[发明专利]超临界二氧化碳TAC机组推力平衡系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种超临界二氧化碳TAC机组推力平衡系统，包括：电机，具有电机轴；涡轮机及压缩机，在电机轴沿轴向的两端共轴设置，且涡轮机叶轮与压缩机叶轮相对而设；推力平衡单元，设于涡轮机和压缩机之间，其包括设于涡轮机与电机之间的第一平衡腔室、设于压缩机与电机之间的第二平衡腔室，通过引气调节结构向两侧的平衡腔室引入工质并调节气量，且工质在两侧的平衡腔室内分别形成对电机轴方向相反的推力，实现电机轴上合力的调节。本发明采用压缩机与涡轮机的共轴设计，压缩机通过涡轮机驱动，减少了一部驱动电机，不仅结构紧凑，而且电机轴上总的合力将会减小，降低了轴承功耗，提高了效率；同时对轴向推力进行平衡和控制，确保机组安全运行。

技术领域

本发明属于动力技术领域，涉及一种超临界二氧化碳TAC机组推力平衡系统及控制方法。

背景技术

超临界二氧化碳布雷顿循环发电技术是采用超临界二氧化碳作为工质的闭式循环涡轮发电技术，是近年来快速发展起来的一项前沿技术，具有循环效率高、功率覆盖范围广(数百千瓦至数百兆瓦)、功率密度大、振动噪声小等优势。

TAC(Turbine-Alternator-Compressor，也即涡轮机-启发电机-压缩机)机组是超临界二氧化碳布雷顿发电系统中的发电核心设备，由于超临界二氧化碳的高密度特性可以大幅缩小TAC机组中压缩机和涡轮的尺寸，使叶轮机械部件结构紧凑，有利于提高动力装置能量密度。但是超临界二氧化碳压缩机、涡轮机的工作压力高，涡轮机叶轮、压缩机叶轮单侧所受推力大，容易引起轴承温升，增加轴承耗功，将降低传动效率。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提出采用压缩机与涡轮机的共轴设计，压缩机通过涡轮机驱动，减少了一部驱动电机，不仅结构紧凑，而且电机轴上总的合力将会减小，降低了轴承功耗，提高了效率。但是压缩机与涡轮机在启动、运行等过程中的推力变化不一致，容易引起轴向间隙的变化，甚至反向窜动，严重的话，会导致电机轴与机匣碰擦，影响TAC机组安全运行。所以需对轴向推力进行平衡和控制，确保TAC机组安全运行，且对TAC机组性能的影响降低到最小。因此，本发明提供一种结构紧凑，降低运行成本，便于平衡电机轴轴向推力，降低电机轴上合力大小以降低轴承功耗，提高效率的超临界二氧化碳TAC机组推力平衡系统及控制方法。

本发明的目的之一是提供一种超临界二氧化碳TAC机组推力平衡系统，所采用的技术方案如下：

一种超临界二氧化碳TAC机组推力平衡系统，包括：

电机，所述电机具有电机轴；

涡轮机及压缩机，在所述电机轴沿轴向的两端分别共轴设置，且涡轮机叶轮与压缩机叶轮相对而设；

推力平衡单元，设于所述涡轮机和所述压缩机之间；所述推力平衡单元包括设于所述涡轮机与电机之间的第一平衡腔室、设于所述压缩机与电机之间的第二平衡腔室，通过引气调节结构向第一平衡腔室与第二平衡腔室内引入工质并调节气量，且工质在第一平衡腔室和第二平衡腔室内分别形成对电机轴方向相反的推力，实现对电机轴上合力的调节。

优选的，所述电机靠近涡轮机及压缩机的两端分别设置第一轴承及第二轴承，且第一轴承及第二轴承分别置于第一轴承座、第二轴承座内；

所述第一轴承座与涡轮机之间形成第一平衡腔室，所述第二轴承座与压缩机之间形成第二平衡腔室。

进一步的，所述第一轴承座通过第一密封匣与涡轮机的外壳固定连接为一体，所述第一密封匣与电机轴之间通过第一干气密封元件固定连接，所述电机轴上在靠近涡轮机叶轮朝向电机的外表面套设有第一隔板，且所述第一隔板远离电机轴的末端与涡轮机外壳密封连接，所述第一隔板、第一干气密封元件、涡轮机外壳、第一密封匣之间围成第一平衡腔室；