一種溫差驅(qū)動(dòng)渦輪的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種溫差驅(qū)動(dòng)渦輪；包括壓氣機(jī)、低壓渦輪、高壓渦輪、離合器、內(nèi)殼體、外殼體、壓縮機(jī)、儲(chǔ)存裝置；低壓渦輪和高壓渦輪均由同軸、以鋁合金制成的內(nèi)盤面和外葉輪環(huán)組成，內(nèi)盤面和外葉輪環(huán)之間的轉(zhuǎn)矩傳遞通過磁傳動(dòng)技術(shù)來完成；壓氣機(jī)主體外形為圓臺(tái)形設(shè)計(jì)，沿軸向排列的壓氣葉輪其直徑呈收縮錐形趨勢變化；離合器通過壓緊彈簧、抱軸板、滑塊等機(jī)構(gòu)的聯(lián)合作用實(shí)施對(duì)分離或接合壓氣機(jī)主軸與高壓渦輪主軸之間的機(jī)械聯(lián)系。本發(fā)明溫差驅(qū)動(dòng)渦輪采用空氣作為熱源、深層的海水作為冷源所產(chǎn)生的海洋溫差能來驅(qū)動(dòng)低壓及高壓渦輪旋轉(zhuǎn)、進(jìn)而驅(qū)動(dòng)溫差發(fā)電機(jī)發(fā)電，采用本發(fā)明溫差驅(qū)動(dòng)渦輪可以達(dá)到高效、低成本地開發(fā)海洋溫差能的目的。
【專利說明】
一種溫差驅(qū)動(dòng)渦輪
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及蝸輪，特別是涉及一種溫差驅(qū)動(dòng)渦輪，具體是一種以空氣作為熱源、深層的海水作為冷源構(gòu)成的溫差驅(qū)動(dòng)裝置。【背景技術(shù)】
[0002]海洋表層作為熱源的溫海水或熱空氣與作為冷源深層冷海水之間存在著溫差，蘊(yùn)藏著豐富的熱能資源。這種溫差能具有可再生、無污染、不隨時(shí)間變化、相對(duì)穩(wěn)定等特點(diǎn)。將海洋溫差所產(chǎn)生的能量通過一定的能量轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)動(dòng)、進(jìn)而驅(qū)動(dòng)溫差發(fā)電機(jī)發(fā)電，就可以為一些海上人工結(jié)構(gòu)、海島地區(qū)提供大規(guī)模的、穩(wěn)定的動(dòng)力供應(yīng)。設(shè)計(jì)和開發(fā)出一種高效的溫差能驅(qū)動(dòng)裝置是人類實(shí)現(xiàn)有效地利用海洋溫差能其中關(guān)鍵的一環(huán)。
[0003]常規(guī)的海洋溫差能旋轉(zhuǎn)動(dòng)能轉(zhuǎn)換裝置比較多的采用閉式循環(huán)系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中， 循環(huán)工作介質(zhì)通常采用低沸點(diǎn)工作流體。在閉式循環(huán)系統(tǒng)中，工作介質(zhì)從熱源中接受熱量， 化為蒸汽，推動(dòng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，把所接受的熱能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)動(dòng)能。在這種閉式循環(huán)系統(tǒng)中，工作介質(zhì)只是起到傳遞能量的作用。系統(tǒng)中的工作介質(zhì)循環(huán)使用，它在通過蒸發(fā)器、汽輪機(jī)、 冷凝器、工作介質(zhì)栗時(shí)與外界隔絕，組成了一個(gè)封閉的循環(huán)系統(tǒng)。目前在世界上使用閉式循環(huán)系統(tǒng)作為海洋溫差能提取裝置的其中一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)是如何避免和克服循環(huán)系統(tǒng)中工作介質(zhì)容易泄漏的問題。
[0004]現(xiàn)有的溫差發(fā)電系統(tǒng)基本上是以海洋表面的溫海水作為溫差能旋轉(zhuǎn)動(dòng)能轉(zhuǎn)換裝置的熱源，以深層冷海水為冷源。雖然作為熱源的海洋表面的溫海水來源廣泛，但是由于這一溫差發(fā)電系統(tǒng)需要將系統(tǒng)所發(fā)出的部分電能消耗于表層海水的抽水水栗工作耗能上，由此而降低了溫差能旋轉(zhuǎn)動(dòng)能轉(zhuǎn)換裝置做功的效率，這一缺陷在一定程度上限制了溫差發(fā)電向著高效、低成本的方向發(fā)展。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明以空氣作為熱源、深層的海水作為冷源，提供一種高效、低成本地開發(fā)海洋溫差能的溫差驅(qū)動(dòng)渦輪。
