專利名稱：一種渦旋膨脹發電機及朗肯循環熱電轉換系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及發電機技術和熱電轉換技術領域，具體涉及一種渦旋膨脹發電機及朗肯循環熱電轉換系統。
背景技術：
目前渦旋技術主要應用于渦旋式制冷壓縮機、渦旋空壓機，渦旋機械的優越性已經在上述應用中得到了非常明顯的驗證。中國專利201010535281. 2揭示了一種螺桿膨脹發電裝置，通過螺桿機械與渦旋機械在壓縮機領域的使用對比可以知道，兩者的特點決定了其使用范圍，螺桿機械適用于大排量的裝置，而渦旋機械適用于中小排量的裝置。在中小排量范圍內相對而言，渦旋機械效率更高，振動、噪音更小。同為渦旋機械，渦旋壓縮機與渦旋膨脹機最大的區別是其工質的流向不同，渦旋壓縮機是通過渦旋體外圍渦旋壁吸入氣體后將氣體往中心部位推擠，而渦旋膨脹機是氣體自心部進氣后由氣體本身內能所攜帶的壓力推動渦旋體使其往外圍擴散。相對于制冷壓縮機，膨脹機工質的溫度一般較高，入口溫度達到攝氏150度甚至更高，即使是較高粘度的潤滑油，在高溫條件下，其粘度都將下降很多，其形成油膜的能力會大大降低。同時，較高的溫度也會減小軸承的使用壽命，特別是動盤軸承。潤滑及冷卻不良將導致膨脹機機械效率降低，并最終影響其性能及可靠性。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種渦旋膨脹發電機和朗肯循環熱電轉換系統， 將渦旋膨脹機應用于發電和熱電轉換技術領域。本發明為解決上述技術問題所采用的技術方案為
一種渦旋膨脹發電機，包括殼體和位于所述殼體內部的定盤、動盤、偏心輪、主軸、支架、發電機轉子和發電機定子，所述殼體上設置有進氣管和出氣管，所述進氣管與所述定盤的進氣孔相連，所述定盤與所述支架固定連接，所述定盤的側壁與所述動盤的側壁嚙合并形成膨脹腔，所述動盤與所述偏心輪通過軸承連接，所述偏心輪與所述主軸固定連接，所述支架套接在所述主軸上并與所述殼體固定連接，所述發電機轉子與所述主軸固定連接，所述發電機定子包裹所述發電機轉子并與所述殼體固定連接。所述的渦旋膨脹發電機，其中所述定盤的側壁與所述動盤的側壁在靠近所述定盤的進氣孔處過盈嚙合。所述的渦旋膨脹發電機，其中所述動盤的外側設置有防動盤自轉機構。所述的渦旋膨脹發電機，其中所述防動盤自轉機構包括位于所述動盤外側的鋼環和位于所述鋼環內側的固定銷，所述固定銷固定在所述支架的銷孔內，所述鋼環內徑為R1， 所述固定銷半徑為rl，所述動盤的回轉半徑為R，則Rl、rl和R滿足以下幾何關系Rl_rl= R0所述的渦旋膨脹發電機，其中所述動盤與所述支架之間設置有耐磨墊。
所述的渦旋膨脹發電機，其中在所述主軸和所述支架之間設置有軸瓦。所述的渦旋膨脹發電機，其中潤滑油管道穿過所述殼體的側壁并與所述支架的進油孔相連。所述的渦旋膨脹發電機，其中所述潤滑油管道與高壓低溫潤滑油輸入裝置連接， 所述高壓低溫潤滑油輸入裝置包括通過管道依次連接的冷凝器、高壓泵和過濾器。所述的渦旋膨脹發電機，其中所述支架上設置有泄油裝置。一種朗肯循環熱電轉換系統，包括渦旋膨脹發電機、蒸發器、中間熱交換器和高壓低溫潤滑油輸入裝置，所述渦旋膨脹發電機的進氣管與所述蒸發器相連，所述渦旋膨脹發電機的出氣管與所述中間熱交換器相連，所述中間熱交換器與所述高壓低溫潤滑油輸入裝置相連，所述高壓低溫潤滑油輸入裝置與所述渦旋膨脹發電機相連。本發明的有益效果本發明渦旋膨脹發電機和朗肯循環熱電轉換系統能高效、平穩的發電，并且有噪音低、可靠、使用壽命長的優點，是能量轉化的理想設備，特別適用于低溫熱源能量回收、熱電一體應用場合，本發明推進了發電機技術和熱電轉換技術的進步。


本發明包括如下附圖
圖1為本發明渦旋膨脹發電機示意圖2為本發明動盤與偏心輪連接方式示意圖3為本發明偏心輪與主軸連接方式示意圖4為本發明防動盤自轉機構示意圖5為本發明動盤示意圖6為本發明定盤示意圖7為本發明泄油裝置示意圖8為本發明高壓低溫潤滑油輸入裝置示意圖9為本發明過濾器示意圖10為本發明朗肯循環熱電轉換系統示意圖。
