[實用新型]一種超臨界二氧化碳渦輪機推力平衡系統

有效

• 申請號: 201922364129.1
• 申請日: 2019-12-25
• 公開（公告）號: CN211038755U
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發明（設計）人: 李揚;周東;但光局;文鑫;陶美華;何丹;王亞
• 申請（專利權）人: 重慶江增船舶重工有限公司
• 主分類號: F01D25/00
• 分類號: F01D25/00;F01D25/16;F01D11/04;F01D25/20;F01D21/00
• 代理公司: 重慶蘊博君晟知識產權代理事務所(普通合伙) 50223
• 代理人: 鄭勇

本實用新型公開了一種超臨界二氧化碳渦輪機推力平衡系統，保證推力不超容量，并實現推力軸承功耗最小。包括齒輪箱、超臨界二氧化碳渦輪機、推力平衡結構，齒輪箱包括箱體、高速軸，高速軸通過徑向推力聯合軸承支撐于箱體，高速軸上設有主推力盤和輔推力盤與徑向推力聯合軸承對應配合；超臨界二氧化碳渦輪機包括殼體、渦輪轉子，渦輪轉子包括渦輪軸，渦輪軸的一端伸出外殼體與高速軸配合固定，高速軸、渦輪軸的連接處與外殼體之間設置主干氣密封，推力平衡結構包括平衡殼體、端蓋和平衡干氣密封，高速軸的一端穿過齒輪箱伸入平衡殼體內，高速軸、平衡殼體之間設置平衡干氣密封。

技術領域

本實用新型涉及渦輪機技術領域，特別是涉及一種超臨界二氧化碳渦輪機推力平衡系統。

背景技術

以超臨界二氧化碳為工質的閉式循環動力系統，可以大大降低渦輪機和壓縮機等設備的尺寸，具有能量密度大、壓縮功耗小、循環無相變、初始投資少、運行成本低的優點，被認為是未來電力系統的最佳方案。

超臨界二氧化碳渦輪機是熱力循環系統中將熱能轉換為機械能的重要部件，中等功率、高轉速機組(通常指功率大于350kW，小于2mW，轉速高于20000rpm)一般采用齒輪箱傳動結構，不采用直驅高轉速發電機結構，是因為此功率范圍內高速電機存在功率限制，可靠性不佳。因此采用渦輪機直連齒輪箱，再通過齒輪減速帶動普通發電機進行發電，即單端懸掛布置，此布置形式相對渦輪機與齒輪箱通過聯軸器耦合布置形式可以減少機組所需軸承數量，相對齒輪箱多軸端懸掛布置可減小級間管路損失，提高機組效率。

由于超臨界二氧化碳介質具有高壓特點，并且單懸掛布置具有以下特點：

(1)懸掛布置導致渦輪盤受壓面積增大，由進出口壓差造成的推力大；

(2)渦輪葉片氣動力造成的推力大；

(3)高壓氣體須使用干氣密封，干氣密封會在軸上產生由高壓側指向低壓側的巨大推力；

(4)齒輪螺旋角會在軸上產生推力。

以上四點是單懸掛式超臨界二氧化碳渦輪機推力的組成部分，即使準確預測設計點推力，并平衡，但在熱力系統變工況時(根據系統運行要求，變工況主要指進口壓力改變，出口壓力、流量，轉速均不變)，以上四部分均會發生變化，造成總推力變化巨大，為了承擔變工況造成的額外推力，需提高推力軸承容量，但這會導致軸承功耗增加，另一方面由于油膜軸承線速度存在限制值，因此軸承容量存在一個最大值，如果變工況時推力超出這個最大值，則會燒毀推力軸承。

實用新型內容

本實用新型的目的在于克服現有技術的不足，提供一種超臨界二氧化碳渦輪機推力平衡系統，通過本實用新型可實現在正常工況及變工況運行時推力按指定方法進行調節，保證推力不超容量，并實現推力軸承功耗最小。

本實用新型的目的是這樣實現的：

一種超臨界二氧化碳渦輪機推力平衡系統，包括齒輪箱、超臨界二氧化碳渦輪機、推力平衡結構，所述齒輪箱包括箱體，以及設于箱體內的高速軸、低速軸，所述高速軸、低速軸分別通過徑向推力聯合軸承支撐于箱體，所述低速軸通過齒輪副與高速軸動力連接，所述低速軸的一端伸出齒輪箱，向外輸出動力，所述高速軸的一端與所述超臨界二氧化碳渦輪機動力連接，用于接收渦輪動力，所述高速軸的另一端設置所述推力平衡結構；

所述高速軸上設有主推力盤和輔推力盤，主推力盤和輔推力盤分別與高速軸兩端的徑向推力聯合軸承對應配合；

所述超臨界二氧化碳渦輪機包括殼體、渦輪靜葉、渦輪轉子，所述殼體拆分為內殼體、外殼體，所述內殼體內軸向安裝所述渦輪靜葉，渦輪轉子包括渦輪軸以及成型于渦輪軸一端的渦輪盤，所述渦輪盤的外周面上成型有渦輪動葉，所述渦輪動葉與渦輪靜葉配合，渦輪軸的一端伸出外殼體，并設置螺紋桿，所述高速軸的相向端設置內螺紋孔，螺紋桿與螺紋孔配合固定，高速軸、渦輪軸的連接處與外殼體之間設置主干氣密封，