廢氣渦輪發(fā)電裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種廢氣渦輪發(fā)電裝置，包括渦輪組件、軸承系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)組件，渦輪組件的隔熱罩設(shè)置在渦輪組件與軸承系統(tǒng)組件之間；所述軸承系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)軸、徑向軸承、止推軸承，轉(zhuǎn)軸包括一體的第一軸段和第二軸段，第一軸段的直徑大于第二軸段的直徑，第一軸段一端與渦輪葉輪固定連接，第一軸段通過徑向軸承安裝在軸承體內(nèi)；第二軸段的一端通過止推軸承安裝在軸承體內(nèi)；所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子固定套設(shè)在第二軸段上。本發(fā)明可以將發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣回收利用，轉(zhuǎn)化為電能供發(fā)動(dòng)機(jī)或車輛電器元件使用；采用隔熱罩、軸承體隔熱、冷卻水腔設(shè)計(jì)，使發(fā)電機(jī)工作環(huán)境滿足要求；止推軸承與止推片共同發(fā)揮軸向力平衡功能；很好的解決了潤(rùn)滑油密封、軸向力平衡等難點(diǎn)問題。
【專利說明】
廢氣渦輪發(fā)電裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于內(nèi)燃機(jī)余熱能回收利用技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種廢氣渦輪發(fā)電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在動(dòng)力機(jī)械中，由于內(nèi)燃機(jī)具有熱效率最高、燃料適應(yīng)性好、能量密度高、單位功率的重量小、成本低、高可靠性等特點(diǎn)，應(yīng)用十分廣泛，全世界保有量已超過十幾億臺(tái)。國(guó)際汽車和內(nèi)燃機(jī)界普遍認(rèn)為，在可預(yù)見的未來(lái)，內(nèi)燃機(jī)仍是汽車等動(dòng)力裝置的主要原動(dòng)機(jī)，柴、汽油仍是內(nèi)燃機(jī)的主要燃料。
[0003]從目前內(nèi)燃機(jī)的能量平衡來(lái)看，動(dòng)力輸出功率一般只占燃油燃燒總熱量的30%?45% (柴油機(jī))或20%?30% (汽油機(jī))，除了不到10%用于克服摩擦等功率損失之外，其余的余熱能量沒有得到利用，主要通過冷卻回路的散熱以及排氣被排放到大氣中。因此，將內(nèi)燃機(jī)的余熱能回收再利用是提高總能效率、降低油耗的一個(gè)有效途徑。國(guó)際汽車和內(nèi)燃機(jī)界認(rèn)為，相比于油電混合動(dòng)力、汽車輕量化、減少空氣阻力和附件耗能等技術(shù)，內(nèi)燃機(jī)余熱能利用具有最大的節(jié)能潛力。
[0004]近年來(lái)，國(guó)際上發(fā)明了多項(xiàng)有關(guān)動(dòng)力渦輪回收廢氣能量的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)或裝置，主要分為直接增加曲軸功、用于發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)、轉(zhuǎn)化電能等三類。2005年，德國(guó)福伊特渦輪機(jī)聯(lián)合公司馬庫(kù)斯.克萊等人提出了一種渦輪復(fù)合系統(tǒng)，該發(fā)明提出利用內(nèi)燃機(jī)廢氣驅(qū)動(dòng)動(dòng)力渦輪機(jī)工作，經(jīng)液力耦合器后將動(dòng)力回收給曲軸，并且液力耦合器具有齒輪反向功能用于發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)。2006年，美國(guó)迪爾公司R.D.斯塔爾哈特與C.T.武克提出了一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的電動(dòng)渦輪復(fù)合結(jié)構(gòu)，該發(fā)明提出利用廢氣渦輪增壓器的排氣驅(qū)動(dòng)二級(jí)渦輪，由二級(jí)渦輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，但對(duì)具體結(jié)構(gòu)未描述。2007年，德國(guó)戴姆勒公司F.埃貝勒與T.