[发明专利]将热能转换为电力的系统、轴向涡轮机和制造涡轮机方法

说明书

本申请涉及将热能转换为电力的系统、轴向涡轮机和制造涡轮机方法。一种用于使用来自工业操作、可再生能源和其他源的热量的电力生产的涡轮发电机装置。可通过在转子和定子之间的间隙中引入液体来冷却该发电机，该液体在被引入之前被汽化或雾化，该液体被从涡轮机排出的气体冷凝。涡轮机具有通用设计，并因此可相对容易被更改以结合具有50KW至5MW范围内的额定功率输出的发电机来使用。此类更改部分通过使用模块化涡轮机芯座来实现，该芯座装配有离散转子板和定子板，离散转子板和定子板的尺寸经设置用于预期的应用，其中涡轮机刷式密封件被选择以容纳来自所支撑的发电机的径向转子运动。该芯座可相对容易被安装和从该涡轮机移除，以用于维护或改造。

本申请是申请日为2013年09月11日，申请号为201380057879.7，发明名称为“将热能转换为电力的系统、轴向涡轮机和制造涡轮机的方法(原发明名称为：带有磁轴承的悬臂式涡轮机和发电机系统)”的申请的分案申请。

相关申请数据

本申请是2012年9月11日提交的名称为“Axial Overhung Turbine andGenerator System For Use In An Organic Rankine Cycle”的美国临时专利申请序列号为61/699,649的非临时申请，该美国临时专利申请通过引用以其整体并入本文。

发明领域

本发明总体上涉及用于工业废热回收和其他应用的涡轮发电机电力系统领域。特别地，本发明涉及联接到直驱(direct-drive)电力发电机的悬臂式(overhung)涡轮机。

背景

关于气候变化和能源成本上升的担忧以及将各种工业操作费用减到最小的愿望，共同引起增强注重收集此类操作中产生的废热。有机郎肯循环(“ORC”)涡轮发电机电力系统已用于工业废热回收。遗憾的是，用于收集废热并将其转换为电力的公知系统对于特定工业操作中可用的空间往往太大、在效率上低于预期的效率、需要比可用热量更多的热量来高效运行、太昂贵以至于不能针对某些应用进行制造或需要比预期的更多的维护。在其他应用中，诸如地热能回收和某些海洋热能工程，可利用丰富的热量并且高效的ORC系统是将这样的热量转换为电力的令人满意的装置。然而，即使在这样的其它的应用中，公知的ORC系统对于一些这样的应用往往过于昂贵，比预期效率低和/或比预期需要更多的维护。

发明内容

在一个实施中，本公开涉及用于将热能转换为电力的系统。该系统包括：发电机，该发电机具有5MW或更小的功率输出，所述发电机具有近端、远端、发电机转子和定子，所述发电机转子被布置用于在所述定子内围绕旋转轴进行旋转运动，所述发电机还包括定位成邻近所述近端的第一磁径向轴承和定位成邻近所述远端的第二磁径向轴承，所述第一磁径向轴承和第二磁径向轴承环绕所述发电机转子并在运行期间保持所述发电机转子相对于所述旋转轴实质上同轴对准；以及涡轮机，该涡轮机具有至少一个定子和至少一个涡轮机转子，该至少一个涡轮机转子被支撑用于围绕所述旋转轴相对于所述至少一个定子的旋转运动，所述至少一个涡轮机转子与所述发电机转子联接以便旋转驱动所述发电机转子，所述涡轮机具有附接于所述发电机的所述近端的第一端部，其中所述至少一个涡轮机转子具有悬臂式结构，使得没有径向轴承被包括在所述涡轮机中用于径向支撑所述至少一个涡轮机转子进行旋转运动，所述涡轮机还包括用于接收在第一温度的工作流体的入口和用于排出在第二温度的所述工作流体的出口，所述第二温度低于所述第一温度，所述出口定位成紧邻所述涡轮机的所述第一端部，以便使传递到所述发电机的热量减到最小。

在一个实施例中，所述发电机具有小于600KW的功率输出。

在一个实施例中，所述涡轮机是多级涡轮机，并且至少一个涡轮机定子包括多个涡轮机定子，并且所述至少一个涡轮机转子包括多个涡轮机转子。

在一个实施例中，所述多个涡轮机转子包括以背对背结构布置的至少两个涡轮机转子。