本發(fā)明涉及一種新型的立式太陽能熱氣流電站多級透平發(fā)電機組，它屬于熱能動力裝置領(lǐng)域。具體地說就是當(dāng)空氣流經(jīng)立式太陽能熱氣流電站中的立式太陽能煙囪后，吸收太陽熱能，并在熱壓作用下形成自下而上流動的熱氣流，因此該熱氣流就包含了熱能及動能，然后利用本發(fā)明所涉及的多級透平發(fā)電機組，將熱氣流中所具有的動能及熱能同時轉(zhuǎn)換成機械能，進(jìn)而通過發(fā)電機轉(zhuǎn)換成電能，從而實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換過程。

背景技術(shù)：

太陽能熱氣流電站系統(tǒng)的構(gòu)想是在1978年首次提出的，并在之后吸引了大量國內(nèi)外學(xué)者對其進(jìn)行研究，該系統(tǒng)主要集熱棚、透平發(fā)電機組、煙囪以及蓄熱層四個主要部件構(gòu)成，電站系統(tǒng)的基本運行原理為：當(dāng)太陽光照射在透明或者半透明集熱棚時，輻射通過集熱棚加熱鋪設(shè)于底部的蓄熱層，使其溫度上升，形成“溫室效應(yīng)”，從而加熱集熱棚內(nèi)的空氣，導(dǎo)致空氣的密度下降，而建于集熱棚中心的高煙囪則起到類似于負(fù)壓管的作用，使煙囪的內(nèi)部產(chǎn)生巨大抽吸力，導(dǎo)致集熱棚內(nèi)的熱空氣不斷進(jìn)入煙囪，這樣使得透平發(fā)電機組轉(zhuǎn)動開始向外輸出電能。在此基礎(chǔ)上，又出現(xiàn)了一種依托于城市高樓向陽面，集熱棚與煙囪合為一體的立式太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)，具有占地面積小、抗風(fēng)抗震能力強且可以強化高層建筑內(nèi)部自然通風(fēng)的特點，適合在城市發(fā)展。

在太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)中，透平發(fā)電機組作為最重要的能量轉(zhuǎn)化機構(gòu)，其能量轉(zhuǎn)化效率決定了整個系統(tǒng)的輸出功率，因此也吸引了大量國內(nèi)外研究人員進(jìn)行研究。在國外，許多研究人員開始對太陽能熱氣流電站系統(tǒng)中透平發(fā)電機組的具體結(jié)構(gòu)形式以及影響其功率的因素進(jìn)行了大量研究研究，并且對其進(jìn)行理論分析，將大型風(fēng)力透平發(fā)電機組廣泛應(yīng)用于大型太陽能熱氣流電站系統(tǒng)中。在國內(nèi)，部分高校和研究機構(gòu)也對太陽能熱氣流電站的透平發(fā)電機組進(jìn)行了研究，得到了一定的研究成果。歐陽穗根據(jù)螺旋槳原理對50kW的太陽能熱氣流電站設(shè)計了一種透平發(fā)電機組，采用單級軸流式四葉片透平，葉片直徑為10m，葉型為CLARK Y翼型，輸出功率為37kW，并在此基礎(chǔ)上對200MW的太陽能熱氣流電站透平發(fā)電機組進(jìn)行了設(shè)計，該設(shè)計適用于只利用熱氣流動能的大型原始太陽能熱氣流電站。而立式太陽能熱氣流電站與原始太陽能熱氣流電站有很大不同，立式太陽能熱氣流電站屬于依托城市高樓南墻的微風(fēng)量小型電站，需要同時對系統(tǒng)內(nèi)熱氣流的熱能和動能進(jìn)行利用，因此歐陽穗的設(shè)計不適用，需要重新對其進(jìn)行設(shè)計。

所以本發(fā)明所提出的一種新型的立式太陽能熱氣流電站多級透平發(fā)電機組是一種與立式太陽能熱氣流電站系統(tǒng)相匹配的透平發(fā)電機組，可以提高該系統(tǒng)的發(fā)電效率，對本系統(tǒng)的推廣應(yīng)用從而緩解城市中能源危機具有重要的意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種新型的立式太陽能熱氣流電站多級透平發(fā)電機組，它可以將立式太陽能熱氣流電站系統(tǒng)中熱氣流所包含的動能及熱能同時轉(zhuǎn)換成機械能，可大幅提高立式太陽能熱氣流電站系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率，對立式太陽能熱氣流電站系統(tǒng)的推廣具有重要意義。

