CN111749738A - 一种超临界温度汽轮机及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种超临界温度汽轮机及使用方法，属于汽轮机和蒸汽透平设备的技术领域。为能提高该发电系统的有效热效率，本发明实施例提供的超临界温度汽轮机主蒸汽管道输入的蒸汽，温度明显高于水临界温度；所述超临界温度汽轮机排气管道输出的乏汽，温度必须达到水的临界温度；所述超临界温度汽轮机设备的工况区，始终都在水的临界温度以上。所述超临界温度汽轮机的排气管道连接乏汽回热器，用水泵输出的冷水冷凝高温乏汽，从而提高系统的有效热效率；另外，本发明实施例还提供一种采用缸体轴端密封的技术，以解决汽轮机或者膨胀机等旋转机械设备转轴两端泄漏的技术难题；所述汽轮机具有结构紧凑、体积小、成本低、扭矩力大等优势。

Description

一种超临界温度汽轮机及使用方法

技术领域

本发明实施例提供一种超临界温度汽轮机及使用方法，属于一种 将蒸汽能量转换成为机械功的旋转动力机械，又称蒸汽透平，包括但 不仅限于汽轮机、气动机、膨胀机、蒸汽透平机、透平膨胀机；本发 明实施例所提供超临界温度汽轮机，是一种特殊汽轮机以及这种特殊 汽轮机的特殊应用方法和新节能技术领域。

背景技术

1882年瑞典工程师拉瓦尔设计制造出了第一台单级冲动式的汽轮机， 汽轮机是一种以蒸汽为动力，并将蒸气的热能转化为机械功的旋转机械， 是现代火力发电厂中应用最广泛的原动机。汽轮机具有单机功率大、效率 高、寿命长等优点，被广泛应用在电站、船舶航海和大型工业中。

为了提高汽轮机设备的功率和效率，近一百多年我们不断在进行改进， 进气温度和压力也在不断的提高，从低温低压汽轮机到高温高压汽轮机， 再从亚临界到超临界汽轮机，汽轮机已经做到1200MW，进气温度达到 650℃，压力达到25MPa；排气温度不断的降低，纯凝式汽轮机低压缸排气 温度低至30-45℃，排气压力低至10-13kPa，人们通过不断提高汽轮机输入 的进气温度和压力，和尽可能降低汽轮机排气温度(乏汽最低温已达15℃)，由此可获得最大的焓差和最大的输出功率，这也是我们现有大型汽轮机设 备和发电系统提高有效热效率的最重要途经。

现在发电站应用的汽轮机设备输出的乏汽，温度远低于水的沸点温度 (低至约30℃以下)，排气压力也是真空压，目的是为了提高系统热效率， 尽可能多的发电输出。有得就必有失，其直接后果就是造成大量的低品位 乏汽潜热无法回收利用。例如：某高压汽轮机进汽含热量3433kJ/kg左右， 这些热量中只有约837kJ/kg是做功的，每公斤水约2240kJ/kg潜热能量是被 冷却系统的冷却水带走，损失的能量相当于5倍0℃水加热到100℃的热水所吸收的能量；冷端蕴藏大量的潜热无法利用，只能通过冷却塔等冷 却系统释放掉。全国全世界效率最高的大型超超临界火力发电机组， 发电效率也只有40％多，一般火力发电有效热效率只约35％-38％， 大型核电站机组效率约33％，大型生物质发电机组热效率约28％， 余热发电机组有效热效率约10％-20％，余热发电最低有效热效率仅 大约8％-10％左右，低温余热发电损失甚至高达70-80％以上；

这些低品位潜热能量需通过冷却塔、空冷岛等冷却设备释放到环境中 的空气或者水中，不但造成极其巨大的能量浪费，而且这些热能量释放到 环境中还将会对环境造成热污染，冷却塔释放能量同时还要蒸发大量水， 这些水蒸汽蒸发并且汇聚到一起后，就会形成大暴雨和洪灾。我们燃烧大 量的煤炭，不但造成大量发电成本；大量的煤炭燃烧后，烟囱所释放出来 的大量二氧化碳，二氧化硫等有害气体也严重破坏着我们的环境，全国全世界的发电厂都体量较庞大，因此也是形成雾霾和温室效应的一重要原因， 并造成环境变暖，冰川融化等极其严重的恶果。

