[發明專利]一種渦輪系統及推力平衡方法

有效

• 申請號: 202211388480.4
• 申請日: 2022-11-08
• 公開（公告）號: CN115419471B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 葉綠;黃彥平;陳堯興;臧金光;劉光旭
• 申請（專利權）人: 中國核動力研究設計院
• 主分類號: F01D15/10
• 分類號: F01D15/10;F01D11/00;F01D5/02;F01D13/00
• 代理公司: 北京東方億思知識產權代理有限責任公司 11258
• 代理人: 尹紅敏

本申請提供的一種渦輪系統及推力平衡方法，包括電機、兩個旋轉組件和密封組件，電機包括電機主體以及與電機主體連接并向電機主體的兩端延伸的轉子；兩個旋轉組件分別設置于轉子的兩端；密封組件設置于每個旋轉組件靠近電機主體的一側，密封組件包括殼體和密封環，殼體套設于每個轉子的外周，殼體的內部形成有二氧化碳工質腔，二氧化碳工質腔被密封環分隔為高壓區和低壓區，位于電機主體兩側的密封組件的密封環沿轉子的徑向與低壓區的接觸面積不相同；從而導致位于電機主體兩側的密封組件中的低壓區對密封環產生的軸向閉合力不相同，從而產生大小不同且方向相反的軸向推力，并最終形成一定的軸向合力對渦輪系統所受到的推力進行平衡。

技術領域

本申請屬于渦輪設備技術領域，尤其涉及一種渦輪系統及推力平衡方法。

背景技術

超臨界二氧化碳渦輪系統以超臨界二氧化碳為工質，具備能量密度高、結構緊湊的特點，其工作在高轉速、高壓力運行環境下，致使渦輪系統需承受高密度高壓超臨界工質帶來的大推力，因而保證渦輪系統軸向的推力平衡是確保系統安全可靠運行的關鍵。

目前，在超臨界二氧化碳渦輪系統中，通常主要通過設置推力軸承來平衡系統所受到的推力。但是，推力軸承本身的承載能力受線速度限制，考慮到推力軸承的結構強度問題，推力軸承的線速度應控制在合理的范圍內。尤其對于超臨界二氧化碳渦輪系統，由于其運行轉速高，導致推力盤尺寸受限，直接影響了推力軸承的承載能力。在渦輪系統運行過程中，對推力的控制與平衡非常重要，尤其是在變工況運行時，推力情況變化復雜、控制難度大，可能出現推力軸承承載能力無法滿足渦輪系統軸向負載，造成部件或設備的物理損壞甚至導致安全事故的發生。

因此，亟需一種新型的渦輪系統，以解決上述問題。

發明內容

本申請實施例提供一種渦輪系統及推力平衡方法，處于超臨界二氧化碳環境中，能夠對其所受到的推力進行靈活的調節。

第一方面，本申請實施例提供一種渦輪系統，包括：電機，包括電機主體以及與電機主體連接并向電機主體的兩端延伸的轉子；兩個旋轉組件，分別設置于轉子的兩端；密封組件，設置于每個旋轉組件靠近電機主體的一側，密封組件包括殼體和密封環，殼體套設于每個轉子的外周，殼體的內部形成有二氧化碳工質腔，二氧化碳工質腔被密封環分隔為高壓區和低壓區，位于電機主體兩側的密封組件的密封環沿轉子的徑向與低壓區的接觸面積不相同。

作為一個具體的實施方式，殼體對應高壓區的位置開設有注氣口，殼體對應低壓區的位置開設有泄漏口。

作為一個具體的實施方式，在轉子的作業狀態下，位于電機主體兩側的密封組件的注氣口的注氣壓力不相同。

作為一個具體的實施方式，渦輪系統還包括固定設置于密封組件的注氣口的流量檢測器及壓力檢測器(圖未示出)。

作為一個具體的實施方式，密封環包括配合設置的動環137、靜環和補償環，動環和靜環之間形成氣壓間隙，氣壓間隙遠離轉子的一端與高壓區連通，氣壓間隙靠近轉子的一端與低壓區連通，位于電機主體兩側的密封組件的靜環沿轉子的徑向與低壓區的接觸面積不相同。

作為一個具體的實施方式，靜環靠近轉子的表面包括第一表面、第二表面和第三表面，第一表面與第二表面相交，第二表面與第三表面相交，且第一表面與第三表面平行，位于電機主體兩側的密封組件的靜環的第二表面的面積不同。

作為一個具體的實施方式，補償環包括彈簧座、推環和彈簧，彈簧座與靜環遠離動環的一側面圍合形成補償腔，推環設置于補償腔中，推環的一側連接于靜環，推環的另一側通過彈簧連接于彈簧座。

作為一個具體的實施方式，密封組件還包括靜環密封圈和動環密封圈，靜環密封圈設置于靜環和推環之間，動環密封圈設置于動環遠離靜環的一側。

作為一個具體的實施方式，旋轉組件包括旋轉本體和設置于旋轉本體內的主動軸承，主動軸承用于在轉子處于停止狀態時承受密封組件產生的軸向推力。