CN111594278A - 一种采用静密封的布雷顿循环热电转换系统 - Google Patents

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张朔婷
堵树宏
霍小东
杨长江
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Abstract

本发明公开了一种采用静密封的布雷顿循环热电转换系统，其包括有压缩机、轮机、控制电机发电机一体机定子线圈以及控制电机发电机一体机转子，还包括组合体承压外壳以及主轴，控制电机发电机一体机转子、压缩机和轮机依次固定安装在主轴上，组合体承压外壳上分别设置有压缩机气体工质入口、轮机气体工质入口、轮机气体工质出口、压缩机气体工质出口和电缆插口；本方案中的上述热电转换系统将控制电机发电机一体机转子、压缩机和轮机通过设置有的主轴同轴布置，形成一个组合旋转体，整个组合旋转体布置在一个封闭的承压外壳内，因而只需要采用在相应的连接端口处采用静密封方式便可以保证内部高压气体工质不会向外界环境泄漏。

Description

一种采用静密封的布雷顿循环热电转换系统
技术领域
本发明涉及气冷反应堆技术领域，具体涉及一种采用静密封的布雷顿循环热电转换系统。
背景技术
对于气冷反应堆，最高效的热电转换方式为采用气体工质的布雷顿循环设计，以气体工质推动轮机做功，进而带动发电机转子旋转来完成能量转化。其中气体压缩机、轮机与发电机是其中不可缺少的部件，此外为了运行状态的平稳过渡，相关的控制电机也是必须的。
在采用布雷顿循环的气体工质回路中，压缩机与轮机设计需要着重考虑轴封设计，以避免内部高压气体工质向外泄漏。目前的动密封设计必然存在泄漏量，其配套的辅助配气设备也增加了控制的复杂性。
一项公开号为CN109779706A的一种全封闭布雷顿循环热工装换装置的发明专利，其公开了一种全封闭布雷顿循环热功转换装置，其包括转子，转子上从上至下，依次垂直布置发电机转子、低压压气机转子、透平转子、高压压气机转子；发电机转子设置于上气缸内，且低压压气机转子、透平转子、以及高压压气机转子均设置在一个气缸内，各气缸与上气缸通过静密封连接且集成一体，形成一个全封闭结构，其通过气缸之间的静密封连接来实现防止介质不外流；但其整体结构相对复杂，组成部件较多。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种采用静密封的布雷顿循环热电转换系统，该热电转换系统其具备系统简单、结构紧凑，并通过采用静密封结构，可以有效避免气体工质向外界泄漏。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种采用静密封的布雷顿循环热电转换系统，所述热电转换系统包括有压缩机、轮机、控制电机发电机一体机定子线圈以及控制电机发电机一体机转子，所述热电转换系统还包括有组合体承压外壳以及主轴，所述控制电机发电机一体机转子、压缩机和轮机依次固定安装在所述主轴上，其中所述控制电机发电机一体机定子线圈、控制电机发电机一体机转子、压缩机、轮机以及主轴位于所述组合体承压外壳的密封内腔中，所述组合体承压外壳上分别设置有用于将气体工质输入到轮机中的轮机气体工质入口，用于将在轮机中做功后的气体工质排出的轮机气体工质出口，用于将气体工质输入到压缩机中的压缩机气体工质入口，用于将被压缩机压缩后的气体工质排出的压缩机气体工质出口，用于连接内部电缆和外部电缆的电缆插口，所述轮机气体工质入口、轮机气体工质出口、压缩机气体工质入口、压缩机气体工质出口、电缆插口以及组合体承压外壳密封连接处为采用静密封结构。
进一步，所述主轴其上间隔安装有多个支撑轴承。
进一步，所述组合体承压外壳为采用不锈钢材质制作而成。
与现有技术相比，本方案具有的有益技术效果为：本方案中的上述热电转换系统将控制电机发电机一体机转子、压缩机和轮机通过设置有的主轴同轴布置，形成一个组合旋转体，整个组合旋转体布置在一个封闭的承压外壳内，因而只需要采用在相应的连接端口处采用静密封方式便可以保证内部高压气体工质不会向外界环境泄漏。
附图说明
图1为本发明中热电转换系统工作原理结构示意图。
图中：
1-控制电机发电机一体机定子，2-控制电机发电机一体机转子，3-压缩机，4-轮机，5-压缩机气体工质入口，6-轮机气体工质入口，7-组合体承压外壳，8-轮机气体工质出口，9-压缩机气体工质出口，10-主轴，内部电缆11，外部电缆12，电缆插口13。
具体实施方式
下面结合说明书附图与具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
本方案是针对现有的布雷顿循环的气体工质回路中其由于为采用动密封设计，而动密封设计其必然存在泄漏量，因而其配备了辅助配气设备，而辅助配气设备其存在增加了控制的复杂性的问题，进而提出的一种采用静密封的布雷顿循环热电转换系统，该热电转换系统其具备系统简单、结构紧凑，并通过采用静密封结构，可以有效避免气体工质向外界泄漏。
参见附图1所示，本实施例中的采用静密封的布雷顿循环热电转换系统其包括有控制电机发电机一体机定子1、控制电机发电机一体机转子2、压缩机3、轮机4、压缩机气体工质入口5、轮机气体工质入口6、组合体承压外壳7、轮机气体工质出口8、压缩机气体工质出口9、主轴10、内部电缆11、外部电缆12和电缆插口13，其中控制电机发电机一体机转子2、压缩机3和轮机4由左至右依次安装在该主轴10上，以便形成控制电机发电机一体机转子2、压缩机叶片和轮机叶片同轴的结构，且控制电机发电机一体机转子2、压缩机3、轮机4、主轴10和内部电缆11都密封在上述组合体承压外壳7密封的内腔中，整个系统更加简单紧凑。本实施例中的轮机气体工质入口6和轮机气体工质出口8设置在组合承压外壳上邻近轮机4位置处，压缩机气体工质入口5和压缩机气体工质出口9设置在组合承压外壳上邻近压缩机3位置处，电缆插口13设置在组合承压外壳上邻近控制电机发电机一体机定子1位置处。控制电机发电机一体机定子1与内部电缆11连接，内部电缆11连接到电缆插口13，电缆插口13与外部电缆12连接。整个系统的密封性，为通过在压缩机气体工质入口5、轮机气体工质入口6、轮机气体工质出口8、压缩机气体工质出口9、电缆插口13以及组合体承压外壳7连接处的密封结构都采用静密封结构，可以实现密封气体工质的零泄漏。压缩机气体工质入口5、轮机气体工质入口6、轮机气体工质出口8、压缩机气体工质出口9、电缆插口13和组合体承压外壳7的连接处在正常工作时，是没有相对运动的，可以采用垫片密封或者焊接密封等静密封结构，确保密封气体工质无泄漏。
为了保证主轴10具备较好的使用强度，本实施例可以通过沿主轴10的轴向间隔设置有多个支撑轴承，通过多个支撑轴承可以对主轴10提供更好的支撑点，保证其具备更好的工作强度；此外本实施例中的上述组合体承压外壳7可以优选的采用不锈钢材质制作而成。
工作时，在调速阶段，控制电机发电机一体机定子1为电动机模式，通过调节控制电机发电机一体机定子1对控制电机发电机一体机转子2的转速进行调整，并带动主轴10旋转，气体工质由轮机气体工质入口6流入组合体承压外壳7内腔中，进入轮机4中做功，由轮机气体工质出口8流出，气体工质由压缩机气体工质入口5流入组合体承压外壳7内腔中，气体工质分为两个部分，大部分气体工质进入压缩机3，压缩机3将工质气体压缩，压缩后的工质气体由压缩机气体工质出口9流出，小部分气体工质流入控制电机发电机一体机定子1和控制电机发电机一体机转子2，对控制电机发电机一体机定子1和控制电机发电机一体机转子2进行冷却，由压缩机气体工质出口9流出，当系统参数达到目标值后，控制电机发电机一体机定子1进入发电机模式，完成系统的调速过程。
在长期稳定运行状态时，气体工质由轮机气体工质入口6流入组合体承压外壳7内腔中，进入轮机4中做功，由轮机气体工质出口8流出，气体工质由压缩机气体工质入口5流入组合体承压外壳7内腔中，气体工质分为两个部分，大部分气体工质经过压缩机3升压，由压缩机气体工质出口9流出，小部分气体工质流入控制电机发电机一体机定子1和控制电机发电机一体机转子2，对控制电机发电机一体机定子1和控制电机发电机一体机转子2进行冷却，由压缩机气体工质出口9流出，轮机4直接驱动控制电机发电机一体机转子2工作，控制电机发电机一体机定子1为发电机模式输出电能。
综上所述，本方案中的上述热电转换系统将控制电机发电机一体机转子2、压缩机3和轮机4通过设置有的主轴10同轴布置，形成一个组合旋转体，整个组合旋转体布置在一个封闭的承压外壳内，因而只需要采用在相应的连接端口处采用静密封方式便可以保证内部高压气体工质不会向外界环境泄漏。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (3)

