CN110925033A - 一种超临界二氧化碳涡轮机推力平衡系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超临界二氧化碳涡轮机推力平衡系统及控制方法，保证推力不超容量，并实现推力轴承功耗最小。包括齿轮箱、超临界二氧化碳涡轮机、推力平衡结构，齿轮箱包括箱体、高速轴，高速轴通过径向推力联合轴承支撑于箱体，高速轴上设有主推力盘和辅推力盘与径向推力联合轴承对应配合；超临界二氧化碳涡轮机包括壳体、涡轮转子，涡轮转子包括涡轮轴，涡轮轴的一端伸出外壳体与高速轴配合固定，高速轴、涡轮轴的连接处与外壳体之间设置主干气密封，推力平衡结构包括平衡壳体、端盖和平衡干气密封，高速轴的一端穿过齿轮箱伸入平衡壳体内，高速轴、平衡壳体之间设置平衡干气密封。

Description

一种超临界二氧化碳涡轮机推力平衡系统及控制方法

技术领域

本发明涉及涡轮机技术领域，特别是涉及一种超临界二氧化碳涡轮机推力平衡系统及控制方法。

背景技术

以超临界二氧化碳为工质的闭式循环动力系统，可以大大降低涡轮机和压缩机等设备的尺寸，具有能量密度大、压缩功耗小、循环无相变、初始投资少、运行成本低的优点，被认为是未来电力系统的最佳方案。

超临界二氧化碳涡轮机是热力循环系统中将热能转换为机械能的重要部件，中等功率、高转速机组(通常指功率大于350kW，小于2mW，转速高于20000rpm)一般采用齿轮箱传动结构，不采用直驱高转速发电机结构，是因为此功率范围内高速电机存在功率限制，可靠性不佳。因此采用涡轮机直连齿轮箱，再通过齿轮减速带动普通发电机进行发电，即单端悬挂布置，此布置形式相对涡轮机与齿轮箱通过联轴器耦合布置形式可以减少机组所需轴承数量，相对齿轮箱多轴端悬挂布置可减小级间管路损失，提高机组效率。

由于超临界二氧化碳介质具有高压特点，并且单悬挂布置具有以下特点：

(1)悬挂布置导致涡轮盘受压面积增大，由进出口压差造成的推力大；

(2)涡轮叶片气动力造成的推力大；

(3)高压气体须使用干气密封，干气密封会在轴上产生由高压侧指向低压侧的巨大推力；

(4)齿轮螺旋角会在轴上产生推力。

以上四点是单悬挂式超临界二氧化碳涡轮机推力的组成部分，即使准确预测设计点推力，并平衡，但在热力系统变工况时(根据系统运行要求，变工况主要指进口压力改变，出口压力、流量，转速均不变)，以上四部分均会发生变化，造成总推力变化巨大，为了承担变工况造成的额外推力，需提高推力轴承容量，但这会导致轴承功耗增加，另一方面由于油膜轴承线速度存在限制值，因此轴承容量存在一个最大值，如果变工况时推力超出这个最大值，则会烧毁推力轴承。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种超临界二氧化碳涡轮机推力平衡系统及控制方法，通过本发明可实现在正常工况及变工况运行时推力按指定方法进行调节，保证推力不超容量，并实现推力轴承功耗最小。

本发明的目的是这样实现的：

一种超临界二氧化碳涡轮机推力平衡系统，包括齿轮箱、超临界二氧化碳涡轮机、推力平衡结构，所述齿轮箱包括箱体，以及设于箱体内的高速轴、低速轴，所述高速轴、低速轴分别通过径向推力联合轴承支撑于箱体，所述低速轴通过齿轮副与高速轴动力连接，所述低速轴的一端伸出齿轮箱，向外输出动力，所述高速轴的一端与所述超临界二氧化碳涡轮机动力连接，用于接收涡轮动力，所述高速轴的另一端设置所述推力平衡结构；

