[發明專利]一種多級向心透平系統

有效

• 申請號: 201210040835.0
• 申請日: 2012-02-21
• 公開（公告）號: CN103256077A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: 陳海生;張雪輝;張新敬;嚴曉輝;譚春青
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: F01D5/06
• 分類號: F01D5/06;F01D15/10;F01K27/02;F03G6/06
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

1.一種多級向心透平系統，包括向心透平組、換熱器、發電機、齒輪變速箱、閥門、多根軸及多根管道；其特征在于：

向心透平組包括多級向心透平，級數為2～8級，級數的多少由能量轉換系統所需完成的膨脹比的大小決定；

至少為兩級向心透平，每級包括至少一個向心透平，兩個向心透平共轉動軸背靠背固接；各級向心透平經多根管道、至少一換熱器相通連；

管道中設有調節閥(26)、三通閥(27)；

多級的轉動軸分別與齒輪變速箱(18)連接，齒輪變速箱(18)的主輸出軸(16)與發電機(19)或其他負荷的驅動軸連接，通過主輸出軸(16)輸出軸功，帶動發電機(19)或其他負荷；

換熱器的熱源為來自于環境、或中低溫余熱、或太陽能集熱器。

2.根據權利要求1所述的多級向心透平系統，其特征在于：所述兩向心透平共轉動軸背靠背固接，是相鄰兩級向心透平串聯，共一轉動軸，以背靠背的方式固接，即第一級向心透平(2)、第二級向心透平(6)共一轉動軸(17)背靠背固接，第三級向心透平(10)、第四級向心透平(14)共一轉動軸(15)背靠背固接，以此類推至最后一級，當級數為奇數時，最后一級由兩個向心透平組成，采用背靠背同軸的形式布置；

齒輪變數箱(18)的位置位于同軸的兩向心透平的同側；

第一級向心透平(2)經管路(3)、換熱器(4)、管路(5)與第二級向心透平(6)相通連；第二級向心透平(6)經管路(7)、換熱器(8)、管路(9)與第三級向心透平(10)相通連；第三級向心透平(10)經管路(11)、換熱器(12)、管路(13)與第四級向心透平(14)相通連，以此類推至最后一級(N)，最后一級(N)向心透平的出口通大氣，或接其他設備；

其流程為：

高壓氣體在進入多級向心透平前被加熱到一定溫度后，經閥門(26)、管路(1)輸入第一級向心透平(2)，在第一級向心透平(2)中膨脹做功后進入換熱器(4)，提高溫度后繼續進入第二級向心透平(6)膨脹做功，再經換熱器(8)后繼續進入第三級向心透平(10)膨脹做功，以此方式，直到最后一級透平(N)膨脹后結束，向心透平組膨脹過程產生的軸功通過軸(15、17)輸出給齒輪變速箱(18)，變速后由主輸出軸(16)輸出帶動發電機(19)或其他負荷。

3.根據權利要求1或2所述的多級向心透平系統，其特征在于：所述向心透平的轉子，是開式、半開式或閉式。

4.根據權利要求2所述的多級向心透平系統，其特征在于：所述高壓氣體，為空氣、氮氣、氧氣、二氧化碳、天然氣、氟利昂或水蒸氣其中之一。

5.根據權利要求1所述的多級向心透平系統，其特征在于：所述多級向心透平系統的向心透平個數為偶數，采用背靠背同軸的形式布置，以抵消透平葉輪的軸向力，產生的軸功由同一根輸出軸輸出。

6.根據權利要求2所述的多級向心透平系統，其特征在于：所述高壓氣體在進入多級向心透平之前被加熱到一定溫度，是第一級向心透平(2)進口的溫度在220K～973K之間，進口壓力在3bar～340bar之間；多級向心透平的膨脹比在3～340之間，最后一級(N)向心透平的排氣壓力接近常壓，或作為其他設備的高壓氣源使用。

7.根據權利要求6所述的多級向心透平系統，其特征在于：所述各級向心透平的膨脹比，由多級向心透平總的膨脹比和各級向心透平轉子的軸向力共同決定，背靠背的兩個向心透平的壓比分布要滿足軸向力大致平衡。

8.根據權利要求1或2所述的多級向心透平系統，其特征在于：所述換熱器，為套管式、管殼式、夾套式、蓄熱式、混合式、沉浸蛇管式其中之一或它們的組合，換熱器的熱源溫度在220K～973K之間。

9.根據權利要求1所述的多級向心透平系統，其特征在于：所述熱源為來自于環境、或中低溫余熱，是工業廢熱、余熱、大氣環境、或蓄熱裝置。

10.根據權利要求2或6所述的多級向心透平系統，其特征在于：所述最后一級(N)向心透平的出口氣流作為冷源使用時，通過調節末級透平的進口溫度和膨脹比來控制出口的溫度。

11.根據權利要求1或2所述的多級向心透平系統，其特征在于：所述主輸出軸(16)輸出的軸功的大小，通過高壓氣體進口流量和溫度，或通過換熱器的溫度和流量來控制。