[0006]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0007]—種溫差驅(qū)動(dòng)渦輪，主要由壓氣機(jī)、低壓渦輪、高壓渦輪、離合器、內(nèi)殼體、外殼體、 壓縮機(jī)、冷凝管、儲(chǔ)存裝置組成;所述外殼體為圓筒形腔體，內(nèi)殼體從外殼體內(nèi)伸出，在外殼體內(nèi)的內(nèi)殼體為圓筒形腔體，伸出段為從外到內(nèi)的收縮錐形回轉(zhuǎn)腔體;外殼體與內(nèi)殼體之間的空間為外殼體空間；內(nèi)殼體圓筒形腔體的內(nèi)部空間為內(nèi)殼體空間；外殼體與內(nèi)殼體的圓筒形腔體部分從前向后方向依次設(shè)置有低壓渦輪和高壓渦輪；內(nèi)殼體收縮錐形回轉(zhuǎn)腔體的外端開口部分為熱空氣進(jìn)口，內(nèi)部設(shè)有壓氣機(jī);壓氣機(jī)與低壓渦輪通過壓氣機(jī)主軸連接， 高壓渦輪主軸與溫差發(fā)電機(jī)連接;高壓渦輪主軸通過離合器與壓氣機(jī)主軸連接;排氣道與內(nèi)殼體空間后端連通;導(dǎo)引管道與外殼體空間后端連通，導(dǎo)引管道與壓縮機(jī)連接，壓縮機(jī)分別與溫差發(fā)電機(jī)和冷凝管連接，冷凝管與儲(chǔ)存裝置連接;儲(chǔ)存裝置通過管道與設(shè)置在外殼體空間上的多個(gè)工作介質(zhì)噴嘴連通;蓄電池組與溫差發(fā)電機(jī)連接；
[0008]所述冷凝管包括管道和外管，管道設(shè)有多個(gè)突擴(kuò)管，管道設(shè)置在外管內(nèi)，外管一端設(shè)有注水口，引入深層海水，外管另一端設(shè)有泄水口，泄水口與外管連接處設(shè)有閥門；
[0009]所述低壓渦輪包括低壓渦輪外葉輪環(huán)、低壓渦輪內(nèi)盤面、凹槽、第一永磁體、第二永磁體和兩個(gè)滾珠軸承;低壓渦輪外葉輪環(huán)周向外表面均勻設(shè)有多個(gè)渦輪葉片，在低壓渦輪外葉輪環(huán)周向內(nèi)表面設(shè)有凹槽，凹槽內(nèi)安裝第一永磁體;低壓渦輪內(nèi)盤面中心與壓氣機(jī)主軸連接，周向上布置有多個(gè)渦輪葉片;低壓渦輪內(nèi)盤面上設(shè)有第二永磁體，第二永磁體的位置與第一永磁體相對(duì)應(yīng);低壓渦輪內(nèi)盤面外緣外側(cè)設(shè)置的滾珠軸承，滾珠軸承與內(nèi)殼7、低壓渦輪內(nèi)盤面形成緊配合；內(nèi)殼體外周布置有另一滾珠軸承，另一滾珠軸承與外低壓渦輪外葉輪環(huán)、內(nèi)殼體形成緊配合；
[0010]所述高壓渦輪包括高壓渦輪外葉輪環(huán)、高壓渦輪內(nèi)盤面、凹槽、第一永磁體、第二永磁體和兩個(gè)滾珠軸承;高壓渦輪的結(jié)構(gòu)與低壓渦輪的差異是:高壓渦輪外葉輪環(huán)渦輪葉片傾角較低壓渦輪大，布置較低壓渦輪密集，且高壓渦輪內(nèi)盤面中心與高壓渦輪主軸連接。
[0011]為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，優(yōu)選地，所述離合器包括抱軸板、壓緊彈簧、套筒和滑塊;抱軸板設(shè)置在壓氣機(jī)主軸和高壓渦輪主軸的外周，套筒通過間隔設(shè)置的多根壓緊彈簧與抱軸板連接;壓氣機(jī)主軸設(shè)有槽道，抱軸板上設(shè)有凹槽，凹槽與壓氣機(jī)主軸的槽道位置相對(duì)應(yīng)，滑塊下端插入壓氣機(jī)主軸上的槽道，上端插入抱軸板上的凹槽。
[0012 ]優(yōu)選地，所述離合器還包括橡膠墊，橡膠墊設(shè)置在槽道底部。
[0013]優(yōu)選地，述壓氣機(jī)包括壓氣機(jī)主軸、圓臺(tái)形葉片基座和壓氣葉片;在圓臺(tái)形葉片基座上沿軸向間隔布置多排壓氣葉片，壓氣葉片尺寸由前向后逐排減小，葉片傾角為25°?30。。
[0014]優(yōu)選地，所述圓臺(tái)形葉片基座的圓臺(tái)母線與圓臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸之間的夾角為10°_15%壓氣葉片為8-9排，每排壓氣葉片的葉輪的數(shù)量為20?30個(gè)。
[0015]優(yōu)選地，所述的低壓渦輪由兩個(gè)渦輪片體組成，沿壓氣機(jī)主軸徑向均勻設(shè)置;低壓渦輪外葉輪環(huán)周向外表面均勻設(shè)有40個(gè)傾角為25°?30°渦輪葉片;在低壓渦輪外葉輪環(huán)周向內(nèi)表面設(shè)有四個(gè)凹槽;低壓渦輪內(nèi)盤面周向上布置有16個(gè)傾角為25°?30°渦輪葉片；
[0016]優(yōu)選地，所述的高壓渦輪由兩個(gè)渦輪片體祖成，沿高壓渦輪主軸徑向均勻設(shè)置;高壓渦輪外葉輪環(huán)周向外表面均勻設(shè)有50個(gè)傾角為35°?40°渦輪葉片;在高壓渦輪外葉輪環(huán)周向內(nèi)表面設(shè)有四個(gè)凹槽;高壓渦輪內(nèi)盤面周向上布置有16個(gè)傾角為25°?30°渦輪葉片。
[0017]優(yōu)選地，所述低壓渦輪內(nèi)盤面外直徑為450?500mm，低壓渦輪外葉輪環(huán)的內(nèi)直徑為530?580_;高壓渦輪的內(nèi)盤面外直徑與高壓渦輪外葉輪環(huán)的內(nèi)直徑與低壓渦輪內(nèi)盤面外直徑和低壓渦輪外葉輪環(huán)的內(nèi)直徑一致。
[0018]優(yōu)選地，所述內(nèi)殼體圓筒形腔體部分內(nèi)壁直徑為500?550mm，長度為3000?3500mm;所述外殼體的內(nèi)壁直徑為520?570mm，長度為2000?2500mm;所述熱空氣進(jìn)口處直徑比內(nèi)殼體圓筒形腔體直徑大100?200mm。
[0019]優(yōu)選地，所述的低壓渦輪和高壓渦輪以鋁合金材料制成。
