[发明专利]流线隧道式涡轮发电机

说明书

本发明公开了流线隧道式涡轮发电机，属于涡轮发电机领域，流线隧道式涡轮发电机包括流线隧道式涡轮、发电机以及涡壳；所述流线隧道式涡轮固定设置于所述发电机的轴上，所述涡壳密封套接在所述流线隧道式涡轮上。本发明公开的流线隧道式涡轮发电机，采用新型流线隧道式涡轮，其强度更高，泄漏损失更小，且具有流线设计优化空间大、适应更高转速等优点，从而可以进一步提高涡轮效率、提高功率密度、减小尺寸。

技术领域

本发明涉及涡轮发电机领域，尤其涉及流线隧道式涡轮发电机。

背景技术

涡轮发电机由高温气体对涡轮做功并带动同轴发电机发电，通常由燃气轮机驱动，具有应用范围广、效率高等优点，通常可用作备用发电站在用电高峰期供电，以及用作可移动应急发电机组。如今，随着分布式供电和多电技术的发展，电力系统正逐渐取代部分液压、气压等机械系统，对小微型高转速发电机的需求越来越大。

同时，资源节约和环境友好是当前社会发展的重要前提，为了充分利用能源、减少碳排放，能量回收的意义重大。而在需要废气能量回收以及能量梯级利用的领域，例如SOFC固体氧化物燃料电池、内燃机、燃气轮机、汽轮机等机械的高温废气能量回收或梯级利用有着广阔的应用前景。

但是，涡轮的小型化存在诸多障碍，例如结构过于紧凑使叶片冷却装置难以布置、叶顶间隙相对高度更高使泄漏量占比更大等。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题在于提出流线隧道式涡轮发电机，采用新型流线隧道式涡轮，作为一种闭式旋转机械，其强度更高，泄漏损失更小，且具有流线设计优化空间大、适应更高转速等优点，从而可以进一步提高涡轮效率、提高功率密度、减小尺寸。流线隧道内安装陶瓷衬套或使用先进增材制造技术制造整体陶瓷涡轮可进一步提高涡轮耐高温性能，甚至无需布置冷却装置。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供的流线隧道式涡轮发电机，包括流线隧道式涡轮、发电机以及涡壳；所述流线隧道式涡轮固定设置于所述发电机的轴上，所述涡壳密封套接在所述流线隧道式涡轮上。

优选地，所述流线隧道式涡轮为一种闭式涡轮，所述流线隧道式涡轮内部包含多个流线隧道-简称流道组成，所述流线隧道的中心线为三维曲线，所述流线隧道的各处法向截面为圆或椭圆中的一种，当所述流线隧道的各处法向截面为椭圆时，该椭圆截面的长轴在xy平面(转子轴线为z轴)的投影与该椭圆截面的中心点的半径线垂直，椭圆截面长短轴之比保持不变，根据旋转机械流通特性和速度条件得出流道进出口面积，截面面积沿流道中心线均匀变化，形成完整流线隧道。

优选地，所述流线隧道分成多组，各组流线隧道进出口分布在所述流线隧道式涡轮的不同半径上，多组所述流线隧道周向均匀分布且关于所述发电机的转子轴线中心对称。

优选地，所述流线隧道式涡轮外表面设置篦齿封严结构，所述涡壳与所述流线隧道式涡轮外表面的蓖齿封严结构配合形成阶梯式密封结构。

优选地，所述涡壳分为整体或分体结构，所述涡壳整体结构包括出口圆管和进口膨胀管，所述出口圆管与所述进口膨胀管一体成型，所述进口膨胀管的截面形状为方形。

优选地，所述涡壳分体结构包括出口圆管和进口膨胀管，所述出口圆管与所述进口膨胀管独立成型，所述流线隧道式涡轮的出口与进口分别设置有出口延长段与进口延长段，所述出口圆管与所述出口延长段配合形成出口迷宫密封结构，所述进口膨胀管与所述进口延长段配合形成进口迷宫密封结构。

优选地，所述流线隧道式涡轮的材料包括但不限于陶瓷、金属或其它复合材料等，当所述流线隧道式涡轮的材料选用陶瓷时，配合先进增材制造技术可进一步提高流线隧道式涡轮耐高温性能。

优选地，所述发电机轴通过轴承支撑转动，所述轴承包括但不限于电磁轴承、球轴承、空气轴承等。

本发明的有益效果为：