CN107620614B - 一种高温高压超临界流体轴端冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温高压超临界流体轴端冷却系统，包括阶梯轮盘、主轴、机匣、梳齿密封、干气密封、轴承、冷气进口、冷气出口、冷气支路调阀，所述系统通过借助轮盘两侧的冷却气体和干气密封处的冷却气体，沿着压力梯度先后使冷气经过主轴的高压端外表面、低压端外表面和主轴内表面，充分的利用了冷却气体，在主轴的内外表面形成定向流动，带着主轴上的热量，使主轴的温度均匀降低，减小主轴上的热应力，提高了中小功率等级超临界流体透平主轴的安全性和冷气利用效率。

Description

一种高温高压超临界流体轴端冷却系统

技术领域

本发明涉及超临界流体轴端冷却系统，尤其涉及一种高温高压超临界二氧化碳透平的流体轴端冷却系统。

背景技术

在高设计参数的中小功率等级的超临界二氧化碳透平的设计过程中，透平转子极易出现局部热应力过大的情况，且超过了现有材料的承受极限，降低超临界二氧化碳透平的使用寿命，且在透平启动工况、运行工况和紧急事故工况转子断裂的危险系数增大。尚无现有技术可以解决高设计参数中小功率等级的超临界二氧化碳透平转子局部温度梯度过大的设计难题。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种用于中小功率等级的高温高压超临界流体轴端冷却系统，充分的利用了冷却气体，在主轴的内外表面形成定向流动，带着主轴上的热量，使主轴的温度均匀降低，减小主轴上的热应力，提高了中小功率等级超临界流体透平主轴的安全性和冷气利用效率。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种高温高压超临界流体轴端冷却系统，包括套在主轴3中部的阶梯轮盘2，分别设置在阶梯轮盘2和主轴3的高压侧和低压侧的高压侧阶梯机匣1a和低压侧阶梯机匣1b，在高压侧阶梯机匣1a和低压侧阶梯机匣1b与阶梯轮盘2和主轴3之间区域构成了冷气通道腔室，在冷气通道腔室的高压侧阶梯机匣1a和低压侧阶梯机匣1b上设置有若干梳齿密封10；在靠近阶梯轮盘2和主轴3的高压侧位置附近区域依次设置有高压侧阶梯机匣1a、高压侧冷气进口5a、高压侧冷气出口6a、高压侧干气密封进口7a和高压侧轴承9a；在靠近阶梯轮盘2和主轴3低压侧位置附近区域，依次设置有低压侧阶梯机匣1b、低压侧冷气进口5b、低压侧冷气桥接通道6c、低压侧冷气出口6b、低压侧干气密封进口7b和低压侧轴承9b；所述高压侧冷气进口5a和低压侧冷气进口5b通过冷气支路调阀8与高压冷气源相连，高压侧干气密封进口7a和低压侧干气密封进口7b均与高压冷气源相连；所述高压侧冷气出口6a通过冷气支路调阀8与低压侧冷气桥接通道6c相连，低压侧冷气出口6b通过冷气支路调阀8与设置在主轴3内部的主轴中空通道4的一端相连，冷气从低压侧冷气出口6b流出后从主轴中空通道4的一端流入，从主轴中空通道4的另一端流出。

所述主轴3的高压侧和低压侧分别由高压侧轴承9a和低压侧轴承9b支撑，由高压侧轴承9a和低压侧轴承9b处的润滑油冷却。

所述主轴3的外表面存在旋转方向相反的螺纹。

本发明的有益效果在于：

本发明用于中小功率等级的高温高压超临界流体轴端冷却系统，通过借助阶梯轮盘2两侧从高压侧冷气进口5a和低压侧冷气进口5b流入的冷却气体和高压侧干气密封进口7a和低压侧干气密封进口7b处的冷却气体，沿着压力梯度先后使冷气经过主轴3的高压端外表面、低压端外表面和主轴内表面，充分的利用了冷却气体，在主轴3的内外表面形成定向流动，带走主轴3上的热量，使主轴3的温度均匀降低，降低主轴3上的热应力，提高了中小功率等级超临界流体透平主轴的安全性和冷气利用效率，此外在主轴3的高压侧和低压侧外表面设有旋转方向相反的螺纹，具有增大换热面积、降低冷气的流量、充分与冷气换热的效果。

