渦輪裝置及包括其的廢熱回收發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種渦輪裝置，更詳細(xì)地，涉及一種用非接觸式電磁軸承代替機(jī)械(接觸)式軸承結(jié)構(gòu)而延長渦輪壽命，同時(shí)提高發(fā)電效率，并且也容易利用廢熱，另一方面，通過輪盤單元的結(jié)構(gòu)改善和機(jī)械式軸承單元的適當(dāng)配置來穩(wěn)定地保持裝置運(yùn)轉(zhuǎn)的渦輪裝置，及本發(fā)明涉及包括其的廢熱回收發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]通常，發(fā)電站根據(jù)所利用的能源種類和其發(fā)電方式劃分為水力發(fā)電站、火力發(fā)電站、原子能發(fā)電站或者復(fù)合型發(fā)電站等。
[0003]另一方面，近年來集中對工業(yè)體系中所產(chǎn)生的廢熱進(jìn)行回收并將其應(yīng)用于發(fā)電(能源)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)再利用廢熱而不浪費(fèi)的技術(shù)進(jìn)行研宄。
[0004]S卩，對從各種爐或者燒結(jié)工藝等中排出的帶熱量的高溫廢氣的煉鋼廠、或從熟石灰加工過程中所產(chǎn)生的高溫廢氣回收廢熱，并將其應(yīng)用于發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)行研宄。
[0005]例如在煉鋼廠，焦炭制造工藝或高爐等中產(chǎn)生相當(dāng)大量的廢熱，此時(shí)廢熱溫度約為150°C -300°C程度，這一溫度還不足以實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。
[0006]另一方面，目前正對利用海水的溫度差、或工業(yè)現(xiàn)場的廢熱的發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行研宄，但是，當(dāng)將水等液體用作發(fā)電用工作流體時(shí)，其溫度差需達(dá)到250°C以上，因此難以實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。
[0007]另外，需要上述工作流體的溫度差的理由如下:在發(fā)電渦輪設(shè)備中，不僅使用旋轉(zhuǎn)的機(jī)械接觸式滾珠軸承或滑動軸承作為大部分的動力傳遞器具，而且通過在軸向上摩擦較大的螺桿來傳遞動力，因此，由這些引起的摩擦?xí)拱l(fā)電效率降低，從而難以通過低溫的廢熱來發(fā)電，最終難以將廢熱利用用在商業(yè)化中。
[0008]因此，目前煉鋼廠或水泥廠所產(chǎn)生的高溫廢氣大部分被浪費(fèi)掉而不能作為廢熱進(jìn)行再利用。
[0009]例如，在韓國公開專利第2012-0058582號中提出了關(guān)于將從發(fā)動機(jī)廢棄的能量作為電力來再生/回收的實(shí)用的廢熱發(fā)電的技術(shù)，在該公報(bào)中公開了用于支撐渦輪主軸
(47)的軸承為推力軸承(thrust bearing)。
[0010]另外，韓國公開專利第2006-0010427號中公開了一種氣體渦輪裝置，尤其公開了使用推力軸承和滑動軸承的技術(shù)。
[0011]而且，日本公開專利第2011-083150號中公開了一種加速型發(fā)電機(jī)，并公開了在兩端使用機(jī)械接觸式軸承(滾珠軸承)的技術(shù)。
[0012]因此，在通常的發(fā)電設(shè)備的渦輪裝置中，將機(jī)械接觸式軸承用于轉(zhuǎn)子(旋轉(zhuǎn)軸)，從而包含上文中描述的上述實(shí)質(zhì)性問題。
[0013]尤其，這種機(jī)械接觸式軸承使用常規(guī)的油(潤滑油)，因此也會產(chǎn)生油泄漏的問題。除此之外，現(xiàn)有的系統(tǒng)使用蒸汽或高溫氣體，因此發(fā)生伴隨渦輪的水錘現(xiàn)象的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]技術(shù)問題
[0015]因此，在本技術(shù)領(lǐng)域中一直需要這樣一種渦輪裝置，所述渦輪裝置用非接觸式電磁軸承代替機(jī)械(接觸)式軸承而延長渦輪壽命，同時(shí)提高發(fā)電效率，并且也容易利用廢熱，另外，通過輪盤單元的結(jié)構(gòu)改善和機(jī)械式軸承單元的適當(dāng)配置以穩(wěn)定地保持裝置運(yùn)轉(zhuǎn)，以及需要一種包括其的廢熱回收發(fā)電系統(tǒng)。
[0016]技術(shù)方案
[0017]為實(shí)現(xiàn)上述需求，本發(fā)明的技術(shù)上的一個(gè)方面提供一種渦輪裝置，其包括:
[0018]旋轉(zhuǎn)軸，其與從工作流體接收旋轉(zhuǎn)力的葉輪連接；
[0019]發(fā)電單元，其連接于所述旋轉(zhuǎn)軸并用于發(fā)電；
[0020]徑向電磁軸承單元，其分別在所述發(fā)電單元的前側(cè)和后側(cè)中的至少一處、以與所述旋轉(zhuǎn)軸形成間隔而非接觸地支撐旋轉(zhuǎn)軸的方式設(shè)置；以及
[0021]軸向電磁軸承單元，其設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)軸的至少一處以控制旋轉(zhuǎn)軸的軸向位移。
