[發明專利]超臨界二氧化碳渦輪軸間冷卻試驗系統

在審

• 申請號: 202110487564.2
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113074025A
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 郭永獻;陳俊斌;郭朝紅;姜玉雁;梁世強;張跟勝;孫宇軒
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: F01D25/12
• 分類號: F01D25/12;F01D25/10;F01D25/16;F01D25/18;F01D11/04;F01D21/00;F01K7/32;F01K25/10
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周天宇

本公開提出一種超臨界二氧化碳渦輪軸間冷卻試驗系統，包括：轉子，沿轉子軸向方向的表面對稱開設有微型槽道，微型槽道內均布有多個測溫點；旋轉冷卻裝置，兩端具有開口，轉子穿設在旋轉冷卻裝置中與旋轉冷卻裝置形成冷卻腔；旋轉冷卻裝置上沿周向分別設有供超臨界二氧化碳進入和排出的接口；電磁加熱裝置，與旋轉冷卻裝置的一端可拆卸連接，電磁加熱裝置的內表面設有加熱腔，轉子的頭端靠近加熱腔；密封和測溫裝置，與多個測溫點電性連接；密封和測溫裝置的一端與旋轉冷卻裝置的另一端可拆卸連接，另一端與轉子的尾端配合以形成靜密封。

技術領域

本公開涉及超臨界二氧化碳布雷頓循環發電技術領域，尤指一種超臨界二氧化碳渦輪軸間冷卻試驗系統。

背景技術

超臨界二氧化碳(SCO₂)布雷頓循環發電技術以SCO₂為工質，具有優良的環境友好性和較高的能源利用率。高溫透平是SCO₂布雷頓循環發電系統的能量轉換裝置，高溫透平的性能直接影響系統循環效率。對于高溫透平，高速旋轉時的高壓動密封是直接影響透平效率的瓶頸。

相關技術中，SCO₂渦輪軸間冷卻試驗系統均采用干氣密封作為SCO₂透平的軸端動密封，然而，由于干氣密封耐溫性能差，與高溫透平結合容易因熱量積累而超溫，導致設備損壞，因此，需要在高溫透平和密封之間進行高效冷卻，迅速帶走熱量。

但是，目前尚沒有可借鑒的試驗系統用以研究SCO₂高溫透平冷卻技術。因此，需要針對SCO₂高溫透平的冷卻結構，設計適用的冷卻試驗系統，以驗證冷卻效果并研究冷卻特性。

發明內容

有鑒于此，本公開提供了一種超臨界二氧化碳渦輪軸間冷卻試驗系統，包括：轉子，沿轉子軸向方向的表面對稱開設有微型槽道，微型槽道內均布有多個測溫點；旋轉冷卻裝置，兩端具有開口，轉子穿設在旋轉冷卻裝置中與旋轉冷卻裝置形成冷卻腔；旋轉冷卻裝置上沿周向分別設有供超臨界二氧化碳進入和排出的接口；電磁加熱裝置，與旋轉冷卻裝置的一端可拆卸連接，電磁加熱裝置的內表面設有加熱腔，轉子的頭端靠近加熱腔；密封和測溫裝置，與多個測溫點電性連接；密封和測溫裝置的一端與旋轉冷卻裝置的另一端可拆卸連接，另一端與轉子的尾端配合以形成靜密封。

優選地，旋轉冷卻裝置包括冷卻內環和嵌套在冷卻內環上的冷卻外環，冷卻外環的兩端分別與電磁加熱裝置、密封和測溫裝置可拆卸連接，轉子穿設在旋轉冷卻裝置中與冷卻內環圍成冷卻腔；冷卻外環上沿周向設有多個進氣口和排氣口，以形成旋轉冷卻裝置的對外接口；冷卻內環的內表面設有進氣腔和排氣腔，在冷卻內環的進氣腔和排氣腔的周向上均布有多個氣孔，以形成冷卻腔的入口和出口，冷卻腔的入口和出口分別與冷卻外環的進氣口和排氣口連通。

優選地，冷卻外環中設置有分流槽道，分流槽道一端與冷卻腔的入口連通，另一端與冷卻外環的進氣口連通。

優選地，密封和測溫裝置包括軸承座、滑環和磁性聯軸器，其中：軸承座的兩端分別與旋轉冷卻裝置的另一端以及磁性聯軸器可拆卸連接，磁性聯軸器與轉子的尾端配合以形成靜密封；滑環安裝在軸承座的前后軸承之間，并裝設在轉子上，與多個測溫點電性連接。

優選地，軸承座中開設有多個冷卻通道。

優選地，超臨界二氧化碳渦輪軸間冷卻試驗系統還包括超臨界二氧化碳供氣循環裝置，分別與旋轉冷卻裝置上供超臨界二氧化碳進入和排出的接口連接，以實現超臨界二氧化碳循環流過冷卻腔并對轉子進行冷卻。