我们发电就是将燃烧的煤炭热能量转为电能输出，为何要排放掉这样 巨大体量的潜热能量呢，申请人经过二十多年苦心探索，最终找到问题的 解决方法。人们为了获得更多的发电输出，不断的提高进气温度和压力， 同时尽可能的降低乏汽温度和压力，现在的发电站乏汽温度已经远远低于 其标准沸点，在获取更多发电输出同时，乏汽中也形成极其巨大的低品位 潜热能量无法被利用，只能够把潜热释放掉才能够实现乏汽冷凝成为水，同时这样做也导致汽轮机的末级叶片和次末级叶片长度增加，造成汽轮机 体积庞大，汽轮机末端需维持高度真空，末级次末级叶片容易遭受冷凝水 侵蚀等一系列的问题。本发明申请就是针对这些难题进行解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超临界温度汽轮机设备及使用方法， 申请人研究发现，通过精简和去掉汽轮机的末级叶片和次末级叶片， 使所述汽轮机排出的乏汽温度达到发电工质临界温度，乏汽潜热为0， 潜热变显热，利用水泵输出的低温冷水，就能够实现高温乏汽的冷凝。 相比传统汽轮机设备，不仅精简体积，而且降低传统汽轮机叶片过大 造成颤振断裂的几率，也提高了汽轮机设备的可靠性，同时还能降低 汽轮机的制造成本。通过所述超临界温度汽轮机设备、水泵、乏汽回 热器等设备协同作用，实现一种有效热效率很高的发电和动力系统。 所述高热效率的发电系统，没有传统朗肯循环发电系统中的冷却塔， 在提高发电效率同时，还能降低汽轮机设备体积和制造成本。

本发明实施例是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供一种超临界温度汽轮机及使用方 法，所述超临界温度汽轮机主蒸汽管道输入的高压主蒸汽，温度必须 明显高于水的临界温度；所述超临界温度汽轮机排气管道输出的乏 汽，温度必须达到或者略微高于水的临界温度；所述超临界温度汽轮 机的工况区域，始终都运行在水的临界温度以上；

进一步的，所述超临界温度汽轮机排气管道连接乏汽回热器，令 水泵输出的低温冷水，冷凝所述超临界温度汽轮机排气管道输出的高 温乏汽；所述超临界温度汽轮机是利用主蒸汽管道输入的，明显高于 水临界温度的高温主蒸汽，与所述汽轮机排气管道输出的，温度达到 或者略微高于水的临界温度的高温乏汽之间的焓差做功；所述超临界 温度汽轮机设备的工况区，始终都处在水的临界温度以上。

优选的，所述汽轮机排气管道输出的乏汽温度，也包括在临界温 度点附近的温度范围(临界温度是极其精确的数据，实际很难做到， 因此需包括临界温度点附近的温度)；所述汽轮机排气管道输出的乏 汽温度低于临界温度，乏汽中就会存在有潜热，潜热不能够进行回热， 只能够释放掉，因此造成有效热效率降低；当所述汽轮机排气管道所 输出的乏汽温度高于临界温度，潜热都为0，但是高于临界温度太多 就会造成有效做功变小，同时也造成设备和投资成本的增加，因此， 选择略微高于水(或水溶液或其他发电工质)的临界温度为最佳。

进一步的，所述超临界温度汽轮机主蒸汽管道输入的蒸汽压力， 需要低于水的临界压力；所述超临界温度汽轮机排气管道输出的乏汽 压力，需要大于标准大气压或者等于标准大气压；所述超临界温度汽 轮机的工况区和运行区间，为水临界温度以上的过热区。

传统汽轮机设备需要通过做功将乏汽温度降低到标准沸点以下 (约50℃以下)，因此，导致汽轮机末级叶片和次末级叶片很长， 造成汽轮机体积庞大，相对来说材料和制造成本较高，质量也较大。 由于所述超临界温度汽轮机排气管道输出的乏汽，温度必须达到或者 略微高于水的临界温度(约374℃)；因此，所述超临界温度汽轮机 输出端从(约374℃)临界温度点就必须被“去掉”，被去掉的部分 是水蒸汽密度比较低和汽轮机体积比较庞大的部分，去掉汽轮机输出 端临界温度以下部分，不但没有潜热形成，并且能够使汽轮机体积和 重量、以及汽轮机制造成本都得到降低。

第二方面，本发明实施例还提供一种汽轮机设备转轴两端进行缸 体轴封的系统，所述超临界温度汽轮机分为设备输入端、设备本体、 和设备输出端；所述超临界汽轮机由静止部分和转动部分构成；所述 缸体轴封系统包括输入端轴封系统和输出端轴封系统；

进一步的，所述超临界汽轮机的输入端轴封系统，包括输入端缸 体、输入端轴承和轴承座、输入端转轴、主蒸汽管道；所述输入端轴 承和轴承座，包括支撑轴承和推力轴承；

进一步的，在所述输入端轴承和轴承座的外面，还设置有绝热壳 体；所述绝热壳体分上绝热壳体和下绝热壳体；所述下绝热壳体设在 输入端轴承和轴承座位置的下汽缸内，并与下汽缸体紧密结合；所述 输入端轴承和轴承座安装在下汽缸内的所述下绝热壳体中；

