[發明專利]超臨界二氧化碳TAC機組推力平衡系統及控制方法

有效

• 申請號: 202011210913.8
• 申請日: 2020-11-03
• 公開（公告）號: CN112343668B
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發明（設計）人: 錢晶晶;胡航領;張納新;楊康;董克用;林志民
• 申請（專利權）人: 上海齊耀動力技術有限公司
• 主分類號: F01D15/08
• 分類號: F01D15/08;F01D15/10;F01D3/04;F01D11/04;F01D21/00;F04D25/06;F04D25/04;F04D29/051;F04D29/10;F04D27/00
• 代理公司: 上海碩力知識產權代理事務所(普通合伙) 31251
• 代理人: 王法男

1.一種超臨界二氧化碳TAC機組推力平衡系統，其特征在于，包括：

電機，所述電機具有電機軸；

渦輪機及壓縮機，在所述電機軸沿軸向的兩端分別共軸設置，且渦輪機葉輪與壓縮機葉輪相對而設；

推力平衡單元，設于所述渦輪機和所述壓縮機之間；所述推力平衡單元包括設于所述渦輪機與電機之間的第一平衡腔室、設于所述壓縮機與電機之間的第二平衡腔室，通過引氣調節結構向第一平衡腔室與第二平衡腔室內引入工質并調節氣量，且工質在第一平衡腔室和第二平衡腔室內分別形成對電機軸方向相反的推力，實現對電機軸上合力的調節；

其中：

所述電機靠近渦輪機及壓縮機的兩端分別設置第一軸承及第二軸承，且第一軸承及第二軸承分別置于第一軸承座、第二軸承座內；

所述第一軸承座與渦輪機之間形成第一平衡腔室，所述第二軸承座與壓縮機之間形成第二平衡腔室；

所述第一軸承座通過第一密封匣與渦輪機的外殼固定連接為一體，所述第一密封匣與電機軸之間通過第一干氣密封元件固定連接，所述電機軸上在靠近渦輪機葉輪朝向電機的外表面套設有第一隔板，且所述第一隔板遠離電機軸的末端與渦輪機外殼密封連接，所述第一隔板、第一干氣密封元件、渦輪機外殼、第一密封匣之間圍成第一平衡腔室；

所述第二軸承座通過第二密封匣與壓縮機的外殼固定連接為一體，所述第二密封匣與電機軸之間通過第二干氣密封元件固定連接，所述電機軸上在靠近壓縮機葉輪朝向電機的外表面套設有第二隔板，且所述第二隔板遠離電機軸的末端與壓縮機外殼密封連接，所述第二隔板、第二干氣密封元件、壓縮機外殼、第二密封匣之間圍成第二平衡腔室；

且所述第一干氣密封元件受第一平衡腔室中工質載荷的方向與所述第二干氣密封元件受第二平衡腔室中工質載荷的方向相反，通過引氣調節機構調節第一干氣密封元件、第二干氣密封元件沿軸向的合力。

2.根據權利要求1所述的超臨界二氧化碳TAC機組推力平衡系統，其特征在于：

所述引氣調節結構包括分別設于第一密封匣、第二密封匣上的第一引氣通道、第二引氣通道，所述第一引氣通道、第二引氣通道分別通過第一調壓閥、第二調壓閥與壓縮機的工質出口連通；

通過第一引氣通道、第二引氣通道調節第一平衡腔室、第二平衡腔室內的工質壓力，且工質作用在第一干氣密封元件、第二干氣密封元件上的載荷方向相反，實現對電機軸上合力的調節。

3.根據權利要求2所述的超臨界二氧化碳TAC機組推力平衡系統，其特征在于：

還包括氣罐，所述第一引氣通道、第二引氣通道還分別通過第三調壓閥、第四調壓閥與用于儲存工質的氣罐連通。

4.根據權利要求2所述的超臨界二氧化碳TAC機組推力平衡系統，其特征在于：

所述第一引氣通道、第二引氣通道分別設為若干個；

和/或；

所述第一引氣通道、第二引氣通道設為折彎型腔或設為與電機軸形成夾角的傾斜腔。

5.根據權利要求1所述的超臨界二氧化碳TAC機組推力平衡系統，其特征在于：

所述第一軸承朝向渦輪機的一側設有封油環，所述第二軸承朝向壓縮機的一側設有封油環；

和/或；

所述第一干氣密封元件、第二干氣密封元件分別套設在電機軸兩端部，所述第一干氣密封元件包括第一干氣密封動環、第一干氣密封靜環；所述第二干氣密封元件包括第二干氣密封動環、第二干氣密封靜環，所述第一干氣密封動環、第二干氣密封動環通過電機軸的軸肩定位，且所述第一干氣密封靜環與第一干氣密封動環之間、第二干氣密封靜環與第二干氣密封動環之間形成密封端面。

6.根據權利要求3所述的超臨界二氧化碳TAC機組推力平衡系統，其特征在于：

所述第一軸承、第二軸承沿軸向的兩側推力盤上分別設置推力傳感器。

7.根據權利要求6所述的超臨界二氧化碳TAC機組推力平衡系統，其特征在于：

還包括控制器，所述推力傳感器與控制器電連接。

8.一種超臨界二氧化碳TAC機組推力平衡控制方法，其特征在于，利用權利要求1-7任一項所述的推力平衡系統，進行如下步驟：

壓縮機出口的工質一路進入渦輪機側的第一平衡腔室，通過引氣調節機構控制流量，調節第一平衡腔室內的工質作用于電機軸的推力；另一路進入壓縮機側的第二平衡腔室，通過引氣調節機構控制流量，調節第二平衡腔室內的工質作用于電機軸的推力；其中，壓縮機與渦輪機在電機軸的兩端共軸設置，且渦輪機葉輪與壓縮機葉輪相對而設；第一平衡腔室內的工質作用于電機軸的推力與第二平衡腔室內的工質作用于電機軸的推力相反，從而調節電機軸上的合力。