勞費(fèi)爾提出了一種渦輪復(fù)合發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)明提出利用發(fā)動(dòng)機(jī)排氣驅(qū)動(dòng)動(dòng)力回收渦輪機(jī)工作，排氣動(dòng)力回收渦輪機(jī)經(jīng)減速傳動(dòng)裝置和液力耦合器后將功率傳回曲軸，并在中間加入空轉(zhuǎn)件實(shí)現(xiàn)低負(fù)荷時(shí)斷開動(dòng)力回收渦輪機(jī)來(lái)改進(jìn)動(dòng)力渦輪復(fù)合發(fā)動(dòng)機(jī)低負(fù)荷效率。2008年，德國(guó)MAN公司F.沃德克提出了一種帶有動(dòng)力渦輪的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)明提出利用發(fā)動(dòng)機(jī)多余廢氣驅(qū)動(dòng)動(dòng)力渦輪，動(dòng)力渦輪與電機(jī)機(jī)械耦合連接，并采用油栗裝置控制動(dòng)力渦輪與電機(jī)的連接或斷開，電機(jī)工作時(shí)即可作為發(fā)電機(jī)又可作為電動(dòng)機(jī)，但對(duì)具體結(jié)構(gòu)未描述。
[0005]現(xiàn)有渦輪發(fā)電機(jī)對(duì)廢氣渦輪發(fā)電機(jī)來(lái)說很關(guān)鍵的渦輪特點(diǎn)、軸向力平衡、軸承支撐結(jié)構(gòu)、潤(rùn)滑油密封、渦輪轉(zhuǎn)軸連接、發(fā)電機(jī)安裝、隔熱、發(fā)電機(jī)散熱結(jié)構(gòu)等均未涉及。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明旨在提出一種廢氣渦輪發(fā)電裝置，解決對(duì)廢氣渦輪發(fā)電機(jī)來(lái)說很關(guān)鍵的渦輪特點(diǎn)、軸向力平衡、軸承支撐結(jié)構(gòu)、潤(rùn)滑油密封、渦輪轉(zhuǎn)軸連接、發(fā)電機(jī)安裝、隔熱、發(fā)電機(jī)散熱結(jié)構(gòu)等問題。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0008]廢氣渦輪發(fā)電裝置，包括渦輪組件、軸承系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)組件，軸承系統(tǒng)組件在渦輪組件與發(fā)電機(jī)組件的中間位置；
[0009]所述渦輪組件包括渦輪葉輪、渦輪箱和隔熱罩，所述渦輪葉輪位于渦輪箱內(nèi)，所述隔熱罩設(shè)置在渦輪組件與軸承系統(tǒng)組件之間；
[0010]所述軸承系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)軸、徑向軸承、止推軸承、軸封套、軸承體和連接盤，所述轉(zhuǎn)軸包括一體的第一軸段和第二軸段，所述第一軸段的直徑大于第二軸段的直徑，所述第一軸段的一端與渦輪葉輪的軸心之間固定連接，且第一軸段通過兩個(gè)徑向軸承安裝在軸承體內(nèi)；所述第二軸段的一端通過止推軸承安裝在軸承體內(nèi)，另一端延伸到發(fā)電機(jī)組件內(nèi)；
[0011]所述軸承體的中部一側(cè)設(shè)有潤(rùn)滑油進(jìn)油口，另一側(cè)設(shè)有潤(rùn)滑油回油口；所述軸承體的另一端固定連接連接盤，連接盤的中心通孔和第二軸段之間設(shè)置所述軸封套；
[0012]所述發(fā)電機(jī)組件包括發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、定子、線圈繞阻、殼體、前端蓋和后端蓋，所述定子內(nèi)部設(shè)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，定子上設(shè)置線圈繞阻;所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子固定套設(shè)在第二軸段上;所述殼體的兩端分別固定安裝前端蓋和后端蓋，所述后端蓋與連接盤固定連接。
[0013]進(jìn)一步的，所述軸承體的一端與渦輪葉輪的轉(zhuǎn)軸之間設(shè)置起潤(rùn)滑油密封作用的渦輪端密封環(huán)。
[0014]進(jìn)一步的，所述徑向軸承為浮動(dòng)軸承或滾珠軸承。
[0015]進(jìn)一步的，所述軸封套的外周中間設(shè)有密封槽，所述密封槽內(nèi)設(shè)置有發(fā)電機(jī)端密封環(huán)。
[0016]進(jìn)一步的，所述軸封套內(nèi)側(cè)的第二軸段上設(shè)有與軸封套接觸的甩油環(huán)，甩油環(huán)和止推軸承之間設(shè)有折線型的擋油板，所述擋油板的一端固定在連接盤和軸承體的接觸面之間，另一端延伸至潤(rùn)滑油回油口處。
