一种径流式涡轮膨胀机及金属储氢材料发电系统的制作方法

1.本发明涉及膨胀机技术领域，具体涉及一种径流式涡轮膨胀机及金属储氢材料发电系统。


背景技术：

2.膨胀机是利用压缩气体膨胀降压时向外输出机械功使气体温度降低的以获得能量的机械。目前，透平膨胀机和活塞膨胀机是获取低温的关键设备。随着膨胀机应用范围的不断扩展和人们对其应用要求的不断提高，这两种形式的膨胀机目前都普遍存在体积大、效率低的问题，已经不能满足人们对其更高的要求。


技术实现要素：

3.本技术针对普通膨胀机体积较大、效率较低的问题，提供了一种径流式涡轮膨胀机及金属储氢材料发电系统，实现了膨胀机的小型化设计，提高了整体效率，拓展了膨胀机的应用场合。
4.本技术实施例提供了一种径流式涡轮膨胀机，包括：转轴、集气扩压蜗壳、进气蜗壳、叶轮和压盖；所述转轴的一端设有所述集气扩压蜗壳，所述集气扩压蜗壳的一侧设有所述进气蜗壳，所述进气蜗壳上设有进气口，所述集气扩压蜗壳的另一侧设有排气口；所述转轴的另一端设有所述叶轮和压盖；所述叶轮和进气蜗壳之间设有喷嘴盘；所述叶轮和所述压盖之间设有保温材料。在所述集气扩压蜗壳与所述转轴的连接处设有迷宫气密封。
5.具体的，所述径流式涡轮膨胀机包括串接在同一中心轴上的多级径流式涡轮膨胀机；各级径流式涡轮膨胀机的转轴分别通过设在所述中心轴上的键槽和键对中连接；相邻的两级径流式涡轮膨胀机呈对向设置，对应的叶轮的旋向相反。在两端的径流式涡轮膨胀机外侧分别设置轴承座。
6.具体的，在部分或全部相邻的两级径流式涡轮膨胀机之间设有工质再热器；在部分或全部径流式涡轮膨胀机的外壳设置真空绝热层。
7.具体的，当相邻的两级径流式涡轮膨胀机之间设有工质再热器时，将上一级径流式涡轮膨胀机的排气口与对应的工质再热器的管程进口连接；将对应的工质再热器的管程出口与下一级径流式涡轮膨胀机的进气口连接；所述工质再热器的壳程进口和壳程出口分别与空气或其他热源相连通。
8.本技术实施例还提供了一种金属储氢材料发电系统，包括升压单元、发电机、径流式涡轮膨胀机、工质换热器、空气换热器和工质再热器。升压单元包括风机、工质压缩机和氢反应床。所述发电机的一端设有输入轴；所述发电机通过所述输入轴与所述径流式涡轮膨胀机的中心轴连接，并在所述中心轴的驱动下发电；所述发电机的另一端设有输出轴；所述风机及工质压缩机串联后与所述发电机的输出轴连接。
9.在所述金属储氢材料发电系统中，使用三氟化氮作为做功介质；所述升压单元输出高压三氟化氮，经工质换热器和空气换热器的壳程后，与径流式涡轮膨胀机的第一级进
气口连接。
10.径流式涡轮膨胀机共分为7级，其中第1、2、3、4、5级相邻的膨胀机之间设有对应的工质再热器，三氟化氮经再热后进入到下一级的进气口；径流式涡轮膨胀机的第5级膨胀出口与工质换热器的管程入口连接，工质换热器的管程出口与径流式涡轮膨胀机的第6级膨胀入口连接；径流式涡轮膨胀机的第7级膨胀出口与所述升压单元连接。
11.径流式涡轮膨胀机带动发电机运转进行发电，向所述升压单元提供自用电并向外发电。
12.具体的，所述工质压缩机为径流式涡轮压缩机；所述风机为径流式涡轮风机。
13.本技术实施例提供的径流式涡轮膨胀机，通过将多级涡轮膨胀机串接于同一中心轴上，使膨胀机的结构更为紧凑，效率更高，实现了膨胀机的小型化设计，拓展了膨胀机的应用场合。使用本技术实施例提供的径流式涡轮膨胀机，配合金属储氢材料的吸放氢升压功能，能够实现高压工质的高效做功，实现了氢能的安全、高效利用。
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
15.图1为本发明提供的径流式涡轮膨胀机的结构示意图；图2为本发明提供的多级径流式涡轮膨胀机的结构示意图；图3为本发明提供的金属储氢材料发电系统的结构示意图；附图标记说明：1—升压单元，2—风机，3—工质压缩机，4—氢反应床，5—联轴器，17—发电机，18—径流式涡轮膨胀机，181—转轴，182—集气扩压蜗壳，183—进气蜗壳，184—叶轮，185—压盖，186—喷嘴盘，187—保温材料，188—迷宫气密封，32—工质换热器，45—空气换热器，47—工质再热器，50—液氮加压泵。
