[发明专利]一种多级向心透平系统有效
申请号: | 201110108221.7 | 申请日: | 2011-04-28 |
公开(公告)号: | CN102758653A | 公开(公告)日: | 2012-10-31 |
发明(设计)人: | 陈海生;张雪辉;严晓辉;孟爱红;谭春青 | 申请(专利权)人: | 中国科学院工程热物理研究所 |
主分类号: | F01D13/02 | 分类号: | F01D13/02;F01D15/10;F01K27/00;F03G6/06 |
代理公司: | 中科专利商标代理有限责任公司 11021 | 代理人: | 周国城 |
地址: | 100190 *** | 国省代码: | 北京;11 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 多级 向心 透平 系统 | ||
1.一种多级向心透平系统,包括向心透平组、换热器、发电机、齿轮变速箱、阀门、多根轴及多根管道;其特征在于:
向心透平组包括多级向心透平,向心透平的级数为2~8级,级数的多少由能量转换系统所需完成的膨胀比的大小决定,每级是1个向心透平,或是多个向心透平,每两个向心透平共转动轴背靠背固接;各级向心透平经换热器、多根管道相通连;
多根转动轴分别与齿轮变速箱(18)连接,齿轮变速箱(18)同主轴(16)连接,并通过主轴(16)输出轴功,带动发电机(19)或其他负荷;
换热器的热源为来自于环境、或中低温余热、或太阳能集热器。
2.根据权利要求1所述的多级向心透平系统,其特征在于:所述两向心透平共转动轴背靠背固接,是第一级向心透平(2)和第二级向心透平(6)通过转动轴(17)以背靠背的方式固接,第三级向心透平(10)和第四级向心透平(14)通过转动轴(15)背靠背固接,以此类推至最后一级,当级数为奇数时,最后一级由两个向心透平组成,采用背靠背同轴的形式布置;
多根转动轴(15、17......)分别与齿轮变速箱(18)连接;
第一级向心透平(2)经管路(3)、换热器(4)、管路(5)与第二级向心透平(6)相通连;第二级向心透平(6)经管路(7)、换热器(8)、管路(9)与第三级向心透平(10)相通连;第三级向心透平(10)经管路(11)、换热器(12)、管路(13)与第四级向心透平(14)相通连,以此类推至最后一级(N),最后一级(N)向心透平的出口通大气,或接其他设备;
其流程为:
高压气体在进入多级向心透平前被加热到一定温度后,经阀门(26)、管路(1)输入第一级向心透平(2),在第一级向心透平(2)中膨胀做功后进入换热器(4),提高温度后继续进入第二级向心透平(6)膨胀做功,再经换热器(8)后继续进入第三级向心透平(10)膨胀做功,以此方式,直到最后一级透平(N)膨胀后结束,向心透平组膨胀产生的轴功通过齿轮变速箱(18)变速后由主轴(16)输出带动发电机(19)或其他负荷。
3.根据权利要求1所述的多级向心透平系统,其特征在于:所述向心透平的转子,是开式、半开式或闭式。
4.根据权利要求2所述的多级向心透平系统,其特征在于:所述高压气体,是空气、氮气、氧气、二氧化碳、天然气、氟利昂或水蒸气。
5.根据权利要求1所述的多级向心透平系统,其特征在于:所述多级向心透平系统的向心透平个数为偶数,每两个向心透平通过速度匹配具有相同的旋转速度,采用背靠背同轴的形式布置,以抵消透平叶轮的轴向力,产生的轴功由同一根轴输出。
6.根据权利要求2所述的多级向心透平系统,其特征在于:所述高压气体在进入多级向心透平之前被加热,第一级向心透平(2)进口的温度在220K~973K之间,进口压力在3bar~340bar之间;多级向心透平的膨胀比在3~340之间,最后一级(N)向心透平的排气压力接近常压,或作为其他设备的高压气源使用。
7.根据权利要求2、5或6所述的多级向心透平系统,其特征在于:所述各级向心透平的膨胀比由多级向心透平总的膨胀比和转子的轴向力共同决定,背靠背的两个向心透平的压比分布要满足轴向力大致平衡。
8.根据权利要求1所述的多级向心透平系统,其特征在于:所述换热器,是套管式、管壳式、夹套式、蓄热式、混合式或沉浸蛇管式,换热器的热源,温度在220K~973K之间。
9.根据权利要求1所述的多级向心透平系统,其特征在于:所述热源为来自于环境、或中低温余热,是工业废热、余热、大气环境、或蓄热装置。
10.根据权利要求2或6所述的多级向心透平系统,其特征在于:所述最后一级(N)向心透平出口气流作为冷源使用时,通过调节末级透平的进口温度和膨胀比来控制出口的温度。
11.根据权利要求1或2所述的多级向心透平系统,其特征在于:所述主轴(16)输出的轴功的大小,通过高压气体进口流量和温度,或通过换热器的温度和流量来控制。
12.根据权利要求1所述的多级向心透平系统,其特征在于:还包括一个三通道的阀门(27),构成三级向心透平系统,包括向心透平组(2、6、31、32),换热器(4、8),齿轮变速箱(18),发电机(19),调节阀门(26),转动轴(15、16、17),管线(1、3、5、7、20、21、22、23、28、29、30);
第二级向心透平(6)经管路(7)、换热器(8)、管路(29)与三通道的阀门(27)入口相通连,三通道的阀门(27)二出口分别与两向心透平(31、32)相通连,第三级由两个向心透平(31、32)组成,向心透平(31)、向心透平(32)的出口B、C分别通大气、或作为其他设备的高压气源使用;
运行时,第一级向心透平和第二级向心透平与前相同,不同之处在于:第三级由两个向心透平(31、32)组成,第二级向心透平(6)出口的高压空气经换热器(8)加热后,由三通道阀门(27)分成均等的两部分,一部分进入向心透平(31)中膨胀做功后排入大气,另一部分进入向心透平(32)中膨胀做功后排入大气,以此方式,使得第三级的两个向心透平(31、32)转子的轴向力抵消;输出轴功的大小,通过阀门(26)调节高压空气的流量来控制,或通过调节换热器(4、8)的换热量来控制。
当多级向心透平系统的级数为5或7时,其最后一级采用与三级向心透平系统最后一级的相同的布置形式,由两个向心透平组成,气流经三通道阀门与两个向心透平组成相通连。
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