[0017]進(jìn)一步的，所述止推軸承和第一軸段與第二軸段之間的端面之間套設(shè)止推片。
[0018]進(jìn)一步的，所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子由永磁性磁鋼與鈦合金鋼套內(nèi)外組合嵌套形成，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子為懸臂梁結(jié)構(gòu)。
[0019]進(jìn)一步的，所述殼體包括同軸心設(shè)置的內(nèi)殼體和外殼體，所述內(nèi)殼體與外殼體之間形成發(fā)電機(jī)冷卻水腔。
[0020]進(jìn)一步的，所述軸承體內(nèi)設(shè)有一潤(rùn)滑油通道，潤(rùn)滑油通道一側(cè)連通潤(rùn)滑油進(jìn)油口，另一側(cè)連通兩個(gè)徑向軸承和止推軸承。
[0021 ]進(jìn)一步的，所述隔熱罩的形狀與渦輪箱和渦輪葉輪的接觸面匹配。
[0022]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)具有以下優(yōu)勢(shì):
[0023](I)本發(fā)明可以將發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣回收利用，轉(zhuǎn)化為電能供發(fā)動(dòng)機(jī)或車輛電器元件使用;采用采用膨脹比小于2的低膨脹比渦輪可以把發(fā)動(dòng)機(jī)排氣背壓控制在合理的范圍內(nèi)；采用隔熱罩、軸承體隔熱、冷卻水腔設(shè)計(jì)，使發(fā)電機(jī)工作環(huán)境滿足要求;止推軸承與止推片共同發(fā)揮軸向力平衡功能;很好的解決了潤(rùn)滑油密封、軸向力平衡等難點(diǎn)問題；
[0024](2)本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)緊湊，實(shí)用性好。
【附圖說明】
[0025]構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0026]圖1為本發(fā)明實(shí)施例所述廢氣渦輪發(fā)電裝置的剖視圖。
[0027]附圖標(biāo)記說明:
[0028]1-前端蓋、2-內(nèi)殼體、3-外殼體、4-線圈繞阻、5-鈦合金鋼套、6_定子、7_永磁性磁鋼、8-軸套、9-后端蓋、10-連接盤、11-軸承體、12-轉(zhuǎn)軸、13-隔熱罩、14-渦輪箱、15-渦輪葉輪、16-渦輪端密封環(huán)、17-徑向軸承、18-止推片、19-止推軸承、20-擋油板、21-甩油環(huán)、22-發(fā)電機(jī)端密封環(huán)、23-軸封套、24-軸端螺母。
【具體實(shí)施方式】
[0029]需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。
[0030]下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0031]本發(fā)明廢氣渦輪發(fā)電裝置，如圖1所示，包括渦輪組件、軸承系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)組件，軸承系統(tǒng)組件在渦輪組件與發(fā)電機(jī)組件的中間位置；
[0032]所述渦輪組件包括渦輪葉輪15、渦輪箱14和隔熱罩13，所述渦輪葉輪15位于渦輪箱14內(nèi)，所述隔熱罩13設(shè)置在渦輪組件與軸承系統(tǒng)組件之間，且隔熱罩13的形狀與渦輪箱14和渦輪葉輪15的接觸面匹配;本實(shí)施例渦輪組件-采用膨脹比小于2的低膨脹比渦輪，可以把發(fā)動(dòng)機(jī)排氣背壓控制在合理的范圍內(nèi)。
[0033]所述軸承系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)軸12、徑向軸承17、止推軸承19、止推片18、甩油環(huán)21、擋油板20、軸封套23、發(fā)電機(jī)端密封環(huán)22、渦輪端密封環(huán)16、軸承體11、連接盤10，
[0034]所述軸承體11與渦輪葉輪15之間采用隔熱罩13隔熱，所述軸承體11的一端與渦輪葉輪15的轉(zhuǎn)軸之間設(shè)置渦輪端密封環(huán)16，起到渦輪組件端軸承潤(rùn)滑油密封作用。
[0035]所述轉(zhuǎn)軸12包括一體的第一軸段和第二軸段，所述第一軸段的直徑大于第二軸段的直徑，所述第一軸段的一端與渦輪葉輪15的軸心之間采用摩擦焊或電子束焊連接，且第一軸段通過兩個(gè)徑向軸承17安裝在軸承體11內(nèi)，所述徑向軸承17為浮動(dòng)軸承或滾珠軸承；