1.一种采用静密封的布雷顿循环热电转换系统，所述热电转换系统包括有压缩机、轮机、控制电机发电机一体机定子线圈以及控制电机发电机一体机转子，其特征在于：所述热电转换系统还包括有组合体承压外壳以及主轴，所述控制电机发电机一体机转子、压缩机和轮机依次固定安装在所述主轴上，其中所述控制电机发电机一体机转子、压缩机、轮机以及主轴位于所述组合体承压外壳的密封内腔中，所述组合体承压外壳上分别设置有用于将气体工质输入到轮机中的轮机气体工质入口，用于将在轮机中做功后的气体工质排出的轮机气体工质出口，用于将气体工质输入到压缩机中的压缩机气体工质入口，用于将被压缩机压缩后的气体工质排出的气体工质出口，用于连接内部电缆和外部电缆的电缆插口，所述轮机气体工质入口、轮机气体工质出口、压缩机气体工质入口、压缩机气体工质出口、电缆插口以及组合体承压外壳密封连接处为采用静密封结构。
2.根据权利要求1所述的一种采用静密封的布雷顿循环热电转换系统，其特征在于：所述主轴其上间隔安装有多个支撑轴承。
3.根据权利要求1所述的一种采用静密封的布雷顿循环热电转换系统，其特征在于：所述组合体承压外壳为采用不锈钢材质制作而成。
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