[0020]本發(fā)明離合器為壓氣機(jī)主軸與高壓渦輪主軸之間切斷或傳遞轉(zhuǎn)矩的機(jī)構(gòu)，其作用是:I)在溫差驅(qū)動(dòng)渦輪啟動(dòng)工作階段，壓氣機(jī)達(dá)到工作轉(zhuǎn)速之前保證壓氣機(jī)主軸與高壓渦輪主軸之間處于連接狀態(tài)，由充放蓄電池組先行為兼?zhèn)浒l(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)二者功效的溫差發(fā)電機(jī)供電以帶動(dòng)溫差驅(qū)動(dòng)渦輪中的壓氣機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，將溫差發(fā)電機(jī)發(fā)出的轉(zhuǎn)矩傳遞給壓氣機(jī)主軸以帶動(dòng)壓氣機(jī)啟動(dòng)，將外部的熱空氣吸入內(nèi)殼體空間；2)壓氣機(jī)達(dá)到工作轉(zhuǎn)速正常運(yùn)行后，離合器斷離壓氣機(jī)主軸與高壓渦輪主軸之間的連接，內(nèi)外殼體之間空間的工作介質(zhì)膨脹做功分別推動(dòng)高壓渦輪與低壓渦輪按照自己的負(fù)荷需求旋轉(zhuǎn)，低壓渦輪帶動(dòng)壓氣機(jī)將外部的熱空氣持續(xù)吸入內(nèi)殼體空間、高壓渦輪帶動(dòng)溫差發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電。
[0021]本發(fā)明壓氣機(jī)其主要作用是在正常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中不斷地吸入外部熱空氣，并將熱空氣在內(nèi)殼體空間內(nèi)加壓，使熱空氣內(nèi)能增加而成為溫差驅(qū)動(dòng)渦輪的熱源。本發(fā)明中，壓氣機(jī)主體外形的圓臺(tái)形設(shè)計(jì)以及內(nèi)殼體中包圍壓氣機(jī)部分的收縮錐形設(shè)計(jì)，使得熱空氣所處的空間體積由進(jìn)氣道至壓氣機(jī)末端逐漸減小，對(duì)氣體加壓起到輔助作用。
[0022]本發(fā)明冷凝管為外部直管包圍內(nèi)部連續(xù)的球型管的部件，其功能為引入深層的海水吸收做功后工作介質(zhì)蒸汽的熱量，使之冷卻而重新液化。
[0023]本發(fā)明溫差發(fā)電機(jī)為普通船用發(fā)電機(jī)，可兼?zhèn)浒l(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)二者的功效。在溫差發(fā)電渦輪啟動(dòng)階段起電動(dòng)機(jī)的作用，它將將蓄電池組供給的電能通過高壓渦輪主軸和離合器轉(zhuǎn)換為壓氣機(jī)主軸的轉(zhuǎn)矩，進(jìn)而帶動(dòng)壓氣機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)溫差驅(qū)動(dòng)渦輪達(dá)到工作轉(zhuǎn)速正常運(yùn)行后，溫差發(fā)電機(jī)則用以吸收來自高壓渦輪主軸的轉(zhuǎn)矩發(fā)電、將高壓渦輪的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為對(duì)外輸出的電能。
[0024]本發(fā)明壓縮機(jī)主要功能是將做完功后的低壓丁烷蒸汽再次加壓形成高壓丁烷蒸汽。冷凝管以深層海水作為冷源將經(jīng)過壓縮機(jī)壓縮丁烷蒸汽冷卻后重新變?yōu)橐簯B(tài)。
[0025]本發(fā)明與傳統(tǒng)溫差發(fā)電裝置的現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)與有益效果:
[0026]1)降低了開發(fā)海洋溫差能的成本。本發(fā)明采用溫差驅(qū)動(dòng)渦輪周圍的熱空氣作為熱源、利用深層海水作為冷源來實(shí)現(xiàn)海洋溫差能的開發(fā)。較之于傳統(tǒng)的溫差發(fā)電裝置慣常所采用的表層溫海水作為溫差發(fā)電裝置熱源的方式，本發(fā)明采用了熱空氣作為新型溫差驅(qū)動(dòng)渦輪的熱源。這種熱源利用方式可直接、方便地采集溫差驅(qū)動(dòng)渦輪周圍的熱空氣，從而減少了傳統(tǒng)的溫差發(fā)電裝置需要抽取海面表層溫海水所需要的海水栗、海水管，以及由此而引起的維持水栗正常工作所需要的電能消耗。
[0027]2)具有更高的工作效率。空氣可壓縮性的特點(diǎn)可以使熱空氣從溫差驅(qū)動(dòng)渦輪外部吸入內(nèi)殼體空間被壓縮后可以產(chǎn)生更高的溫度，熱源與工作介質(zhì)的溫度差也隨之增大，這種比傳統(tǒng)溫差發(fā)電裝置使用不可壓縮的溫海水作為熱源的工作方式，產(chǎn)生了更大的溫度差，也使工作介質(zhì)通過熱交換后可以獲得壓力更高的蒸汽。因此，本發(fā)明所提出的溫差驅(qū)動(dòng)渦輪具有更高的工作效率。
[0028]3)避免了海洋溫差能開發(fā)系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的工作介質(zhì)泄漏問題。本發(fā)明在高低壓渦輪結(jié)構(gòu)中引入了磁傳動(dòng)技術(shù)，這一技術(shù)的運(yùn)用將工作介質(zhì)的循環(huán)回路與從動(dòng)渦輪完全分隔開來，從而為克服在海洋溫差能開發(fā)系統(tǒng)中，工作介質(zhì)循環(huán)期間可能出現(xiàn)泄漏的問題提供了一種切實(shí)可行的實(shí)際解決方案。