為了達(dá)到解決上述技術(shù)方案的目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種新型的立式太陽能熱氣流電站多級透平發(fā)電機組，該透平發(fā)電機組豎直放置在建筑物上方立式太陽能熱氣流電站的太陽能煙囪通道的頂端，主體結(jié)構(gòu)主要由豎直通道、縮放型導(dǎo)流筒、第一級透平、第二級透平、透平固定支架、中心旋轉(zhuǎn)軸、調(diào)心球軸承、雙膜片聯(lián)軸器、十字滑塊聯(lián)軸器和發(fā)電機構(gòu)成，縮放型導(dǎo)流筒固定在豎直通道內(nèi)壁上，固定在中心旋轉(zhuǎn)軸上的兩級透平豎直放置于縮放型導(dǎo)流筒中，兩級透平間中心旋轉(zhuǎn)軸由雙膜片聯(lián)軸器連接，中心旋轉(zhuǎn)軸兩端由兩個調(diào)心球軸承固定在系統(tǒng)支架上，中心旋轉(zhuǎn)軸上端通過十字滑塊聯(lián)軸器與發(fā)電機連接，熱氣流在豎直通道內(nèi)不斷上升，在縮放型導(dǎo)流筒漸縮段加速推動第一級透平旋轉(zhuǎn)，繼續(xù)上升在縮放型導(dǎo)流筒漸擴段膨脹降壓轉(zhuǎn)換成動能推動第二級葉片旋轉(zhuǎn)，將立式太陽能熱氣流電站產(chǎn)生的熱氣流中所包含的動能及熱能轉(zhuǎn)換為機械能，從而帶動發(fā)電機輸出電能，大幅提高了立式太陽能熱氣流電站系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率。

在本發(fā)明中還具有以下技術(shù)特征：所述的縮放型導(dǎo)流筒漸縮段與中心軸的夾角為15°—30°，漸擴段與中心軸的夾角為4°—12°，入口截面、喉部截面及出口截面的面積之比為3：2：3，所述的兩級透平豎直放置于縮放型導(dǎo)流筒中，第一級葉片安裝在該縮放型導(dǎo)流筒的喉部截面，第二級葉片安裝在縮放型導(dǎo)流筒的出口截面，當(dāng)熱氣流通過第一級葉片時，熱氣流中的部分動能轉(zhuǎn)換成機械能，流過透平發(fā)電機組第一級葉片的熱氣流通過縮放型導(dǎo)流罩的漸擴段后，熱氣流中所具有的熱能轉(zhuǎn)換成動能，可通過透平機組的第二級葉片進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成機械能。

在本發(fā)明中還具有以下技術(shù)特征：所述的第一級透平和第二級透平，兩級透平連體同軸同角速度旋轉(zhuǎn)，兩級透平間距為0.8m—1.2m，第一級透平與第二級透平的合理旋轉(zhuǎn)半徑比為0.7—0.875，這樣既可以保證兩級透平同角速度旋轉(zhuǎn)，又可以增大中心旋轉(zhuǎn)軸的輸出轉(zhuǎn)矩。

在本發(fā)明中還具有以下技術(shù)特征：所述的第一級透平，該級透平的旋轉(zhuǎn)半徑為0.3m—0.35m，葉片數(shù)目為6—9片(圖上為7葉片)，葉片與輪轂的最佳安裝角度范圍為22.28°—24.48°，第一級透平葉片翼型是瘦長形的，在其前部較厚且有小圓弧狀前緣，而其后部較薄且有一較尖的后緣，翼型上表面的前部曲率較大，后部曲率較小，最大厚度為弦長的12％—15％，最大厚度處距葉型前緣的距離是弦長的30％—35％，因此可以將熱氣流中所具有的動能轉(zhuǎn)換成機械能。

