流线隧道式涡轮发电机制造技术

本发明专利技术公开了流线隧道式涡轮发电机，属于涡轮发电机领域，流线隧道式涡轮发电机包括流线隧道式涡轮、发电机以及涡壳；所述流线隧道式涡轮固定设置于所述发电机的轴上，所述涡壳密封套接在所述流线隧道式涡轮上。本发明专利技术公开的流线隧道式涡轮发电机，采用新型流线隧道式涡轮，其强度更高，泄漏损失更小，且具有流线设计优化空间大、适应更高转速等优点，从而可以进一步提高涡轮效率、提高功率密度、减小尺寸。

【技术实现步骤摘要】
流线隧道式涡轮发电机
本专利技术涉及涡轮发电机领域，尤其涉及流线隧道式涡轮发电机。
技术介绍
涡轮发电机由高温气体对涡轮做功并带动同轴发电机发电，通常由燃气轮机驱动，具有应用范围广、效率高等优点，通常可用作备用发电站在用电高峰期供电，以及用作可移动应急发电机组。如今，随着分布式供电和多电技术的发展，电力系统正逐渐取代部分液压、气压等机械系统，对小微型高转速发电机的需求越来越大。同时，资源节约和环境友好是当前社会发展的重要前提，为了充分利用能源、减少碳排放，能量回收的意义重大。而在需要废气能量回收以及能量梯级利用的领域，例如SOFC固体氧化物燃料电池、内燃机、燃气轮机、汽轮机等机械的高温废气能量回收或梯级利用有着广阔的应用前景。但是，涡轮的小型化存在诸多障碍，例如结构过于紧凑使叶片冷却装置难以布置、叶顶间隙相对高度更高使泄漏量占比更大等。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺陷，本专利技术要解决的技术问题在于提出流线隧道式涡轮发电机，采用新型流线隧道式涡轮，作为一种闭式旋转机械，其强度更高，泄漏损失更小，且具有流线设计优化空间大、适应更高转速等优点，从而可以进一步提高涡轮效率、提高功率密度、减小尺寸。流线隧道内安装陶瓷衬套或使用先进增材制造技术制造整体陶瓷涡轮可进一步提高涡轮耐高温性能，甚至无需布置冷却装置。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供的流线隧道式涡轮发电机，包括流线隧道式涡轮、发电机以及涡壳；所述流线隧道式涡轮固定设置于所述发电机的轴上，所述涡壳密封套接在所述流线隧道式涡轮上。优选地，所述流线隧道式涡轮为一种闭式涡轮，所述流线隧道式涡轮内部包含多个流线隧道-简称流道组成，所述流线隧道的中心线为三维曲线，所述流线隧道的各处法向截面为圆或椭圆中的一种，当所述流线隧道的各处法向截面为椭圆时，该椭圆截面的长轴在xy平面(转子轴线为z轴)的投影与该椭圆截面的中心点的半径线垂直，椭圆截面长短轴之比保持不变，根据旋转机械流通特性和速度条件得出流道进出口面积，截面面积沿流道中心线均匀变化，形成完整流线隧道。优选地，所述流线隧道分成多组，各组流线隧道进出口分布在所述流线隧道式涡轮的不同半径上，多组所述流线隧道周向均匀分布且关于所述发电机的转子轴线中心对称。优选地，所述流线隧道式涡轮外表面设置篦齿封严结构，所述涡壳与所述流线隧道式涡轮外表面的蓖齿封严结构配合形成阶梯式密封结构。优选地，所述涡壳分为整体或分体结构，所述涡壳整体结构包括出口圆管和进口膨胀管，所述出口圆管与所述进口膨胀管一体成型，所述进口膨胀管的截面形状为方形。优选地，所述涡壳分体结构包括出口圆管和进口膨胀管，所述出口圆管与所述进口膨胀管独立成型，所述流线隧道式涡轮的出口与进口分别设置有出口延长段与进口延长段，所述出口圆管与所述出口延长段配合形成出口迷宫密封结构，所述进口膨胀管与所述进口延长段配合形成进口迷宫密封结构。优选地，所述流线隧道式涡轮的材料包括但不限于陶瓷、金属或其它复合材料等，当所述流线隧道式涡轮的材料选用陶瓷时，配合先进增材制造技术可进一步提高流线隧道式涡轮耐高温性能。优选地，所述发电机轴通过轴承支撑转动，所述轴承包括但不限于电磁轴承、球轴承、空气轴承等。本专利技术的有益效果为：涡轮在结构上采用流线隧道式，相比于叶片式结构，其工作轮强度更大，遇到研磨颗粒、焊粒、砂砾等不易损坏；更高的结构强度还拓宽了材料选用范围，有利于降低成本、控制重量，采用陶瓷等材料尤其适用于涡轮高温、腐蚀的介质环境；采用涡壳时，阶梯式迷宫密封结构充分利用了流线隧道式涡轮外侧圆锥面，且具有很好的密封效果，大大降低了间隙泄漏损失；当采用涡壳分体结构时，可极大简化涡壳制造工艺，降低成本。附图说明图1为单级涡轮发电机结构示意图；图2为单侧涡轮式两级涡轮发电机结构示意图；图3为异侧涡轮式两级涡轮发电机结构示意图；图4为单组流道的流线隧道式涡轮子午面示意图；图5为简化涡壳的单组流道流线隧道式涡轮子午面示意图。图中：1、流线隧道式涡轮；2、轴；3、轴承；4、发电机；5、螺母；6、流线隧道；7、涡壳；8、阶梯式密封结构；9、出口圆管；10、进口膨胀管；11、出口延长段；12、进口延长段；13、出口迷宫密封结构；14、进口迷宫密封结构。具体实施方式下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。实施例1如图1所示，流线隧道式涡轮发电机包括流线隧道式涡轮1、发电机4以及涡壳7，流线隧道式涡轮1固定设置于发电机4的轴2上，涡壳7密封套接在流线隧道式涡轮上，相比于传统叶片式涡轮，流线隧道式涡轮1的轮壁厚度更大，因此流线隧道式涡轮1的结构强度更大，在遇到研磨颗粒、焊粒、砂砾等不易损坏。为了形成流线隧道6，进一步地，流线隧道式涡轮1为一种闭式涡轮，流线隧道式涡轮1内部包含多个流线隧道6-简称流道组成，流线隧道6的中心线为三维曲线，流线隧道6的各处法向截面为圆或椭圆中的一种，当流线隧道6的各处法向截面为椭圆时，该椭圆截面的长轴在xy平面(转子轴线为z轴)的投影与该椭圆截面的中心点的半径线垂直，椭圆截面长短轴之比保持不变，根据旋转机械流通特性和速度条件得出流道进出口面积，截面面积沿流道中心线均匀变化，形成完整流线隧道6。为了更好地保证多组流线隧道6结构的合理性，进一步地，流线隧道6分成多组，各组流线隧道进出口分布在流线隧道式涡轮1的不同半径上，多组流线隧道6周向均匀分布且关于发电机4的转子轴线中心对称。为了实现流线隧道式涡轮1的外部密封，进一步地，如图4所示，流线隧道式涡轮1外表面设置篦齿封严结构，涡壳7与流线隧道式涡轮1外表面的蓖齿封严结构配合形成阶梯式密封结构8，阶梯式迷宫密封结构8充分利用了流线隧道式涡轮1外侧圆锥面，使其具有很好的密封效果，大大降低了间隙泄漏损失。为了适应不同制造和安装条件，进一步地，涡壳7分为整体或分体结构，涡壳7整体结构包括出口圆管9和进口膨胀管10，出口圆管9与进口膨胀管10一体成型，在涡轮机中，为了方便加工，进口膨胀管10的截面形状可为方形。为了简化涡壳7的结构，方便其生产制造，进一步地，如图5所示，涡壳7分体结构包括出口圆管9和进口膨胀管10，出口圆管9与进口膨胀管10独立成型，流线隧道式涡轮1的出口与进口分别设置有出口延长段11与进口延长段12，出口圆管9与出口延长段11配合形成出口迷宫密封结构13，进口膨胀管10与进口延长段12配合形成进口迷宫密封结构14，当采用涡壳7的分体结构时，可极大地简化涡壳7制造工艺，降低了涡壳7的生产制造的成本。为了扩大流线隧道式涡轮1的应用范围，进一步地，流线隧道式涡轮1的材料包括但不限于陶瓷、金属或其它复合材料等，当流线隧道式涡轮1的材料选用陶瓷时，配合先进增材制造技术可进一步提高流线隧道式涡轮1的耐高温性能，由于流线隧道式涡轮1的结构强度更大，因此材料的选用范围更加广泛，有利于筛选本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.流线隧道式涡轮发电机，其特征在于：/n包括流线隧道式涡轮、发电机以及涡壳；/n所述流线隧道式涡轮固定设置于所述发电机的轴上，所述涡壳密封套接在所述流线隧道式涡轮上。/n