[0029]4)溫差驅(qū)動(dòng)渦輪的制造工藝可以采用常規(guī)制造技術(shù)。本發(fā)明所提出的溫差驅(qū)動(dòng)渦輪其基本結(jié)構(gòu)概念來源于燃?xì)廨啓C(jī)，制造本發(fā)明所提出的溫差驅(qū)動(dòng)渦輪可以采用燃?xì)廨啓C(jī)常規(guī)制造技術(shù)。由于制造技術(shù)成熟，制造技術(shù)難度、制造成本以及使用過程中的故障率都將較低。因此，這樣的結(jié)構(gòu)形式更加有利于這一新型溫差驅(qū)動(dòng)渦輪的低成本的廣泛使用。
【附圖說明】
[0030]圖1是溫差驅(qū)動(dòng)渦輪整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖2-1是離合器工作原理示意圖。
[0032]圖2-2是離合器結(jié)構(gòu)圖
[0033]圖3是冷凝管的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖4是溫差驅(qū)動(dòng)渦輪系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)流程圖。
[0035]圖5是低壓渦輪結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036I圖6是高壓禍輪結(jié)構(gòu)示意圖。
[0037]圖7是壓氣機(jī)截面示意圖。
[0038]圖中示出:熱空氣進(jìn)口1、熱壓氣機(jī)2、工作介質(zhì)噴嘴3、外殼體空間4、內(nèi)殼體空間5、外殼體6、內(nèi)殼體7、低壓渦輪8、離合器9、高壓渦輪10、導(dǎo)引管道11、排氣道12、壓縮機(jī)13、冷凝管14、儲(chǔ)存裝置15、壓氣機(jī)主軸16、抱軸板17、壓緊彈簧18、套筒19、滑塊20、橡膠墊21、高壓渦輪主軸22、傳感器23、注水口 24、管道25、泄水口 26、閥門27、蓄電池組28、溫差發(fā)電機(jī)29、溫差驅(qū)動(dòng)渦輪30、低壓渦輪外葉輪環(huán)31、低壓渦輪內(nèi)盤面32、高壓渦輪外葉輪環(huán)33、高壓渦輪內(nèi)盤面34、凹槽35、第一永磁體36、第二永磁體37、滾珠軸承38、圓臺(tái)形密閉殼體39、壓氣葉輪40。
【具體實(shí)施方式】
[0039]為更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。內(nèi)殼體7的收縮錐形回轉(zhuǎn)體殼體部分與圓筒形腔體連接處直徑與該腔體直徑一致，
[0040]如圖1、4所示，一種溫差驅(qū)動(dòng)渦輪，包括熱空氣進(jìn)口1、熱壓氣機(jī)2、工作介質(zhì)噴嘴3、外殼體空間4、內(nèi)殼體空間5、外殼體6、內(nèi)殼體7、低壓渦輪8、離合器9、高壓渦輪10、導(dǎo)引管道U、排氣道12、壓縮機(jī)13、冷凝管14和儲(chǔ)存裝置15、壓氣機(jī)主軸16、高壓渦輪主軸22;外殼體6為圓筒形腔體，內(nèi)殼體7從外殼體6內(nèi)伸出，在外殼體6內(nèi)的內(nèi)殼體7為圓筒形腔體，伸出段為從外到內(nèi)的收縮錐形回轉(zhuǎn)腔體;外殼體6與內(nèi)殼體7之間的空間為外殼體空間4;內(nèi)殼體7圓筒形腔體的內(nèi)部空間為內(nèi)殼體空間5;外殼體6與內(nèi)殼體7的圓筒形腔體部分從前向后方向依次設(shè)置有低壓渦輪8和高壓渦輪10;內(nèi)殼體7收縮錐形回轉(zhuǎn)腔體的外端開口部分為熱空氣進(jìn)口 I，內(nèi)部設(shè)有壓氣機(jī)2 ；壓氣機(jī)2與低壓渦輪8通過壓氣機(jī)主軸16連接，高壓渦輪主軸22通過高壓渦輪10的軸心連接;高壓渦輪主軸22通過離合器9與壓氣機(jī)主軸16連接。排氣道12與內(nèi)殼體空間5后端連通;導(dǎo)引管道11與外殼體空間4后端連通，導(dǎo)引管道11與壓縮機(jī)13連接，壓縮機(jī)13選用珠海凌達(dá)有限公司生產(chǎn)的QX-C238E030型壓縮機(jī)，壓縮機(jī)13分別與溫差發(fā)電機(jī)29和冷凝管14連接，冷凝管14與儲(chǔ)存裝置15連接;儲(chǔ)存裝置15通過管道與設(shè)置在外殼體空間4上的多個(gè)工作介質(zhì)噴嘴3連通。蓄電池組28與溫差發(fā)電機(jī)29連接。
[0041 ]內(nèi)殼體7圓筒形腔體部分內(nèi)壁直徑優(yōu)選為500?550mm，長度優(yōu)選為3000?3500mm，熱空氣進(jìn)口處直徑比內(nèi)殼體圓筒形腔體直徑大100?200mm。外殼體內(nèi)壁直徑優(yōu)選為520?570mm，長度優(yōu)選為2000?2500mm。
[0042]離合器9的主要功能是分離或接合壓氣機(jī)主軸16與高壓渦輪主軸22之間的機(jī)械聯(lián)系，以實(shí)現(xiàn)在壓氣機(jī)主軸與高壓渦輪主軸之間切斷或傳遞轉(zhuǎn)矩的目的。如圖2-1和圖2-2所示，離合器9包括抱軸板17、壓緊彈簧18、套筒19、滑塊20和橡膠墊21;抱軸板17設(shè)置在壓氣機(jī)主軸16和高壓渦輪主軸22的外周，套筒19通過間隔設(shè)置的多根壓緊彈簧18與抱軸板17連接;壓氣機(jī)主軸16設(shè)有槽道，槽道底部設(shè)有橡膠墊21，抱軸板17上設(shè)有凹槽，凹槽與壓氣機(jī)主軸16的槽道位置相對(duì)應(yīng)，滑塊20下端插入壓氣機(jī)主軸16上的槽道，上端插入抱軸板17上的凹槽。
