轴向紧凑型发电装置的制作方法

本发明涉及微型发电，特别是涉及一种轴向紧凑型发电装置。

背景技术：

1、电力是人类社会最基本、最清洁，也是最方便的能源，出于目前地球一次能源的状况，电力工业在相当长的时期内，以燃煤发电为主的格局不会改变。燃煤发电产生清洁能源电力的同时也产生大量的污染和co2排放，按我国2011年燃煤发电量计算的co2排放量已超过30亿吨。为保护环境、经济的持续发展、节约资源保证能源的安全，节能减排已成为电力工业技术和产品发展的主要目标。

2、新能源在近年来被反复的提及，燃煤发电的电力占比逐年减小。在发电领域的新能源主要有太阳能为主的光热发电、地热和潮汐发电等等，基于天燃气的发电也属于清洁能源的一种。本发明与基于燃气发电的微型燃机、基于太阳能发电的co2透平和基于核电的微型布雷顿循环装置有关。

3、微型发电装置通常包括有一个离心压缩机叶轮和一个向心透平叶轮，当装置功率较大时也会采用多级压缩和轴流透平。其轴系结构通常有两种：一种是采用离心压缩机和向心透平背靠背的悬臂结构，该悬臂结构的结构紧凑，冷端没有轴承，安装方便，可靠性高；缺点是压缩机和透平其中之一动静间隙较大。还有一种结构是电机在压缩机和透平轮盘中间，构成电机两端的单悬臂结构(与此机构类似的还有两个轮盘中间布置一个轴承)。这种结构优点是传动效率高，可靠性好；缺点是透平轮盘靠近电机的轴承位置温度很高，对轴承的换热要求更高，并且机组密封结构复杂。

4、为了进一步提高机组效率和运行稳定性，微型发电装置的前景仍旧是采用压缩机和叶轮背靠背的悬臂结构。这种结构通常整机只有两个轴承，结构紧凑，对于几百千瓦的小型机组甚至可以做成移动式发电装置，整个机组和热源集成在一个集装箱卡车里，去往有需要的地方进行供能。紧凑的结构对气缸提出了挑战，要在很小的轴向空间里布置下离心压气机进排气腔室、向心透平进排气腔室和管道接口，整机的外表面还需要装设保温装置。结构生产制造简单化、安装拆卸方便化，同时减少气缸向外散热成为微型发电装置气缸研发的重中之重。

5、上述提高微型发电装置性价比、简化结构、减少气缸散热的难题有的正在研究之中，例如通过优化透平进气蜗壳提高机组效率的“一种进气蜗壳以及燃气轮机”(中国专利cn201711183831.7)，该专利仅仅主诉蜗壳设计，不涉及整机气缸结构的尺寸优化。再例如双蜗壳结构的“微型燃气轮机发电装置”(中国专利cn201220547118.2)，该专利的压气机排气结构包括透平进气蜗壳，其整机结构依旧不够紧凑。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种轴向紧凑型发电装置，能够极大减小机组的散热损失和机组保温层的厚度，提高自身整体结构的轴向紧凑度，节约发电成本，降低制造成本。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供一种轴向紧凑型发电装置，包括：

3、气缸，气缸包括轴向贯通的气缸筒体，气缸筒体的两个端口分别为第一端口和第二端口，气缸筒体的内周壁上设有托持件和限位件，气缸筒体的外周壁上设有均用于通向热源的压气机排气管和透平进气管，压气机排气管连通于气缸筒体的内腔；

4、离心压气机，离心压气机包括进气导流盖板，进气导流盖板设于气缸筒体的第一端口；

5、向心透平，向心透平包括透平蜗壳、蜗壳进气管、蜗壳排气管以及挡气盖板，透平蜗壳的外周壁上设有被所述托持件支撑的搭接件以及被所述限位件约束的定位件，蜗壳进气管的两端分别连通于透平蜗壳和透平进气管，蜗壳排气管连通于透平蜗壳，挡气盖板设于气缸筒体的第二端口并且被蜗壳排气管气密穿设。