进一步的，所述下绝热壳体与所述上绝热壳体设有法兰，通过所 述法兰和螺栓紧固，所述下绝热壳体与所述上绝热壳体的内腔，形成 一个密闭的绝热空间；所述输入端转轴、所述输入端轴承和轴承座， 以及润滑油，被密闭在所述绝热壳体的绝热空间内部；所述绝热壳体 包裹所述输入端转轴的接触位置，设置有绝热壳体密封，所述绝热壳 体密封阻止绝热壳体内的轴承润滑油从绝热壳体密封处对外泄漏。

所述绝热壳体的上绝热壳体与下绝热壳体通过所述法兰和螺栓 紧固，其内部形成一个密闭的绝热空间，并在所述上绝热壳体顶部设 置有润滑油注入孔，令所述轴承和轴承座的绝热空间内注入润滑油；

优选的，所述绝热壳体还包括有与所述绝热壳体相连的润滑油输 出管道、润滑油过滤器、润滑油冷却器和润滑油泵；所述润滑油泵输 出的低温高压润滑油经润滑油输入管道输至所述绝热壳体内的轴承 和轴承座；

优选的，所述润滑油过滤器、润滑油冷却器和润滑油泵设置在所 述超临界温度汽轮机的缸体外部；(或设在超临界温度汽轮机缸体内， 再通过一组换热器与外界换热，达到降低润滑油温度目的)

优选的，所述超临界温度汽轮机的缸体内，还设有润滑油温度探 头、润滑油压力探头、润滑油量探头，及汽轮机缸体内的压力探头；

优选的，所述超临界温度汽轮机主蒸汽管道与所述输入端绝热壳 体之间，还设置有轴封，所述绝热壳体与所述轴封之间，还设置有输 入端预留空间或者管道，所述输入端预留空间或者管道设在所述汽轮 机的下汽缸中，储存从绝热壳体密封处泄漏出来的润滑油，并通过第 一管道阀门将所述泄漏出来的润滑油排出。

进一步的，所述超临界温度汽轮机的输出端，包括有汽轮机排气 管道、输出端缸体、输出端轴承和轴承座、联轴器、和发电机；

优选的，所述汽轮机，将输出端轴承和轴承座，以及联轴器和发 电机，均隐藏设置到所述超临界温度汽轮机的输出端缸体内；

进一步的，所述超临界温度汽轮机的输入端，所述超临界温度汽 轮机的输出端，均隐藏和设置到所述超临界温度汽轮机的缸体内部， 用所述汽轮机的缸体高度密闭性结构进行转轴两端的轴端密封，避免 发电工质蒸汽从所述超临界温度汽轮机转轴两端的轴封处泄漏。

值得注意的是，本发明实施例所提供的技术方案，还可应用到其 他旋转设备和需防止泄漏的产品上。该技术相对较独立，因此也属于 本发明实施例所提供的，具有独立技术特征。在引用这些技术特征时， 也需要得到申请人认可。

第三方面，本发明实施例为能够更好的说明所述超临界温度汽轮 机设备具有实用性、新颖性和创造性，也为更好的进行理解，本发明 实施例还提供一种超临界温度汽轮机设备的特殊使用方法；

具体包括如下步骤：

包括依次连通的水箱、水泵、乏汽回热器低温管道、锅炉、所述 超临界温度汽轮机、乏汽回热器高温管道构成；所述乏汽回热器高温 管道出口连接所述水箱，形成一个闭环回路；其中，所述超临界温度 汽轮机主蒸汽管道与所述锅炉出口的主蒸汽管道连通；所述超临界温 度汽轮机排气管道与所述乏汽回热器的高温管道入口连通；

值得注意的是，所述水箱存储的发电工质为标准大气压下，沸点 温度大于零摄氏度的液体介子，包括但不仅限于水或者水溶液；所述 水箱单独设置，或者与所述乏汽回热器组合到一起；

所述锅炉为与高温热源进行换热的主要设备，包括并不局限于火 电锅炉、核电锅炉、生物质锅炉、太阳光热发电热交换装置、高温余 热锅炉、高温烟气换热器、高温液体热交换器的任意一种或多种组合；

所述锅炉、所述超临界温度汽轮机、所述乏汽回热器选用耐高温 材料；所述锅炉、所述超临界温度汽轮机壳体外设置有绝热层。

值得注意的是，所述超临界温度汽轮机属于一种将蒸汽能量转换 成为机械功的旋转动力机械，又称蒸汽透平，包括但不仅限于汽轮机、 气动机、膨胀机、蒸汽透平机、和透平膨胀机；

进一步的，所述乏汽回热器高温管路连通所述汽轮机排气管道出 口，所述乏汽回热器低温管路连通所述水泵出口；用所述水泵输出的 低温冷水，冷凝所述乏汽回热器高温管路中的高温乏汽成为液体水； 所述乏汽回热器拥有较高的换热效率，单独设置在所述超临界温度汽 轮机输出端或者与所述超临界温度汽轮机组合到一起；