所述高速轴上设有主推力盘和辅推力盘，主推力盘和辅推力盘分别与高速轴两端的径向推力联合轴承对应配合；

所述超临界二氧化碳涡轮机包括壳体、涡轮静叶、涡轮转子，所述壳体拆分为内壳体、外壳体，所述内壳体内轴向安装所述涡轮静叶，涡轮转子包括涡轮轴以及成型于涡轮轴一端的涡轮盘，所述涡轮盘的外周面上成型有涡轮动叶，所述涡轮动叶与涡轮静叶配合，涡轮轴的一端伸出外壳体，并设置螺纹杆，所述高速轴的相向端设置内螺纹孔，螺纹杆与螺纹孔配合固定，高速轴、涡轮轴的连接处与外壳体之间设置主干气密封，

所述推力平衡结构包括平衡壳体、端盖和平衡干气密封，所述高速轴的一端穿过齿轮箱伸入平衡壳体内，所述高速轴、平衡壳体之间设置平衡干气密封；

所述主干气密封对应的外壳体上、平衡干气密封对应的平衡壳体上分别设有压力传感器，用于测量高压腔的压力。

优选地，所述主干气密封包括主干气密封动环、主干气密封静环、主干气密封动环密封，所述主干气密封动环套在涡轮轴上，通过涡轮轴上的轴肩定位，并通过螺母固定，所述主干气密封静环固定在外壳体端部，且与主干气密封动环配合，形成小间隙的密封端面，所述主干气密封动环密封设于主干气密封动环、主干气密封静环的出气端之间，所述外壳体上开有径向孔B，径向孔B位于主干气密封的进气端，用于通入主密封气，主干气密封、外壳体之间围合成高压腔A，外壳体上开径向孔A，径向孔A与高压腔A连通，径向孔A用于安装压力传感器，测量高压腔A的压力值p_A。

优选地，所述平衡干气密封包括平衡干气密封静环、平衡干气密封动环、平衡干气密封动环密封，所述平衡干气密封静环固定在平衡壳体内，所述平衡干气密封动环通过轴肩定位，并通过螺母固定在高速轴上，且与平衡干气密封静环配合形成小间隙的密封端面，所述平衡干气密封动环密封设于平衡干气密封静环、平衡干气密封动环的出气端之间，所述平衡壳体上开有径向孔C，径向孔C位于平衡干气密封的进气端，用于通入平衡干气密封的平衡气，端盖、平衡干气密封之间围合成高压腔D，端盖上开有轴向孔D，轴向孔D与高压腔D连通，轴向孔D用于安装压力传感器，测量高压腔D的压力值p_D。

优选地，所述外壳体与涡轮轴之间设有第一迷宫齿气封、第二迷宫齿气封，所述第一迷宫齿气封与涡轮盘b相邻，且通过第一密封固定环轴向固定在外壳体上，所述第二迷宫齿气封与高压腔A相邻，且通过第二密封固定环轴向固定在外壳体上；所述平衡壳体的内侧端与高速轴之间安装有迷宫齿密封。

优选地，所述径向孔B连接热力系统中的压缩机出口，径向孔B的进气压力调节至高于涡轮机进口压力；

所述径向孔C连接热力系统中的压缩机出口，端盖上开有轴向孔E，轴向孔E依次连接压力调节阀、压缩机入口，使平衡气经轴向孔E、压力调节阀回注压缩机入口，压力调节阀用于调节高压腔D的压力值p_D。

优选地，外壳体的涡轮进口处设置压力传感器，用于测量涡轮进口压力值p_in。

优选地，齿轮箱的箱体内设有油泵驱动轴，所述低速轴通过齿轮副与油泵驱动轴动力连接，所述油泵驱动轴的一端伸出齿轮箱，与油泵动力连接，用于驱动油泵，将润滑油泵入齿轮箱，对齿轮箱的润滑系统进行供油。径向推力联合轴承均为油轴承，高速轴两端的径向推力联合轴承外侧分别设有油封，用于防止润滑油外漏。

