[發(fā)明專利]渦輪冷卻結構及方法、布雷頓發(fā)電循環(huán)系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310243053.5
• 申請日: 2023-03-14
• 公開（公告）號: CN116066177A
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發(fā)明（設計）人: 張靖煊;黃偉光;張帥杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海高等研究院
• 主分類號: F01D5/08
• 分類號: F01D5/08;F01D5/06
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 盧炳瓊

本發(fā)明提供一種渦輪冷卻結構及方法、布雷頓發(fā)電循環(huán)系統(tǒng)。渦輪冷卻結構包括3個以上渦輪盤，各渦輪盤上設置有多個正向平衡孔及反向平衡孔，正向平衡孔的孔內氣流方向與渦輪主流氣體流向相同，反向平衡孔的孔內氣流方向與渦輪主流氣體流向相反，末級渦流盤反面的反向平衡孔沿徑向開有與末級排氣連接段空心腔相通的引氣槽，末級渦流盤反面的正向平衡孔沿徑向開有與渦輪盤緣相通的引氣槽，首級渦輪盤正面的正向平衡孔及反向平衡孔均開有與首級進氣連接段空心腔相通的引氣槽，相鄰的渦輪盤的正向平衡孔相互連通且反向平衡孔相互連通。本發(fā)明可以在有限的空間內顯著增加冷卻氣體與渦輪盤的接觸面積，有助于改善冷卻效果，確保渦輪長期安全穩(wěn)定工作。

技術領域

本發(fā)明涉及發(fā)電技術領域，特別是涉及一種渦輪冷卻結構及方法，以及一種布雷頓發(fā)電循環(huán)系統(tǒng)。

背景技術

閉式氦氣布雷頓循環(huán)是以氦氣為工質的高溫核能理想的熱功轉換系統(tǒng)，通過直接或間接方式與堆芯結合，可廣泛應用于氣冷快堆、釷基熔鹽堆、超高溫氣冷堆等多種四代高溫核能堆型及未來高溫核裂變堆型。與傳統(tǒng)核能發(fā)電裝置相比，閉式氦氣布雷頓循環(huán)具有結構緊湊、發(fā)電效率高、安全性高等特點，在堆芯出口溫度達到950℃時，理論發(fā)電效率可達50％。

從熱力循環(huán)角度，布雷頓循環(huán)包括絕熱壓縮、等壓加熱、絕熱膨脹及等壓冷卻四個熱力過程。通常為了提高循環(huán)效率，還可進行回熱和間冷。閉式氦氣布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的核心設備主要包括低壓壓氣機、高壓壓氣機、渦輪、預冷器、間冷器及回熱器等。其中，渦輪設備是將高溫、高壓氦氣的能量轉換成機械能(電能)的關鍵部件，屬于典型的熱端部件，與航空發(fā)動機及地面燃氣輪機類似，氦氣渦輪為了能保證高強度工作要求，需要對其渦輪盤進行冷卻處理。然而，相比于空氣工質的渦輪而言，氦氣工質可壓縮性差，需要大幅提升壓氣機轉速來達到設計壓比，這也增大了與氦氣壓氣機同軸氦氣渦輪的轉速，進而增大了氦氣渦輪盤離心負荷，加之其工作環(huán)境溫度較高，最終會降低氦氣渦輪盤的安全運行系數(shù)。因此，對渦輪冷卻結構和方法進行改進，以確保氦氣渦輪盤能長期安全穩(wěn)定工作實屬必要。

應該注意，上面對技術背景的介紹只是為了方便對本申請的技術方案進行清楚、完整的說明，并方便本領域技術人員的理解而闡述的。不能僅僅因為這些方案在本申請的背景技術部分進行了闡述而認為上述技術方案為本領域技術人員所公知。

發(fā)明內容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種渦輪冷卻結構及方法，以及一種布雷頓發(fā)電循環(huán)系統(tǒng)，以改善渦輪盤的冷卻效果，確保氦氣渦輪盤能長期安全穩(wěn)定工作等問題。

為實現(xiàn)上述目的及其他相關目的，本發(fā)明提供一種渦輪冷卻結構，所述渦輪冷卻結構包括3個以上渦輪盤，各渦輪盤上設置有多個正向平衡孔及多個反向平衡孔，正向平衡孔的孔內氣流方向與渦輪主流氣體流向相同，反向平衡孔的孔內氣流方向與渦輪主流氣體流向相反，其中，末級渦流盤反面的反向平衡孔沿徑向開有與末級排氣連接段空心腔相通的引氣槽，末級渦流盤反面的正向平衡孔沿徑向開有與渦輪盤緣相通的引氣槽，首級渦輪盤正面的正向平衡孔及反向平衡孔均開有與首級進氣連接段空心腔相通的引氣槽，相鄰的渦輪盤的正向平衡孔相互連通且反向平衡孔相互連通。

可選地，各渦輪盤上的正向平衡孔和反向平衡孔均為4個，且正向平衡孔和反向平衡孔在渦輪盤的同一圓周面上均勻間隔且交替排布。

可選地，中間級渦輪盤的正、反面及首級渦輪盤的反面、末級渦輪盤正面的所有平衡孔均未開引氣槽。

可選地，所述渦輪盤為5個以上。

可選地，所述渦輪冷卻結構還包括若干環(huán)狀定位盤，定位盤一一對應設置于相鄰的渦輪盤之間，定位盤上對應設置有將相鄰的渦輪盤的正向平衡孔和反向平衡孔分別連通的開孔。

可選地，所述定位盤的外端面為U型狀，定位盤的內端面設置有與開孔相通，用于將冷卻氣體引入定位盤的盤腔內的開口。

可選地，所述渦輪冷卻結構還包括若干引氣環(huán)，引氣環(huán)與定位盤過盈連接，以將中間級的渦輪盤的反向平衡孔相連通。