[發明專利]超臨界工質透平殼體軸向環面沖擊外冷裝置及工作方法

有效

• 申請號: 201811119586.8
• 申請日: 2018-09-25
• 公開（公告）號: CN109057889B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 韓萬龍;姚明宇;李紅智;楊玉;白文剛;張純
• 申請（專利權）人: 西安熱工研究院有限公司
• 主分類號: F01D25/12
• 分類號: F01D25/12;F01D25/14;F01K7/32
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

本發明公開了超臨界工質透平殼體軸向環面沖擊外冷裝置及工作方法，該裝置包括透平本體、主軸、主軸支座、支撐板、保溫層、沖擊殼體、沖擊腔、沖擊孔、進氣管道、截止閥、充氣泵、排氣管道和單向閥，通過設計分塊可組裝的固定于支座和透平基座上的支撐板，將透平本體罩在內側，在支撐板外側設置保溫層，實現在正常工作狀態對透平本體進行保溫，在支撐板內側設置有與透平機組本體一定間隙的帶有多排沖擊孔的沖擊殼體，在緊急事故工況時，通過風機將空氣送入沖擊殼體的沖擊腔，空氣經過沖擊孔以一定角度高速沖擊透平本體，快速帶走透平本體的熱量，實現在緊急事故工況對透平機組本體快速散熱，本發明可使超臨界工質透平本體事故工況的冷卻時間更短。

技術領域

本發明涉及超臨界工質透平殼體冷卻技術領域，具體涉及一種超臨界工質透平殼體軸向環面沖擊外冷裝置及工作方法。

背景技術

在超臨界二氧化碳布雷頓循環或Allam循環系統中，設計工況的溫度通常在600至1300℃之間，設計壓力在20至32MPa之間。對于上述高設計參數的先進循環系統，透平機組能量密度極高，為保證透平機組設計壽命在20年以上，透平機組本體的殼體的設計厚度值比傳統汽輪機組的厚度大，透平機組本體的蓄熱量十分巨大，使透平機組在緊急停機過程中殼體的熱量很難散去，如果殼體長時間熱量不能散去，不但會延長機組的檢修時間，還會損傷殼體中的干氣密封靜子件結構，還增大了發生轉子主軸高溫彎曲變形的故障發生率。同時,在透平正常運行工況需要對透平機組本體進行保溫，可以降低系統的熱量向環境的散失，提高系統運行工況熱效率。這樣就帶來一個問題：如何實現超臨界工質透平機組殼體在啟動過程、設計工況和變工況過程、正常停機過程，對殼體進行保溫，在事故工況緊急停機過程中加快殼體散熱。目前，尚無技術方案既能對超臨界工質透平機組殼體進行保溫又能實現在緊急事故時促進殼體散熱。

發明內容

本發明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種超臨界工質透平殼體軸向環面沖擊外冷裝置及工作方法，通過設計分塊可組裝的固定于支座和透平基座上的支撐板，將正常工作狀態的透平本體罩在內側，在支撐板外側設置保溫層，可以實現在正常工作狀態對透平本體進行保溫，在支撐板內側設置有與透平機組本體一定間隙的帶有多排沖擊孔的沖擊殼體，在緊急事故工況時，通過風機將送來的低溫空氣進入沖擊殼體的沖擊腔，由沖擊腔將氣體均勻送至每個沖擊孔，氣體經過沖擊孔以一定角度高速沖擊透平本體，快速帶走透平本體的熱量，從而實現在緊急事故工況對透平機組本體進行快速散熱，最終從帶有單向閥的排氣管道流至廠房外側。

本發明通過以下技術方案來實現上述目的：

超臨界工質透平殼體軸向環面沖擊外冷裝置，包括透平本體1、主軸2、主軸支座3、支撐板4、保溫層5、沖擊殼體6、沖擊腔7、沖擊孔8、進氣管道9、截止閥10、充氣泵11、排氣管道12和單向閥13，其中主軸2位于透平本體1中部，主軸2兩端由兩側的主軸支座3支撐，支撐板4固定于兩側的主軸支座3端部并將透平本體1置于其內，保溫層5固定于支撐板4的外側，沖擊殼體6固定于支撐板4的內側，沖擊殼體6中部包含至少一個沖擊腔7，沖擊殼體6的內側環面形狀與透平本體1軸向外側環面是空間相似環面，沖擊殼體6的內側環面上有若干個沖擊孔8，每個沖擊孔8的進口與沖擊腔7相連通，每個沖擊孔8的中心線延長線均與透平本體1軸向外側環面相交，進氣管道9固定在支撐板4上，進氣管道9的進口端設置有充氣泵11，進氣管道9依次穿過保溫層5、支撐板4，進氣管道9出口端與沖擊殼體6內部的沖擊腔7相連通，在進氣管道9上設置截止閥10，排氣管道12固定在支撐板4上，排氣管道12的進口和支撐板4、透平底座及兩個主軸支座3所圍成的空間連通，在排氣管道12上設置有單向閥13，排氣管道12依次穿過支撐板4和保溫層5，排氣管道12的出口與廠房外界大氣連通。

所述沖擊殼體6的內側環面與透平本體1軸向外側環面的距離為固定值或固定范圍區間內，該距離優選為0.5至2.0cm。

所述沖擊孔8的孔型可以是三角形、梯形、正多邊形、不規則多邊形、圓形、橢圓形，孔的中心線與主軸中心線所成角度優選為20至90°，孔的通流面積從進口到出口可以是恒定值或單調遞增或單調遞減或先遞增后遞減或先遞減后遞增或非單調形式。