[發明專利]一種組合動力裝置

在審

• 申請號: 201711219295.1
• 申請日: 2017-11-28
• 公開（公告）號: CN107965355A
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發明（設計）人: 戴義平;婁聚偉;王江峰;趙攀;夏文凱;強雄超
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: F01D15/10
• 分類號: F01D15/10;F01D13/00;F01D13/02;F01D17/00;F01D19/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 徐文權

【技術領域】

本發明涉及新型動力裝置領域，具體涉及一種組合式動力循環系統，適用于不同參數和流量范圍的余熱轉換系統，可以滿足不同工質流量及膨脹比變化的需要。

【背景技術】

現有的透平級包括單級向心透平級、多級向心透平級和軸流透平級；其中，單級向心透平級應用最多。如圖1所示，工質自透平級入口1進入透平級內后，經過靜葉的加速進入動葉內膨脹做功，相對于軸流透平級而言，向心透平級級的余速損失和葉輪的流動損失較小，并且對動葉的氣動性能要求較低，結構相對簡單，但是單機向心透平級由于其結構因素的限制，其功率都限制在MW等級，且以單級透平級為主，一般均是小功率機組。

多級向心透平級裝置如圖2所示，當限定輪周轉速的情況下并且必須使用很大的比焓降時，有時會使用多級向心透平級，這種透平級工質的做功過程與單級向心透平級類似，工質經過靜葉加速后獲得較大速度，進入動葉進行膨脹做功。在第第一透平級2做功完成后的蒸汽進入第第二透平級3做功，多級向心透平級雖然在給定轉速前提下提升透平級的總體比焓降和功率，但是各級的余速很難獲得充分利用，并且制造及裝配要求較高。

軸流透平級裝置如圖3所示。在比焓降和流量較大的動力循環中，一般使用軸流透平級，工質由工質入口進入透平級，首先在靜葉中加速膨脹，然后帶動動葉旋轉做功，整個流動過程沿軸向運動。軸流式透平級可以在大比焓降和大流量下通過合理布置膨脹級數以滿足要求，又因其設計、安裝、制造相對簡單，因此在大功率發電中得到了廣泛的應用，但是因為結構的限制，在小功率發電中效率較低。

目前，在比焓降和流量較大的動力循環中，一般使用軸流透平級，向心透平級由于其結構因素的限制，其功率都限制在MW等級，且以單級透平級為主，一般均是小功率機組。多級向心透平級雖然在一定程度上可以提高整機比焓降和功率，但是其制造及裝配要求較高，各級余速很難得到利用。在工況改變后工質流量或者比焓降要求改變，多級透平級對其適應性較差，不能很好地發揮出向心透平級效率高的優勢。因此，現有的多級向心透平級不能滿足循環參數改變后的適應性以及高循環效率的雙重要求。

【發明內容】

本發明采用以下技術方案：

一種組合動力裝置，包括透平組、輸出軸、至少一根副軸、用于調節輸出軸轉速的轉速控制系統、用于對工質進行分流的流量控制裝置和發電機；

所述流量控制系統與透平組連接，所述透平組包括多級透平，級數為1～4級，所述多級透平的通流面積依次增大，兩級透平背靠背連接在副軸的兩端，輸出軸通過轉速控制系統與副軸連接，發電機與輸出軸連接；透平組中的多級透平根據組合動力循環裝置輸出功率的大小進行串聯或并聯或脫機運行。

進一步，所述透平組包括通流面積依次增大的第一透平級、第二透平級、第三透平級和第四透平級。

所述第一透平級和第二透平級連接在第一副軸的兩端，所述第三透平級和第四透平級連接在第二副軸的兩端，第一副軸和第二副軸對稱設置在輸出軸的兩側，第一透平級和第三透平級同側設置。

進一步，所述透平的通流面積滿足工質膨脹時體積增大的要求。

進一步，所述轉速控制系統包括傳動裝置和齒輪，傳動裝置設置在同軸的兩個透平之間并與副軸連接，齒輪設置在輸出軸的端部；通過改變傳動裝置和齒輪的傳動比調整輸出軸的轉速。

進一步，所述透平組為多個單級向心透平或多個多級向心透平或多個軸流透平或它們的組合。

進一步，所述工質為水蒸氣或低沸點工質。

進一步，所述一級透平的入口溫度為353.15K～673.15K，壓力在1bar～150bar。

進一步，所述透平組中的多級透平通過改變汽流通道的連接方式進行串聯或并聯；所述透平組中的透平級是否脫機運行通過控制傳動裝置的齒輪嚙合進行調節。

進一步，當組合動力裝置以額定工況運行時，第一透平級、第二透平級、第三透平級和第四透平級依次串聯，流量控制裝置與第一透平級連接。

當組合動力循環輸出功率為額定功率的100％-120％時，第一透平級和第二透平級串聯，第三透平級和第四透平級串聯，串聯的第一透平級和第二透平級與串聯的第三透平級和第四透平級并聯，流量控制裝置分別與第一透平級和第三透平級連接。

當組合動力循環輸出功率為額定功率的80％-100％時，第一透平級和第二透平級脫機運行，第三透平級和第四透平級并聯，流量控制裝置分別與第三透平級和第四透平級連接。