一种超临界二氧化碳涡轮机推力平衡方法，包括：

压力监测：

径向孔A处压力传感器，测得高压腔A压力为p_A；轴向孔D处压力传感器，测得高压腔D压力为p_D；涡轮进口处压力传感器，测得涡轮进口压力为p_in；

高速轴受力计算：

涡轮端力F₁包括压差作用力、叶片气动作用力，通过气动计算，得出与入口压力p_in对应的合力F₁，并拟合出F₁随进口压力p_in变化的一条线性曲线；关系式：

F₁＝K₁*p_in+C₁

式中：K₁—比例常数，C₁—定常数；

主干气密封推力F₂与主干气密封受压面积A₂与主密封腔压力p_A相关，p_A值与涡轮入口压力p_in相关，得到F₂随进口压力p_in变化的一条线性曲线，关系式：

F₂＝K₂*p_in+C₂

式中：K₂—比例常数，C₂—定常数；

齿轮作用力F₃与发电机输出功率P与转速n相关，发电机输出功率P与涡轮机进口压力p_in相关，且转速n不变，得到F₃随进口压力p_in变化的一条线性曲线，关系式：

F₃＝K₃*p_in+C₃

式中：K₃—比例常数，C₃—定常数；

以上三个关系式叠加，得出需平衡的推力F随进口压力p_in变化的曲线，关系式：

F＝K*p_in+C

式中：K—比例常数，C—定常数；

控制方式：

平衡干气密封推力F₄与高压腔D的压力值p_D以及干气密封推力面积A₄相关，则压力p_D与平衡干气密封推力F₄呈线性相关，通过调节高压腔D的压力值p_D，对应调节F₄，设定推力轴承容量为|F_T|，则主推力面上推力为|F_T|，辅推力面推力为-|F_T|，F₄与F的合力满足：-|F_T|≤F₄+F≤|F_T|，即-F-|F_T|≤F₄≤-F+|F_T|。

优选地，F₄的取值范围为：-F_|F_T|_min≤F₄≤-F_|F_T|_max，式中，F_T|_min为高速轴两端的径向推力联合轴承运行稳定所需轴向力最小值，|F_T|_max为高速轴两端的径向推力联合轴承所能承受轴向力最大值。

优选地，采用以下三种方式之一进行调节：恒推力连续调节、变推力连续调节以及变推力分段调节，高压腔D的压力值p_D的调节方式由关系式

确定，式中：K′—比例常数，C′—定常数，均由平衡干气密封的结构尺寸决定。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

通过本发明实现在正常工况及变工况运行时推力按指定方法进行调节，保证推力不超容量，并实现推力轴承功耗最小。

附图说明

图1是齿轮箱传动悬挂式超临界二氧化碳涡轮机结构示意图；

图2是涡轮机端结构示意图；

图3是齿轮箱高速轴结构示意图；

图4是推力平衡端结构示意图；

图5是高速涡轮轴推力组成及控制原理示意图；

图6是F₁-p_in、F₂-p_in、F₃-p_in曲线图；

图7是F-p_in曲线图；

图8是F₄-p_in曲线图；

图9是F₄-p_in在允许推力变化范围内的曲线图；

图10是F₄-p_in变推力分段调节曲线图；

图11是F₄-p_in变推力连续调节曲线图；

图12是F₄-p_in恒推力连续调节曲线图。

附图标记

附图中，1-低速轴；2-油泵；3-低速油封；4-低速后轴承；5-油泵驱动齿轮；6-油泵从动齿轮；7-油泵联接轴；8-齿轮箱体；9-大齿轮；10-低速前轴承；11-低速轴封板；12-连接环；13-外壳体；14-内壳体；15-平衡壳体；16-端盖；17-固定环；18-第二级静叶；19-第一级静叶；20-整体涡轮轴；20a-外伸螺纹杆；20b-涡轮盘；21-第一密封固定环；22-第一迷宫齿气封；23-第二迷宫齿气封；24-第二密封固定环；25-主干气密封动环密封；26-主干气密封动环；27-主干气密封静环；28-主干气密封紧固螺母；29-高速前油封；30-高速前轴承；31-高速轴；31a-主推力盘；31b-小齿轮；31c-辅推力盘；31d-高速轴内螺纹孔；32-高速后轴承；33-高速后油封；34-平衡壳体迷宫齿密封；36-平衡干气密封动环；37-平衡干气密封动环密封；38-平衡干气密封紧固螺母；39-压力调节阀。

