[实用新型]低阻涵流式空气涡轮发电系统

说明书

技术领域

本实用新型低阻涵流式空气涡轮发电系统涉及的是涵流型通量管的确立、低阻涡轮叶片优化、非动态导流栅选型、空心递级轴耦合封接、发电机配型等多项专业核心技术发电系统。属太阳能塔抽吸而形成的特有空气射流冲压低阻涡轮发电技术领域。

背景技术

随着我国经济高速增长急剧增加了对电力的需求，未来30年中的每10年需求总量将增加1200TWh。能源专家从社会可持续发展要求出发，预计我国可再生能源发电的总装机容量在2020年将达到10GW，2050年将提高到100GW的水平，占全部总装机容量的5%-7%，从而成为我国电力系统的重要组成部分。其中，风力发电与太阳能发电将占重要份额，前期风力发电会较快发展，而后期的增长主要依靠太阳能热力发电，但是利用太阳热能发电是一门综合性的高技术，涉及太阳能收集、储能、新型材料技术，高效汽轮机技术和自动控制系统等问题。纵观国内外的太阳能热力发电项目，专家认为未来最有发展潜力的数烟囱式热发电，而烟囱式热发电并不缺烟囱高度、集热场和控制系统，唯独缺少专业化和与之相适应的专职高效空气涡轮发电机。目前市场上可见的为太阳塔热气流电站配套应用的空气涡轮机主要以风力机原理，水轮机原理和排风机原理设计为多。这种设计理念最大的问题就是热气流很容易“一次过”（也就是抽风产生向上升力，从而冲击叶片带动中心轴旋转，产生电能），电转换效率低（仅10%-12%）也是理所当然的。其次是容易损坏，由于环境风沙，杂草进入风机叶片上，使叶片腐蚀、拉毛，杂草进入更易缠绕，造成“死机”。尽管世界少数发达国家，如美国、德国、西班牙、澳大利亚及发展中国家的纳米比亚近年都在不同程度的计划尝试建造太阳能热气流发电塔（最高1000米），所采用的发电理念也停留在大棚式，环向布置阻力风轮发电机利用烟囱底部热气流汇流发电，均未见涉足低阻涵流涡轮发电技术领域。我国在这一领域研究开展较晚，目前尽管有华中科技大学、上海交通大学已经开始从事这方面的研究，但也仅停留在概念性研究阶段。特别是对新型涵流型通量管的确立，低阻涡轮叶片优化，非动态导流栅选型、空心递级轴耦合封接技术和发电机配型选择上还无从谈论。

经进一步检索及对市场的调查，未见与本实用新型完全一致或相类似的专家文献及专利报告。

发明内容

本实用新型目的是针对上述不足之处，为未来太阳能塔热气流电站可预知的市场而提供一种低阻涵流式空气涡轮发电系统。其最大的特点之一是以前所未有的涵流式新型技术替代壁洞式和集中塔底集流方式，变无序为有序，将有限热能提升一个数量级，确保热流体达到最大利用率；特点之二是以多级串联优化技术代替单级多台套设置方式，充分利用热能二次利用率，赢得电力输出最大化；特点之三是采用优秀的派风板和杰出的涡轮桨叶耦合核心技术，替代列装的简单叶片和叶轮式设置，保证涡轮机在微射流冲击时，也能输出理想动力，带动发电机发电；特点之四是提供了一种完全符合太阳能热气流发电专职高效、长寿命、绿色电力制造设备，从此填补了国内外空白。

低阻涵流式空气涡轮发电系统是采取以下技术方案实现的：

低阻涵流式空气涡轮发电系统包括发电机、支撑筋、支撑环、自检元件组件、涵洞、固定环、尾流通道管、涡轮桨叶、迎风板、向心环、阻风门、主轴、电机、保温材料、喇叭状气流通量管、递级轴、涡轮机壳、对接法兰、定位基架、限位法兰、轴承和连接轴。涵洞预制在太阳塔底部环向上；涡轮桨叶设置在递级轴上；轴承设置在递级轴两头；迎风板一头固定在固定环上，另一头固定在向心环上；支撑环上设置有支撑筋；支撑筋固定在轴承周向外侧；定位基架设置在涡轮机壳下方平面上；涡轮机壳内设置有支撑环、支撑筋、轴承、递级轴、固定环、迎风板、向心环、涡轮桨叶；对接法兰设置在单级涡轮机壳的环向两头，有利于第一级和第二级封装对接；喇叭状气流通量管设置在第一级涡轮机壳上；阻风门设置在主轴上；主轴一端设置有电机，有利于及时调控，起到启闭作用和控制流量流速的功能；尾流通道管设置在最后一级涡轮机壳上，起到引流作用；限位法兰设置在尾流通道管和喇叭状气流通量管上；自检元件组件设置在涡轮机壳开孔处有利于观察和自检的位置上；涡轮机与发电机之间采用连接轴连接，通过连接轴可调节发电机及涡轮机之间的距离，使气流无阻上升；发电机设置在连接轴一端，有利于及时将旋转动力能转换成电能输出；保温材料填充在涵洞与涡轮机壳、涵洞与喇叭状气流通量管之间，避免热损。

所述的涵洞采用钢筋混凝土浇筑形成（特别在配合太阳塔发电时），进口段制成顺喇叭状，出口延伸1-2米后制成倒喇叭状；也可采用钢板弯制焊接加工成型。制成后的涵洞周向尺寸应大于涡轮机环向壳面300-600mm。