[0043]如圖3所述，冷凝管14包括管道25和外管，管道25設(shè)有多個(gè)突擴(kuò)管，管道25設(shè)置在外管內(nèi)，外管一端設(shè)有注水口24,引入深層海水，外管另一端設(shè)有泄水口26,泄水口26與外管連接處設(shè)有閥門27;傳感器23設(shè)置在外管內(nèi)；高壓丁烷蒸汽運(yùn)動(dòng)至冷凝管14處，在管道25 內(nèi)經(jīng)深層海水的冷凝，丁烷蒸汽液化，形成高壓丁烷液體，而后流入儲(chǔ)存裝置15中。冷凝管 14通過注水口 24將深層海水注入管內(nèi)空間，通過泄水口 26保證冷凝水的流動(dòng)。傳感器23負(fù)責(zé)偵測水位，根據(jù)其反饋的數(shù)據(jù)調(diào)整注水口的流量，決定閥門27的開關(guān)，保證冷凝水量的恒定。
[0044]本發(fā)明采用空氣作為熱源、深層的海水作為冷源所產(chǎn)生的海洋溫差能來驅(qū)動(dòng)低壓及高壓渦輪旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)溫差發(fā)電機(jī)發(fā)電。內(nèi)殼體7優(yōu)選采用非磁性的鋁合金材質(zhì)，作為包圍壓氣機(jī)2、低壓渦輪8、高壓渦輪10的空間，其作用是作為從外部吸入的熱空氣加壓的空間，同時(shí)也作為熱空氣與工作介質(zhì)的隔離裝置，將熱空氣的熱能通過內(nèi)殼體的熱傳導(dǎo)作用， 將空氣熱量傳遞給工作介質(zhì)。
[0045]如圖5所示，低壓渦輪8包括低壓渦輪外葉輪環(huán)31、低壓渦輪內(nèi)盤面32、凹槽35、第一永磁體36、第二永磁體37和兩個(gè)滾珠軸承38。低壓渦輪外葉輪環(huán)31周向外表面均勻設(shè)有多個(gè)(40個(gè))傾角為25°?30°渦輪葉片，在低壓渦輪外葉輪環(huán)31周向內(nèi)表面設(shè)有四個(gè)凹槽35 用于安裝第一永磁體36;低壓渦輪內(nèi)盤面32中心開孔，用于與壓氣機(jī)主軸16連接，其周向上布置有多個(gè)(16個(gè))傾角為25°?30°渦輪葉片；低壓渦輪內(nèi)盤面32上布置四塊第二永磁體 37,其位置與第一永磁體36相對(duì)應(yīng);低壓渦輪內(nèi)盤面32外緣外側(cè)設(shè)置的滾珠軸承38,滾珠軸承38與內(nèi)殼體7、低壓渦輪內(nèi)盤面32形成緊配合。內(nèi)殼體7外周布置有另一滾珠軸承38,另一滾珠軸承38與外低壓渦輪外葉輪環(huán)31、內(nèi)殼體7形成緊配合。
[0046]低壓渦輪內(nèi)盤面32與壓氣機(jī)2共軸，其作用是利用在內(nèi)外殼體之間空間的受熱工作介質(zhì)在此空間膨脹做功，驅(qū)動(dòng)外葉輪環(huán)持續(xù)旋轉(zhuǎn)，并把這一旋轉(zhuǎn)動(dòng)能所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩通過磁傳動(dòng)技術(shù)傳遞到低壓渦輪內(nèi)盤面32,驅(qū)動(dòng)低壓渦輪內(nèi)盤面32持續(xù)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)壓氣機(jī)2工作， 以滿足溫差驅(qū)動(dòng)渦輪可以持續(xù)吸入外部熱空氣，在內(nèi)殼體空間5內(nèi)加壓的正常工作需要。低壓渦輪內(nèi)盤面32和低壓渦輪外葉輪環(huán)31之間的間隙由內(nèi)殼體7進(jìn)行阻隔而沒有機(jī)械上的聯(lián)系，低壓渦輪內(nèi)盤面32和低壓渦輪外葉輪環(huán)31之間的轉(zhuǎn)矩傳遞通過磁傳動(dòng)技術(shù)來完成。 [〇〇47] 如圖6所示，高壓渦輪包括高壓渦輪外葉輪環(huán)33、高壓渦輪內(nèi)盤面34、凹槽35、第一永磁體36、第二永磁體37和兩個(gè)滾珠軸承38;高壓渦輪10的結(jié)構(gòu)與低壓渦輪8類似。差異是， 高壓渦輪外葉輪環(huán)33周向外表面設(shè)置的渦輪葉片較之低壓渦輪相對(duì)密集、傾角也更大。高壓渦輪的葉片數(shù)量優(yōu)選為50個(gè)、傾角范圍為35°?40°。高壓渦輪內(nèi)盤面34中心開孔與高壓渦輪主軸22連接，高壓渦輪主軸22與溫差發(fā)電機(jī)29相連。其作用是利用在內(nèi)外殼體之間空間的受熱工作介質(zhì)通過后的膨脹做功，使高壓渦輪外葉輪環(huán)33持續(xù)旋轉(zhuǎn)，形成轉(zhuǎn)矩，通過磁傳動(dòng)技術(shù)傳遞到高壓渦輪內(nèi)盤面34,通過傳高壓渦輪主軸22帶動(dòng)溫差發(fā)電機(jī)29工作，進(jìn)而達(dá)到發(fā)電的目的。
[0048]低壓渦輪8內(nèi)盤面外直徑優(yōu)選為450?500mm，外葉輪環(huán)的內(nèi)直徑優(yōu)選為530?580_。高壓渦輪10的內(nèi)盤面外直徑與外葉輪環(huán)的內(nèi)直徑與低壓渦輪8—致。
