基于静压气浮轴承的ORC循环系统技术方案

本实用新型专利技术基于静压气浮轴承的ORC循环系统涉及低温发电技术领域。其目的是为了提供一种无油、无泄漏、工作效率高的ORC循环系统。本实用新型专利技术基于静压气浮轴承的ORC循环系统包括储液罐、冷媒泵、蒸发器、径向膨胀发电机组、冷凝器和并流器，径向膨胀发电机组包括发电机壳体，发电机壳体内一体式设置有变转速永磁发电机和透平，变转速永磁发电机内的转子随转轴转动，转轴由两个静压气浮轴承支撑，径向膨胀发电机组内设置有隔热冷却系统，隔热冷却系统包括喷流环、储液环、隔热气体腔和隔热液体腔，喷流环和储液环用于对发电机进行降温，隔热气体腔和隔热液体腔用于对静压气浮轴承进行隔热和降温，发电机壳体上设置有进气口和出气口。

【技术实现步骤摘要】
基于静压气浮轴承的ORC循环系统
本技术涉及低温发电
，特别是涉及一种基于静压气浮轴承的ORC循环系统。
技术介绍
有机朗肯循环(ORC)是采用低沸点有机工质(如制冷剂)，利用较低温度的热源完成制冷剂相变，实现朗肯循环发电的技术。液态有机工质在蒸发器(有时称为余热换热器)中被低温余热加热，产生高温高压气体，经过膨胀机膨胀驱动发电机产生电能，经过膨胀机后的低温低压气态制冷剂在冷凝器中冷却成液体，经冷媒泵加压送回到蒸发器，完成一个循环。有机朗肯循环在地热能、太阳能、生物质能、海洋温差能和各种热力过程等具有低品位可用能的领域中已经得到广泛应用，不仅具有经济价值而且有利于环境保护。ORC余热发电技术面临的问题是循环效率低，发电量少，运行维护成本高、投资回报期长。其中膨胀发电机是制约ORC机组性能的关键设备，膨胀发电机主要有两个类型，螺杆机和向心透平膨胀机。螺杆机可以低速运行，直接驱动工频发电机发电，而向心透平高速旋转经齿轮箱减速后驱动工频电机发电。现有系统存在着下列几个问题，严重延长了投资回报周期，使项目失去了经济性：1.有机工质泄漏膨胀发电机由将热能转变为机械能的转子或叶轮构成的膨胀机和将机械能转换为电能的发电机组成。发电机若与膨胀机置于同一个腔体中，则为全(半)封闭结构，有机工质不会泄漏到环境中；否则为开式膨胀发电机，有机工质会经过轴与发电机壳体之间的间隙泄漏到环境中,一般两到三个月就需要补充制冷剂。若采用开式结构，有机工质还会穿过密封和轴承间隙，造成有机工质和润滑油泄漏，现有解决办法是在轴封处增加泄漏气体和润滑油回收装置。2.膨胀机效率低下螺杆膨胀机常应用于小型和小微型ORC机组中，它的效率取决于转子与转子、转子与机壳之间的间隙。间隙越小漏气损失越小，效率越高。但间隙尺寸不仅受制造精度和成本的限制，而且要考虑运行安全。转子采用润滑油密封的螺杆机的等熵效率一般在70％～80％之间，而不采用油封的等熵效率只有50％左右。透平膨胀机在中小型ORC机组中常为径向式结构，气流由径向流入轴向排出。透平膨胀机常常运行在几万转/分钟的范围，因此结构紧凑，尺寸比螺杆机小很多。与螺杆机一样，透平膨胀机的效率取决于叶轮与发电机壳体之间的间隙。由于叶轮转速快、尺寸小，间隙对叶轮的相对尺寸大，所以，小型透平膨胀机的效率一般低于螺杆机。此外，高速旋转的透平膨胀机常采用齿轮减速箱降低转速后驱动发电机工作，齿轮箱的损失依赖于减速比和功率，一般占膨胀机轴功的5％以上。3.润滑及润滑油问题常见膨胀机几乎都是采用油膜滑动轴承，由于润滑油会混入到制冷剂中，系统需要配置油气分离系统。润滑油会沉淀在换热器管壁上，增加热阻，降低换热效率进而降低发电量。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是提供一种无油、无泄漏、工作效率高的基于静压气浮轴承的ORC循环系统。本技术基于静压气浮轴承的ORC循环系统的其中一个方案，包括储液罐、冷媒泵、蒸发器、径向膨胀发电机组、冷凝器和并流器，所述径向膨胀发电机组包括发电机壳体，发电机壳体内一体式设置有变转速永磁发电机和透平，所述变转速永磁发电机内的转子随转轴转动，转轴由两个静压气浮轴承支撑，所述径向膨胀发电机组内设置有隔热冷却系统，所述隔热冷却系统包括喷流环、储液环、隔热气体腔和隔热液体腔，所述喷流环和储液环用于对发电机进行降温，所述隔热气体腔和隔热液体腔用于对静压气浮轴承进行隔热和降温，发电机壳体上设置有进气口和出气口，所述发电机壳体上的进气口和出气口分别连接蒸发器的出气口和冷凝器的进气口，所述变转速永磁发电机发出的电流经并流器转换为工频电流后输出。本技术基于静压气浮轴承的ORC循环系统，其中所述透平的一侧设置有叶轮，叶轮安装在转轴的一端，叶轮的进气口和出气口分别连接发电机壳体上的进气口和出气口。