[發(fā)明專利]超臨界二氧化碳透平機

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211524611.7
• 申請日: 2022-12-01
• 公開（公告）號: CN115559788B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 葉綠;黃彥平;陳堯興;臧金光;劉光旭;王廣義
• 申請（專利權(quán)）人: 中國核動力研究設(shè)計院
• 主分類號: F01D1/22
• 分類號: F01D1/22;F01D11/04;F01K25/10
• 代理公司: 北京東方億思知識產(chǎn)權(quán)代理有限責任公司 11258
• 代理人: 徐啟艷

本申請?zhí)峁┮环N超臨界二氧化碳透平機，包括：殼體，殼體內(nèi)形成有容納腔；轉(zhuǎn)子組件設(shè)置于容納腔中，且包括轉(zhuǎn)軸和固定于轉(zhuǎn)軸的葉輪；密封組件套設(shè)于轉(zhuǎn)軸上，密封組件包括干氣密封件和套設(shè)于干氣密封件靠近葉輪的一側(cè)的輔助密封件，輔助密封件將容納腔分為高溫區(qū)和低溫區(qū)，輔助密封件靠近轉(zhuǎn)軸的一側(cè)具有連通高溫區(qū)和低溫區(qū)的泄漏間隙，輔助密封件中有工質(zhì)流道，工質(zhì)流道包括相互連通的第一流通段和第二流通段，第一流通段與高溫區(qū)連通，第二流通段與泄漏間隙連通，位于高溫區(qū)的超臨界二氧化碳工質(zhì)通過工質(zhì)流道流入泄漏間隙中，從而使密封間隙中的低溫密封氣的溫度增加，減小低溫密封氣泄漏至高溫區(qū)后產(chǎn)生的熱應(yīng)力，防止葉輪變形或開裂。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于驅(qū)動設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種超臨界二氧化碳透平機。

背景技術(shù)

超臨界二氧化碳透平機是指在超臨界二氧化碳環(huán)境下將高溫介質(zhì)的內(nèi)能轉(zhuǎn)換為機械能的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動設(shè)備，一般通過高溫高壓的超臨界二氧化碳工質(zhì)沖擊透平機內(nèi)的葉輪，從而使葉輪轉(zhuǎn)動并驅(qū)動其他的從動設(shè)備運轉(zhuǎn)。由于透平機中的超臨界二氧化碳工質(zhì)處于高溫高壓的狀態(tài)下，因此，為了防止透平機內(nèi)部的超臨界二氧化碳工質(zhì)泄漏到外界，從而降低透平機的工作效率，必須通過密封結(jié)構(gòu)對透平機進行密封。

超臨界二氧化碳透平機運行環(huán)境苛刻，其高溫高速高壓差的運行環(huán)境對動密封部件提出了很高的要求。從當前已有的各種密封技術(shù)來看，只有干氣密封能滿足運行要求。但是，國內(nèi)外現(xiàn)有干氣密封技術(shù)僅能在中低溫（不超過270℃）環(huán)境下使用，因此干氣密封在運行過程中通入的是低溫密封氣。而所通入的低溫密封氣將分為兩部分，一部分泄漏至外界環(huán)境中，而另一部分流入透平機的葉輪內(nèi)部環(huán)境，這將引起葉輪結(jié)構(gòu)由于溫度梯度大而造成熱應(yīng)力大的問題，導致葉輪結(jié)構(gòu)不夠引發(fā)安全性的問題。

目前，雖然在干氣密封結(jié)構(gòu)和葉輪之間設(shè)置了輔助密封結(jié)構(gòu)，通過該輔助密封結(jié)構(gòu)來減少干氣密封結(jié)構(gòu)的密封氣與葉輪處的超臨界二氧化碳工質(zhì)接觸，但是在正常作業(yè)過程中，仍然會有密封氣通過輔助密封結(jié)構(gòu)泄漏到葉輪處，從而產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力并對葉輪的結(jié)構(gòu)造成影響。

發(fā)明內(nèi)容

本申請實施例提供一種超臨界二氧化碳透平機，能夠解決透平機中的因干氣密封低溫密封氣造成的熱應(yīng)力過大而影響葉輪的結(jié)構(gòu)的問題。

本申請實施例提供一種超臨界二氧化碳透平機，該超臨界二氧化碳透平機包括：殼體，該殼體內(nèi)形成有容納腔；轉(zhuǎn)子組件，轉(zhuǎn)子組件設(shè)置于容納腔中，轉(zhuǎn)子組件包括轉(zhuǎn)軸和固定于轉(zhuǎn)軸的葉輪；以及固定套設(shè)于轉(zhuǎn)軸上的密封組件，該密封組件包括干氣密封件和套設(shè)于干氣密封件靠近葉輪的一側(cè)的輔助密封件，該輔助密封件將容納腔分隔為高溫區(qū)和低溫區(qū)，葉輪位于高溫區(qū)中，輔助密封件靠近轉(zhuǎn)軸的一側(cè)具有泄漏間隙，該泄漏間隙連通高溫區(qū)和低溫區(qū)，輔助密封件設(shè)置有連通高溫區(qū)和該泄漏間隙的工質(zhì)流道，工質(zhì)流道包括相互連通的第一流通段和第二流通段，第一流通段沿轉(zhuǎn)軸的徑向延伸，第二流通段沿轉(zhuǎn)軸的軸向延伸，第一流通段與高溫區(qū)連通，第二流通段與泄漏間隙靠近低溫區(qū)的一側(cè)連通，位于高溫區(qū)的超臨界二氧化碳工質(zhì)通過工質(zhì)流道流入泄漏間隙中。

作為一個具體的實施方式，工質(zhì)流道為多個，多個工質(zhì)流道沿轉(zhuǎn)軸的周向間隔設(shè)置。

作為一個具體的實施方式，第二流通段為多個，多個第二流通段沿轉(zhuǎn)軸的軸向依次間隔設(shè)置。

作為一個具體的實施方式，第一流通段為多個，多個第一流通段沿轉(zhuǎn)軸的徑向依次間隔設(shè)置。

作為一個具體的實施方式，干氣密封件包括密封殼、靜環(huán)、動環(huán)和彈簧座，密封殼內(nèi)形成密封腔，靜環(huán)、動環(huán)和彈簧座設(shè)置于密封腔中并將密封腔分隔成為高壓區(qū)和低壓區(qū)，輔助密封件設(shè)置于密封殼靠近低壓區(qū)的一側(cè)，泄漏間隙連通低壓區(qū)和高溫區(qū)。

作為一個具體的實施方式，輔助密封件靠近泄漏間隙的一側(cè)設(shè)置有多個凸出部，多個凸出部沿轉(zhuǎn)軸的軸向間隔設(shè)置，每個凸出部凸伸至泄漏間隙。

作為一個具體的實施方式，殼體靠近高溫區(qū)的一側(cè)設(shè)置有工質(zhì)入口。