[0049]如圖7所示，壓氣機(jī)2包括壓氣機(jī)主軸16、圓臺(tái)形葉片基座39、壓氣葉片40;圓臺(tái)形葉片基座39的圓臺(tái)母線與圓臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸之間的夾角優(yōu)選為10°-15°，在圓臺(tái)形葉片基座39上沿軸向間隔布置多排壓氣葉片40;優(yōu)選為8-9排，壓氣葉片尺寸由前向后逐排減小，葉輪傾角范圍優(yōu)選為25°?30°。每排壓氣葉片40的數(shù)量優(yōu)選為20?30個(gè)。由于壓氣機(jī)2的壓氣葉片40幾何尺度由進(jìn)氣口端的小直徑底面至圓臺(tái)另一端的大直徑底面逐漸減小，熱空氣在壓氣機(jī)2的抽吸作用下逐漸被壓縮，由此形成了逐級(jí)加壓的模式，以達(dá)到提高壓氣效率的目的。
[0050]如圖2-1、圖2-2和圖4所示，當(dāng)溫差驅(qū)動(dòng)渦輪30還未啟動(dòng)時(shí)，抱軸板17在壓緊彈簧18的作用下抱緊壓氣機(jī)主軸16和高壓渦輪主軸22。在溫差驅(qū)動(dòng)渦輪30啟動(dòng)階段，蓄電池組28為溫差發(fā)電機(jī)29供電，使溫差發(fā)電機(jī)29以電動(dòng)機(jī)狀態(tài)工作，帶動(dòng)高壓渦輪主軸22旋轉(zhuǎn)起來，并通過抱軸板17將轉(zhuǎn)動(dòng)傳導(dǎo)至壓氣機(jī)主軸16，蓄電池組28由多個(gè)風(fēng)帆股份有限公司生產(chǎn)的船用6-CQ-195a型蓄電池組成，溫差發(fā)電機(jī)選用佛山格銳斯發(fā)電機(jī)有限公司生產(chǎn)的GRS-80型發(fā)電機(jī)。隨著壓氣機(jī)主軸16的轉(zhuǎn)速逐漸增加，滑塊20所受離心力也逐漸增加。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到工作轉(zhuǎn)速時(shí)，滑塊20的離心力大于壓緊彈簧18的壓力，推動(dòng)抱軸板17松開與壓氣機(jī)主軸16和高壓渦輪主軸22之間的摩擦連接，壓氣機(jī)主軸16與高壓渦輪主軸22的機(jī)械連接斷開。低壓渦輪8與高壓渦輪10按各自的功能要求運(yùn)轉(zhuǎn)。在離合器總成中，套筒19的作用是為壓緊彈簧18提供支持力。
[0051]當(dāng)溫差驅(qū)動(dòng)渦輪30緩慢停機(jī)工作時(shí)，低壓渦輪8的轉(zhuǎn)速逐漸降低。這時(shí)離合器9中的滑塊20所受的離心力減小，彈簧18施加于抱軸板17的壓力逐漸增加，最終抱軸板17在滑塊20和彈簧18壓力的作用下復(fù)位，抱緊壓氣機(jī)主軸16和高壓渦輪主軸22，離合器總成將壓氣機(jī)主軸16和高壓渦輪主軸22接合起來。為了防止復(fù)位過程中滑塊20受到的沖擊力過大，造成其損壞，在滑塊20底部放置橡膠墊21。
[0052]本發(fā)明溫差驅(qū)動(dòng)渦輪工作過程:
[0053]在溫差驅(qū)動(dòng)渦輪啟動(dòng)階段，蓄電池組28為溫差發(fā)電機(jī)29供電，使之以電動(dòng)機(jī)狀態(tài)工作來帶動(dòng)高壓渦輪主軸22旋轉(zhuǎn)。啟動(dòng)之初，由于轉(zhuǎn)速較低，離合器9處于結(jié)合狀態(tài)，將壓氣機(jī)主軸16和高壓渦輪主軸22連接在一起，把溫差發(fā)電機(jī)29發(fā)出的轉(zhuǎn)矩通過高壓渦輪主軸22傳遞給壓氣機(jī)主軸16。當(dāng)壓氣機(jī)主軸16和高壓渦輪主軸22轉(zhuǎn)速達(dá)到工作轉(zhuǎn)速時(shí)，離合器9處于斷開狀態(tài)，離合器9結(jié)構(gòu)中的滑塊20在離心作用下由壓氣機(jī)主軸16上的槽道向外運(yùn)動(dòng)推動(dòng)抱軸板17—同向外運(yùn)動(dòng)從而斷開兩軸之間的連接。低壓渦輪8與高壓渦輪10分別在外殼體空間4中接受了來自內(nèi)殼體空間5熱空氣熱量傳遞的工作介質(zhì)驅(qū)動(dòng)下，獲得克服各自所受的載荷的轉(zhuǎn)矩并以不同的速度旋轉(zhuǎn)。當(dāng)溫差驅(qū)動(dòng)渦輪30以工作轉(zhuǎn)速進(jìn)行正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，低壓渦輪8所發(fā)出的轉(zhuǎn)矩主要用于維持將外部熱空氣持續(xù)吸入內(nèi)殼體空間5內(nèi)的壓氣機(jī)2的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，高壓渦輪10所發(fā)出的轉(zhuǎn)矩則主要用于驅(qū)動(dòng)溫差發(fā)電機(jī)29發(fā)電。
[0054]溫差驅(qū)動(dòng)渦輪啟動(dòng)工作后，壓氣機(jī)主軸16的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)壓氣機(jī)2開始工作，熱空氣從熱空氣進(jìn)口 I吸入，并被壓入溫差驅(qū)動(dòng)蝸輪內(nèi)殼體7所包圍的內(nèi)殼體空間5中，使之內(nèi)能增加，溫度升高。工作介質(zhì)噴嘴3將作為工作介質(zhì)的丁烷液滴液噴入內(nèi)殼體7與外殼體6之間的外殼體空間4。丁烷在儲(chǔ)存與輸送至噴嘴的過程中均處于高壓環(huán)境下，因而噴出的時(shí)候在減壓和加熱的雙重作用下發(fā)生劇烈汽化，形成高壓丁烷蒸汽(工作介質(zhì)蒸汽)。這些高壓工作介質(zhì)蒸汽成為了驅(qū)動(dòng)溫差驅(qū)動(dòng)渦輪中低壓渦輪8和高壓渦輪10的動(dòng)力來源。
