[實用新型]透平以及具有該透平的布雷頓循環(huán)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201920204501.X
• 申請日: 2019-02-15
• 公開（公告）號: CN209671007U
• 公開（公告）日: 2019-11-22
• 發(fā)明（設計）人: 肖剛;邢凱翔;楊天鋒;倪明江;駱仲泱;岑可法
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: F01D5/18
• 分類號: F01D5/18;F01D5/28;F03G6/06;F01D15/10
• 代理公司: 31291 上海立群專利代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 楊楷;毛立群<國際申請>=<國際公布>=

本實用新型涉及太陽能光熱發(fā)電技術領域，公開了一種透平以及具有該透平的布雷頓循環(huán)。其中，透平包括葉片，葉片具有冷卻工質(zhì)進口以及冷卻工質(zhì)射流口，葉片設置為內(nèi)部中空的腔體，冷卻工質(zhì)進口位于葉片的內(nèi)部，冷卻工質(zhì)射流口開設于葉片的表面，葉片的表面設置有光譜轉(zhuǎn)化涂層，光譜轉(zhuǎn)化涂層能夠?qū)⑷~片表面的熱量轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化特征波段輻射，轉(zhuǎn)化特征波段輻射是冷卻工質(zhì)的冷卻工質(zhì)特征波段輻射鄰近的輻射能。本實用新型的透平采用特征光譜涂層以及射流冷卻技術，強化透平葉片的冷卻效果，以保證透平能夠安全且高效地運行，保護透平的葉片的同時提高循環(huán)工質(zhì)的溫度，提高布雷頓循環(huán)的系統(tǒng)效率。

技術領域

本實用新型涉及光熱發(fā)電技術領域，特別涉及一種透平以及具有該透平的布雷頓循環(huán)。

背景技術

布雷頓循環(huán)(Brayton Cycle)，亦稱焦耳循環(huán)或氣體制冷機循環(huán)，是以氣體為工質(zhì)的制冷循環(huán)。其中，利用處于超臨界狀態(tài)的氣體作為工質(zhì)的布雷頓循環(huán)在效率方面有著明顯的優(yōu)勢，其利用超臨界工質(zhì)在擬臨界區(qū)物性突變的現(xiàn)象，將壓縮機運行點設置在擬臨界溫度附近的大密度區(qū)域，將換熱器的運行點設置在擬臨界溫度之后的低密度區(qū)，可以在保證工質(zhì)冷卻的前提下，降低壓縮耗功，實現(xiàn)較高的系統(tǒng)效率。

透平(turbine)，又稱渦輪，是將流體介質(zhì)中蘊有的能量轉(zhuǎn)換成機械功的機器，也是布雷頓循環(huán)中的重要部件。透平最主要的部件是被安裝在透平的軸上的旋轉(zhuǎn)元件(轉(zhuǎn)子或葉輪)，旋轉(zhuǎn)元件具有沿圓周均勻排列的葉片。在布雷頓循環(huán)中，高溫的工質(zhì)所具有的能量在流動中經(jīng)過噴管時轉(zhuǎn)換成動能，流過旋轉(zhuǎn)元件時工質(zhì)沖擊葉片，推動旋轉(zhuǎn)元件轉(zhuǎn)動，從而驅(qū)動軸的旋轉(zhuǎn)，工質(zhì)的熱能被轉(zhuǎn)化為機械能；軸直接或經(jīng)傳動機構帶動其他機械，輸出機械功。

目前，布雷頓循環(huán)的運行溫度可以達到1350℃以上，通過現(xiàn)有技術可以將透平中葉片的溫度冷卻到950℃以下。布雷頓循環(huán)的系統(tǒng)效率與循環(huán)的熱端溫度(也即工質(zhì)進入透平的入口溫度、透平的做功溫度)呈正相關，因此提高布雷頓循環(huán)的熱端溫度是提高系統(tǒng)效率的主要方式之一。受限于系統(tǒng)機組材料的結(jié)構強度和加工制造等方面的極限狀況，高溫狀態(tài)下的布雷頓循環(huán)的循環(huán)參數(shù)受到限制。因此，現(xiàn)有設計的布雷頓循環(huán)的溫度普遍低于700℃。但是，從現(xiàn)有的空氣布雷頓循環(huán)可以發(fā)現(xiàn)，利用超臨界工質(zhì)作為循環(huán)工質(zhì)的布雷頓循環(huán)有著在高于1000℃條件下運行的潛力。在此溫度條件下，其熱力循環(huán)效率將獲得較大提升，甚至，有可能超過55％，這將比目前最先進的大型蒸汽動力裝置的熱效率(略超過40％)高出近37.5％，也將遠高于目前應用最廣泛的蒸汽朗肯循環(huán)(蒸汽朗肯循環(huán)的平均熱效率僅為34％)。

對于高溫狀態(tài)下的布雷頓循環(huán)，透平的葉片冷卻也是主要挑戰(zhàn)之一。目前的冷卻方式對透平葉片的冷卻能力有限，無法更進一步地冷卻透平葉片，限定了工質(zhì)與葉片之間的傳熱溫差，從而無法提高工質(zhì)的溫度，也即無法提高布雷頓循環(huán)的熱端溫度，最終使得布雷頓循環(huán)的系統(tǒng)效率無法得到提高。

實用新型內(nèi)容

本實用新型針對上述技術問題而提出，目的在于提供一種透平。本實用新型的透平能夠強化透平葉片的冷卻效果，在保證透平安全高效運行的同時，還能夠提高循環(huán)工質(zhì)的溫度，提高布雷頓循環(huán)的熱端溫度，從而提高布雷頓循環(huán)的系統(tǒng)效率。

具體來說，本實用新型提供了一種透平，包括葉片，葉片具有冷卻工質(zhì)進口以及冷卻工質(zhì)射流口，葉片設置為內(nèi)部中空的腔體，冷卻工質(zhì)射流口為一個或者多個、且開設于葉片的表面，冷卻工質(zhì)射流能夠通過冷卻工質(zhì)進口進入葉片進行冷卻，葉片的表面設置有光譜轉(zhuǎn)化涂層，進入葉片內(nèi)的冷卻工質(zhì)射流還能夠通過冷卻工質(zhì)射流口流出并在光譜轉(zhuǎn)化涂層的表面形成為冷卻工質(zhì)射流隔膜層。光譜轉(zhuǎn)化涂層能夠?qū)⑷~片表面的熱量轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化特征波段輻射，轉(zhuǎn)化特征波段輻射是冷卻工質(zhì)的冷卻工質(zhì)特征波段輻射鄰近的輻射能。