具体实施方式

参见图1-图5，一种超临界二氧化碳涡轮机推力平衡系统。包括齿轮箱、超临界二氧化碳涡轮机、推力平衡结构，压力检测与PLC控制器，可实现推力的控制，保护推力轴承；

所述齿轮箱内通过轴承支撑设有高速轴31、低速轴1、油泵驱动轴7，所述低速轴1分别通过齿轮副与高速轴31、油泵驱动轴7动力连接，所述低速轴1的一端伸出齿轮箱，向外输出动力，所述高速轴31的一端与超临界二氧化碳涡轮机动力连接，用于接收涡轮动力，所述油泵驱动轴7的一端伸出齿轮箱，与油泵2动力连接，用于驱动油泵，高速轴31上成型有主推力盘31a和辅推力盘31c，推力盘外侧分别套有一个径向-推力一体油轴承，即高速前轴承30和高速后轴承32，用于支撑高速轴31以及承受高速轴推力，高速前轴承30和高速后轴承32外侧分别套有一个迷宫齿密封，即高速前油封29和高速后油封33，防止润滑油外漏，高速轴31右侧轴端设内螺纹孔31d，用于连接涡轮轴20的伸出螺纹杆20a，高速轴31最左侧轴端伸出，作为推力平衡结构干气密封动环36套装并固定处；

低速轴1中间热套大齿轮9，大齿轮9左侧热套有油泵驱动齿轮5，低速轴1上两处轴肩作为推力面，轴肩外侧分别套有一个径向-推力一体油轴承，即低速后轴承4和低速前轴承10，用于支撑低速轴1以及承受低速轴推力，低速轴1输出端套有迷宫齿密封，即低速油封3，防止润滑油外漏；

油泵联接轴7(图中未画出)最右侧套有油泵从动齿轮6，油泵驱动齿轮5带动油泵从动齿轮6转动，并通过油泵联接轴7驱动油泵2转动，将润滑油泵入齿轮箱，对润滑系统进行供油；

超临界二氧化碳涡轮机，所述超临界二氧化碳涡轮机包括壳体、定子、转子、主干气密封，迷宫齿密封；

壳体拆分为内壳体14、外壳体13和连接环12，内壳体14内轴向安装定子(涡轮静叶)，即第一级静叶环19和第二级静叶环18，并通过右侧静叶固定环17压紧在内壳体14的台阶面上；转子是两级动叶整体式涡轮轴20(以下简称涡轮轴，具有涡轮动叶)，动叶与静叶交替排列，共同作为热功转换部件，涡轮轴20左端套有主干气密封动环26，通过涡轮轴20上的轴肩定位，并使用螺母28固定，主干气密封动环26径向外侧有主干气密封动环密封25，主干气密封动环26左侧是涡轮轴20的外伸螺纹杆20a，拧紧在高速轴31右端面螺纹孔31d内，传递涡轮轴功率；外壳体13最左侧端部安装有主干气密封静环27，与涡轮轴20上的主干气密封动环26一起形成密封端面，外壳体13上开有径向孔B，通入主密封气，主密封气取自热力系统中压缩机出口，并调节使其压力稍高于涡轮机进口压力；主干气密封动环26右侧外壳体13上轴向安装有第二迷宫齿气封23，通过第二密封固定环24轴向固定，隔离主密封气与涡轮机内超临界二氧化碳，外壳体13上开径向孔A，安装压力传感器，测量主干气密封动环26与第二迷宫齿气封23之间高压腔的压力值p_A，外壳体13与涡轮盘20b之间轴向安装有第一迷宫齿气封22，通过第一密封固定环21轴向固定在外壳体13上，主密封气从孔B进入，一部分通过密封端面泄露，另一部分经过主干气密封动环密封25，再沿涡轮轴20，经过第二迷宫齿密封23和第一迷宫齿密封22回注到涡轮机壳体内；外壳体13右侧端面与内壳体14相连，共同组成超临界二氧化碳涡轮机的进排气壳，进气方式为周向进气，轴向排气，外壳体13左侧固定在连接环12上，连接环12固定在齿轮箱体8上；

推力平衡结构，所述推力平衡结构包括平衡壳体15、端盖16和平衡干气密封，平衡壳体右端安装有迷宫齿密封34，平衡壳体15内部轴向安装平衡干气密封静环35，平衡干气密封动环36通过轴肩定位，并使用螺母38固定在高速轴31左侧伸出段上，平衡干气密封动环36径向外侧有平衡干气密封动环密封37，动静环一起形成密封端面，平衡壳体15上开有径向孔C，通入平衡气，平衡气通常取自热力系统中压缩机出口；端盖16安装在平衡壳体15左端，端盖上开有轴向孔E，平衡气经孔E回注压缩机入口，端盖16上还开有轴向孔D，安装压力传感器，测量平衡干气密封动环36与端盖16之间高压腔压力p_D，压力调节阀39用于调节平衡干气密封动环36与端盖16之间高压腔压力p_D；