可选的，所述乏汽回热器或所述乏汽回热器高温管道出口与所述 水箱之间或者所述水箱与所述水泵之间，还设置有冷却器；所述冷却 器的作用是与环境中的空气或冷水换热，将高温乏汽中多余的热能量 释放掉；所述冷却器单独设置，或者在乏汽回热器外壳和/或所述水 箱外壳上设散热片，对环境中空气或冷水释放乏汽中多余热能。

可选的，在所述超临界温度汽轮机排气管道输出压力较大的情况 下，所述乏汽回热器高温管道出口与所述水箱之间或者所述水箱与所 述水泵之间，还设置有节流降压装置；所述节流降压装置包括但不仅 限于节流阀、截止阀、膨胀阀、或者膨胀机。

第四方面，所述超临界温度汽轮机属于一种将蒸汽能量转换成为 机械功的旋转动力机械，又称蒸汽透平，包括但不仅限于汽轮机、气 动机、膨胀机、蒸汽透平机、和透平膨胀机；

因此，所述超临界温度汽轮机及使用方法还包括一种蒸汽透平， 包括但不仅限于膨胀机、气动机、蒸汽透平机、透平膨胀机；所述超 临界温度膨胀机主蒸汽管道输入的高压主蒸汽，温度必须明显高于发 电工质的临界温度；所述超临界温度膨胀机排气管道输出的乏汽，温 度必须达到发电工质的临界温度；所述超临界温度膨胀机设备的工况 区域，始终处在所述发电工质的临界温度以上；

进一步的，所述超临界温度膨胀机排气管道连接乏汽回热器，令 泵输出的低温发电工质(如水或水溶液)，冷凝所述超临界温度膨胀 机排气管道输出的高温乏汽；所述超临界温度膨胀机是利用主蒸汽管 道输入的明显高于临界温度的高温主蒸汽，与所述膨胀机排气管道输 出的，温度达到发电工质临界温度的高温乏汽之间的焓差做功；

值得注意的是，所述超临界温度膨胀机和所述超临界温度汽轮机 都是属于一种蒸汽透平机械，与汽轮机只是具体本体结构略有不同； 膨胀机主要应用于小型的发电设备或者空分设备中，设备成本也相对较高。 在本发明实施例中，所述超临界温度膨胀机的输入端、输出端，管道 连接方法和使用方法以及参数，与所述超临界温度汽轮机都是完全相同，因此也属于本发明实施例所提供的范畴；

第五方面，本发明实施例为能够更好的说明所述超临界温度汽轮 机(或膨胀机)设备具有实用性、新颖性和创造性，同时也为更好的 理解所述超临界温度汽轮机(或膨胀机)设备的使用方法，本发明实 施例还提供一种超临界温度汽轮机(或膨胀机)设备使用方法的工艺； 包括如下步骤：

所述水箱中储存的发电工质为约20℃环境温度冷水，通过所述 水泵提升压力，流经所述乏汽回热器低温管路，并输送至所述锅炉中 加热形成高压蒸汽，蒸汽温度明显高于水的临界温度，达到430℃以 上或者500℃以上，输送至所述超临界温度汽轮机主蒸汽管道中，驱 动所述超临界温度汽轮机高速旋转和对外做功；

所述超临界温度汽轮机排气管道输出的乏汽，温度必须达到或者 略微高于水约374℃的临界温度，潜热为0，所述汽轮机排气管道连 接乏汽回热器高温管道，令乏汽回热器低温管道中的约20℃冷水， 冷凝所述汽轮机排气管道输出的约374℃临界温度的高温乏汽；

所述超临界温度汽轮机排气管道输出的乏汽，温度必须达到或者 略微高于水约374℃的临界温度，潜热为0，所述乏汽回热器低温管 路中的约20℃冷水与高温乏汽换热后，冷水温度被提升到接近临界 温度，达到约370℃，换热器有0.5℃以上的换热温差；

所述乏汽回热器高温管道中约374℃的高温乏汽，失去热能后， 输出口温度降低到约35℃，冷凝成为水通过所述冷却器或者乏汽回 热器外壳和/或水箱外壳散热，将约35℃的温水散热冷却后，温度冷 到约20℃的原始冷水温度后，返回到水箱中备用；

水箱中储存的约20℃冷水，通过水泵加高压到所述乏汽回热器 的低温管路，与所述超临界温度汽轮机排气管道输出到乏汽回热器高 温管道中的约374℃高温乏汽充分的换热；由此导致，所述乏汽回热 器低温管道出口的温度达到约370℃，有0.5℃以上的管道换热温差； 再输送至所述锅炉中加热，主蒸汽温度达到430℃以上或500℃以上， 继续输送至所述超临界温度汽轮机主蒸汽管道中，驱动所述超临界温 度汽轮机高速旋转和做功，输出机械能或带动发电机旋转输出电能； 如此不断的循环和发电；所述发电系统或动力系统属于自冷却系统， 没有朗肯循环中大量释能的冷却塔，因此该系统有效热效率很高；