[0055]作為工作介質(zhì)的高壓丁烷蒸汽在外殼體空間4中先后通過低壓渦輪外葉輪環(huán)31與高壓渦輪外葉輪環(huán)33，對(duì)其膨脹做功來帶動(dòng)低壓渦輪外葉輪環(huán)31與高壓渦輪外葉輪環(huán)33轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使布置于周向內(nèi)表面凹槽中的第一永磁體36轉(zhuǎn)動(dòng)起來。這時(shí)，設(shè)置在低壓渦輪內(nèi)盤面32與高壓渦輪內(nèi)盤面34上的第二永磁體37在第一永磁體36磁力的牽引下也被帶動(dòng)而旋轉(zhuǎn)起來。本發(fā)明通過這樣一種磁傳動(dòng)技術(shù)既保證了工作介質(zhì)在其循環(huán)工作中不會(huì)有任何的泄漏，同時(shí)可以高效地將高壓工作介質(zhì)蒸汽驅(qū)動(dòng)低壓渦輪外葉輪環(huán)31和高壓渦輪外葉輪環(huán)32所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩傳遞至低壓渦輪內(nèi)盤面32與高壓渦輪內(nèi)盤面34供不斷地旋轉(zhuǎn)，以此維持溫差發(fā)電機(jī)和壓氣機(jī)正常工作。
[0056]為了將低壓渦輪外葉輪環(huán)31與高壓渦輪外葉輪環(huán)33，以及低壓渦輪內(nèi)盤面32與高壓渦輪內(nèi)盤面34更好地與內(nèi)殼體7保持良好的固定連接，并保證外葉輪環(huán)與內(nèi)盤面低阻力條件下旋轉(zhuǎn)，在內(nèi)殼體7的內(nèi)外兩側(cè)與外葉輪環(huán)和內(nèi)盤面之間設(shè)置有兩個(gè)滾珠軸承38。
[0057]內(nèi)殼體7內(nèi)的熱空氣釋放完自身熱量之后，直接從排氣道12排出到大氣。做功之后的丁烷蒸汽，通過導(dǎo)引管道11流向壓縮機(jī)13處;壓縮機(jī)13由溫差發(fā)電機(jī)29直接供電，將做完功后的低壓丁烷蒸汽再次加壓形成高壓丁烷蒸汽。
[0058]高壓丁烷蒸汽繼續(xù)運(yùn)動(dòng)至冷凝管14處，在管道25內(nèi)經(jīng)深層海水的冷凝，丁烷蒸汽液化，形成高壓丁烷液體，而后流入儲(chǔ)存裝置15中。冷凝管14通過注水口 24將深層海水注入管內(nèi)空間，通過泄水口26保證冷凝水的流動(dòng)。傳感器23負(fù)責(zé)偵測水位，根據(jù)其反饋的數(shù)據(jù)調(diào)整注水口的流量，決定閥門27的開關(guān)，保證冷凝水量的恒定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種溫差驅(qū)動(dòng)渦輪，其特征在于:主要由壓氣機(jī)、低壓渦輪、高壓渦輪、離合器、內(nèi)殼體、外殼體、壓縮機(jī)、冷凝管、儲(chǔ)存裝置組成;所述外殼體為圓筒形腔體，內(nèi)殼體從外殼體內(nèi)伸出，在外殼體內(nèi)的內(nèi)殼體為圓筒形腔體，伸出段為從外到內(nèi)的收縮錐形回轉(zhuǎn)腔體;外殼體與內(nèi)殼體之間的空間為外殼體空間；內(nèi)殼體圓筒形腔體的內(nèi)部空間為內(nèi)殼體空間；外殼體與內(nèi)殼體的圓筒形腔體部分從前向后方向依次設(shè)置有低壓渦輪和高壓渦輪；內(nèi)殼體收縮錐形回轉(zhuǎn)腔體的外端開口部分為熱空氣進(jìn)口，內(nèi)部設(shè)有壓氣機(jī);壓氣機(jī)與低壓渦輪通過壓氣機(jī)主軸連接，高壓渦輪主軸與溫差發(fā)電機(jī)連接；高壓渦輪主軸通過離合器與壓氣機(jī)主軸連接;排氣道與內(nèi)殼體空間后端連通;導(dǎo)引管道與外殼體空間后端連通，導(dǎo)引管道與壓縮機(jī)連接，壓縮機(jī)分別與溫差發(fā)電機(jī)和冷凝管連接，冷凝管與儲(chǔ)存裝置連接;儲(chǔ)存裝置通過管道與設(shè)置在外殼體空間上的多個(gè)工作介質(zhì)噴嘴連通;蓄電池組與溫差發(fā)電機(jī)連接； 所述冷凝管包括管道和外管，管道設(shè)有多個(gè)突擴(kuò)管，管道設(shè)置在外管內(nèi)，外管一端設(shè)有注水口，引入深層海水，外管另一端設(shè)有泄水口，泄水口與外管連接處設(shè)有閥門； 所述低壓渦輪包括低壓渦輪外葉輪環(huán)、低壓渦輪內(nèi)盤面、凹槽、第一永磁體、第二永磁體和兩個(gè)滾珠軸承;低壓渦輪外葉輪環(huán)周向外表面均勻設(shè)有多個(gè)渦輪葉片，在低壓渦輪外葉輪環(huán)周向內(nèi)表面設(shè)有凹槽，凹槽內(nèi)安裝第一永磁體;低壓渦輪內(nèi)盤面中心與壓氣機(jī)主軸連接，周向上布置有多個(gè)渦輪葉片;低壓渦輪內(nèi)盤面上設(shè)有第二永磁體，第二永磁體的位置與第一永磁體相對(duì)應(yīng);低壓渦輪內(nèi)盤面外緣外側(cè)設(shè)置的滾珠軸承，滾珠軸承與內(nèi)殼7、低壓渦輪內(nèi)盤面形成緊配合；內(nèi)殼體外周布置有另一滾珠軸承，另一滾珠軸承與外低壓渦輪外葉輪環(huán)、內(nèi)殼體形成緊配合 