具體實施例方式下面根據附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明
如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8和圖9所示，本發明渦旋膨脹發電機包括殼體2和位于殼體2內部的定盤3、動盤4、偏心輪18、主軸12、支架9、發電機轉子10和發電機定子11，殼體2上設置有進氣管1和出氣管13，進氣管1與定盤3的進氣孔31相連， 定盤3與支架9固定連接，定盤3的側壁32與動盤4的側壁41嚙合并形成膨脹腔19，動盤4與偏心輪18通過軸承連接，偏心輪18與主軸12固定連接，支架9套接在主軸12上并與殼體2固定連接，發電機轉子10與主軸12固定連接，發電機定子11包裹發電機轉子10 并與殼體2固定連接。定盤3的側壁32與動盤4的側壁41在靠近定盤3的進氣孔31處過盈嚙合。動盤4的外側設置有防動盤自轉機構，防動盤自轉機構包括位于動盤4外側的鋼環5和位于鋼環5內側的固定銷6，固定銷6固定在支架9的銷孔內，鋼環5內徑為R1， 固定銷6半徑為rl，動盤4的回轉半徑為R，則Rl、rl和R滿足以下幾何關系Rl_rl= R0動盤4與支架9之間設置有耐磨墊17。在主軸12和支架9之間設置有軸瓦14。潤滑油管道15穿過殼體2的側壁并與支架9的進油孔相連。潤滑油管道15與高壓低溫潤滑油輸入裝置連接，高壓低溫潤滑油輸入裝置包括通過管道依次連接的冷凝器20、高壓泵21和過濾器22。所述支架上設置有泄油裝置16。高壓氣態熱工質從進氣管1進入膨脹機，進氣管1連接定盤3進氣口 31，或將定盤 3的上端面與殼體2之間設置成封閉區域，工質充滿該封閉區域后再進入定盤3的進氣孔 31。高壓氣態熱工質進入由定盤3和動盤4嚙合而成的膨脹腔19，自發地推動動盤4往使膨脹腔容積增大的方向運轉。動盤4與偏心輪18間通過主軸承8連接，偏心輪18與主軸 12間通過偏心輪18的銷孔與主軸12曲拐銷間隙配合連接。在鋼環5與固定銷6組成的防動盤自轉機構的作用下，動盤4及動盤軸承7通過驅動偏心輪18帶動主軸12運轉。定盤3 通過螺栓與支架9連接，支架9焊接在殼體2上。動盤4與支架9間設置表面光潔度高、硬度高的耐磨墊17，以減小摩擦損失。固定銷6過盈配合壓裝在支架9上的銷孔內。偏心輪 18與主軸12為間隙配合，偏心輪12可繞主軸曲柄銷作微小擺動，以實現動盤側壁41與定盤側壁32之間的徑向可調間隙，確保相對運轉時泄漏小，功率損失少。除作為驅動元件功能外，偏心輪18還有平衡動盤離心力的作用。主軸承8、軸瓦14過盈配合壓裝在支架上，主軸12與主軸承8過盈配合，主軸承8在承受徑向載荷的同時承受電機轉子10與主軸12自重，軸瓦14在承受一定徑向載荷的同時對支架9與動盤4之間的區域起密封作用，制造上允許軸瓦14與主軸12之間有微小間隙，在具有一定粘度的潤滑油的作用下可形成有效密封。泄油裝置16過盈配合壓裝在支架上，泄油孔設置在支架外圓周壁內，如圖7所示，泄油裝置16設為單向閥。單向閥中設置過濾器161。單向閥包括彈簧162、鋼球163，彈簧162 所需的預緊力由壓力腔的壓力決定。當壓力腔壓力大于彈簧162預緊力，推開鋼球163，實現泄油。進油管15自外部穿過殼體2、支架9進入中間腔，為渦旋膨脹發電機提供高壓低溫的潤滑油，實現渦旋膨脹發電機可靠運行。進油管15直徑及長度需根據中間腔所需壓力進行匹配設計。發電機定子11過盈或焊接在殼體2內。如圖10所示，本發明朗肯循環熱電轉換系統包括渦旋膨脹發電機、蒸發器、中間熱交換器和高壓低溫潤滑油輸入裝置，渦旋膨脹發電機的進氣管與蒸發器相連，渦旋膨脹發電機的出氣管與中間熱交換器相連，中間熱交換器與高壓低溫潤滑油輸入裝置相連，高壓低溫潤滑油輸入裝置與渦旋膨脹發電機相連。