本技术基于静压气浮轴承的ORC循环系统，其中与叶轮位置相对的转轴的另一端安装有平衡盘，所述平衡盘外侧安装有端盖，端盖上开设有高压连接口和低压连接口，所述高压连接口与蒸发器的出气口连接，低压连接口与冷凝器的进气口连接。本技术基于静压气浮轴承的ORC循环系统的另一个方案，其中所述透平的两侧均设置有叶轮，多个叶轮分别安装在转轴的两端，转轴两端的叶轮各设置有一组进气口和出气口，两组叶轮的进气口均与发电机壳体上的进气口相连，两组叶轮的出气口均与发电机壳体上的出气口相连。本技术基于静压气浮轴承的ORC循环系统的另一个方案，其中所述透平的两侧均设置有叶轮，多个叶轮分别安装在转轴的两端，转轴两端的叶轮各设置有一组进气口和出气口，用于第一级膨胀的叶轮的出气口与用于第二级膨胀的叶轮的进气口之间设置有连接管，用于第一级膨胀的叶轮的进气口连接发电机壳体的进气口，用于第二级膨胀的叶轮的出气口连接发电机壳体的出气口。本技术基于静压气浮轴承的ORC循环系统的另一个方案，其中所述透平的两侧均设置有叶轮，多个叶轮分别安装在转轴的两端，转轴两端的叶轮各设置有一组进气口和出气口，用于第一级膨胀的叶轮的出气口与用于第二级膨胀的叶轮的进气口之间设置有回热器，回热器的进水口连接蒸发器上的出水口，所述回热器用于加热第一级膨胀做功后的制冷剂。本技术基于静压气浮轴承的ORC循环系统，其中所述发电机壳体上开设有为静压气浮轴承提供润滑液的轴承供液孔，提供润滑液的轴承供液孔与静压气浮轴承之间设置有供液管路，所述供液管路位于隔热气体腔和隔热液体腔之间，所述润滑液为系统中的制冷剂。本技术基于静压气浮轴承的ORC循环系统，其中所述储液环由加工在发电机壳体内壁上的环形槽和变转速永磁发电机的定子铁芯的外壁构成，所述喷流环由加工在发电机壳体内壁上的环形凹槽和环形挡板构成，喷流环位于铜线端子的外侧的发电机壳体中，储液环和喷流环仅由设置在发电机壳体顶部的冷却流道相连通，所述环形挡板上加工有若干通孔，制冷剂经通孔喷射到铜线端子上。本技术基于静压气浮轴承的ORC循环系统，其中所述发电机壳体中储液环的下部加工有制冷剂冷却入口，制冷剂冷却入口连接储液环，储液环内的冷却液为系统中的制冷剂，所述发电机壳体低于转子的位置上加工有机腔排放口，喷淋到铜线端子上的制冷剂结存在发电机壳底部，到达机腔排放口高度时排出。本技术基于静压气浮轴承的ORC循环系统，其中所述隔热气体腔和隔热液体腔均为隔热空腔，隔热气体腔和隔热液体腔在两个轴承座上各设置有一组，其中设置在透平一侧的空腔为隔热气体腔，隔热气体腔内部含有空气或真空，设置在变转速永磁发电机一侧的空腔为隔热液体腔，隔热液体腔内部含有制冷剂。本技术基于静压气浮轴承的ORC循环系统，其中所述隔热液体腔设置有冷却进液口和冷却排放口，冷却进液口通过减压阀与蒸发器进液口相连，冷却排放口与冷凝器的制冷剂进口相连。本技术基于静压气浮轴承的ORC循环系统与现有技术不同之处在于，本技术基于静压气浮轴承的ORC循环系统采用的发电机组为一体式的径向膨胀发电机组，透平和变转速永磁发电机处于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于静压气浮轴承的ORC循环系统，其特征在于：包括储液罐、冷媒泵、蒸发器、径向膨胀发电机组、冷凝器和并流器，所述径向膨胀发电机组包括发电机壳体，发电机壳体内一体式设置有变转速永磁发电机和透平，所述变转速永磁发电机内的转子随转轴转动，转轴由两个静压气浮轴承支撑，所述径向膨胀发电机组内设置有隔热冷却系统，所述隔热冷却系统包括喷流环、储液环、隔热气体腔和隔热液体腔，所述喷流环和储液环用于对发电机进行降温，所述隔热气体腔和隔热液体腔用于对静压气浮轴承进行隔热和降温，发电机壳体上设置有进气口和出气口，所述发电机壳体上的进气口和出气口分别连接蒸发器的出气口和冷凝器的进气口，所述变转速永磁发电机发出的电流经并流器转换为工频电流后输出。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于静压气浮轴承的ORC循环系统，其特征在于：包括储液罐、冷媒泵、蒸发器、径向膨胀发电机组、冷凝器和并流器，所述径向膨胀发电机组包括发电机壳体，发电机壳体内一体式设置有变转速永磁发电机和透平，所述变转速永磁发电机内的转子随转轴转动，转轴由两个静压气浮轴承支撑，所述径向膨胀发电机组内设置有隔热冷却系统，所述隔热冷却系统包括喷流环、储液环、隔热气体腔和隔热液体腔，所述喷流环和储液环用于对发电机进行降温，所述隔热气体腔和隔热液体腔用于对静压气浮轴承进行隔热和降温，发电机壳体上设置有进气口和出气口，所述发电机壳体上的进气口和出气口分别连接蒸发器的出气口和冷凝器的进气口，所述变转速永磁发电机发出的电流经并流器转换为工频电流后输出。