[0036]所述第二軸段的一端通過止推軸承19安裝在軸承體11內(nèi)，另一端延伸到發(fā)電機(jī)組件內(nèi)；所述止推軸承19和第一軸段與第二軸段之間的端面之間套設(shè)止推片18，所述止推軸承19與止推片18共同發(fā)揮軸向力平衡功能。
[0037]所述軸承體11的中部一側(cè)設(shè)有潤(rùn)滑油進(jìn)油口，另一側(cè)設(shè)有潤(rùn)滑油回油口，軸承體11內(nèi)設(shè)有一潤(rùn)滑油通道，潤(rùn)滑油通道一側(cè)連通潤(rùn)滑油進(jìn)油口，另一側(cè)連通兩個(gè)徑向軸承17和止推軸承19。
[0038]所述軸承體11的另一端通過螺栓固定連接連接盤10，連接盤10的中心通孔和第二軸段之間設(shè)置所述軸封套23，軸封套23的外周中間設(shè)有密封槽，所述密封槽內(nèi)設(shè)置發(fā)電機(jī)端密封環(huán)22;軸封套23內(nèi)側(cè)的第二軸段上設(shè)有與軸封套23接觸的甩油環(huán)21，甩油環(huán)21和止推軸承19之間設(shè)有折線型的擋油板20，所述擋油板20的一端固定在連接盤10和軸承體11的接觸面之間，另一端延伸至潤(rùn)滑油回油口處;所述發(fā)電機(jī)端密封環(huán)22、軸封套23、甩油環(huán)21、擋油板20—起形成發(fā)電機(jī)端軸承潤(rùn)滑油密封結(jié)構(gòu)。
[0039]所述發(fā)電機(jī)組件包括發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、軸端螺母24、軸套8、定子6、線圈繞阻4、殼體、前端蓋1、后端蓋9，
[0040]所述定子6內(nèi)部設(shè)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，定子6上設(shè)置線圈繞阻4;所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子固定套設(shè)在第二軸段上，一端通過軸套8與軸封套23接觸，另一端通過軸端螺母24限位鎖緊;所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子由永磁性磁鋼7與鈦合金鋼套5內(nèi)外組合嵌套形成，永磁性磁鋼7在內(nèi)，鈦合金鋼套5在外，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子為懸臂梁結(jié)構(gòu)；
[0041]所述殼體的兩端分別固定安裝前端蓋I和后端蓋9，所述后端蓋9與連接盤10通過螺栓固定連接，前端蓋I上設(shè)有通孔;發(fā)電機(jī)組件為超高速發(fā)電機(jī)，與渦輪組件同軸工作。
[0042]所述殼體包括同軸心設(shè)置的內(nèi)殼體2和外殼體3，所述內(nèi)殼體2與外殼體3之間形成發(fā)電機(jī)冷卻水腔。
[0043]所述渦輪箱14上的渦輪進(jìn)氣口與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管連通，渦輪組件利用發(fā)動(dòng)機(jī)排氣余熱能做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)工作，渦輪排氣口與大氣連通;發(fā)電機(jī)組件的輸出線路與車載蓄電池相連;發(fā)電機(jī)冷卻水腔與發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水路連通;所述軸承體11上的潤(rùn)滑油進(jìn)油孔與發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油栗相連，潤(rùn)滑油回油孔與發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼相連。
[0044]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.廢氣渦輪發(fā)電裝置，其特征在于:包括渦輪組件、軸承系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)組件，軸承系統(tǒng)組件在渦輪組件與發(fā)電機(jī)組件的中間位置； 所述渦輪組件包括渦輪葉輪(15)、渦輪箱(14)和隔熱罩(13)，所述渦輪葉輪(15)位于渦輪箱(14)內(nèi)，所述隔熱罩(13)設(shè)置在渦輪組件與軸承系統(tǒng)組件之間； 所述軸承系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)軸(I2)、徑向軸承(17)、止推軸承(19)、軸封套(23)、軸承體(11)和連接盤(10)，所述轉(zhuǎn)軸(12)包括一體的第一軸段和第二軸段，所述第一軸段的直徑大于第二軸段的直徑，所述第一軸段的一端與渦輪葉輪(15)的軸心之間固定連接，且第一軸段通過兩個(gè)徑向軸承(17)安裝在軸承體(11)內(nèi)；所述第二軸段的一端通過止推軸承(19)安裝在軸承體(11)內(nèi)，另一端延伸到發(fā)電機(jī)組件內(nèi)； 