进气孔31。高压气态热工质进入由定盘3和动盘4啮合而成的膨胀腔19，自发地推动动盘4往使膨胀腔容积增大的方向运转。动盘4与偏心轮18间通过主轴承8连接，偏心轮18与主轴12间通过偏心轮18的销孔与主轴12曲拐销间隙配合连接。在钢环5与固定销6组成的防动盘自转机构的作用下，动盘4及动盘轴承7通过驱动偏心轮18带动主轴12运转。定盘3通过螺栓与支架9连接，支架9焊接在壳体2上。动盘4与支架9间设置表面光洁度高、硬度高的耐磨垫17，以减小摩擦损失。固定销6过盈配合压装在支架9上的销孔内。偏心轮18与主轴12为间隙配合，偏心轮12可绕主轴曲柄销作微小摆动，以实现动盘侧壁41与定盘侧壁32之间的径向可调间隙，确保相对运转时泄漏小，功率损失少。除作为驱动元件功能外，偏心轮18还有平衡动盘离心力的作用。主轴承8、轴瓦14过盈配合压装在支架上，主轴12与主轴承8过盈配合，主轴承8在承受径向载荷的同时承受电机转子10与主轴12自重，轴瓦14在承受一定径向载荷的同时对支架9与动盘4之间的区域起密封作用，制造上允许轴瓦14与主轴12之间有微小间隙，在具有一定粘度的润滑油的作用下可形成有效密封。泄油装置16过盈配合压装在支架上，泄油孔设置在支架外圆周壁内，如图7所示，泄油装置16设为单向阀。单向阀中设置过滤器161。单向阀包括弹簧162、钢球163，弹簧162所需的预紧力由压力腔的压力决定。当压力腔压力大于弹簧162预紧力，推开钢球163，实现泄油。进油管15自外部穿过壳体2、支架9进入中间腔，为涡旋膨胀发电机提供高压低温的润滑油，实现涡旋膨胀发电机可靠运行。进油管15直径及长度需根据中间腔所需压力进行匹配设计。发电机定子11过盈或焊接在壳体2内。

如图10所示，本发明朗肯循环热电转换系统包括涡旋膨胀发电机、蒸发器、中间热交换器和高压低温润滑油输入装置，涡旋膨胀发电机的进气管与蒸发器相连，涡旋膨胀发电机的出气管与中间热交换器相连，中间热交换器与高压低温润滑油输入装置相连，高压低温润滑油输入装置与涡旋膨胀发电机相连。 

本发明朗肯循环热电转换系统的具体实施例包括涡旋膨胀发电装置、蒸发器、中间热交换器、冷凝器、液体泵、储液罐、过滤器，工质在蒸发器内被高温热源加热、汽化，变成高温高压蒸汽；再通过过热器使工质成为过热蒸汽；随后进入涡旋膨胀发电机，通过工质膨胀作功带动连接在曲轴上的转子，实现发电机发电。作功后的低温低压工质进入冷凝器冷凝成液体，之后进入储液器。自储液器流出的循环工质由液体泵加压后进入蒸发器，开始下一个循环。中间热交换器可作为选配部件设置，可降低蒸发器的加热量。过滤器在液态泵之后，从过滤器内部引一管路至膨胀机内，使高压低温液态润滑油通过该管路流入膨胀机中压腔内。

本领域技术人员不脱离本发明的实质和精神，可以有多种变形方案实现本发明，以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本发明的权利范围之内。