所述高壓渦輪包括高壓渦輪外葉輪環(huán)、高壓渦輪內(nèi)盤面、凹槽、第一永磁體、第二永磁體和兩個(gè)滾珠軸承;高壓渦輪的結(jié)構(gòu)與低壓渦輪的差異是:高壓渦輪外葉輪環(huán)渦輪葉片傾角較低壓渦輪大，布置較低壓渦輪密集，且高壓渦輪內(nèi)盤面中心與高壓渦輪主軸連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫差驅(qū)動(dòng)渦輪，其特征在于，所述離合器包括抱軸板、壓緊彈簧、套筒和滑塊;抱軸板設(shè)置在壓氣機(jī)主軸和高壓渦輪主軸的外周，套筒通過間隔設(shè)置的多根壓緊彈簧與抱軸板連接;壓氣機(jī)主軸設(shè)有槽道，抱軸板上設(shè)有凹槽，凹槽與壓氣機(jī)主軸的槽道位置相對(duì)應(yīng)，滑塊下端插入壓氣機(jī)主軸上的槽道，上端插入抱軸板上的凹槽。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溫差驅(qū)動(dòng)渦輪，其特征在于，所述離合器還包括橡膠墊，橡膠墊設(shè)置在槽道底部。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫差驅(qū)動(dòng)渦輪，其特征在于，所述壓氣機(jī)包括壓氣機(jī)主軸、圓臺(tái)形葉片基座和壓氣葉片;在圓臺(tái)形葉片基座上沿軸向間隔布置多排壓氣葉片，壓氣葉片尺寸由前向后逐排減小，葉輪傾角為25°?30°。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的溫差驅(qū)動(dòng)渦輪，其特征在于，其特征在于，所述圓臺(tái)形密閉殼體的圓臺(tái)母線與圓臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸之間的夾角為10°-15°;壓氣葉片為8-9排，每排壓氣葉片的數(shù)量為20?30個(gè)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫差驅(qū)動(dòng)渦輪，其特征在于，述的低壓渦輪由兩個(gè)渦輪片體組成，沿壓氣機(jī)主軸徑向均勻設(shè)置;低壓渦輪外葉輪環(huán)周向外表面均勻設(shè)有40個(gè)傾角為25°?30°渦輪葉片;在低壓渦輪外葉輪環(huán)周向內(nèi)表面設(shè)有四個(gè)凹槽;低壓渦輪內(nèi)盤面周向上布置有16個(gè)傾角為25°?30°渦輪葉片。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫差驅(qū)動(dòng)渦輪，其特征在于，所述的高壓渦輪由兩個(gè)渦輪片體祖成，沿高壓渦輪主軸徑向均勻設(shè)置;高壓渦輪外葉輪環(huán)周向外表面均勻設(shè)有50個(gè)傾角為 35°?40°渦輪葉片；在高壓渦輪外葉輪環(huán)周向內(nèi)表面設(shè)有四個(gè)凹槽;高壓渦輪內(nèi)盤面周向 上布置有16個(gè)傾角為25°?30°渦輪葉片。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫差驅(qū)動(dòng)渦輪，其特征在于，所述低壓渦輪內(nèi)盤面外直徑為 450?500mm，低壓渦輪外葉輪環(huán)的內(nèi)直徑為530?580mm;高壓渦輪的內(nèi)盤面外直徑與高壓 渦輪外葉輪環(huán)的內(nèi)直徑與低壓渦輪內(nèi)盤面外直徑和低壓渦輪外葉輪環(huán)的內(nèi)直徑一致。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫差驅(qū)動(dòng)渦輪，其特征在于，所述內(nèi)殼體圓筒形腔體部分內(nèi)壁 直徑為500?550mm，長度為3000?3 500mm;所述外殼體的內(nèi)壁直徑為5 20?570mm，長度為 2000?2500mm;所述熱空氣進(jìn)口處直徑比內(nèi)殼體圓筒形腔體直徑大100?200mm。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫差驅(qū)動(dòng)渦輪，其特征在于，所述的低壓渦輪和高壓渦輪以 錯(cuò)合金材料制成。
【文檔編號(hào)】F16D43/18GK106089614SQ201610414601
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月14日 公開號(hào)201610414601.6, CN 106089614 A, CN 106089614A, CN 201610414601, CN-A-106089614, CN106089614 A, CN106089614A, CN201610414601, CN201610414601.6
【發(fā)明人】吳家鳴, 梁嚴(yán), 劉書棟, 曾嘉城, 李林華, 盧立樺
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué), 廣州市順海造船有限公司