在本發(fā)明中還具有以下技術(shù)特征：所述的第二級透平，該級透平的旋轉(zhuǎn)半徑為0.4m—0.43m，葉片數(shù)目為7—9片(圖上為8葉片)，葉片與輪轂的最佳安裝角度范圍為25.27°—27.68°，第二級透平葉片翼型是瘦長形的，在其前部較厚且有小圓弧狀前緣，而其后部較薄且有一較尖的后緣，翼型上表面的前部曲率較大，后部曲率較小，最大厚度為弦長的12％—15％，最大厚度處距葉型前緣的距離是弦長的30％—35％，因此可以將熱氣流中熱能所轉(zhuǎn)換成的動能進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成機械能。

基于上述技術(shù)特征所構(gòu)成的技術(shù)方案的優(yōu)點在于：

1.該多級透平機組具有兩級葉片，可以將立式太陽能熱氣流電站系統(tǒng)中熱氣流所包含的熱能及動能有效地轉(zhuǎn)換成機械能。

2.所述透平機組垂直放置于一縮放型導(dǎo)流罩中，第一級葉片放置于該縮放型導(dǎo)流罩的喉部截面處，而第二級葉片的放置于漸擴段，并保證兩級葉片的角速度相同。

3.采用參數(shù)化設(shè)計原理對這種新型的立式太陽能熱氣流電站多級透平發(fā)電機組進(jìn)行了設(shè)計，使該類型的透平機組能適應(yīng)多種參數(shù)結(jié)構(gòu)下的立式太陽能熱氣流電站系統(tǒng)。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)地描述.

圖1是本發(fā)明的一種新型的立式太陽能熱氣流電站多級透平發(fā)電機組整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的第一級透平的俯視圖；

圖3是本發(fā)明的第二級透平的俯視圖；

圖4是本發(fā)明的兩級葉片的翼型圖；

1.豎直通道；2.縮放型導(dǎo)流罩；3.第一級透平；4.第二級透平；5.十字滑塊聯(lián)軸器；6.發(fā)電機；7.中心旋轉(zhuǎn)軸；8.調(diào)心球軸承；9.透平固定支架；10.雙膜片聯(lián)軸器

具體實施方式

本發(fā)明提供了一種新型的立式太陽能熱氣流電站多級透平發(fā)電機組，如圖1所示，該透平發(fā)電機組豎直放置在建筑物上方立式太陽能熱氣流電站的太陽能煙囪通道的頂端，縮放型導(dǎo)流筒2固定在豎直通道1的內(nèi)壁上，兩級透平豎直放置于縮放型導(dǎo)流筒2中，第一級葉片3安裝在該縮放型導(dǎo)流筒的喉部截面，第二級葉片4安裝在縮放型導(dǎo)流筒的出口截面，兩級透平固定在中心旋轉(zhuǎn)軸7上，為避免兩級透平旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生不同轉(zhuǎn)矩引起中心旋轉(zhuǎn)軸7的變形，兩級透平間中心旋轉(zhuǎn)軸7由雙膜片聯(lián)軸器10連接，中心旋轉(zhuǎn)軸7兩端由兩個調(diào)心球軸承8固定在透平固定支架9上，中心旋轉(zhuǎn)軸7上端通過十字滑塊聯(lián)軸器5與發(fā)電機6連接來保證最大輸出轉(zhuǎn)矩；空氣在立式太陽能熱氣流電站系統(tǒng)的太陽能煙囪通道中吸收太陽熱能后變成熱氣流，熱氣流通過豎直通道1下方入口進(jìn)入縮放型導(dǎo)流筒2內(nèi)，在其漸縮段內(nèi)加速后推動第一級透平3旋轉(zhuǎn)，熱氣流繼續(xù)上升在其漸擴段膨脹降壓轉(zhuǎn)換為動能后推動第二級透平4旋轉(zhuǎn)，將立式太陽能熱氣流電站中產(chǎn)生的熱氣流中所包含的動能及熱能轉(zhuǎn)換為機械能，由中心旋轉(zhuǎn)軸7輸出轉(zhuǎn)矩從而帶動發(fā)電機輸出電能。

以上所述，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，并非是對本發(fā)明作其它形式的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或改型為等同變化的等效實施例。但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。