[发明专利]一种双轴紧凑式超临界二氧化碳透平

说明书

本发明公开了属于发动机领域的一种双轴紧凑式超临界二氧化碳透平；其中包括平行设置且具有独立轴结构的高压轴和低压轴；其中高压轴为高压轴流透平、高压轴流压缩机和高压侧启动电机的共用轴；低压轴上为低压轴流透平、低压轴流压缩机和低压侧启动电机的共用轴；发电机通过变速装置与高压轴相连，储气罐的出口，低压轴流压缩机的入口、低压轴流压缩机的出口、高压轴流压缩机的入口、高压轴流压缩机的出口、加热装置的入口、加热装置的出口、高压轴流透平的入口、高压轴流透平的出口和储气罐的入口顺序相连形成回路。本发明采用平行双轴结构的紧凑式透平装置，替代现有蒸汽朗肯动力循环汽轮机，有效提高热循环效率，减少透平设备的体积和质量。

技术领域

本发明属于发动机技术领域，具体为一种双轴紧凑式超临界二氧化碳透平。

背景技术

CO₂无色、无味、无毒，具有较好的化学稳定性和核物理性质，广泛存在于大气中，储量丰富，廉价易得，被认为是最具应用前景的能量传输和能量转换工质之一。超临界二氧化碳是指温度达到31.1℃，压力达到7.38MPa时的状态，此时二氧化碳不再是理想气体，变成了一种非常稠密的流体，具有近似液体的高密度和近似气体的低粘度，流动性好，传热效率高，做功能力强。且二氧化碳临界温度和压力远低于水的临界点，容易达到超临界状态，有利于工程应用。

目前，大部分发电厂及动力装置都采用蒸汽动力朗肯循环，常用的透平装置一般采用由锅炉加热的过热蒸汽作为工质来推动叶片旋转做功，将水蒸气的内能转换为机械能。但随着额定功率的增大，对透平材料耐高温、耐高压，耐腐蚀的要求越来越高，而且由于水蒸气的固有属性，透平的整体尺寸增加很明显，布置收到空间限制较大，增加了投资成本。

因此急需一种新型的以超临界二氧化碳为工质的紧凑式透平装置，采用平行双轴结构，充分利用二氧化碳在超临界状态下的特殊优势。透平所需级数少，轴向尺寸缩短，叶轮直径很小，结构更紧凑，管路附件尺寸小，设备的体积和重量大幅度减少，结构简单，附属设备少，便于安装，制造和运行成本大大减少。

发明内容

针对背景技术中存在的问题，本发明基于超临界二氧化碳布雷顿循环，整合现有技术的优势，提出了一种双轴紧凑式超临界二氧化碳透平，其特征在于，包括：平行设置且具有独立轴结构的高压轴和低压轴；其中高压轴为高压轴流透平、高压轴流压缩机和高压侧启动电机的共用轴，高压轴流透平、高压轴流压缩机和高压侧启动电机具有相同的转速；低压轴为低压轴流透平、低压轴流压缩机和低压侧启动电机的共用轴，低压轴流透平、低压轴流压缩机和低压侧启动电机具有相同的转速；

发电机通过变速装置与高压轴相连，从而由高压轴带动负荷；储气罐的出口，低压轴流压缩机的入口、低压轴流压缩机的出口、高压轴流压缩机的入口、高压轴流压缩机的出口、加热装置的入口、加热装置的出口、高压轴流透平的入口、高压轴流透平的出口和储气罐的入口顺序相连形成回路。

所述高压轴上从左至右依次布置有高压侧启动电机、左侧径向轴承、高压轴流压缩机、动密封、动密封、推力轴承、动密封、动密封、高压轴流透平、右侧径向轴承和变速装置。

所述低压轴上从左至右依次布置有低压侧启动电机、左侧径向轴承、低压轴流压缩机、动密封、动密封、推力轴承、动密封、动密封、低压轴流透平和右侧径向轴承。

所述低压轴流透平的出口安装有扩压器。

所述高压轴流透平和低压轴流压缩机均透平采用多级轴流式结构级。

所述高压轴流透平的级数及低压轴流透平的级数均为四级。

所述低压轴流压缩机和高压轴流压缩机的级压比为1.6，低压轴流压缩机出口的工质压力降至7.7MPa。

在低压轴流压缩机的第一级前装设可转导叶，导叶根部装有用于调节导叶角度的小齿轮。

本发明的有益效果在于：