所述超临界温度汽轮机排气管道输出的乏汽，温度必须达到或者 略微高于水的约374℃临界温度；所述超临界温度汽轮机设备工况区， 始终都在发电工质水的约374℃临界温度以上，并且利用所述超临界 温度汽轮机主蒸汽管道输入的约500℃以上主蒸汽，与达到374℃的 高温乏汽两者之间的焓差进行做功和发电。

本发明实施例的有益效果是：

传统火力发电、生物质发电、余热发电采用的朗肯循环发电系统， 汽轮机设备输出的乏汽温度，一般低于水的沸点温度(低至约30℃以下)， 排气压力也是真空压，目的是为了提高系统热效率，尽可能多的发电输出。 造成冷端大量的潜热无法利用，只能通过冷却塔等冷却系统释放掉， 导致系统有效热效率仅约30％，损失高达70％左右；

例如某高压汽轮机进汽含热量3433kJ/kg左右，这些热量中大约只有 837kJ/kg是做功的，每公斤水约2240kJ/kg潜热能量是被冷却系统的冷却水 带走，损失的能量相当于是5倍0℃水加热到100℃的热水所吸收的能量； 这是一个非常巨大的能量损失和浪费。世界效率最高的大型超超临界火 力发电机组，发电效率也只有40％多，一般火力发电机组有效热效率 只约35％-38％，大型核电站机组效率约33％，大型生物质发电机组 热效率约28％，余热发电机组有效热效率仅约10％-20％，余热发电 中最低的有效热效率仅8％-10％左右，能量损失可高达约70-80％；

另外还有，汽轮机缸体静止不动，汽轮机转子的转速非常快，高速旋 转的转轴与静止不动的缸体之间需要进行密封，否则汽轮机输入的超高压 蒸汽就会顺着汽轮机转轴外泄，且泄漏压力很大。另外，高温高压蒸汽还 会冲击到安装在汽轮机轴端的轴承和轴承座，造成汽轮机轴承润滑油乳化， 将造成汽轮机的轴承失去润滑而损坏，危及到整个汽轮机安全运行。

汽轮机需要设置有轴封系统，传统的轴封有齿形汽封、布莱登汽封、 蜂窝式汽封、刷子汽封、柔齿汽封、弹性齿汽封；高压进气端虽装有轴封， 但是仍然不能够避免蒸汽通过轴封进行外漏，传统大型汽轮机设备轴端的 泄漏量每小时可以达到10吨以上；为减少泄漏损失把高压端轴封分成若干 段，每段之间留有一定空室，再将这些空室中漏汽按照其压力的不同，通 过管道分别引至不同的地方加以利用。

所述自密封系统比较复杂，汽轮机启动和停机过程中，高压端轴封没 蒸汽，则需要引用经过减温减压的新蒸汽，同时送入到高压端和低压端轴 封中，达到80％左右负荷后再结合自密封等系统，整个轴封系统相当复杂。 其余少量漏气再经过几道轴封片后，由信号管排放至大气，运行中可通过 观察信号管的冒汽情况来监视轴封工作的好坏。

传统汽轮机设备所安装的气封系统需很精密，与汽轮机转轴过近 会形成磨蹭甚至损坏，与转轴间隙过大就会导致蒸汽大量泄漏。即使 汽轮机设备的气封系统在不断的革新改进，漏气问题仍然得不到彻底 的解决，尤其小型汽轮机设备，轴端漏气问题仍然比较严重。

汽轮机缸体的高密闭性能远超过汽轮机设备轴端气封的密闭性， 但是传统汽轮机不放置在缸体内的原因是担心高温蒸汽进入润滑油， 会导致润滑油的高温乳化。同时还担心润滑油泄漏进入到蒸汽系统， 从而导致蒸汽系统的污染。因此，即使汽轮机气封系统非常的复杂、 精密、成本也高，实际操作过程中也存在着与汽轮机的转轴过近会形 成磨蹭损坏，间隙过大会导致蒸汽大量泄漏，但仍被广泛采用。

这也现有汽轮机轴端密封技术面临的矛盾。只能够尽可能的做到 极致，尽可能泄漏最小，但在实践中，操作的技术人员担心轴端气封 与汽轮机的转轴过近会形成磨蹭和损坏，故一般都没有能够按照轴端 气封设计的要求进行精密调节，故导致泄漏现象严重。

