[實用新型]一種背靠背的多級向心透平系統

有效

• 申請號: 201220059417.1
• 申請日: 2012-02-21
• 公開（公告）號: CN202500618U
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 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: F01D15/10
• 分類號: F01D15/10;F01K3/18;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

技術領域

本實用新型涉及透平膨脹技術領域，是一種帶級間加熱的背靠背的多級向心透平系統。?

背景技術

向心透平廣泛應用在中小型燃氣輪機、渦輪增壓器、制冷裝置和液化裝置的膨脹透平等領域，具有結構簡單緊湊、制造工藝簡單、造價低廉、安裝方便等優點。單級向心透平的效率很高，特別是在小流量的情況下還能保持很高的效率，目前的單級向心透平等熵效率可以達到90％以上。同時，向心透平單級膨脹比高，單級向心透平完成的膨脹比可以達到軸流透平的兩倍甚至更多。?

由于向心透平結構的特殊性，多級向心透平實現的難度很大，從已經公開的資料來看，絕大多數都是單級向心透平系統，很少有多級向心透平系統。隨著透平膨脹系統的進口壓力越來越高，系統要求的膨脹比不斷增加，單級向心透平已滿足不了現有的需求。而且氣體在高壓情況下，體積流量較小，其他形式的透平膨脹機的效率不高，而向心透平在體積流量很小的情況下仍能保持很高的效率，因此迫切需要一種高效可靠的多級向心透平系統。?

實用新型內容

本實用新型的目的是公開一種背靠背的多級向心透平系統，帶有級間加熱器，是一種效率高、運行可靠性高、運行成本低、膨脹比高、能利用中低溫(熱值)的多級向心透平系統。?

為達到上述目的，本實用新型的技術解決方案是：?

一種背靠背的多級向心透平系統，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、三通閥；?

多級的轉動軸分別與齒輪變速箱連接，齒輪變速箱的主輸出軸與發電機或其他負荷的驅動軸連接，通過主輸出軸輸出軸功，帶動發電機或其他負荷；?

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。?

所述的多級向心透平系統，其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、第二級向心透平共一轉動軸背靠背固接，第三級向心透平、第四級向心透平共一轉動軸背靠背固接，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；?

齒輪變速箱的位置位于同軸的兩向心透平的同側；?

第一級向心透平經管路、換熱器、管路與第二級向心透平相通連；第二級向心透平經管路、換熱器、管路與第三級向心透平相通連；第三級向心透平經管路、換熱器、管路與第四級向心透平相通連，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；?

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、管路輸入第一級向心透平，在第一級向心透平中膨脹做功后進入換熱器，提高溫度后繼續進入第二級向心透平膨脹做功，再經換熱器后繼續進入第三級向心透平膨脹做功，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輸出給齒輪變速箱，變速后由主輸出軸輸出帶動發電機或其他負荷。?

所述的多級向心透平系統，其所述向心透平的轉子，是開式、半開式或閉式。?

所述的多級向心透平系統，其中的高壓氣體為空氣、氮氣、氧氣、二氧化碳、天然氣、氟利昂或水蒸氣其中之一。?

所述的多級向心透平系統，其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。?

所述的多級向心透平系統，其中的高壓氣體在進入多級向心透平之前被加熱到一定溫度，使第一級向心透平進口的溫度在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。?

所述的多級向心透平系統，其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。?

所述的多級向心透平系統，其所述換熱器，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。?