專利名稱：用于有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的渦旋膨脹機(jī)的渦旋盤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及渦旋膨脹機(jī)有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著全球氣候問題的日益嚴(yán)重和不可再生能源的日益短缺，節(jié)能、減排以及新能源的開發(fā)利用和如何提高現(xiàn)有能源的利用效率已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)?？稍偕茉?如太陽能、風(fēng)能等)的開發(fā)利用目前已有很多成熟的應(yīng)用(如太陽能熱水器、太陽能電動(dòng)自行車、太陽能公廁、風(fēng)力發(fā)電等)。然而在工業(yè)的很多領(lǐng)域(如冶金、水泥、陶瓷、玻璃生產(chǎn)等)目前存在大量的低品位余熱不能充分利用(其中溫度在60 120°C之間的低溫余熱)而直接排放到自然環(huán)境中，使得能源利用效率低同時(shí)還影響環(huán)境。有機(jī)朗肯循環(huán)(organic rankine cycle,0RC)作為一種回收中低品位熱能用于發(fā)電的技術(shù)，具有效率高、環(huán)境友好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。有機(jī)朗肯循環(huán)即以有機(jī)物工質(zhì)代替水作為朗肯循環(huán)工質(zhì)的動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)，特別適合于回收溫度低于120°C的低品位熱能，而且采用不同的有機(jī)物工質(zhì)可回收不同溫度范圍的低品位熱能。渦旋膨脹機(jī)是容積式膨脹機(jī)的一種，適合用于小流量、高膨脹比的場(chǎng)合，因此特別適用于中小型ORC循環(huán)系統(tǒng)，然而從以往的實(shí)驗(yàn)和文獻(xiàn)報(bào)道顯示，單渦圈渦旋膨脹機(jī)的發(fā)電效率較低，一般在10%以下。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提高發(fā)電效率。本發(fā)明是用于有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的渦旋膨脹機(jī)的渦旋盤，太陽能板I將循環(huán)進(jìn)入的熱工質(zhì)進(jìn)行加熱，加熱后的熱水流入集熱器2，通過控制閥門3來調(diào)節(jié)熱工質(zhì)流量的大小，并通過流量泵4動(dòng)力來實(shí)現(xiàn)熱源工質(zhì)的循環(huán)，有機(jī)朗肯循環(huán)中吸熱后的高壓蒸汽通過控制閥門11、12分別進(jìn)入渦旋膨脹機(jī)10的左右兩個(gè)吸氣腔中，第一動(dòng)渦旋盤3、第二動(dòng)渦旋盤9與第一靜渦旋盤I、第二靜渦旋盤11互相配合，渦旋膨脹機(jī)的曲軸每旋轉(zhuǎn)2 就形成四個(gè)吸氣腔①、②、③和④，每個(gè)吸氣腔的吸氣容積都相同，分別在第一動(dòng)渦旋盤3、第二動(dòng)渦旋盤9、第一靜渦旋盤I、第二靜渦旋盤11上開設(shè)兩條渦旋齒，兩條渦旋齒相差180°，定義基圓半徑為a，渦旋型線漸開角為O，型線采用等截面的圓漸開線形式，則兩條渦旋齒型線可表示為
X1 = a[cos(^) + (j) sin(^)] yx = a[sin(^) -^cos(^)]<
x2 = a[cos(^ + 71) + (/) sin(夕 + 7r)] y2 = <2[sin(^ + 71)-(/) cos(^ + n') 本發(fā)明的渦旋膨脹機(jī)的兩頭各裝一個(gè)雙渦圈渦旋盤，中間連結(jié)發(fā)電機(jī)，高壓蒸汽分別從兩端中間的兩個(gè)進(jìn)氣口進(jìn)入吸氣腔，通過工質(zhì)膨脹推動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)從而使發(fā)電機(jī)工作，溫度和壓カ降低后的膨脹エ質(zhì)從排氣孔排出，此過程連續(xù)進(jìn)行從而使得主軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)持續(xù)發(fā)電。
以上發(fā)電系統(tǒng)可以靈活應(yīng)用到各種場(chǎng)合，由于渦旋膨脹機(jī)具有體積小、噪聲低、高膨脹比的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合雙頭雙渦圈的大排氣量，使得此系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用靈活、噪聲低和發(fā)電效率高的特點(diǎn)，是中、小型發(fā)電系統(tǒng)、太陽能利用和エ業(yè)余熱回收的發(fā)展方向。


