一种免轴端密封免联轴器压缩空气储能透平发电一体机设计方法技术

一种免轴端密封免联轴器压缩空气储能透平发电一体机设计方法，将透平与发电机融为一体进行设计制造，从而取消透平轴端密封、联轴器及透平进出口管道弯头，减少相应的能量损失。首先，将发电机磁极永磁体镶嵌在透平碳纤维材料叶片内部，永磁体磁极指向叶顶方向；其次，发电机线圈布置在透平内外缸之间及进出口支撑导叶内部，三相线圈之间沿周向对称布置；最后，为了避免金属涡流损失，静叶结构均采用碳纤维材料进行加工制造。运行过程中，依靠高压工质推动透平转子及叶片转动，进而永磁体磁场同时进行旋转，发电机线圈切割磁感线进行发电。电。

【技术实现步骤摘要】
一种免轴端密封免联轴器压缩空气储能透平发电一体机设计方法


[0001]本专利技术属于压缩空气储能
，具体涉及一种免轴端密封免联轴器压缩空气储能透平发电一体机设计方法。

技术介绍

[0002]随着近些年来新能源发电技术的发展，储能技术越来越被人们重视。压缩空气储能是非常具有潜力的一种储能方式，其主要技术路线为在发电高峰期将压缩空气压缩在大型储存腔室内，而发电低谷时采用压缩空气推动透平发电，对电网电能进行补充，压缩空气储能系统中的能量回收透平发电设备的高效设计则起着至关重要的作用。实际应用中，透平的轴端泄露、发电机联轴器损失、透平进出口弯头会造成相当大一部分能量损耗。