2.根据权利要求1所述的基于静压气浮轴承的ORC循环系统，其特征在于：所述透平的一侧设置有叶轮，叶轮安装在转轴的一端，叶轮的进气口和出气口分别连接发电机壳体上的进气口和出气口。


3.根据权利要求2所述的基于静压气浮轴承的ORC循环系统，其特征在于：与叶轮位置相对的转轴的另一端安装有平衡盘，所述平衡盘外侧安装有端盖，端盖上开设有高压连接口和低压连接口，所述高压连接口与蒸发器的出气口连接，低压连接口与冷凝器的进气口连接。


4.根据权利要求1所述的基于静压气浮轴承的ORC循环系统，其特征在于：所述透平的两侧均设置有叶轮，多个叶轮分别安装在转轴的两端，转轴两端的叶轮各设置有一组进气口和出气口，两组叶轮的进气口均与发电机壳体上的进气口相连，两组叶轮的出气口均与发电机壳体上的出气口相连。


5.根据权利要求1所述的基于静压气浮轴承的ORC循环系统，其特征在于：所述透平的两侧均设置有叶轮，多个叶轮分别安装在转轴的两端，转轴两端的叶轮各设置有一组进气口和出气口，用于第一级膨胀的叶轮的出气口与用于第二级膨胀的叶轮的进气口之间设置有连接管，用于第一级膨胀的叶轮的进气口连接发电机壳体的进气口，用于第二级膨胀的叶轮的出气口连接发电机壳体的出气口。


6.根据权利要求1所述的基于静压气浮轴承的ORC循环系统，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾发华，袁鹏，文华强，汪审望，
申请(专利权)人：杭州万辰机电科技有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江;33