汽轮机设备外缸体的高度密封性能，要远超过汽轮机轴端气封的 密闭性。为了更好的控制润滑油温度，本发明实施例还采用增加轴承 与汽轮机主蒸汽管道(和排气管道)的距离，用两者之间距离和在两 者之间设置多重绝热层和绝热结构，降低蒸汽温度对轴承产生影响； 以保证轴承和润滑油系统的温度始终都保持在正常范围之内。

由于轴承和润滑都在汽轮机缸体的内部，因此，轴承润滑油的压 力与汽轮机缸体内部压力差很小，因此安装润滑油密封可有效的避免 润滑油泄漏出来污染汽轮机进气端主蒸汽管道(或者排气管道)的发 电工质；除了设置多重绝热层和绝热结构外，所述润滑系统还设置有 润滑油温度的控制调节装置，所述润滑油温度控制调节装置为浸在润 滑油中的换热管道及其冷却系统构成，换热管道内的工质温度可根据 润滑油需要的温度进行调节，所述换热管道与外界进行换热。

进一步地，还包括有外部油管与缸体内润滑系统的连接装置，所 述连接装置与缸体内的压力实现平衡后，对缸体内润滑系统进行补充 或更换润滑油。通过以上多重措施，在汽轮机设备的缸体内，轴承和 润滑油被密闭在一个单独小空间里，轴承与汽轮机进气主蒸汽管道和 出气排气管道存在着距离，利用两者之间距离和在两者之间设多重绝 热层和绝热结构，确保轴承和润滑油绝对的安全和温度可控制。

即使汽轮机中存在高温的水蒸汽，也不会对一个严格封闭的轴承 润滑油多重绝热、多重密封的系统产生多少影响，在汽轮机缸体没有 出现破裂和严重泄漏情况下，高温高压蒸汽因两边的压力完全平衡， 一般是不能够进入到轴承和润滑油这个多重封闭的系统中来，同时两 者间又设置多重绝热层和多重密封措施，缸体内压力为相同，高温高 压蒸汽很难到轴承这边来，同时润滑油也很难泄漏出去。

为了更好的保证轴承和润滑油温度恒定，润滑油系统还在轴承和 润滑油封闭的空间里设置有换热管道和跟外部换热的温度控制系统， 即使汽轮机蒸汽温度很高，通过保持一定的轴承距离和多重绝热层、 多重绝热结构和密封，确保润滑油和轴承温度保持恒定。

优选的，所述绝热壳体还包括有与所述绝热壳体相连的润滑油输 出管道、润滑油过滤器、润滑油冷却器和润滑油泵；所述润滑油泵输 出的低温高压润滑油经润滑油输入管道送至所述绝热壳体内的轴承 和轴承座；所述润滑油过滤器、润滑油冷却器和润滑油泵设在所述超 临界温度汽轮机的缸体外部(或设置在所述汽轮机的缸体内)；

另外，所述超临界温度汽轮机的缸体内，还设有润滑油温度探头、 润滑油压力探头、润滑油量探头，以及汽轮机的缸体内部压力探头；

可选的，所述超临界温度汽轮机主蒸汽管道与输入端所述绝热壳 体之间，还设置有轴封，所述绝热壳体与所述轴封之间，还设有输入 端预留空间或者管道，所述输入端预留空间或者管道设在下汽缸中， 储存从绝热壳体密封处泄漏出来的润滑油，并通过第一管道阀门将所 述泄漏出来的润滑油排出。

还有为轴承润滑油系统单独设计的冷却系统，即使汽轮机外缸体 的高度密闭结构被破坏，高温高压蒸汽也只能大量的对缸体外泄漏， 想进入多重密闭和重重保护的轴承系统，短时间内想破坏轴承润滑， 并影响到汽轮机轴承润滑系统的温度，难度很大。采用以上多重技术 方法，用缸体高度密闭性结构，就能够很好的解决气封泄漏的难题， 不但如此，还能降低所述汽轮机设备的制造成本和体积。

本发明实施例提供的所述超临界温度汽轮机，主蒸汽管道输入的 高压主蒸汽温度，必须明显高于水的临界温度；所述汽轮机排气管道 输出的乏汽温度，必须达到或者略微高于水的临界温度，由此令乏汽 潜热为零，潜热变显热；用水泵输出的冷水，冷凝所述汽轮机排气管 道输出的高温乏汽；所述发电系统或动力系统属于自冷却系统，没有 朗肯循环中大量释能的冷却塔，因此该系统有效热效率很高；效率可 以高达到70％，能量损失仅约30％左右；相比传统汽轮机设备，不 仅精简体积，而且降低传统汽轮机叶片过大造成颤振断裂的几率，也 提高了汽轮机设备的可靠性，同时还能降低汽轮机的制造成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中 所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发 明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通 技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图 获得其他相关的附图；这是很容易做到的。