所述热力系统是以超临界二氧化碳为工质的闭式循环动力系统，由涡轮机、压缩机组成，组成方式与现有技术相同。

一种超临界二氧化碳涡轮机推力平衡方法，包括：

压力监测与PLC控制器

如前所述，压力监测包括：外壳体13上孔A处压力传感器，测得压力为p_A；端盖15上孔D处压力传感器，测得压力为p_D；涡轮进口管道上压力传感器，测得涡轮进口压力为p_in；

涡轮端力F₁与涡轮进口压力p_in呈线性相关；主干气密封推力F₂与孔A处压力p_A以及干气密封推力面积A₂(定值)相关，且主干气密封推力F₂与p_A呈线性相关，另p_A随着p_in的变化线性改变，则主干气密封推力F₂与涡轮进口压力p_in呈线性相关；齿轮轴向推力F₃与发电机功率P，以及转速n相关，由于涡轮机转速不变，且发电机功率P随进口p_in的变化线性改变，则齿轮轴向推力F₃与涡轮进口压力p_in呈线性相关；推力轴承容量为|F_T|，则主推力面上推力为|F_T|，辅推力面推力为-|F_T|(方向向左)；

F₁、F₂、F₃、|F_T|输入PLC控制器，输出平衡干气密封推力F₄；平衡干气密封推力F₄与孔D处压力p_D以及干气密封推力面积A₄(定值)相关，则压力p_D与平衡干气密封推力F₄呈线性相关，因此可通过调节孔E后侧压力调节阀39来调节压力p_D，从而达到调节F₄的目的；

以下为详细工作原理：

(1)F₁由两部分组成：压差作用力、叶片气动作用力，通过气动计算，得出每一入口压力p_in对应的合力F₁，并拟合出F₁随进口压力p_in变化的一条线性曲线；关系式：

F₁＝K₁*p_in+C₁

式中：K₁—比例常数，C₁—定常数；均由涡轮气动参数和结构尺寸决定；

函数曲线见图6；

(2)主干气密封推力F₂，其值与主干气密封受压面积A₂与主密封腔压力p_A相关，p_A值稍与涡轮入口压力p_in相关，可得出F₂与p_in的关系式：

F₂＝K₂*p_in+C₂

式中：K₂—比例常数，C₂—定常数；均由主干气密封结构尺寸决定；

函数曲线见图6；

(3)齿轮作用力F₃，其值与发电机输出功率P与转速n相关，发电机输出功率P与涡轮机进口压力p_in相关，且转速n不变，可得关系式：

F₃＝K₃*p_in+C₃

式中：K₃—比例常数，C₃—定常数；均由涡轮气动参数及齿轮参数决定；

函数曲线见图6；

(4)以上三个函数曲线相加，得出需平衡的推力F随进口压力p_in变化的曲线，关系式：

F＝K*p_in+C

式中：K—比例常数，C—定常数；均由机组整体结构及布置决定，即机组设计完成，K、C均为定值；

函数曲线见图7；

(5)高速轴转速高，为减小推力轴承功耗及温升，设计推力轴承容量为|F_T|，即推力平衡结构推力F₄与F的合力应满足此要求，关系式为：-|F_T|≤F₄+F≤|F_T|，即-F-|F_T|≤F₄≤-F+|F_T|；

(a)为得到平衡段推力F₄的变化范围，根据函数变换，先将函数F向上翻折得-F，再沿垂直方向平移，+|F_T|向上平移，-|F_T|向下平移，由于F₄方向只能为“+”，即向下偏移时不可越过水平轴线；由此可得F₄的取值范围，见图8中阴影区域；

(b)现进一步考虑，运行过程中推力轴承上的值|F_T|可以发生变化，但太小会导致推力轴承运行不稳定，太大增加轴承功耗直至烧毁轴承，即|F_T|_min≤|F_T|≤|F_T|_max，其取值范围如图9阴影区域所示：