技术实现思路

[0003]为了克服上述现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种免轴端密封免联轴器压缩空气储能透平发电一体机设计方法，用于压缩空气储能系统中透平及发电机的设计。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0005]一种免轴端密封免联轴器压缩空气储能透平发电一体机设计方法，将透平与发电机融为一体进行设计制造，发电机磁极镶嵌在透平转子叶片内部，发电机线圈布置在透平内外缸之间及进出口导叶内部，透平发电一体机机壳本身作为管道的一部分，透平进出口管道不需要设置弯头，透平本体不需要轴端密封装置，透平与发电机之间不需要联轴器，该透平发电一体机要求入口工质温度小于125℃。
[0006]所述透平发电一体机机壳整体采用碳纤维材料加工而成，机壳采用内外缸结构，内外缸结构之间设置轴向线槽用于发电机线圈走线，机壳内缸采用垂直轴向剖分结构，机壳外缸采用水平中分面剖分结构，机壳两端采用法兰与管道连接。
[0007]所述透平发电一体机采用双支撑结构，轴承及其罩壳布置在机壳内缸内壁两端，两端轴承罩壳与机壳内壁之间支撑设计成进、出口导叶结构，轴承罩壳支撑导叶内部设计成中空结构，所述内部中空通道用于布置支撑轴承的润滑油管路、热控线缆及发电机线圈，轴承罩壳支撑导叶中空通道被分割为两个相互隔绝的通道，一路通道用于发电机线圈穿线，另一路通道用于轴承油管路及热控电缆穿线。
[0008]所述发电机采用磁极旋转、线圈静止的结构形式，发电机磁极采用永磁体结构镶嵌在透平动叶内部近叶顶位置，永磁体磁极方向指向叶顶方向，所述永磁体应尽量靠近动叶叶顶，同时内外缸之间线槽应尽量靠近机壳内缸内壁面。
[0009]所述透平动叶及导叶的数量、尺寸与造型采用常规气动设计方法进行确定；透平静叶结构也采用碳纤维材料加工制造。
[0010]所述发电机线圈走线采用从高压端轴承罩壳内穿入支撑导叶，再由支撑导叶内部
穿入机壳内外缸之间轴向线槽，再由轴向线槽穿至轴向对应的低压端轴承支撑导叶内部，再由支撑导叶内部穿至低压端轴承罩壳内部，再由轴承罩壳内部穿过与该支撑导叶夹角最接近120
°
的另一支撑导叶内部进入机壳内外缸之间，再由轴向对应的支撑导叶穿回高压端轴承罩壳内部，从而完成一个线圈回路的走线布置；电机三相线圈在机壳及支撑导叶内周向夹角按120
°
进行对称布置，引出的三相接线头作为发电机接线端子。
[0011]所述发电机接线输出端设置变频器，用于将发电机的输出三相电频率变频至50Hz。
[0012]所述轴承罩壳采用碳纤维材料加工而成，轴承罩壳轴向分隔为两个相互隔绝的空腔部分，靠近内部空腔部分用于安装轴承，靠轴端空腔部分用于发电机线圈回路走线及接线端子接线。
[0013]本专利技术的有益效果：
[0014]1)将压缩空气储能透平与发电机融为一体进行设计，结构更加紧凑；
[0015]2)无需轴端密封装置，减少了制造成本，避免了轴端泄露；
[0016]3)无需联轴器，减少了制造成本，减少了联轴器损失；
[0017]4)透平为轴向进气、轴向排气，透平进出口气流不产生流向转折，避免了流动损失。
具体实施方式
[0018]下面对本专利技术作进一步详细说明。
[0019]本专利技术提出了一种免轴端密封免联轴器压缩空气储能透平发电一体机设计方法，其目的在于将压缩空气储能系统中的透平和发电机融为一体进行设计，从而可以取消透平轴端密封、联轴器及透平进出口弯头。具体实施过程如下：
[0020]1)将发电机磁极镶嵌在透平转子叶片内部，发电机线圈布置在透平内外缸之间及进出口导叶内部，透平发电一体机机壳本身作为管道的一部分，透平进出口管道不需要设置弯头，节省了局部阻力损失；透平本体不需要轴端密封装置，透平与发电机之间不需要联轴器，避免了透平轴端泄漏损失及联轴器损失，为避免高温工质损坏轴承及线圈，该透平发电一体机要求入口工质温度小于125℃。
[0021]2)透平发电一体机机壳整体采用碳纤维材料加工而成，机壳采用内外缸结构，内外缸结构之间设置轴向线槽用于电机线圈走线，机壳内缸采用垂直轴向剖分结构，密封性好；机壳外缸采用水平中分面剖分结构，便于拆卸；机壳两端采用法兰与管道连接。
[0022]3)透平发电一体机采用双支撑结构，轴承及其罩壳布置在机壳内缸内壁两端，两端轴承罩壳与机壳内壁之间支撑设计成进、出口导叶结构，轴承罩壳支撑导叶内部设计成中空结构，在满足强度要求的基础上，其内部中空通道用于布置支撑轴承的润滑油管路、热控线缆及电机线圈。为了避免轴承热控电缆、油管路及发电机线圈相互干扰，轴承罩壳支撑导叶中空通道被分割为两个相互隔绝的通道，一路通道用于电机线圈穿线，另一路通道用于轴承油管路及热控电缆穿线。
[0023]4)发电机采用磁极旋转、线圈静止的结构形式，发电机磁极采用永磁体结构镶嵌在透平动叶内部近叶顶位置，永磁体磁极方向指向叶顶方向，永磁体的目的在于提供旋转的磁场，碳纤维结构用于加强动叶结构强度。为了减少磁路损失，在保证动叶及机壳结构强
度的基础上，永磁体应尽量靠近动叶叶顶，同时内外缸之间线槽应尽量靠近机壳内缸内壁面。
[0024]5)发电机线圈走线采用从高压端轴承罩壳内穿入支撑导叶，再由支撑导叶内部穿入机壳内外缸之间轴向线槽，再由轴向线槽穿至轴向对应的低压端轴承支撑导叶内部，再由支撑导叶内部穿至低压端轴承罩壳内部，再由轴承罩壳内部穿过与该支撑导叶夹角最接近120
°
的另一支撑导叶内部进入机壳内外缸之间，再由轴向对应的支撑导叶穿回高压端轴承罩壳内部，从而完成一个线圈回路的走线布置；发电机三相线圈在机壳及支撑导叶内周向夹角按120
°
进行对称布置，引出的三相接线头作为发电机接线端子。
[0025]6)轴承罩壳采用碳纤维材料加工而成，轴承罩壳轴向分隔为两个相互隔绝的空腔部分，其靠近内部空腔部分用于安装轴承，靠轴端空腔部分用于发电机线圈回路走线及接线端子接线。
[0026]7)透平动叶及静叶的数量、尺寸与造型采用常规气动设计方法进行确定；为了避免金属内部涡流损失，透平静叶结构也采用碳纤维材料加工制造。
[0027]8)透平发电一体机在工作过程中，依靠高压工质推动透平转子及叶片转动，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种免轴端密封免联轴器压缩空气储能透平发电一体机设计方法，其特征在于，将透平与发电机融为一体进行设计制造，发电机磁极镶嵌在透平转子叶片内部，发电机线圈布置在透平内外缸之间及进出口导叶内部，透平发电一体机机壳本身作为管道的一部分，透平进出口管道不需要设置弯头，透平本体不需要轴端密封装置，透平与发电机之间不需要联轴器，该透平发电一体机要求入口工质温度小于125℃。2.根据权利要求1所述的一种免轴端密封免联轴器压缩空气储能透平发电一体机设计方法，其特征在于，所述透平发电一体机机壳整体采用碳纤维材料加工而成，机壳采用内外缸结构，内外缸结构之间设置轴向线槽用于电机线圈走线，机壳内缸采用垂直轴向剖分结构，机壳外缸采用水平中分面剖分结构，机壳两端采用法兰与管道连接。3.根据权利要求1所述的一种免轴端密封免联轴器压缩空气储能透平发电一体机设计方法，其特征在于，所述透平发电一体机采用双支撑结构，轴承及其罩壳布置在机壳内缸内壁两端，两端轴承罩壳与机壳内壁之间支撑设计成进、出口导叶结构，轴承罩壳支撑导叶内部设计成中空结构，所述内部中空通道用于布置支撑轴承的润滑油管路、热控线缆及电机线圈，轴承罩壳支撑导叶中空通道被分割为两个相互隔绝的通道，一路通道用于发电机线圈穿线，另一路通道用于轴承油管路及热控电缆穿线。4.根据权利要求1所述的一种免轴端密封免联轴器压缩空气储能透平发电一体机设计方法，其特征在于，所述发电机采用磁极旋转、线圈静止的结构形式，发电机磁极采用永磁体结构镶嵌在透平动叶内部近叶顶位置，永磁体磁极方向指向叶顶...

【专利技术属性】
技术研发人员：李凯伦，李红智，姚明宇，张一帆，敬小磊，杨玉，李晓照，李晨照，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：