图1为一种传统汽轮机设备示意图，用作参考和做对比使用；

图2为本发明实施例提供的一种汽轮机排气管道乏汽达到临界 温度(374℃，潜热为0)的超临界温度汽轮机结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种采用外缸体进行轴端密封的超 临界温度汽轮机结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种采用外缸体进行轴端密封，乏汽 达到临界温度(374℃，潜热为0)的超临界温度汽轮机结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种超临界温度汽轮机设备的使用 方法的结构示意图

图6为在图5基础上增加一个冷却器；

1、超临界温度汽轮机设备部分的图标：

(膨胀机设备和相关的蒸汽透平设备与汽轮机只是设备本体略不同， 对本发明实施例特征来说改动是相同的，因此不再过多重复赘述)

20-汽轮机主蒸汽管道；21-汽轮机排气管道；101-汽轮机转轴； 102-绝热壳体；103-输入端轴承和轴承座；104-轴封；105-汽轮机设 备缸体；106-转子叶轮；107-汽轮机隔板；108-输出端轴封；9-输出 端绝热壳体；10-输出端轴承和轴承座；11-联轴器；12-发电机；13- 第三管道阀门；14-第三管道出口；15-第二管道出口；16-第二管道阀 门；17-输出端预留空间或管道；18-输出端预留隔热区；19-输入端预 留隔热区；22-绝热壳体密封；23-输入端预留空间或管道；24-第一管 道阀门；25-第一管道出口；26-润滑油输出管道；27-润滑油储存器； 28-润滑油过滤器；29-润滑油冷却器；30-润滑油泵；31-润滑油高压 输入管道；32-输出端绝热壳体密封；

2、超临界温度汽轮机设备使用方法部分的图标：1-水箱；2-水泵； 300-乏汽回热器；301-乏汽回热器低温管路；302-乏汽回热器高温管 路；4-锅炉；5-超临界温度汽轮机；6-发电机；7-冷却器；

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结 合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是 全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件 可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨 在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施 例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性 劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此， 一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行 进一步定义和解释。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、 “上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、 “外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系， 或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于 描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具 有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描 述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求 部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方 向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平， 而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限 定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可 以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连 接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相 连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言， 可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地 从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例而了解。本发 明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图 中所特别指出的结构来实现和获得。

图1为一种传统汽轮机设备示意图，用作参考和做对比使用；并 且也是为了在结构上更好的进行对比；

如图1所示，传统汽轮机设备，汽轮机转轴101两端的轴承，包 括输入端轴承和轴承座103，及输出端轴承和轴承座10，以及联轴器 11和发电机12，一般都设置在汽轮机设备缸体105的外部；汽轮机 转轴101两端的轴端密封，是通过输入端轴封104和输出端轴封108来实现，发电厂大型汽轮机轴封，蒸汽泄漏量可达10吨/小时。

为尽可能多的获得焓降，尽可能多发电，发电厂一般会采取提高 输入温度(因材料等限制不能继续提高)；因此发电厂就不断的降低 汽轮机设备的输出温度，让传统汽轮机设备尽可能的多做功。

如图1所示，举例：也是常用参数，汽轮机主蒸汽管道20输入 的蒸汽温度为535℃，蒸汽在汽轮机设备中做功，温度也不断的降低， 当温度降到图1中所标记的374℃临界温度位置，潜热为0，当蒸汽 温度低于临界温度，蒸汽中便开始形成汽化潜热，随着乏汽温度降低， 蒸汽中所蕴藏的汽化潜热值也将越来越大，传统汽轮机设备为尽可能 获得焓降和温差；尽可能降低排气压力，汽轮机排气管道21的压力 已经进入到真空的区域，大型汽轮机设备末端，真空度已达到约90％ (已快接近100％真空)，需要有真空泵来维持汽轮机设备末端高度 真空。由于汽轮机设备末端为高度真空状态，因此乏汽温度很低，如 图1所示50℃(大型汽轮机的乏汽温度已经降到约30℃甚至更低)， 虽然已经降到100℃标准沸点以下，由于汽轮机末端高度真空，因此 仍然为气体，但是湿度增加容易损坏汽轮机末级和次末级叶轮；同时， 这种乏汽蕴藏的汽化潜热非常巨大。因乏汽温度非常低，不能对水回热，巨大的低品位潜热能量，只能通过冷却塔系统释放掉，发电厂将锅炉燃烧 产生的绝大部分能量，被冷却塔循环系统释放到环境之中。

这也是我们路过发电厂时，能够看到发电厂有很多个很粗大的巨型冷 却塔的缘故，发电厂将约70％左右锅炉燃烧煤炭所产生的热能量释放掉。 有些余热发电效率仅10％左右，大约90％左右能量都通过冷却塔系统释放， 非常可惜。本发明实施例就是针对以上弊端，将以上数据扭转，实现 绝大部分能量转为电能，发电输出高达70％左右，损失仅30％左右。 想实现该目的，从汽轮机就要改变，以满足新型发电工艺流程的要求， 所述超临界温度汽轮机具体改进实施例如下。

