一种有机朗肯循环千瓦级发电装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种有机朗肯循环千瓦级发电装置，包括向心透平、减速箱、联轴器以及发电机；减速箱的高速轴与向心透平直接连接，减速箱的低速轴通过联轴器与发电机连接；其改进之处是：所述向心透平包括蜗壳、叶轮、喷嘴叶栅、密封壳体以及密封系统；密封壳体固定安装在减速箱上，蜗壳通过螺栓安装在密封壳体上；叶轮位于蜗壳内部并且固定安装在减速箱的高速轴上；蜗壳与密封壳体形成的通道内固定安装有喷嘴叶栅；喷嘴叶栅为环形并且位于叶轮的外圆周上。本发明专利技术的目的在于使动力单元系统紧凑、高效、可靠，同时做到有机工质的零泄露。

An organic Rankine cycle kilowatt generating device

The invention relates to an organic Rankine cycle kilowatt power generation device, comprising a radial inflow turbine, gearbox, coupling and generator; reducer high speed shaft and turbine directly connected, gearbox low-speed shaft is connected with the generator coupling; the improvement is that the turbine including impeller and volute, nozzle cascade sealing shell and seal system; seal shell is fixed on the gear box, the volute is arranged in the sealing shell by bolts; the impeller is located inside the volute and fixed on the high speed shaft reducer; volute and form a sealed casing channel is fixed in the nozzle cascade; cascade ring and the outer circumference is locatd the. The aim of the invention is to make the power unit system compact, efficient and reliable, and to realize the zero leakage of the organic working substance.

【技术实现步骤摘要】
一种有机朗肯循环千瓦级发电装置
本专利技术属于有机工质发电
，具体涉及一种有机朗肯循环千瓦级发电装置。
技术介绍
目前工业生产中中高温余热基本得到充分利用，但是200℃以下的低温余热却因为分散性强、品位低、数量小等原因无法采用常规的汽轮机技术进行回收应用。有机朗肯循环采用有机工质代替水作为介质，利用有机工质沸点低的特性，在较低热源温度下就可产生较高压力的饱和或低过热度蒸气，做功发电。有机朗肯循环(ORC)可以利用低温烟气、热水、饱和蒸汽、导热油的热量进行发电。目前有机朗肯循环技术已经应用于回收工业余热发电、太阳能中低温热发电、地热发电、生物质发电和燃气轮机内燃机梯级利用发电等领域。现在有机朗肯循环发电装置中的膨胀机主要两大类型：容积型膨胀机和速度型膨胀机。容积型膨胀机一般输出功率小、效率低，多用于100kW以下微小型ORC系统。速度型膨胀机具有效率高、高膨胀比、大焓降的优点，在大中型ORC系统中具有明显优势。速度型膨胀机是利用喷嘴和叶轮流道的通流面积变化将高温高压的流体转变为高速流体，推动叶轮旋转输出机械功，分为轴流透平和向心透平两种。其中轴流透平由于单级压比小流量大，在ORC中往往需要多级叶栅，导致机组尺寸较大，结构复杂，向心透平具有效率高、结构紧凑、高膨胀比、大焓降等优点。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种面向千瓦级低温热源余热发电领域的有机工质向心透平发电装置，目的在于使动力单元系统紧凑、高效、可靠，同时做到有机工质的零泄露。