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CN105888757B - 一种闭式循环发电装置 - Google Patents

一种闭式循环发电装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种闭式发电循环装置，包括换热器(1)、气液分离器(2)、调节阀Ⅰ(3)、罗茨泵(4)、爪式膨胀机(5)、发电机(6)、冷凝混合器(7)和调节阀Ⅱ(8)；发电工作循环包括：工质在爪式膨胀机(5)内的膨胀过程、在冷凝混合器(7)内的冷凝与混合过程、在罗茨泵(4)内的增压过程、在换热器(1)内的吸热过程；罗茨泵(4)和爪式膨胀机(5)同轴串联，各组爪式膨胀机转子均采用全光滑的爪式转子型线，其相位角相差90度。因此发电装置具有如下优点：结构紧凑、运转平稳、可靠性高、转速高、适用温度范围大。

Description

一种闭式循环发电装置
技术领域
本发明涉及一种利用热能进行发电的发动机发电循环装置，特别是涉及一种采用爪式膨胀机和罗茨泵的闭式循环发电装置。
背景技术
目前用于热发电的发电循环主要有汽轮机发电循环和斯特林发电循环；汽轮机装置庞大，适合大功率发电；斯特林发电循环用于热源温度较高的场合。由于热发电的应用场合越来越多，为了利用不同温度的热源进行热发电，如：利用地热能进行热发电，对新型热发动机发电循环装置的需求也越来越急迫，因此开发用于热发电的新型发动机发电装置具有重要的意义。
中国专利，公布号CN102926826A，公开了一种用于热发电的爪式发动机发电循环装置，其发电过程包括：气体在爪式膨胀机内的膨胀过程，在回热器内的等压放热过程，在冷却器内的等压放热过程，在爪式压缩机内的压缩过程，在回热器内的等压吸热过程，在加热器内的等压吸热过程；该装置的特点：(1)发电工质为气体，在发电循环中无相变，适用于热源温度较高的应用场合，如：太阳能高温热发电；(2)采用两级爪式膨胀机和两级爪式压缩机，其压缩比高，但是没有实现在任意时刻爪式膨胀机的进气口都处于打开状态，没有使得爪式膨胀机在整个周期内都有连续的功输出，其输出功不均匀。
发明内容
本发明提出一种闭式循环发电装置，包括换热器、气液分离器、调节阀I、罗茨泵、爪式膨胀机、发电机、冷凝混合器和调节阀II；其工作过程是：氨水经罗茨泵增压后，进入换热器吸热，吸热后的氨水产生气态氨和水蒸汽，再进入气液分离器进行气液分离，分离出的液体进入冷凝混合器，分离出的气态氨和水蒸汽的混合气体进入爪式膨胀机进行膨胀对外作功，膨胀后的气体也进入冷凝混合器，在冷凝混合器内气体和液体进行混合，同时被冷却，冷凝成液态氨水，再由罗茨泵增压后，进入换热器内吸热，完成一次工作循环；通过调节阀I和调节阀II控制气液分离器和冷凝混合器中的压力。该装置可用于中低温的热发电场合。
本发明采用如下技术方案：
一种闭式循环发电装置，爪式膨胀机并联布置四组相同的相互啮合的爪式转子，四组爪式转子之间的相位角相差90度，保证任意时刻始终有一组爪式转子的进气口处于打开状态，使得爪式膨胀机在整个周期内都有连续的功输出，使得爪式膨胀机运转平稳、输出的力矩均匀；四组爪式转子的进气口和排气口的所在位置对称布置，使得各组爪式转子所受的气体轴向力相互平衡；爪式膨胀机的四组爪式转子和罗茨泵的罗茨转子被串联在同一对轴上，这对轴联接一对同步齿轮，实现全部爪式转子和罗茨转子之间的正确啮合；发电机的主轴被联接在爪式膨胀机进气口侧爪式转子所在的轴上；工作中由爪式膨胀机带动罗茨泵和发电机运转，进行发电。
一种闭式循环发电装置，爪式膨胀机的爪式转子都采用全光滑的爪式转子型线，可改善爪式转子的受力状态，减小其变形；罗茨泵采用三叶罗茨转子用于液体增压，使得液体增压过程中阻力矩变化均匀；提高了爪式膨胀机和罗茨泵的可靠性。
本发明的有益效果是：
①将爪式膨胀机和罗茨泵与发电机同轴串联，整个发电装置具有结构紧凑、运转平稳和膨胀机干式无油的优点。
②爪式膨胀机采用并联布置四组相同的相互啮合的爪式转子，四组爪式转子之间的相位角相差90度，保证工作时至少有一组爪式转子的进气口处于打开状态，使得爪式膨胀机在整个周期内都有连续的功输出，使得爪式膨胀机运转平稳、输出的力矩均匀，同时有利于轴系转子的旋转惯性力平衡；爪式膨胀机的四组爪式转子的进气口和排气口所在位置对称布置，使得各组爪式转子所受的气体轴向力相互平衡。
③爪式膨胀机的爪式转子都采用全光滑的爪式转子型线，改善了爪式转子的受力状态，减小其变形，提高了爪式膨胀机的可靠性。
④采用爪式膨胀机，膨胀过程热效率高；采用氨水作为循环工质，工作过程有相变，用罗茨泵增压功耗小，发电效率高。
⑤循环系统采用闭式循环，设备不易腐蚀，使用寿命长。
⑥循环工质采用氨水混合物，通过调整氨和水的比例能够改变其沸点，适用于不同温度范围的热能发电。
附图说明
图1为一种闭式循环发电装置示意图。
图2为发动机结构示意图。
图3为爪式膨胀机和罗茨泵的转子示意图。
图中：1—换热器；2—气液分离器；3—调节阀I；4—罗茨泵；5—爪式膨胀机；6—发电机；7—冷凝混合器；8—调节阀II；201—联轴器；202—轴承；203—同步齿轮；204—第一组爪式转子；205—第二组爪式转子；206—第三组爪式转子；207—第四组爪式转子；301—第一组爪式转子的进气口；302—第二组爪式转子的进气口；303—第三组爪式转子的进气口；304—第四组爪式转子的进气口；305—罗茨泵的入口；306—第一组爪式转子的排气口；307—第二组爪式转子的排气口；308—第三组爪式转子的排气口；309—第四组爪式转子的排气口；310—罗茨泵的出口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
如图1所示的一种闭式循环发电装置示意图，发电装置包括换热器1、气液分离器2、调节阀I3、罗茨泵4、爪式膨胀机5、发电机6、冷凝混合器7和调节阀II8；其发电循环过程是：采用氨水作为循环工质，氨水经罗茨泵4增压后，进入换热器1吸热，吸热后的氨水产生气态氨和水蒸汽，再进入气液分离器2进行气液分离，分离出的液体进入冷凝混合器7，分离出的气态氨和水蒸汽的混合气体进入爪式膨胀机5进行膨胀对外作功，膨胀后的气体也进入冷凝混合器7，在冷凝混合器7内气体和液体进行混合，同时被冷却，冷凝成液态氨水，再由罗茨泵4增压后，进入换热器1内吸热，完成一次工作循环；通过调节阀I3和调节阀II8控制气液分离器2和冷凝混合器7中的压力。
如图2所示的发动机结构示意图，包括联轴器201、轴承202、同步齿轮203、爪式膨胀机5、罗茨泵4；爪式膨胀机5包括并联布置的四组相同的相互啮合的爪式转子，分别为第一组爪式转子204、第二组爪式转子205、第三组爪式转子206、第四组爪式转子207；爪式膨胀机5与罗茨泵4同轴串联，在同步齿轮203的带动下实现全部爪式转子和罗茨转子之间的正确啮合；联轴器201被连接在爪式膨胀机5进气口侧的爪式转子所在的轴上，联轴器201连接发电机6。
如图3所示的爪式膨胀机和罗茨泵的转子示意图，爪式膨胀机5并联布置四组相同的相互啮合的爪式转子，四组爪式转子之间的相位角相差90度，四组爪式转子的进气口和排气口的所在位置对称布置；爪式膨胀机5的爪式转子都采用全光滑的爪式转子型线，罗茨泵4采用三叶罗茨转子用于液体增压。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (2)

