[发明专利]常温CO2超临界状态自循环的涡轮永磁发电机

摘要

本发明公开了常温CO2超临界状态自循环的涡轮永磁发电机,只是一个范例，它可超越高压和7000C高温超临界CO2涡轮机热力电站。涡轮永磁发电机，是将工质流通的叶轮旋转面改造为转子，蜗壳改造为定子，以压力为主的流体冷动能驱动，即冷电力。在一个最基础最简单的单轴单级组合式中存在三个发电机，即中间的轴流式叶轮（转子）轴向磁通永磁发电机、两端的向心式和离心式叶轮（转子）轴向磁通永磁发电机。自循环流体广泛适用低沸点易液化和气化的无机物或有机物，通过调节流通量设计无负荷和有负荷的涡轮永磁发电机，并通过热交换实现自循环的冷、热、电、动力多联产。涡轮永磁发电机+超级电容，立体全方位推进能源革命两个“替代”，开启自循环涡轮永磁发电机清洁能源无限冷电力时代。

主权项

本发明常温CO2超临界状态自循环的涡轮永磁发电机，其特征在于：所述常温CO2超临界状态自循环的涡轮永磁发电机包括结构设计原理，是全面系统的采用永磁发电机、涡轮机的工作原理，把有工质流通的叶轮旋转面改造为转子，蜗壳改造为定子，实现两机融合为一体，即涡轮永磁发电机；包括按流体工质有序的流通方向，设计优化涡轮旋转式动力部件的组合，通常是单级向心（径向）式涡轮叶轮和单级离心式压气叶轮对置在两端，中间是轴流式等外径压气叶轮，并且等外径封闭成圆筒形，三部件同轴组合，形状很像两端有两个飞轮拖动的转鼓，并对叶轮旋转式动力部件改造成表面磁体式、內嵌式和表面嵌入式转子机构，即为叶轮旋转式动力转子，蜗壳和两端盖改造成定子，即构成原动力型涡轮永磁发电机；包括在一个最基础最简单的单轴单级组合式涡轮永磁发电机中，存在三个发电机，即轴流式叶轮（转子）径向磁通永磁发电机，和一个向心式和离子式叶轮（转子）轴向磁通永磁发电机，为设计无损的交－直－交变换器的输变电提供了有利条件；包括自循环涡轮永磁发电机，一方面是在流体工质驱动叶轮（转子）的闭式自循环，另一方面是流体工质动力不足的情况下、有自补偿无损的自循环，从发电机体外热交换器排出的、处于较高压力的流体工质，从向心式涡轮外径流入后，经可调的喷嘴（静叶）流入叶轮，在叶轮中做功，并转过90度角呈轴向流出，进入相对收缩的固定的轴流式压气等外径叶轮增压后，进入离心式压气机，经进口导流器、离心式工作叶轮、扩压器，流体工质重新获得较高压力的动能，从离心式压气机中径向排出，再进入热交换器，构成闭式自循环，在自循环的过程中，流体工质的冷压力动能，既是涡轮（转子）的主要动力源，又是发电机的冷却剂，替代了常规的发电机用压缩空气或氢气冷却；包括自循环流体工质的冷压力动能再生，是在自循环涡轮永磁发电机的动力系统中，几乎全部吸收了向心式涡轮机和离心式压气机技术优势，象常规的向心式涡轮机流量小、叶轮尺寸大、转速高、不能多级使用的劣势，在涡轮永磁发电机中却成了优势，小流量就能满足叶轮（转子）无负荷状态的旋转做功，叶轮尺寸大、加之永磁铁配重，由于惯性当达到一定恒速运转状态下，其动能消耗量很小，这与传统的发动机拖动发电机作功方式有质的不同，在涡轮（转子）的设计中，依据在一定的温度压力范围内的工质流通量，通常把轴流式叶轮（转子）径向磁通永磁发电机的功率做的比较大，即主发电机，但它与工质流通的固定的轴流式涡轮关系不大，因为工质流通量相对很小，而外径圆筒体配置的永磁铁又很重，轴流式涡轮机的功效大大弱化，设计成轴流式固定叶轮增压才有实际意义，只有向心式涡轮机是动力叶轮（转子），由于叶片及叶轮都具有较好的强度和刚性，其轮周速度可达450－550m/S，又是作向心流动，涡轮机级能获得较大的比功和效率，同时，由于级中叶轮流动损失和余速损失均较小，对轴流式固定压气叶片增压有利，进而对离心式压气机再增压更有利，本来离心式压气机，在工作叶轮中流动的气体，由于能够得到离心力的帮助，因而一个级的压比就有可能达到4 ‑ 4.5，甚至更高一些，而轴流压气机一个级的增压比只有1.15 ‑ 1.35左右，因此，自循环流体工质的冷压力动能再生不存在问题；包括自循环流体工质的温升值，离发电机最高温度限值有余量时，涡轮永磁发电机既可以多机串联闭式自循环，又可以经热交换器热电联产；包括设计涡轮永磁发电机有负荷的轴功拖动动力机械输出负荷动力，实现涡轮永磁发电机冷电力和冷动力的联产；包括自循环涡轮永磁发电机、常温CO2超临界状态中的常温最高限值和最低限值范围，是指最高温度限值是涡轮永磁发电机允许的最高运行温度，由于永磁材料不同所以限定的最高温度也不相同，最低温度限值是保持CO2超临界状态的最低温度，由于压力不同所以最低温度限值也不相同；包括自循环涡轮永磁发电机，符合有冷压力流体工质条件、又符合涡轮永磁发电机选择的温度最高限值，广泛使用低沸点易液化和气化的无机物工质或有机物工质，并经过自循环涡轮永磁发电机体外的热交换器，可以实现自循环涡轮永磁发电机的热电联产，或冷热电三联产；包括涡轮永磁发电机，又广泛使用有一定压力的低温气体的增压输送，典型范例是天然气管道输送；包括开放式有负荷的涡轮永磁发电机连动离心式或轴流式压气机，压缩空气通过涡轮永磁发电机供电供暖风；包括涡轮永磁发电机可设计为重型低速、中型中速、小型高速三种类型，对于叶轮（转子）材质，在一般金属、合金、永磁材料制造的基础上，开发稀土材料和碳纤维合成的叶轮（转子），并使用磁轴承，使其悬浮减少机械摩擦，更高效、更安全可靠，并且设计为永磁无刷电动机、发电机；包括独立运行的自循环涡轮永磁发电机，配置超级电容器及电力电子交换装置，用于启动和无损补偿调节发电机恒速运转，同时可进行电压调节和增加电能输出；包括自循环涡轮永磁发电机与超级电容耦合，构成新型的起动系统和冷电力、冷动力传输系统工程。