本专利技术的具体技术方案是：本专利技术提供一种有机朗肯循环千瓦级发电装置，包括向心透平、减速箱、联轴器以及发电机；减速箱的高速轴与向心透平直接连接，减速箱的低速轴通过联轴器与发电机连接；其改进之处是：所述向心透平包括蜗壳、叶轮、喷嘴叶栅、密封壳体以及密封系统；密封壳体固定安装在减速箱上，蜗壳通过螺栓安装在密封壳体上；叶轮位于蜗壳内部并且固定安装在减速箱的高速轴上；蜗壳与密封壳体形成的通道内固定安装有喷嘴叶栅；喷嘴叶栅为环形并且位于叶轮的外圆周上；密封系统包括双端面接触式机械密封组件、阻封油油站、节流阀、溢流阀、流量计、密封腔温度传感器、密封腔压力传感器、供油压力传感器、阻封油供应管路及阻封油回收管路；所述双端面接触式机械密封组件安装在减速箱的高速轴上并且位于密封壳体内部；密封壳体上开设有阻封油供油口和阻封油回油口；阻封油供油口通过阻封油供应管路与阻封油油站连通；阻封油回油口通过阻封油回收管路与阻封油油站连通；所述密封壳体上安装密封腔压力传感器和密封腔温度传感器；阻封油供应管路上安装溢流阀、流量计、供油压力传感器；阻封油回收管路上安装节流阀。为了对有机工质和阻封油进行分离，再对有机工质进行回收利用，该系统还包括工质回收管路；密封壳体上开设有有机工质及阻封油混合物排放口；蜗壳上设置有纯净工质回收口；工质回收管路连接在有有机工质及阻封油混合物排放口和纯净工质回收口之间；工质回收管路上沿有机工质的流向依次安装油汽分离器和气体干燥器。为了对透平内的阻封油和齿轮箱内的润滑油回收再利用。该系统还包括润滑油回收管路以及油回收储罐；齿轮箱壳体上还开设有润滑油回收口；润滑油回收管路连接在油回收储罐和润滑油回收口之间。具体来说，叶轮包括中心设置安装孔的轮盘和在轮盘的正面均匀布置的多个叶片，相邻的两个叶片之间构成流道；所述轮盘的背面自内向外同轴设置有一个圆形凹槽和一个环形凸台；所述安装孔的孔径沿轮盘轴向自背面向正面依次减小；所述叶片包括沿轮盘径向自外向内设置的直线延伸的直流部和螺旋扭曲的导向部；所述叶片的高度沿轮盘径向自外向内依次增加，叶片的厚度自根部向顶部依次减小，叶片的根部与轮盘的正面连接为一体；轮盘正面的安装孔周围设置有一个周向定位槽和多个轴向螺纹孔；上述环状凸台的外圆周上设置迷宫齿密封，不仅有效地降低了泄漏量，而且减小了轴向推力。较佳的，上述叶片的根部与轮盘的正面连接处设置倒圆角，倒角半径自内向外线性减小，最大化提高叶片与轮盘的连接强度。较佳的，每两个相邻的叶片之间均设置有一个贯通轮盘的平衡孔，所述平衡孔在同一圆周上均匀分布，使得轴向推力保证在一个合适的范围内。较佳的，上述平衡孔在轮盘背面的出口处设置倒圆角，可以防止小半径带来的局部应力集中。较佳的，叶片的数量是周向定位槽和轴向螺纹孔数量之和的整数倍，周向定位槽与螺纹孔均位于两相邻叶片之间，可以有效地避免削弱叶片的强度。上述轮毂的平行于轮盘的外端面上沿圆周方向均匀设置有一个周向定位槽和多个螺纹孔；所述周向定位槽沿轮毂的径向贯通设置，周向位置一般取在流道出口中间，用于更好地对向心叶轮进行周向固定，保证多次拆装时叶轮周向安装位置不变；所述螺纹孔沿轮毂的轴向设置，方便叶轮的拆装。较佳的，上述轮毂的安装孔所在的内侧面上设置有螺纹状导油槽，用于在安装或拆卸向心叶轮时填充液压油。具体来说，喷嘴叶栅包括前部围带、背部底盘以及多个导叶片；前部围带和背部底盘平行设置，多个导叶片沿圆周方向均匀布置在前部围带和背部底盘之间；所述前部围带与蜗壳之间安装有密封圈；所述背部底盘与密封壳体通过沿圆周方向均布的多个销钉定位和螺钉连接；导叶片数目与叶轮叶片数互质；所述导叶片为跨音速翼型直叶片。具体来说，上述蜗壳包括蜗壳腔室、内部加强筋以及出口扩压管；所述蜗壳腔室截面为圆形，圆心母线为偏心螺旋线，截面面积沿流动方向逐渐缩小；所述内部加强筋为多个且均布安装在蜗壳腔室出口与所述导叶片之间；所述内部加强筋为对称板型，进口为半圆形，出口位于圆环面上；所述内部加强筋从隔舌处开始布置，与径向夹角为46°；所述加强筋数目为导叶片数目的一半或者四分之一；所述出口扩压管与蜗壳腔室连通并且与蜗壳腔室的工质入口方向相互垂直。本专利技术的优点在于：1、本专利技术采取一系列组合式设计进行调频避振，蜗壳从工质入口管处开始布置加强筋，利用导流作用减弱工质入口管处的气流不均匀；导叶片数目与叶轮叶片数互质，减弱叶轮进口气流脉动，降低叶轮的动应力；动叶片叶型采取不调频设计；叶轮轴设计为刚性轴。本专利技术从减弱气流激振、避开激振频率、降低气流弯应力、提高高速轴刚性几方面综合设计，改善透平的强度振动特性，提高可靠性。