[發明專利]一種千瓦量級超臨界二氧化碳透平軸向力的平衡裝置

有效

• 申請號: 202010075916.9
• 申請日: 2020-01-22
• 公開（公告）號: CN111255528B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 田華;張靜;舒歌群;黃廣岱;石凌峰;王軒;馬雷;張釗
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: F01D11/02
• 分類號: F01D11/02;F01D5/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 曹玉平

本發明提供了一種千瓦量級超臨界二氧化碳透平軸向力的平衡裝置，包括彼此同軸連接的透平和電機，電機的電機軸貫穿透平，透平的左端設置有透平排氣腔，透平排氣腔的左端依次連接有第一管接頭、連接管、第二管接頭、密封端蓋和篦齒密封件，篦齒密封件的左端與電機連接，連接管上設置有減壓閥，電機軸的左端延伸至透平排氣腔內。本發明通過固定于電機軸上且隨電機軸旋轉的篦齒盤傳遞與軸向力反向的力，從而抵消透平的軸向力，并且結構簡單，便于拆裝和維修。

技術領域

本發明涉及發動機余熱回收技術領域，更具體地，涉及一種千瓦量級超臨界二氧化碳透平軸向力的平衡裝置。

背景技術

在發動機余熱的回收方式中，以超臨界二氧化碳為工質的動力循環因系統效率高、動態響應快、循環污染小、運行成本低等優點受到了廣泛關注，其中，超臨界二氧化碳透平正是循環中熱功轉換的關鍵部件。在此類余熱回收領域中，采用的超臨界二氧化碳透平的功率通常都為千瓦量級。透平在做功過程中會產生軸向力，千瓦量級蒸汽透平的軸向力用推力軸承就可以抵消，但對于千瓦量級超臨界二氧化碳透平，其進出口之間的壓差更大，與蒸汽透平相比，超臨界二氧化碳透平容易出現軸向力過大、推力軸承不足以平衡軸向力的問題。

目前，用于透平軸向力平衡的方式主要包括在葉輪上開設平衡孔或設置平衡活塞。對于千瓦量級超臨界二氧化碳透平，其葉輪直徑、葉片高度非常小，加之超臨界二氧化碳的流動性強，如果在葉輪上開設平衡孔，超臨界二氧化碳非常容易從噴嘴與葉輪之間的間隙進入動葉的流動通道中，對主流流動產生相當大的擾動，從而引起氣動效率和做功能力的降低；如果完全依靠平衡活塞的作用來平衡，可能對密封的結構設計產生不利影響，也可能引起效率的降低。此外，以上兩種方式，拆裝復雜，維修難度大，增加了維護成本。

因此，現有技術中亟需一種結構簡單能夠平衡軸向力較大的千瓦量級超臨界二氧化碳透平的軸向力的技術方案。

發明內容

針對上述現有技術的不足，本發明提供了一種從透平排氣腔引出一定壓力的二氧化碳到電機末端的密封結構內，并利用固定在電機軸上的篦齒盤傳遞反向力來平衡軸向力的千瓦量級超臨界二氧化碳透平軸向力的平衡裝置。

為實現上述目的，本發明通過下述技術方案予以實現：

一種千瓦量級超臨界二氧化碳透平軸向力的平衡裝置，包括彼此同軸連接的透平和電機，所述電機的電機軸貫穿所述透平，透平的左端設置有透平排氣腔，所述透平排氣腔的左端依次連接有第一管接頭、連接管、第二管接頭、密封端蓋和篦齒密封件，所述篦齒密封件的左端與電機連接，所述連接管上設置有減壓閥，所述電機軸的左端延伸至所述透平排氣腔內，所述電機軸的右端設置為階梯軸，所述階梯軸的側壁從左向右依次包括第一外圓面、第二外圓面、第三外圓面和第四外圓面，所述第一外圓面與所述第二外圓面之間的端面為第一臺階面，所述第二外圓面和所述第三外圓面之間的端面為第二臺階面；所述篦齒密封件包括套筒和篦齒盤，所述套筒套設在所述第一外圓面上，所述套筒的左端面與所述電機固定連接，所述套筒的右端面與所述密封端蓋的左端面固定連接，所述篦齒盤套設在所述第二外圓面上且位于所述套筒與所述電機軸之間圍成的空腔內，所述篦齒盤的篦齒與所述套筒的內壁之間具有間隙，所述篦齒盤的左端面與所述第一臺階面緊貼，所述密封端蓋與所述電機軸之間圍成的空腔內設置有鎖緊螺母，所述鎖緊螺母套設在所述第三外圓面上，所述鎖緊螺母的左端面與所述篦齒盤的右端面緊貼，所述鎖緊螺母的左端面與所述第二臺階面之間具有間隙。

所述第三外圓面設置有外螺紋，所述鎖緊螺母內設置有與所述外螺紋相契合的內螺紋。

所述篦齒盤篦齒的前傾角為70°，所述篦齒盤篦齒的后傾角為80°。

所述篦齒盤的篦齒與所述套筒的內壁之間的間隙大小為0.25-0.4mm。

所述鎖緊螺母的左端面與所述第二臺階面之間的間隙大小為0.45-0.55mm。

所述套筒的左端面與所述電機右端面上的軸承端蓋通過螺釘、螺栓或銷固定連接。