[发明专利]径流透平轴向力自适应调控方法

说明书

本发明的目的在于提供径流透平轴向力自适应调控方法，若透平背面环形腔室压力较小，则推力方向指向电机侧；若透平背面环形腔室压力较大，则推力方向指向透平侧。通过实时监测透平入口压力、透平出口压力、透平背面环形腔室压力的数值，计算径流透平轴向力。若轴向力指向电机侧，且数值超过预警值，则开启引流控制阀，轴向力逐渐减小到允许值；若轴向力指向透平侧，且数值超过预警值，则关闭引流控制阀，并开启抽气泵，轴向力逐渐减小到允许值。本发明采用主动控制透平背面环形腔室压力的方法，以达到主动调控轴向力的目的，可平衡90％以上的轴向力，大大降低了高速推力轴承的设计难度。

技术领域

本发明涉及的是一种透平控制方法，具体地说是透平轴向力控制方法。

背景技术

近年来，在有机朗肯循环(ORC)、S-CO₂布雷顿循环、Kalina循环及余压余能等发电装置中，高速一体化集成发电机组以其体积小、重量轻、功率密度大、效率高、工质零泄漏等特点得到越来越广泛的应用。高速一体化集成发电机组主要由高速主轴、径流透平、高速发电机、高速磁悬浮/气浮轴承等部件组成。由于主轴转速很高，推力轴承的推力盘直径大小受风磨损失、材料强度、转子动平衡性能等影响有所限制，而推力轴承的承载能力与推力盘大小直接相关。

由于推力轴承的承载能力有限，而径流透平两侧压差产生的轴向力总是大于推力轴承的承载能力，因此必须采取其它措施来平衡轴向力，目前行业内多采用平衡孔或平衡盘等方法。

平衡孔是指在叶轮的后盖板上靠近轮毂的地方开一圈小孔，以减小叶轮背面环形室与叶轮流道之间的压差，从而减小轴向力。但是，在叶轮上开平衡孔不仅降低了叶轮的强度，而且气流从平衡孔流入或流出叶轮流道时会影响流场，增大流道损失，降低气动效率和抗汽蚀性能。

平衡盘安装在主轴上，可利用两侧气体的压差产生的轴向推力来部分抵消转子轴向力，但是平衡盘的设置既增加风磨损耗，又增大了主轴长度和重量，降低了刚度。

可以看出，不管是平衡孔还是平衡盘，都会对机组带来诸多负面影响，而且只能抵消部分轴向力，同时其变工况适应性差，不能主动调控。

发明内容

本发明的目的在于提供在不改变叶轮及主轴结构的情况下，实时监测轴向力大小，通过在叶轮背面环形腔室主动引入或导出气流来改变叶轮两侧压差，达到主动调控轴向力目的的径流透平轴向力自适应调控方法。

本发明的目的是这样实现的：