所述軸承體(11)的中部一側(cè)設(shè)有潤(rùn)滑油進(jìn)油口，另一側(cè)設(shè)有潤(rùn)滑油回油口；所述軸承體(11)的另一端固定連接盤(10)，連接盤(10)的中心通孔和第二軸段之間設(shè)置所述軸封套(23); 所述發(fā)電機(jī)組件包括發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、定子(6)、線圈繞阻(4)、殼體、前端蓋(I)和后端蓋(9)，所述定子(6)內(nèi)部設(shè)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，定子(6)上設(shè)置線圈繞阻(4);所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子固定套設(shè)在第二軸段上;所述殼體的兩端分別固定安裝前端蓋(I)和后端蓋(9)，所述后端蓋(9)與連接盤(10)固定連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢氣渦輪發(fā)電裝置，其特征在于:所述軸承體(11)的一端與渦輪葉輪(15)的轉(zhuǎn)軸之間設(shè)置起潤(rùn)滑油密封作用的渦輪端密封環(huán)(16)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢氣渦輪發(fā)電裝置，其特征在于:所述徑向軸承(17)為浮動(dòng)軸承或滾珠軸承。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢氣渦輪發(fā)電裝置，其特征在于:所述軸封套(23)的外周中間設(shè)有密封槽，所述密封槽內(nèi)設(shè)置有發(fā)電機(jī)端密封環(huán)(22)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢氣渦輪發(fā)電裝置，其特征在于:所述軸封套(23)內(nèi)側(cè)的第二軸段上設(shè)有與軸封套(23)接觸的甩油環(huán)(21)，甩油環(huán)(21)和止推軸承(19)之間設(shè)有折線型的擋油板(20)，所述擋油板(20)的一端固定在連接盤(10)和軸承體(11)的接觸面之間，另一端延伸至潤(rùn)滑油回油口處。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢氣渦輪發(fā)電裝置，其特征在于:所述止推軸承(19)和第一軸段與第二軸段之間的端面之間套設(shè)止推片(18)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢氣渦輪發(fā)電裝置，其特征在于:所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子由永磁性磁鋼(7)與鈦合金鋼套(5)內(nèi)外組合嵌套形成，永磁性磁鋼(7)在內(nèi)，鈦合金鋼套(5)在外，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子為懸臂梁結(jié)構(gòu)。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢氣渦輪發(fā)電裝置，其特征在于:所述殼體包括同軸心設(shè)置的內(nèi)殼體(2)和外殼體(3)，所述內(nèi)殼體(2)與外殼體(3)之間形成發(fā)電機(jī)冷卻水腔。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢氣渦輪發(fā)電裝置，其特征在于:所述軸承體(11)內(nèi)設(shè)有一潤(rùn)滑油通道，潤(rùn)滑油通道一側(cè)連通潤(rùn)滑油進(jìn)油口，另一側(cè)連通兩個(gè)徑向軸承(17)和止推軸承(19)。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢氣渦輪發(fā)電裝置，其特征在于:所述隔熱罩(13)的形狀與渦輪箱(14)和渦輪葉輪(15)的接觸面匹配。
【文檔編號(hào)】F01D15/10GK105927294SQ201610338182
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年5月18日
【發(fā)明人】鄧春龍, 張俊躍, 王振彪, 門日秀, 宋志偉
【申請(qǐng)人】中國(guó)北方發(fā)動(dòng)機(jī)研究所(天津)