[0022]另外，本發(fā)明的技術(shù)上的另一方面，提供一種廢熱回收發(fā)電系統(tǒng)，其包括:
[0023]所述渦輪裝置；
[0024]工作流體供應(yīng)部，其利用廢熱向所述渦輪裝置供應(yīng)工作流體，；
[0025]及工作流體處理部，其用于對從所述渦輪裝置提取的工作流體進(jìn)行處理。
[0026]發(fā)明的效果
[0027]根據(jù)本發(fā)明，在現(xiàn)有渦輪裝置中，用非接觸式電磁軸承代替機(jī)械接觸式動力傳遞器具(軸承、螺桿等)來消除摩擦，由此可以用低壓低溫的工作流體(制冷劑)代替液體(水)，從而延長渦輪的壽命，同時(shí)可以使利用其的發(fā)電效率最大化。
[0028]尤其，本發(fā)明的渦輪裝置由于采用通過雙向結(jié)構(gòu)與軸向電磁軸承單元連接的輪盤單元，因此可以精密地控制旋轉(zhuǎn)軸的徑向和軸向的位移。
[0029]而且，本發(fā)明的渦輪裝置設(shè)置有在電磁軸承停止工作時(shí)進(jìn)行工作的機(jī)械式軸承單元，并通過調(diào)整電磁軸承單元和機(jī)械式軸承單元的間隔來穩(wěn)定地保持渦輪裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0030]據(jù)此，在設(shè)置有本發(fā)明渦輪裝置的發(fā)電系統(tǒng)的情況下，即使使用低溫工作流體也可以充分進(jìn)行發(fā)電，因此，容易使利用從工業(yè)現(xiàn)場產(chǎn)生的現(xiàn)有廢熱的技術(shù)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，從而使廢熱回收率(使用率)最大化。
【附圖說明】
[0031]圖1是示出本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖。
[0032]圖2a及圖2b是示出本發(fā)明的渦輪裝置的第一、二實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)圖。
[0033]圖3及圖4是示出本發(fā)明的渦輪裝置所具備的發(fā)電單元的永磁體的排列的主視圖及立體圖。
[0034]圖5a及圖5b是示出由圖3、4的發(fā)電單元永磁體的排列引起的磁力的圖表。
[0035]圖6a及圖6b是用于說明在本發(fā)明渦輪裝置中基于電磁體和永磁體的電磁軸承單元的磁懸浮的原理的模式圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]以下，(參照附圖)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案。但是，本發(fā)明的實(shí)施方案可以以各種其他方案變形，本發(fā)明的范圍并不限定于以下所進(jìn)行說明的實(shí)施方案。另外，本發(fā)明的實(shí)施方案是為了向本領(lǐng)域具有普通知識的技術(shù)人員更加完整地說明本發(fā)明而提供的(為更明確進(jìn)行說明，可以放大附圖中的元件的形狀及大小等)。
[0037]圖1、圖2至圖6示出包括本發(fā)明的渦輪裝置的廢熱回收發(fā)電系統(tǒng)(200)及渦輪裝置(I)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。
[0038]首先，基于圖2至圖6說明本發(fā)明的渦輪裝置(I)，其次對包括本發(fā)明的渦輪裝置的廢熱回收發(fā)電系統(tǒng)(200)進(jìn)行說明。
[0039]另外，圖2a及圖2b分別示出將電磁體(62)用作旋轉(zhuǎn)軸的徑向電磁軸承單元(60)的裝置和將永磁體￠4)用作旋轉(zhuǎn)軸的徑向電磁軸承單元￠0)的裝置，除此之外的大部分結(jié)構(gòu)元件相同(將在下文中進(jìn)行詳細(xì)說明)。
[0040]因此，以圖2a為基礎(chǔ)進(jìn)行說明，與其不同的結(jié)構(gòu)元件以圖2b進(jìn)行說明。
[0041]如圖2a所示，本發(fā)明的渦輪裝置(I)主要包括:旋轉(zhuǎn)軸(20)，其與從工作流體接收旋轉(zhuǎn)力的葉輪(10)連接；發(fā)電單元(40)，其連接于所述旋轉(zhuǎn)軸(20)并用于產(chǎn)生電 '及多個(gè)電磁軸承單元，其非接觸地支撐所述旋轉(zhuǎn)軸，并且在旋轉(zhuǎn)軸的互不相同的第一方向和第二方向上排列。
[0042]此時(shí)，在本實(shí)施例中，實(shí)際上可以將所述旋轉(zhuǎn)軸的互不相同的第一方向和第二方向理解為旋轉(zhuǎn)軸的徑向和旋轉(zhuǎn)軸的軸向。
[0043]另外，本發(fā)明可以使用旋轉(zhuǎn)軸(20)或者組裝在其外表面的輥結(jié)構(gòu)體(22)。對于這種輥結(jié)構(gòu)體(22)而言，在相關(guān)部件的組裝或設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)時(shí)僅更換輥結(jié)構(gòu)體即可，當(dāng)使用與電磁軸承元件相關(guān)的磁性體時(shí)，優(yōu)選輥結(jié)構(gòu)體以磁性體形成，而并不是將旋轉(zhuǎn)軸整體以磁性體形成。
[0044]此時(shí)，輥結(jié)構(gòu)體在主視圖時(shí)