具体实施方式
16.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
17.实施例1本技术实施例提供了一种径流式涡轮膨胀机，如图1所示，该膨胀机包括：转轴181、集气扩压蜗壳182、进气蜗壳183、叶轮184和压盖185。
18.具体的，转轴181的一端设有集气扩压蜗壳182，集气扩压蜗壳182的一侧设有进气蜗壳183，进气蜗壳183上设有进气口，集气扩压蜗壳(182)的另一侧设有排气口。转轴181的另一端设有叶轮184和压盖185。叶轮184的两侧分别设有喷嘴盘186。叶轮184和压盖185之间设有保温材料187。可以选用耐低温聚四氟乙烯充当保温材料187。在集气扩压蜗壳182与转轴181的连接处设有迷宫气密封188。在实际应用中，根据需要可以在集气扩压蜗壳182和
进气蜗壳183的内侧设置保温材料187，并在叶轮184和压盖185之间的保温材料187与转轴181的接触面设置迷宫气密封188。
19.实施例2本技术实施例还提供了一种多级径流式涡轮膨胀机，如图2所示，该多级径流式涡轮膨胀机包括串接在同一中心轴上的多个径流式涡轮膨胀机。各级径流式涡轮膨胀机的转轴181分别通过设在中心轴上的键槽和键对中连接。相邻的两级径流式涡轮膨胀机呈对向设置，对应的叶轮184的旋向相反，从而确保各个转轴的转向一致，轴向受力平衡。
20.为了提高多级径流式涡轮膨胀机的工作效率，可以在部分或全部相邻的两级径流式涡轮膨胀机之间设有工质再热器47。当相邻的两级径流式涡轮膨胀机之间设有工质再热器47时，将上一级径流式涡轮膨胀机的排气口与对应的工质再热器47的管程进口连接；将对应的工质再热器47的管程出口与下一级径流式涡轮膨胀机的进气口连接。工质再热器47的壳程进口和壳程出口分别与空气或其他热源相连通。
21.当做工介质的温度较低时，可以在任一级径流式涡轮膨胀机的外壳设置真空绝热层。
22.实施例3本技术实施例还提供了一种金属储氢材料发电系统，如图3所示，包括升压单元1、发电机17、径流式涡轮膨胀机18、工质换热器32、空气换热器45和工质再热器47。
23.在图3所示的金属储氢材料发电系统中，采用如图2所示的多级径流式涡轮膨胀机18。升压单元1包括风机2、工质压缩机3和氢反应床4。工质压缩机3为径流式涡轮压缩机，风机2为径流式涡轮风机，均具有与图1所示径流式涡轮膨胀机相类似的结构。
24.发电机17的一端设有输入轴，发电机17通过输入轴及联轴器5与径流式涡轮膨胀机18的中心轴连接，并在中心轴的驱动下发电。发电机17的另一端设有输出轴，风机2及工质压缩机3串联后通过联轴器5与发电机17的输出轴连接。
25.在金属储氢材料发电系统中，使用三氟化氮作为做功介质。升压单元1输出高压三氟化氮，经工质换热器32和空气换热器45的壳程后，与径流式涡轮膨胀机18的第一级进气口连接。
26.如图3所示，径流式涡轮膨胀机18共分为7级，其中第1、2、3、4、5级相邻的膨胀机之间设有对应的工质再热器47，三氟化氮经再热后进入到下一级的进气口。径流式涡轮膨胀机18的第5级膨胀出口与工质换热器32的管程入口连接，工质换热器32的管程出口与径流式涡轮膨胀机18的第6级膨胀入口连接。径流式涡轮膨胀机18的第7级膨胀出口与升压单元1连接。
27.径流式涡轮膨胀机18中，各级膨胀机的工作参数见表1。
28.表1
由于第6级和第7级径流式涡轮膨胀机中做功介质的温度较低，可以在第6级和第7级径流式涡轮膨胀机的外壳设置真空绝热层。
29.径流式涡轮膨胀机18带动发电机17运转进行发电，向升压单元1提供自用电并向外发电。
30.在两端的径流式涡轮膨胀机外侧分别设置轴承座，并根据需要在任意相邻的两级
径流式涡轮膨胀机之间设置轴承座。不必在每一级径流式涡轮膨胀机的两端设置轴承或轴承座，能够使结构简化、紧凑，提高传动效率。