圖I為本發(fā)明的有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)示意圖，圖2為本發(fā)明的渦旋齒的型線生成原理圖，圖3為本發(fā)明的渦旋膨脹機(jī)動(dòng)、靜渦旋盤工作原理圖，圖4為本發(fā)明的渦旋膨脹機(jī)剖面結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式如圖I所示，本發(fā)明的有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，太陽能板I加熱循環(huán)進(jìn)入的熱エ質(zhì)，加熱后的熱水流入集熱器2，通過控制閥門3來調(diào)節(jié)熱エ質(zhì)流量的大小，并通過流量泵4的動(dòng)カ來實(shí)現(xiàn)熱源エ質(zhì)的循環(huán)；熱エ質(zhì)也可以是直接回收エ業(yè)中的低品位熱能或地?zé)崮?。熱エ質(zhì)循環(huán)到蒸發(fā)器13時(shí)與朗肯循環(huán)中的高壓液態(tài)的低沸點(diǎn)有機(jī)エ質(zhì)發(fā)生熱交換，熱エ質(zhì)溫度下降，有機(jī)エ質(zhì)在蒸發(fā)器13中吸收熱源熱量后，成為高壓蒸汽，換熱完成后的熱エ質(zhì)繼續(xù)進(jìn)行循環(huán)。有機(jī)朗肯循環(huán)中吸熱后的高壓蒸汽通過控制閥門11和12分別進(jìn)入渦旋膨脹機(jī)10的左右兩個(gè)吸氣腔中，高壓蒸汽在渦旋膨脹機(jī)中膨脹作功帶動(dòng)發(fā)電機(jī)9輸出電力，自身變成低壓蒸汽后通過膨脹機(jī)排氣腔進(jìn)入冷凝器8，在冷凝器8和副冷卻器7中與冷卻介質(zhì)換熱，從而凝結(jié)放熱成為低壓液體，最后經(jīng)エ質(zhì)泵6加壓成為高壓液態(tài)后返回到蒸發(fā)器，再次與熱エ質(zhì)進(jìn)行熱交換，從而繼續(xù)新的循環(huán)。如圖3所示，第一動(dòng)渦旋盤3、第二動(dòng)渦旋盤9與第一靜渦旋盤I、第二靜渦旋盤11互相配合，渦旋膨脹機(jī)的曲軸每旋轉(zhuǎn)2 π就形成四個(gè)吸氣腔①、②、③和④，每個(gè)吸氣腔的吸氣容積都相同。如圖2所示，分別在第一動(dòng)渦旋盤3、第二動(dòng)渦旋盤9、第一靜渦旋盤I、第二靜渦旋盤11上開設(shè)兩條渦旋齒，兩條渦旋齒相差180°，定義基圓半徑為a，渦旋型線漸開角為Φ，型線采用等截面的圓漸開線形式，則渦旋齒型線可表示為
權(quán)利要求
1.用于有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的渦旋膨脹機(jī)的渦旋盤，太陽能板(I)將循環(huán)進(jìn)入的熱エ質(zhì)進(jìn)行加熱，加熱后的熱水流入集熱器(2)，通過控制閥門(3)來調(diào)節(jié)熱エ質(zhì)流量的大小，并通過流量泵(4)動(dòng)カ來實(shí)現(xiàn)熱源エ質(zhì)的循環(huán)，有機(jī)朗肯循環(huán)中吸熱后的高壓蒸汽通過控制閥門(11、12)分別進(jìn)入渦旋膨脹機(jī)(10)的左右兩個(gè)吸氣腔中，第一動(dòng)渦旋盤(3)、第ニ動(dòng)渦旋盤(9)與第一靜渦旋盤(I)、第二靜渦旋盤(11)互相配合，渦旋膨脹機(jī)的曲軸每旋轉(zhuǎn)2π就形成四個(gè)吸氣腔①、②、③和④，每個(gè)吸氣腔的吸氣容積都相同，其特征在于分別在第一動(dòng)渦旋盤(3)、第二動(dòng)渦旋盤(9)、第一靜渦旋盤(I)、第二靜渦旋盤(11)上開設(shè)兩條渦旋齒，兩條渦旋齒相差180°，定義基圓半徑為a，渦旋型線漸開角為Φ，型線采用等截面的圓漸開線形式，則兩條渦旋齒型線可表示為
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的渦旋膨脹機(jī)的渦旋盤，其特征在于相鄰兩個(gè)吸氣腔封閉的時(shí)間間隔相差η /2。
全文摘要
用于有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的渦旋膨脹機(jī)的渦旋盤，有機(jī)朗肯循環(huán)中吸熱后的高壓蒸汽通過控制閥門(11、12)分別進(jìn)入渦旋膨脹機(jī)(10)的左右兩個(gè)吸氣腔中，第一動(dòng)渦旋盤(3)、第二動(dòng)渦旋盤(9)與第一靜渦旋盤(1)、第二靜渦旋盤(11)互相配合，渦旋膨脹機(jī)的曲軸每旋轉(zhuǎn)2π就形成四個(gè)吸氣腔①、②、③和④，每個(gè)吸氣腔的吸氣容積都相同，分別在第一動(dòng)渦旋盤(3)、第二動(dòng)渦旋盤(9)、第一靜渦旋盤(1)、第二靜渦旋盤(11)上開設(shè)兩條渦旋齒，兩條渦旋齒相差180°，定義基圓半徑為a，渦旋型線漸開角為Φ，型線采用等截面的圓漸開線形式。
文檔編號(hào)F01C13/00GK102628431SQ201110397028
公開日2012年8月8日 申請(qǐng)日期2011年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月2日
發(fā)明者孫迎, 張力, 張洪生, 彭斌, 李超, 鄭玉巧 申請(qǐng)人:蘭州理工大學(xué)