2、本专利技术通过双端面接触式机械密封组件、节流阀、溢流阀、流量计、密封腔温度传感器、密封腔压力传感器、供油压力传感器等组成了一个密封性强的闭环的阻封油油路，不仅能避免有机工质向外泄漏，还能阻止空气进入发电装置，并且随着热源波动，节流阀、溢流阀反馈温度、压力传感器信号，对阻封油供油流量、压力主动调节，提高系统密封性能。3、本专利技术采用工质回收管路、油汽分离器和气体干燥器为了对有机工质和阻封油进行分离，再对纯净的有机工质进行回收利用，节省了资源。4、本专利技术采用润滑油回收管路以及油回收储罐为了对透平内的阻封油和齿轮箱内的润滑油回收再利用，进一步的节省资源。5、本专利技术提供的用于ORC发电装置的向心叶轮具有级焓降大、单级膨胀比高的优点，可以在较宽的振动频率带上保持高工作转速和大离心负荷的持续稳定运行，既高效又安全可靠。6、本专利技术通过在向心叶轮的背面设置凸台，一方面增加了叶轮的强度，另一方面可以通过调整凸台的位置来调整叶轮的固有频率，避免叶轮发生共振。7、本专利技术的叶轮采用带螺旋槽的圆锥孔，采用圆锥过盈连接装配本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有机朗肯循环千瓦级发电装置，包括向心透平、减速箱、联轴器以及发电机；减速箱的高速轴与向心透平直接连接，减速箱的低速轴通过联轴器与发电机连接；其特征在于：所述向心透平包括蜗壳、叶轮、喷嘴叶栅、密封壳体以及密封系统；密封壳体固定安装在减速箱上，蜗壳通过螺栓安装在密封壳体上；叶轮位于蜗壳内部并且固定安装在减速箱的高速轴上；蜗壳与密封壳体形成的通道内固定安装有喷嘴叶栅；喷嘴叶栅为环形并且位于叶轮的外圆周上；密封系统包括双端面接触式机械密封组件、阻封油油站、节流阀、溢流阀、流量计、密封腔温度传感器、密封腔压力传感器、供油压力传感器、阻封油供应管路及阻封油回收管路；所述双端面接触式机械密封组件安装在减速箱的高速轴上并且位于密封壳体内部；密封壳体上开设有阻封油供油口和阻封油回油口；阻封油供油口通过阻封油供应管路与阻封油油站连通；阻封油回油口通过阻封油回收管路与阻封油油站连通；所述密封壳体上安装密封腔压力传感器和密封腔温度传感器；阻封油供应管路上安装溢流阀、流量计、供油压力传感器；阻封油回收管路上安装节流阀。

【技术特征摘要】
1.一种有机朗肯循环千瓦级发电装置，包括向心透平、减速箱、联轴器以及发电机；减速箱的高速轴与向心透平直接连接，减速箱的低速轴通过联轴器与发电机连接；其特征在于：所述向心透平包括蜗壳、叶轮、喷嘴叶栅、密封壳体以及密封系统；密封壳体固定安装在减速箱上，蜗壳通过螺栓安装在密封壳体上；叶轮位于蜗壳内部并且固定安装在减速箱的高速轴上；蜗壳与密封壳体形成的通道内固定安装有喷嘴叶栅；喷嘴叶栅为环形并且位于叶轮的外圆周上；密封系统包括双端面接触式机械密封组件、阻封油油站、节流阀、溢流阀、流量计、密封腔温度传感器、密封腔压力传感器、供油压力传感器、阻封油供应管路及阻封油回收管路；所述双端面接触式机械密封组件安装在减速箱的高速轴上并且位于密封壳体内部；密封壳体上开设有阻封油供油口和阻封油回油口；阻封油供油口通过阻封油供应管路与阻封油油站连通；阻封油回油口通过阻封油回收管路与阻封油油站连通；所述密封壳体上安装密封腔压力传感器和密封腔温度传感器；阻封油供应管路上安装溢流阀、流量计、供油压力传感器；阻封油回收管路上安装节流阀。2.根据权利要求1所述的有机朗肯循环千瓦级发电装置，其特征在于：所述密封系统还包括工质回收管路；密封壳体上开设有有机工质及阻封油混合物排放口；蜗壳上设置有纯净工质回收口；工质回收管路连接在有机工质及阻封油混合物排放口和纯净工质回收口之间；工质回收管路上,沿有机工质的流向依次安装油汽分离器和气体干燥器。3.根据权利要求1或2所述的有机朗肯循环千瓦级发电装置，其特征在于：所述密封系统还包括润滑油回收管路以及油回收储罐；齿轮箱壳体上开设有润滑油回收口；润滑油回收管路连接在油回收储罐和润滑油回收口之间。4.根据权利要求3所述的有机朗肯循环千瓦级发电装置，其特征在于：叶轮包括中心设置安装孔的轮盘和在轮盘的正面均匀布置的多个叶片，相邻的两个叶片之间构成流道；所述轮盘的背面自内向外同轴设置有一个圆形凹槽和一个环形凸台；所述安装孔的孔径沿轮盘轴向自背面向正面依次减小；所述叶片包括沿轮盘径向自外向内...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶加银，王凯，赵武，巫志华，王蒲伟，刘乐，赵俊伟，李顺，段捷，黄智勇，毛联飞，胡哺松，
申请(专利权)人：航天推进技术研究院，
类型：发明
国别省市：陕西,61