6、优选地，所述气缸筒体包括上下对接的下半缸体和上半缸体；所述托持件的数量为两个并且对称设置于下半缸体靠近气缸中分面的位置，所述限位件设于下半缸体的底部。

7、优选地，所述蜗壳进气管的一管口一体成型于透平蜗壳并且另一管口设有卡接环管；所述透平进气管朝向透平蜗壳的管口设有环形卡槽，环形卡槽与卡接环管插接配合。

8、优选地，所述卡接环管通过紧固环管与蜗壳进气管可拆卸连接。

9、优选地，所述紧固环管包括螺纹管段和卡紧管段，螺纹管段螺纹连接于蜗壳进气管；所述卡接环管包括抵接管段和插接管段，抵接管段被夹持于透平进气管的端口和卡紧管段之间，插接管段与环形卡槽插接配合。

10、优选地，所述轴向紧凑型发电装置还包括轴向排气装置，轴向排气装置连通于蜗壳排气管。

11、优选地，所述轴向紧凑型发电装置还包括周向排气装置，周向排气装置连通于蜗壳排气管。

12、优选地，所述周向排气装置包括周向导流罩和周向排气管，周向导流罩设于气缸筒体的第二端口，周向排气管设于周向导流罩的外周壁并且连通于周向导流罩的内腔。

13、优选地，所述轴向紧凑型发电装置还包括转子，转子转动穿设于进气导流盖板和透平蜗壳；所述离心压气机还包括一体成型于转子的压气机叶轮，所述向心透平还包括一体成型于转子的透平叶轮。

14、优选地，所述离心压气机还包括设于进气导流盖板内侧的扩压器；所述气缸还包括密封板，密封板位于压气机叶轮和透平叶轮之间，并且被夹持于扩压器和透平蜗壳之间。

15、如上所述，本发明的轴向紧凑型发电装置，具有以下有益效果：在本发明中，上述气缸筒体的内周壁上设有托持件和限位件，托持件用于承载上述透平蜗壳的全部或部分重量，限位件用于限制上述透平蜗壳的布置位置。与此同时，上述透平蜗壳的外周壁上设有被上述托持件支撑的搭接件以及被上述限位件约束的定位件，这样上述透平蜗壳能够半悬空地坐落于上述气缸筒体的内腔中。此外，气缸筒体的外周壁上设有压气机排气管和透平进气管，压气机排气管连通于气缸筒体的内腔，上述蜗壳进气管的两端分别连通于透平蜗壳和透平进气管，蜗壳排气管连通于透平蜗壳并且气密穿设于挡气盖板。如此设置，首先，一种工质在流经上述离心压气机之后进入气缸筒体的内腔中，此时工质的压力变大；接着，工质流经上述热源以吸收热量；然后，该工质依次流经上述透平进气管、蜗壳进气管进入透平蜗壳内，此时，工质处于高温高压状态；最后，工质在透平蜗壳内将热能转化为机械能。由于透平蜗壳在气缸筒体的内腔中处于半悬空状态并且位于气缸筒体内的工质和位于透平蜗壳内的工质存在温差，避免上述透平蜗壳直接裸露于环境中，致使上述透平蜗壳内的工质散热给上述气缸筒体内的工质，这样使得机组外部的温差为气缸和环境的温度差，极大地减小了机组的散热损失和机组保温层的厚度，节约了发电成本。此外，离心压气机和向心透平集成于气缸，尤其是透平蜗壳布置于气缸筒体内，本发明的轴向紧凑型发电装置能够减小自身轴向上的尺寸，使得自身的整体结构更加紧凑。最后，除透平蜗壳之外，其他零部件可通过简单冲压及焊接等工艺成型，便于加工制造，降低制造成本。因此，本发明的轴向紧凑型发电装置能够极大减小机组的散热损失和机组保温层的厚度，提高自身整体结构的轴向紧凑度，节约发电成本，降低制造成本。