本發明朗肯循環熱電轉換系統的具體實施例包括渦旋膨脹發電裝置、蒸發器、中間熱交換器、冷凝器、液體泵、儲液罐、過濾器，工質在蒸發器內被高溫熱源加熱、汽化，變成高溫高壓蒸汽；再通過過熱器使工質成為過熱蒸汽；隨后進入渦旋膨脹發電機，通過工質膨脹作功帶動連接在曲軸上的轉子，實現發電機發電。作功后的低溫低壓工質進入冷凝器冷凝成液體，之后進入儲液器。自儲液器流出的循環工質由液體泵加壓后進入蒸發器，開始下一個循環。中間熱交換器可作為選配部件設置，可降低蒸發器的加熱量。過濾器在液態泵之后，從過濾器內部引一管路至膨脹機內，使高壓低溫液態潤滑油通過該管路流入膨脹機中壓腔內。本領域技術人員不脫離本發明的實質和精神，可以有多種變形方案實現本發明， 以上所述僅為本發明較佳可行的實施例而已，并非因此局限本發明的權利范圍，凡運用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構變化，均包含于本發明的權利范圍之內。
權利要求
1.一種渦旋膨脹發電機，其特征在于包括殼體和位于所述殼體內部的定盤、動盤、偏心輪、主軸、支架、發電機轉子和發電機定子，所述殼體上設置有進氣管和出氣管，所述進氣管與所述定盤的進氣孔相連，所述定盤與所述支架固定連接，所述定盤的側壁與所述動盤的側壁嚙合并形成膨脹腔，所述動盤與所述偏心輪通過軸承連接，所述偏心輪與所述主軸固定連接，所述支架套接在所述主軸上并與所述殼體固定連接，所述發電機轉子與所述主軸固定連接，所述發電機定子包裹所述發電機轉子并與所述殼體固定連接。
2.根據權利要求1所述的渦旋膨脹發電機，其特征在于所述定盤的側壁與所述動盤的側壁在靠近所述定盤的進氣孔處過盈嚙合。
3.根據權利要求2所述的渦旋膨脹發電機，其特征在于所述動盤的外側設置有防動盤自轉機構。
4.根據權利要求3所述的渦旋膨脹發電機，其特征在于所述防動盤自轉機構包括位于所述動盤外側的鋼環和位于所述鋼環內側的固定銷，所述固定銷固定在所述支架的銷孔內，所述鋼環內徑為R1，所述固定銷半徑為rl，所述動盤的回轉半徑為R，則Rl、rl和R滿足以下幾何關系Rl_rl= R0
5.根據權利要求4所述的渦旋膨脹發電機，其特征在于所述動盤與所述支架之間設置有耐磨墊。
6.根據權利要求5所述的渦旋膨脹發電機，其特征在于在所述主軸和所述支架之間設置有軸瓦。
7.根據權利要求6所述的渦旋膨脹發電機，其特征在于潤滑油管道穿過所述殼體的側壁并與所述支架的進油孔相連。
8.根據權利要求7所述的渦旋膨脹發電機，其特征在于所述潤滑油管道與高壓低溫潤滑油輸入裝置連接，所述高壓低溫潤滑油輸入裝置包括通過管道依次連接的冷凝器、高壓泵和過濾器。
9.根據權利要求8所述的渦旋膨脹發電機，其特征在于所述支架上設置有泄油裝置。
10.一種朗肯循環熱電轉換系統，其特征在于包括如權利要求1至9任一所述的渦旋膨脹發電機、蒸發器、中間熱交換器和高壓低溫潤滑油輸入裝置，所述渦旋膨脹發電機的進氣管與所述蒸發器相連，所述渦旋膨脹發電機的出氣管與所述中間熱交換器相連，所述中間熱交換器與所述高壓低溫潤滑油輸入裝置相連，所述高壓低溫潤滑油輸入裝置與所述渦旋膨脹發電機相連。
全文摘要
本發明公開了一種渦旋膨脹發電機及朗肯循環熱電轉換系統，渦旋膨脹發電機包括殼體、定盤、動盤、偏心輪、主軸、支架、發電機轉子和發電機定子，殼體上設置有進氣管和出氣管，進氣管與定盤的進氣孔相連，定盤與支架固定連接，定盤的側壁與動盤的側壁嚙合并形成膨脹腔，動盤與偏心輪通過軸承連接，偏心輪與主軸固定連接，支架套接在主軸上并與殼體固定連接，發電機轉子與主軸固定連接，發電機定子包裹發電機轉子并與殼體固定連接。朗肯循環熱電轉換系統包括渦旋膨脹發電機、蒸發器、中間熱交換器和高壓低溫潤滑油輸入裝置。
文檔編號F01C1/02GK102493847SQ201110363398
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月16日 優先權日2011年11月16日
發明者陳冬長 申請人:陳冬長