[发明专利]全封闭汽轮机调速结构及其采用该结构的汽轮机装置

说明书

技术领域

本发明涉及汽轮机及其发电装置领域，具体涉及一种用于太阳能低温差发电系统的全封闭汽轮机调速结构及其采用该结构的汽轮机装置。

背景技术

太阳能低温差发电是继光伏发电和太阳能高温发电之后最具竞争力的太阳能发电技术之一。太阳能低温差发电模块及系统一是指系统工作总体温度较低，二是指工作温度范围较小，以区别太阳能高温发电。太阳能低温差发电领域工作温度经常在100℃以下，通常使用低沸点有机工质的低温汽轮机组，这类工质通常易燃、易爆、有毒，且价格较高，工质一般不允许泄露。使用低沸点有机工质的低温汽轮机组，从安全性和经济性考虑都排斥使用动密封。

汽轮机是将蒸气压差势能及运动动能转换为转子高速旋转运动的机械能，继而通过发电机转化为电能的主要设备。常规火力发电和太阳能高温发电，均使用高温汽轮机，高温汽轮机通过300℃以上的高温蒸汽做功，工质为水，由于水安全廉价，所以工质允许少量泄露。这样，汽轮机组与发电机组可以通过输出轴传递动能，输出轴与汽轮机外壳使用动密封。永磁发电机具有结构简单，不需要励磁电流等许多优点，适合将永磁转子和定子绕组一体化布置，在风力发电机组中得到成功和充分的应用。但由于风力发电机组无密封要求，其类似结构不能在太阳能低温差发电领域使用。

全封闭汽轮机用于太阳能低温差发电系统中，可将低沸点工质动能转化为机械能及电能，但全封闭汽轮机尚存在转动速度无法自动调节的问题。在太阳能低温差发电系统中，由于蓄热、蓄冷水槽水温变化及用电负荷波动都会影响汽轮机转子转速，从而影响到输出电流的频率和功率。汽轮机转速虽然可以采用程序控制调节进气阀流量的方法进行调节，或对输出电流进行品质优化，但二者均属于复杂的自控技术，程序复杂且可靠性难以保证。另外，由瓦特发明的离心摆锤流量与速度调节结构，采用机械原理解决了蒸汽机的速度调节问题，但该调节机构采用了较多的复杂结构及构件，其传动机构涉及动密封，装配和使用都较为复杂。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种全封闭汽轮机调速结构及其采用该结构的汽轮机装置，解决太阳能低温差发电系统中全封闭汽轮机的速度自动调节问题，稳定输出电流的频率和功率，优化电流品质。

为解决上述技术问题，本发明采用以下方案：

全封闭的汽轮机调速结构，包括圆筒形汽轮机定子、整体永磁转子、转子轴和上端盖，所述上端盖固定在汽轮机定子的上方，转子轴的顶端固定在上端盖上，整体永磁转子套接在转子轴的外侧。所述整体永磁转子的上端设有半纺锤形或锥形的转子头，转子头上方设有上环状凸起，所述上端盖的中部设有非贯通的圆柱形上凹槽，上凹槽套接在上环状凸起上并与上环状凸起相互配合形成阻尼盒，起到缓冲和制动的作用；上凹槽的下方设有向下扩口的喇叭口，所述喇叭口的曲面与转子头的半纺锤形或锥形曲面形成向上逐渐缩小的环状配合间隙；全封闭汽轮机调速结构上、下方向垂直安装。

随着整体永磁转子转速增大和向上移动，环状配合间隙逐渐缩小，配合间隙缩小后工质流动阻力增大，使得工质流量逐渐减小，进而又使整体永磁转子转速减慢，转速减慢后整体永磁转子高度回落，环状配合间隙又增大，使得工质流动阻力又减小，流量加大，进而整体永磁转子转速增大。这种循环使整体永磁转子转速稳定在一定的范围，最后输出额定的转速和功率，进而使同步的发电机以相对稳定的频率和功率输出电流。

如上所述的全封闭汽轮机调速结构，所述整体永磁转子外观呈上下不对称的纺锤形或炮弹形，其中部设有沿旋转轴方向上下延伸的等径纵贯孔洞，纵贯孔洞与转子轴配合，使整体永磁转子套接在转子轴外侧并绕转子轴转动。整体永磁转子的外壁设有从径向看呈矩形或U型的转子凹槽，用于引导气流通过并起到冲动式转子叶轮的作用。

所述上端盖包括上端盖圆棒和上端盖圆棒下端的上端盖法兰边，所述上端盖圆棒上设有呈六边形布置的上贯通圆孔，上贯通圆孔为工质流道。所述圆柱形上凹槽位于六个上贯通圆孔的中间，所述喇叭口的上端口边缘设置于上贯通圆孔的外缘，以减小不必要的气流阻力。

所述上凹槽的中心位置设有与转子轴配合连接的螺纹接口，转子轴的顶端通过螺纹与上端盖连接。

本发明还提供一种汽轮机装置，包含如上所述的全封闭汽轮机调速结构，还包括与调速结构配合的下端盖及其上接口和下接口，所述下端盖固定在汽轮机定子的下方，上端盖的上方与上接口连通，下端盖的下方与下接口连通，汽轮机装置上、下方向垂直安装。