1.一种闭式循环发电装置，包括换热器(1)、气液分离器(2)、调节阀Ⅰ(3)、罗茨泵(4)、爪式膨胀机(5)、发电机(6)、冷凝混合器(7)和调节阀Ⅱ(8)；其特征是：采用氨水作为循环工质，氨水经罗茨泵(4)增压后，进入换热器(1)吸热，吸热后的氨水产生气态氨和水蒸汽，再进入气液分离器(2)进行气液分离，分离出的液体进入冷凝混合器(7)，分离出的气态氨和水蒸汽的混合气体进入爪式膨胀机(5)进行膨胀对外作功，膨胀后的气体也进入冷凝混合器(7)，在冷凝混合器(7)内气体和液体进行混合，同时被冷却，冷凝成液态氨水，再由罗茨泵(4)增压后，进入换热器(1)内吸热，完成一次工作循环；通过调节阀Ⅰ(3)和调节阀Ⅱ(8)控制气液分离器(2)和冷凝混合器(7)中的压力；爪式膨胀机(5)并联布置四组相同的相互啮合的爪式转子，四组爪式转子之间的相位角相差90度，保证任意时刻始终有一组爪式转子的进气口处于打开状态，使得爪式膨胀机(5)在整个周期内都有连续的能量输出，使得爪式膨胀机(5)运转平稳、输出的力矩均匀；四组爪式转子的进气口和排气口的所在位置对称布置，使得各组爪式转子所受的气体轴向力相互平衡；爪式膨胀机(5)的四组爪式转子和罗茨泵(4)的罗茨转子被串联在同一对轴上，这对轴联接一对同步齿轮(203)，实现全部爪式转子和罗茨转子之间的正确啮合；发电机(6)的主轴被联接在爪式膨胀机(5)进气口侧爪式转子所在的轴上；工作中由爪式膨胀机(5)带动罗茨泵(4)和发电机(6)运转，进行发电。
2.根据权利要求1所述的一种闭式循环发电装置，其特征是：爪式膨胀机(5)的爪式转子都采用全光滑的爪式转子型线，可改善爪式转子的受力状态，减小其变形；罗茨泵(4)采用三叶罗茨转子用于液体增压，使得液体增压过程中阻力矩变化均匀；提高了爪式膨胀机(5)和罗茨泵(4)的可靠性。
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