技术特征：

1.一种轴向紧凑型发电装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的轴向紧凑型发电装置，其特征在于：所述气缸筒体(11)包括上下对接的下半缸体(111)和上半缸体(112)；所述托持件(12)的数量为两个并且对称设置于下半缸体(111)靠近气缸中分面的位置，所述限位件(13)设于下半缸体(111)的底部。

3.根据权利要求1所述的轴向紧凑型发电装置，其特征在于：所述蜗壳进气管(32)的一管口一体成型于透平蜗壳(31)并且另一管口设有卡接环管(37)；所述透平进气管(15)朝向透平蜗壳(31)的管口设有环形卡槽(151)，环形卡槽(151)与卡接环管(37)插接配合。

4.根据权利要求3所述的轴向紧凑型发电装置，其特征在于：所述卡接环管(37)通过紧固环管(38)与蜗壳进气管(32)可拆卸连接。

5.根据权利要求4所述的轴向紧凑型发电装置，其特征在于：所述紧固环管(38)包括螺纹管段(381)和卡紧管段(382)，螺纹管段(381)螺纹连接于蜗壳进气管(32)；所述卡接环管(37)包括抵接管段(371)和插接管段(372)，抵接管段(371)被夹持于透平进气管(15)的端口和卡紧管段(382)之间，插接管段(372)与环形卡槽(151)插接配合。

6.根据权利要求1所述的轴向紧凑型发电装置，其特征在于：所述轴向紧凑型发电装置还包括轴向排气装置，轴向排气装置连通于蜗壳排气管(33)。

7.根据权利要求1所述的轴向紧凑型发电装置，其特征在于：所述轴向紧凑型发电装置还包括周向排气装置(4)，周向排气装置(4)连通于蜗壳排气管(33)。

8.根据权利要求7所述的轴向紧凑型发电装置，其特征在于：所述周向排气装置(4)包括周向导流罩(41)和周向排气管(42)，周向导流罩(41)设于气缸筒体(11)的第二端口，周向排气管(42)设于周向导流罩(41)的外周壁并且连通于周向导流罩(41)的内腔。

9.根据权利要求1所述的轴向紧凑型发电装置，其特征在于：所述轴向紧凑型发电装置还包括转子(5)，转子(5)转动穿设于进气导流盖板(21)和透平蜗壳(31)；所述离心压气机(2)还包括一体成型于转子(5)的压气机叶轮(22)，所述向心透平(3)还包括一体成型于转子(5)的透平叶轮(39)。

10.根据权利要求9所述的轴向紧凑型发电装置，其特征在于：所述离心压气机(2)还包括设于进气导流盖板(21)内侧的扩压器(23)；所述气缸(1)还包括密封板(16)，密封板(16)位于压气机叶轮(22)和透平叶轮(39)之间，并且被夹持于扩压器(23)和透平蜗壳(31)之间。

技术总结
本发明提供一种轴向紧凑型发电装置，包括：气缸，气缸包括气缸筒体，气缸筒体的内周壁上设有托持件和限位件，气缸筒体的外周壁上设有压气机排气管和透平进气管；离心压气机，离心压气机包括进气导流盖板，进气导流盖板设于气缸筒体的第一端口；向心透平，向心透平包括透平蜗壳、蜗壳进气管、蜗壳排气管以及挡气盖板，透平蜗壳的外周壁上设有被所述托持件支撑的搭接件以及被所述限位件约束的定位件，蜗壳进气管的两端分别连通于透平蜗壳和透平进气管，蜗壳排气管连通于透平蜗壳，挡气盖板设于气缸筒体的第二端口并且被蜗壳排气管气密穿设。本发明能够极大减小机组的散热损失和机组保温层的厚度，提高自身整体结构的轴向紧凑度。

技术研发人员：杨锐,景伟,陈钢,戴月进,李猛,林彤,吴晓明,王恭义,舒伟林,蔡晓蕊,陈卫明,肖高绘,王让慈
受保护的技术使用者：上海汽轮机厂有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15