技术特征：
1.一种径流式涡轮膨胀机，其特征在于，包括：转轴（181）、集气扩压蜗壳（182）、进气蜗壳（183）、叶轮（184）和压盖（185）；所述转轴（181）的一端设有所述集气扩压蜗壳（182），所述集气扩压蜗壳（182）的一侧设有所述进气蜗壳（183），所述进气蜗壳（183）上设有进气口，所述集气扩压蜗壳（182）的另一侧设有排气口；所述转轴（181）的另一端设有所述叶轮（184）和压盖（185）；所述叶轮（184）和进气蜗壳（183）之间设有喷嘴盘（186）；所述叶轮（184）和所述压盖（185）之间设有保温材料（187）；在所述集气扩压蜗壳（182）与所述转轴（181）的连接处设有迷宫气密封（188）。2.根据权利要求1所述的径流式涡轮膨胀机，其特征在于，包括串接在同一中心轴上的多级径流式涡轮膨胀机；各级径流式涡轮膨胀机的转轴（181）分别通过设在所述中心轴上的键槽和键对中连接；相邻的两级径流式涡轮膨胀机呈对向设置，对应的叶轮（184）的旋向相反；在两端的径流式涡轮膨胀机外侧分别设置轴承座。3.根据权利要求2所述的径流式涡轮膨胀机，其特征在于，在部分或全部相邻的两级径流式涡轮膨胀机之间设有工质再热器（47）；在部分或全部径流式涡轮膨胀机的外壳设置真空绝热层。4.根据权利要求3所述的径流式涡轮膨胀机，其特征在于，当相邻的两级径流式涡轮膨胀机之间设有工质再热器（47）时，将上一级径流式涡轮膨胀机的排气口与对应的工质再热器（47）的管程进口连接；将对应的工质再热器（47）的管程出口与下一级径流式涡轮膨胀机的进气口连接；所述工质再热器（47）的壳程进口和壳程出口分别与空气或其他热源相连通。5.一种金属储氢材料发电系统，其特征在于，包括升压单元（1）、发电机（17）、径流式涡轮膨胀机（18）、工质换热器（32）、空气换热器（45）和工质再热器（47）；所述径流式涡轮膨胀机（18）为如权利要求1至4中任一项所述的径流式涡轮膨胀机；所述升压单元（1）包括风机（2）、工质压缩机（3）和氢反应床；所述发电机（17）的一端设有输入轴；所述发电机（17）通过所述输入轴与所述径流式涡轮膨胀机的中心轴连接，并在所述中心轴的驱动下发电；所述发电机（17）的另一端设有输出轴；所述风机（2）及工质压缩机（3）串联后与所述发电机（17）的输出轴连接；在所述金属储氢材料发电系统中，使用三氟化氮作为做功介质；所述升压单元（1）输出高压三氟化氮，经工质换热器（32）和空气换热器（45）的壳程后，与径流式涡轮膨胀机（18）的第一级进气口连接；径流式涡轮膨胀机（18）共分为7级，其中第1、2、3、4、5级相邻的膨胀机之间设有对应的工质再热器（47），三氟化氮经再热后进入到下一级的进气口；径流式涡轮膨胀机（18）的第5级膨胀出口与工质换热器（32）的管程入口连接，工质换热器（32）的管程出口与径流式涡轮膨胀机（18）的第6级膨胀入口连接；径流式涡轮膨胀机（18）的第7级膨胀出口与所述升压单元（1）连接；径流式涡轮膨胀机（18）带动发电机（17）运转进行发电，向所述升压单元（1）提供自用电并向外发电。6.根据权利要求5所述的金属储氢材料发电系统，其特征在于，所述工质压缩机（3）为径流式涡轮压缩机；所述风机（2）为径流式涡轮风机。

技术总结
本发明涉及膨胀机技术领域，具体涉及一种径流式涡轮膨胀机及金属储氢材料发电系统。其中，径流式涡轮膨胀机包括转轴、集气扩压蜗壳、进气蜗壳、叶轮和压盖；转轴的一端设有集气扩压蜗壳，集气扩压蜗壳的一侧设有进气蜗壳，进气蜗壳上设有进气口，集气扩压蜗壳的另一侧设有排气口；转轴的另一端设有叶轮和压盖。本申请实施例提供的径流式涡轮膨胀机，通过将多级涡轮膨胀机串接于同一中心轴上，使膨胀机的结构更为紧凑，实现了膨胀机的小型化设计，拓展了膨胀机的应用场合。了膨胀机的应用场合。了膨胀机的应用场合。


技术研发人员：贾鹏
受保护的技术使用者：上海柯来浦能源科技有限公司
技术研发日：2021.07.27
技术公布日：2023/9/20