附图说明

图1是本发明所述高温高压超临界流体轴端冷却系统的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1所示，本发明高温高压超临界流体轴端冷却系统，包括高压侧阶梯机匣1a和低压侧阶梯机匣1b、阶梯轮盘2、主轴3、主轴中空通道4、高压侧冷气进口5a和低压侧冷气进口5b、高压侧冷气出口6a和低压侧冷气出口6b、冷气桥接支路6c、高压侧干气密封进口7a和低压侧干气密封进口7b、冷气支路调阀8、高压侧轴承9a和低压侧轴承9b和梳齿密封10，所述阶梯轮盘2套在主轴3中部，在高压侧阶梯机匣1a和低压侧阶梯机匣1b与阶梯轮盘2和主轴3之间区域构成了冷气通道腔室，在冷气通道腔室的高压侧阶梯机匣1a和低压侧阶梯机匣1b上设置有若干梳齿密封10，在靠近阶梯轮盘2和主轴3的高压侧位置附近区域依次设置有高压侧阶梯机匣1a、高压侧冷气进口5a、高压侧冷气出口6a、高压侧干气密封进口7a和高压侧轴承9a，在靠近阶梯轮盘2和主轴3低压侧位置附近区域，依次设置有低压侧阶梯机匣1b、低压侧冷气进口5b、低压侧冷气桥接通道6c、低压侧冷气出口6b、低压侧干气密封进口7b和低压侧轴承9b，所述高压侧冷气进口5a和低压侧冷气进口5b通过冷气支路调阀8与高压冷气源相连，高压侧干气密封进口7a和低压侧干气密封进口7b均与高压冷气源相连，所述高压侧冷气出口6a通过冷气支路调阀8与低压侧冷气桥接通道6c相连，低压侧冷气出口6b通过冷气支路调阀8与主轴3的主轴中空通道4的一端相连，冷气从低压侧冷气出口6b流出后从主轴中空通道4的一端流入，从主轴中空通道4的另一端流出。所述主轴3的外表面存在旋转方向相反的螺纹。所述主轴3的高压侧和低压侧分别由高压侧轴承9a和低压侧轴承9b支撑，由高压侧轴承9a和低压侧轴承9b处的润滑油冷却。

本发明高温高压超临界流体轴端冷却系统的工作原理如下：

在工作时，本发明所述的用于中小功率等级高温高压超临界流体轴端冷却系统，通过借助阶梯轮盘2两侧从高压侧冷气进口5a和低压侧冷气进口5b流入的冷却气体和高压侧干气密封进口7a和低压侧干气密封进口7b处的冷却气体，沿着压力梯度先后使冷气经过主轴3的高压端外表面、低压端外表面和主轴内表面，充分的利用了冷却气体，在主轴3的内外表面形成定向流动，带走主轴3上的热量，使主轴3的温度均匀降低，降低主轴3上的热应力，提高了中小功率等级超临界流体透平主轴的安全性和冷气利用效率，此外在主轴3的高压侧和低压侧外表面设有旋转方向相反的螺纹，具有增大换热面积、降低冷气的流量、充分与冷气换热的效果。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种高温高压超临界流体轴端冷却系统，其特征在于：包括套在主轴（3）中部的阶梯轮盘（2），分别设置在阶梯轮盘（2）和主轴（3）的高压侧和低压侧的高压侧阶梯机匣（1a）和低压侧阶梯机匣（1b），在高压侧阶梯机匣（1a）和低压侧阶梯机匣（1b）与阶梯轮盘（2）和主轴（3）之间区域构成了冷气通道腔室，在冷气通道腔室的高压侧阶梯机匣（1a）和低压侧阶梯机匣（1b）上设置有若干梳齿密封（10）；在靠近阶梯轮盘（2）和主轴（3）的高压侧位置附近区域依次设置有高压侧阶梯机匣（1a）、高压侧冷气进口（5a）、高压侧冷气出口（6a）、高压侧干气密封进口（7a）和高压侧轴承（9a）；在靠近阶梯轮盘（2）和主轴（3）低压侧位置附近区域，依次设置有低压侧阶梯机匣（1b）、低压侧冷气进口（5b） 、低压侧冷气桥接通道（6c）、低压侧冷气出口（6b）、低压侧干气密封进口（7b） 和低压侧轴承（9b）；所述高压侧冷气进口（5a）和低压侧冷气进口（5b）通过冷气支路调阀（8）与高压冷气源相连，高压侧干气密封进口（7a）和低压侧干气密封进口（7b）均与高压冷气源相连；所述高压侧冷气出口（6a）通过冷气支路调阀（8）与低压侧冷气桥接通道（6c）相连，低压侧冷气出口（6b）通过冷气支路调阀（8）与设置在主轴（3）内部的主轴中空通道（4）的一端相连，冷气从低压侧冷气出口（6b） 流出后从主轴中空通道（4）的一端流入，从主轴中空通道（4）的另一端流出；

所述主轴（3）的高压侧和低压侧分别由高压侧轴承（9a）和低压侧轴承（9b）支撑，由高压侧轴承（9a）和低压侧轴承（9b）处的润滑油冷却；

所述主轴（3）的外表面存在旋转方向相反的螺纹。

Images