【技术特征摘要】
1.流线隧道式涡轮发电机，其特征在于：
包括流线隧道式涡轮、发电机以及涡壳；
所述流线隧道式涡轮固定设置于所述发电机的轴上，所述涡壳密封套接在所述流线隧道式涡轮上。


2.根据权利要求1所述的流线隧道式涡轮发电机，其特征在于：
所述流线隧道式涡轮为一种闭式涡轮，所述流线隧道式涡轮内部包含多个流线隧道-简称流道组成，所述流线隧道的中心线为三维曲线，所述流线隧道的各处法向截面为圆或椭圆中的一种，当所述流线隧道的各处法向截面为椭圆时，该椭圆截面的长轴在xy平面(转子轴线为z轴)的投影与该椭圆截面的中心点的半径线垂直，椭圆截面长短轴之比保持不变，根据旋转机械流通特性和速度条件得出流道进出口面积，截面面积沿流道中心线均匀变化，形成完整流线隧道。


3.根据权利要求2所述的流线隧道式涡轮发电机，其特征在于：
所述流线隧道分成多组，各组流线隧道进出口分布在所述流线隧道式涡轮的不同半径上，多组所述流线隧道周向均匀分布且关于所述发电机的转子轴线中心对称。


4.根据权利要求2所述的流线隧道式涡轮发电机，其特征在于：
所述流线隧道式涡轮外表面设置篦齿封严结构，所述涡壳与所述流线隧...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄若，郭文杰，贾合林，张磊，
申请(专利权)人：萍乡北京理工大学高新技术研究院，
类型：发明
国别省市：江西;36