运行时，推力轴承上的推力应避免出现“零点”，即反向点，且F₄尽量小，以减小推力平衡结构干气密封动环36上的受力，则选择图9中的下方阴影区域作为F₄的变化范围；

(c)在此变化范围内，F₄的变化可以使连续的，也可以是离散的，为便于PLC控制器设置控制程序，可采用三种典型方式进行调节：恒推力连续调节、变推力连续调节，变推力分段调节，见图10-图12；在调节时须注意，由于平衡力F₄是通过调节平衡气压力p_D来实现的，而平衡气取自系统，存在一个最大值，因此调节时F₄不应超过F_4lim：

(6)根据选定的F₄的变化曲线，由关系式

即可得平衡腔压力p_D的调节方式，式中：K′—比例常数，C′—定常数；均由平衡干气密封结构尺寸决定；

通过以上涡轮系统布置形式，可实现在正常工况及变工况运行时推力按指定方法进行调节，保证推力不超容量，并实现推力轴承功耗最小。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种超临界二氧化碳涡轮机推力平衡系统，其特征在于：包括齿轮箱、超临界二氧化碳涡轮机、推力平衡结构，所述齿轮箱包括箱体，以及设于箱体内的高速轴、低速轴，所述高速轴、低速轴分别通过径向推力联合轴承支撑于箱体，所述低速轴通过齿轮副与高速轴动力连接，所述低速轴的一端伸出齿轮箱，向外输出动力，所述高速轴的一端与所述超临界二氧化碳涡轮机动力连接，用于接收涡轮动力，所述高速轴的另一端设置所述推力平衡结构；

所述高速轴上设有主推力盘和辅推力盘，主推力盘和辅推力盘分别与高速轴两端的径向推力联合轴承对应配合；

所述超临界二氧化碳涡轮机包括壳体、涡轮静叶、涡轮转子，所述壳体拆分为内壳体、外壳体，所述内壳体内轴向安装所述涡轮静叶，涡轮转子包括涡轮轴以及成型于涡轮轴一端的涡轮盘，所述涡轮盘的外周面上成型有涡轮动叶，所述涡轮动叶与涡轮静叶配合，涡轮轴的一端伸出外壳体，并设置螺纹杆，所述高速轴的相向端设置内螺纹孔，螺纹杆与螺纹孔配合固定，高速轴、涡轮轴的连接处与外壳体之间设置主干气密封，

所述推力平衡结构包括平衡壳体、端盖和平衡干气密封，所述高速轴的一端穿过齿轮箱伸入平衡壳体内，所述高速轴、平衡壳体之间设置平衡干气密封；

所述主干气密封对应的外壳体上、平衡干气密封对应的平衡壳体上分别设有压力传感器，用于测量高压腔的压力。

2.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳涡轮机推力平衡系统，其特征在于：所述主干气密封包括主干气密封动环、主干气密封静环、主干气密封动环密封，所述主干气密封动环套在涡轮轴上，通过涡轮轴上的轴肩定位，并通过螺母固定，所述主干气密封静环固定在外壳体端部，且与主干气密封动环配合，所述主干气密封动环密封设于主干气密封动环、主干气密封静环的出气端之间，所述外壳体上开有径向孔B，径向孔B位于主干气密封的进气端，用于通入主密封气，主干气密封、外壳体之间围合成高压腔A，外壳体上开径向孔A，径向孔A与高压腔A连通，径向孔A用于安装压力传感器，测量高压腔A的压力值p_A。

3.根据权利要求2所述的一种超临界二氧化碳涡轮机推力平衡系统，其特征在于：所述平衡干气密封包括平衡干气密封静环、平衡干气密封动环、平衡干气密封动环密封，所述平衡干气密封静环固定在平衡壳体内，所述平衡干气密封动环通过轴肩定位，并通过螺母固定在高速轴上，所述平衡干气密封动环密封设于平衡干气密封静环、平衡干气密封动环的出气端之间，所述平衡壳体上开有径向孔C，径向孔C位于平衡干气密封的进气端，用于通入平衡干气密封的平衡气，端盖、平衡干气密封之间围合成高压腔D，端盖上开有轴向孔D，轴向孔D与高压腔D连通，轴向孔D用于安装压力传感器，测量高压腔D的压力值p_D。

