[發明專利]一種雙軸緊湊式超臨界二氧化碳透平

在審

• 申請號: 202010519711.5
• 申請日: 2020-06-09
• 公開（公告）號: CN111677571A
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 張鈺浩;陸道綱;袁永龍
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: F01K25/10
• 分類號: F01K25/10;F01K7/32;F01K7/16;F01K7/02;F01K13/00;F01D15/10;F01D15/08;F04D25/06;F04D25/04;F04D25/16
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 黃家俊

本發明公開了屬于發動機領域的一種雙軸緊湊式超臨界二氧化碳透平；其中包括平行設置且具有獨立軸結構的高壓軸和低壓軸；其中高壓軸為高壓軸流透平、高壓軸流壓縮機和高壓側啟動電機的共用軸；低壓軸上為低壓軸流透平、低壓軸流壓縮機和低壓側啟動電機的共用軸；發電機通過變速裝置與高壓軸相連，儲氣罐的出口，低壓軸流壓縮機的入口、低壓軸流壓縮機的出口、高壓軸流壓縮機的入口、高壓軸流壓縮機的出口、加熱裝置的入口、加熱裝置的出口、高壓軸流透平的入口、高壓軸流透平的出口和儲氣罐的入口順序相連形成回路。本發明采用平行雙軸結構的緊湊式透平裝置，替代現有蒸汽朗肯動力循環汽輪機，有效提高熱循環效率，減少透平設備的體積和質量。

技術領域

本發明屬于發動機技術領域，具體為一種雙軸緊湊式超臨界二氧化碳透平。

背景技術

CO₂無色、無味、無毒，具有較好的化學穩定性和核物理性質，廣泛存在于大氣中，儲量豐富，廉價易得，被認為是最具應用前景的能量傳輸和能量轉換工質之一。超臨界二氧化碳是指溫度達到31.1℃，壓力達到7.38MPa時的狀態，此時二氧化碳不再是理想氣體，變成了一種非常稠密的流體，具有近似液體的高密度和近似氣體的低粘度，流動性好，傳熱效率高，做功能力強。且二氧化碳臨界溫度和壓力遠低于水的臨界點，容易達到超臨界狀態，有利于工程應用。

目前，大部分發電廠及動力裝置都采用蒸汽動力朗肯循環，常用的透平裝置一般采用由鍋爐加熱的過熱蒸汽作為工質來推動葉片旋轉做功，將水蒸氣的內能轉換為機械能。但隨著額定功率的增大，對透平材料耐高溫、耐高壓，耐腐蝕的要求越來越高，而且由于水蒸氣的固有屬性，透平的整體尺寸增加很明顯，布置收到空間限制較大，增加了投資成本。

因此急需一種新型的以超臨界二氧化碳為工質的緊湊式透平裝置，采用平行雙軸結構，充分利用二氧化碳在超臨界狀態下的特殊優勢。透平所需級數少，軸向尺寸縮短，葉輪直徑很小，結構更緊湊，管路附件尺寸小，設備的體積和重量大幅度減少，結構簡單，附屬設備少，便于安裝，制造和運行成本大大減少。

發明內容

針對背景技術中存在的問題，本發明基于超臨界二氧化碳布雷頓循環，整合現有技術的優勢，提出了一種雙軸緊湊式超臨界二氧化碳透平，其特征在于，包括：平行設置且具有獨立軸結構的高壓軸和低壓軸；其中高壓軸為高壓軸流透平、高壓軸流壓縮機和高壓側啟動電機的共用軸，高壓軸流透平、高壓軸流壓縮機和高壓側啟動電機具有相同的轉速；低壓軸為低壓軸流透平、低壓軸流壓縮機和低壓側啟動電機的共用軸，低壓軸流透平、低壓軸流壓縮機和低壓側啟動電機具有相同的轉速；

發電機通過變速裝置與高壓軸相連，從而由高壓軸帶動負荷；儲氣罐的出口，低壓軸流壓縮機的入口、低壓軸流壓縮機的出口、高壓軸流壓縮機的入口、高壓軸流壓縮機的出口、加熱裝置的入口、加熱裝置的出口、高壓軸流透平的入口、高壓軸流透平的出口和儲氣罐的入口順序相連形成回路。

所述高壓軸上從左至右依次布置有高壓側啟動電機、左側徑向軸承、高壓軸流壓縮機、動密封、動密封、推力軸承、動密封、動密封、高壓軸流透平、右側徑向軸承和變速裝置。

所述低壓軸上從左至右依次布置有低壓側啟動電機、左側徑向軸承、低壓軸流壓縮機、動密封、動密封、推力軸承、動密封、動密封、低壓軸流透平和右側徑向軸承。

所述低壓軸流透平的出口安裝有擴壓器。

所述高壓軸流透平和低壓軸流壓縮機均透平采用多級軸流式結構級。

所述高壓軸流透平的級數及低壓軸流透平的級數均為四級。

所述低壓軸流壓縮機和高壓軸流壓縮機的級壓比為1.6，低壓軸流壓縮機出口的工質壓力降至7.7MPa。

在低壓軸流壓縮機的第一級前裝設可轉導葉，導葉根部裝有用于調節導葉角度的小齒輪。

本發明的有益效果在于：