[发明专利]涡轮冷却结构及方法、布雷顿发电循环系统

说明书

本发明提供一种涡轮冷却结构及方法、布雷顿发电循环系统。涡轮冷却结构包括3个以上涡轮盘，各涡轮盘上设置有多个正向平衡孔及反向平衡孔，正向平衡孔的孔内气流方向与涡轮主流气体流向相同，反向平衡孔的孔内气流方向与涡轮主流气体流向相反，末级涡流盘反面的反向平衡孔沿径向开有与末级排气连接段空心腔相通的引气槽，末级涡流盘反面的正向平衡孔沿径向开有与涡轮盘缘相通的引气槽，首级涡轮盘正面的正向平衡孔及反向平衡孔均开有与首级进气连接段空心腔相通的引气槽，相邻的涡轮盘的正向平衡孔相互连通且反向平衡孔相互连通。本发明可以在有限的空间内显著增加冷却气体与涡轮盘的接触面积，有助于改善冷却效果，确保涡轮长期安全稳定工作。

技术领域

本发明涉及发电技术领域，特别是涉及一种涡轮冷却结构及方法，以及一种布雷顿发电循环系统。

背景技术

闭式氦气布雷顿循环是以氦气为工质的高温核能理想的热功转换系统，通过直接或间接方式与堆芯结合，可广泛应用于气冷快堆、钍基熔盐堆、超高温气冷堆等多种四代高温核能堆型及未来高温核裂变堆型。与传统核能发电装置相比，闭式氦气布雷顿循环具有结构紧凑、发电效率高、安全性高等特点，在堆芯出口温度达到950℃时，理论发电效率可达50％。

从热力循环角度，布雷顿循环包括绝热压缩、等压加热、绝热膨胀及等压冷却四个热力过程。通常为了提高循环效率，还可进行回热和间冷。闭式氦气布雷顿循环发电系统的核心设备主要包括低压压气机、高压压气机、涡轮、预冷器、间冷器及回热器等。其中，涡轮设备是将高温、高压氦气的能量转换成机械能(电能)的关键部件，属于典型的热端部件，与航空发动机及地面燃气轮机类似，氦气涡轮为了能保证高强度工作要求，需要对其涡轮盘进行冷却处理。然而，相比于空气工质的涡轮而言，氦气工质可压缩性差，需要大幅提升压气机转速来达到设计压比，这也增大了与氦气压气机同轴氦气涡轮的转速，进而增大了氦气涡轮盘离心负荷，加之其工作环境温度较高，最终会降低氦气涡轮盘的安全运行系数。因此，对涡轮冷却结构和方法进行改进，以确保氦气涡轮盘能长期安全稳定工作实属必要。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种涡轮冷却结构及方法，以及一种布雷顿发电循环系统，以改善涡轮盘的冷却效果，确保氦气涡轮盘能长期安全稳定工作等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种涡轮冷却结构，所述涡轮冷却结构包括3个以上涡轮盘，各涡轮盘上设置有多个正向平衡孔及多个反向平衡孔，正向平衡孔的孔内气流方向与涡轮主流气体流向相同，反向平衡孔的孔内气流方向与涡轮主流气体流向相反，其中，末级涡流盘反面的反向平衡孔沿径向开有与末级排气连接段空心腔相通的引气槽，末级涡流盘反面的正向平衡孔沿径向开有与涡轮盘缘相通的引气槽，首级涡轮盘正面的正向平衡孔及反向平衡孔均开有与首级进气连接段空心腔相通的引气槽，相邻的涡轮盘的正向平衡孔相互连通且反向平衡孔相互连通。

可选地，各涡轮盘上的正向平衡孔和反向平衡孔均为4个，且正向平衡孔和反向平衡孔在涡轮盘的同一圆周面上均匀间隔且交替排布。

可选地，中间级涡轮盘的正、反面及首级涡轮盘的反面、末级涡轮盘正面的所有平衡孔均未开引气槽。

可选地，所述涡轮盘为5个以上。

可选地，所述涡轮冷却结构还包括若干环状定位盘，定位盘一一对应设置于相邻的涡轮盘之间，定位盘上对应设置有将相邻的涡轮盘的正向平衡孔和反向平衡孔分别连通的开孔。

可选地，所述定位盘的外端面为U型状，定位盘的内端面设置有与开孔相通，用于将冷却气体引入定位盘的盘腔内的开口。

可选地，所述涡轮冷却结构还包括若干引气环，引气环与定位盘过盈连接，以将中间级的涡轮盘的反向平衡孔相连通。