4.根据权利要求3所述的一种超临界二氧化碳涡轮机推力平衡系统，其特征在于：所述外壳体与涡轮轴之间设有第一迷宫齿气封、第二迷宫齿气封，所述第一迷宫齿气封与涡轮盘b相邻，且通过第一密封固定环轴向固定在外壳体上，所述第二迷宫齿气封与高压腔A相邻，且通过第二密封固定环轴向固定在外壳体上；所述平衡壳体的内侧端与高速轴之间安装有迷宫齿密封。

5.根据权利要求3所述的一种超临界二氧化碳涡轮机推力平衡系统，其特征在于：所述径向孔B连接热力系统中的压缩机出口，径向孔B的进气压力调节至高于涡轮机进口压力；

所述径向孔C连接热力系统中的压缩机出口，端盖上开有轴向孔E，轴向孔E依次连接压力调节阀、压缩机入口，使平衡气经轴向孔E、压力调节阀回注压缩机入口，压力调节阀用于调节高压腔D的压力值p_D。

6.根据权利要求3所述的一种超临界二氧化碳涡轮机推力平衡系统，其特征在于：外壳体的涡轮进口处设置压力传感器，用于测量涡轮进口压力值p_in。

7.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳涡轮机推力平衡系统，其特征在于：齿轮箱的箱体内设有油泵驱动轴，所述低速轴通过齿轮副与油泵驱动轴动力连接，所述油泵驱动轴的一端伸出齿轮箱，与油泵动力连接，用于驱动油泵，将润滑油泵入齿轮箱，对齿轮箱的润滑系统进行供油。径向推力联合轴承均为油轴承，高速轴两端的径向推力联合轴承外侧分别设有油封，用于防止润滑油外漏。

8.一种超临界二氧化碳涡轮机推力平衡方法，其特征在于，包括：

压力监测：

径向孔A处压力传感器，测得高压腔A压力为p_A；轴向孔D处压力传感器，测得高压腔D压力为p_D；涡轮进口处压力传感器，测得涡轮进口压力为p_in；

高速轴受力计算：

涡轮端力F₁包括压差作用力、叶片气动作用力，通过气动计算，得出与入口压力p_in对应的合力F₁，并拟合出F₁随进口压力p_in变化的一条线性曲线；关系式：

F₁＝K₁*p_in+C₁

式中：K₁—比例常数，C₁—定常数；

主干气密封推力F₂与主干气密封受压面积A₂与主密封腔压力p_A相关，p_A值与涡轮入口压力p_in相关，得到F₂随进口压力p_in变化的一条线性曲线，关系式：

F₂＝K₂*p_in+C₂

式中：K₂—比例常数，C₂—定常数；

齿轮作用力F₃与发电机输出功率P与转速n相关，发电机输出功率P与涡轮机进口压力p_in相关，且转速n不变，得到F₃随进口压力p_in变化的一条线性曲线，关系式：

F₃＝K₃*p_in+C₃

式中：K₃—比例常数，C₃—定常数；

以上三个关系式叠加，得出需平衡的推力F随进口压力p_in变化的曲线，关系式：

F＝K*p_in+C

式中：K—比例常数，C—定常数；

控制方式：

平衡干气密封推力F₄与高压腔D的压力值p_D以及干气密封推力面积A₄相关，则压力p_D与平衡干气密封推力F₄呈线性相关，通过调节高压腔D的压力值p_D，对应调节F₄，设定推力轴承容量为|F_T|，则主推力面上推力为|F_T|，辅推力面推力为-|F_T|，F₄与F的合力满足：-|F_T|≤F₄+F≤|F_T|，即-F-|F_T|≤F₄≤-F+|F_T|。

9.根据权利要求8所述的一种超临界二氧化碳涡轮机推力平衡方法，其特征在于：F₄的取值范围为：-F-|F_T|_min≤F₄≤-F-|F_T|_max，式中，|F_T|_min为高速轴两端的径向推力联合轴承运行稳定所需轴向力最小值，|F_T|_max为高速轴两端的径向推力联合轴承所能承受轴向力最大值。

10.根据权利要求8或9所述的一种超临界二氧化碳涡轮机推力平衡方法，其特征在于：采用以下三种方式之一进行调节：恒推力连续调节、变推力连续调节以及变推力分段调节，高压腔D的压力值p_D的调节方式由关系式

确定，式中：K′—比例常数，C′—定常数，均由平衡干气密封的结构尺寸决定。

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