图2为本发明实施例提供的一种汽轮机排气管道乏汽达到临界 温度(374℃，潜热为0)超临界温度汽轮机结构示意图；图2与图1 的汽轮机输入端，汽轮机本体的前半部分和输出端发电机部分与传统 汽轮机相同，但是所述超临界温度汽轮机排气管道输出的乏汽，温度 必须达到(约374℃)临界温度，因此存在明显的不同；

如图2中汽轮机主蒸汽管道20仍然输入(535℃)高温高压蒸汽， 通过所述汽轮机本体将高温高压蒸汽能量转变为高速旋转的机械能， 驱动发电机6输出电能；如所述汽轮机主蒸汽管道20输入(535℃) 的高温高压蒸汽，进入到超临界温度汽轮机设备里以后不断的做功， 当所述汽轮机温度降低到图2所标记的(374℃)临界温度点以后， 所述超临界温度汽轮机从排气管道直接排出(374℃)临界温度点的 高温乏汽，乏汽潜热为0，输送至图5所示乏汽回热器300高温管路， 与水泵2输出的冷水换热，用水泵输出的冷水冷凝高温乏汽。

图3为本发明实施例提供的一种采用外缸体进行轴端密封的超 临界温度汽轮机结构示意图；

传统汽轮机设备转轴两端的泄漏，为解决汽轮机设备转轴两端泄漏难 题，申请人经过近20多年的研究发现，将汽轮机输入端和输出端隐藏到 汽轮机缸体内，用所述汽轮机的缸体高度密闭性结构(可达100％密封)， 可解决汽轮机设备转轴两端的泄漏难题；

本发明实施例提供的转轴密封系统对于其他的旋转机械设备，高压 气体输入端和输出端，也能采用与所述汽轮机设备相同的密封技术和 方法，从而实现和达到转轴密封系统的近零泄漏，也属于该范畴。

如图3所示，以高压进气口20和顶部A线往左所示意为所述汽 轮机设备的输入端；主蒸汽管道20与乏汽管道21之间为所述汽轮机 设备本体，如图中A线和C线中间的B部分所示；乏汽管道21和顶 部C线往右所示意的为所述汽轮机设备的输出端；

如图3所示的汽轮机，绝热壳体102分上绝热壳体和下绝热壳体 (图3所示为汽轮机的下绝热壳体)；设置在汽轮机转轴101端头的 轴承位置，所述下绝热壳体设在下缸体内，且与汽轮机缸体105的下 缸体紧密结合；所述输入端轴承和轴承座103设置在所述绝热壳体 102的下绝热壳体中，支撑汽轮机转轴101重量，还有推力轴承限制 汽轮机转轴101轴向移动；绝热壳体102与汽轮机转轴101接触位置， 设有绝热壳体密封22，所述绝热壳体密封22阻止绝热壳体102内的 轴承润滑油从绝热壳体密封22处对外产生泄漏；

可选的，高压进气口20与输入端之间还设有轴封104，目的是 防止主蒸汽管道20输入的高温高压气体进入绝热壳体102；可选的， 所述轴封104与绝热壳体102之间，还设有输入端预留隔热区19， 目的是隔离和降低高压主蒸汽管道20输入的高温，影响到绝热壳体102及里面的输入端轴承和轴承座103，由于绝热壳体102的上绝热 壳体和下绝热壳体是密闭结构，压力与高压进气口20输入压力相同， 因此高压进气口20输入的高压气体，很难进入到绝热壳体102内部。 同时还有轴封104和绝热壳体密封22；所述绝热壳体密封22还可设置两个，这样设置可使主蒸汽管道20输入的高温高压气体很难进入， 同时也可避免绝热壳体102中的润滑油很难泄漏出来；

可选的，在绝热壳体密封22与输入端预留隔热区19之间，还设 有输入端预留空间或管道23，所述输入端预留空间或管道23隔离， 同时储存从绝热壳体密封22处泄漏出来的润滑油，并通过第一管道 阀门24和第一管道出口25将所述泄漏的润滑油排出；

优选的，如图3所示，所述绝热壳体102和下缸体105的外部， 还设有与所述绝热壳体相连的润滑油输出管道26、润滑油储存器27、 润滑油过滤器28、润滑油冷却器29、及润滑油泵30和润滑油高压输 入管道31，通过所述润滑油高压输入管道31将充足的，干净的，低温的(可控温度的)润滑油，输送至所述绝热壳体102内，提供给输 入端轴承和轴承座103，充足的，干净的，低温的润滑油保障；确保 输入端轴承和轴承座103能够安全和稳定运行。

所述润滑油储存器27，润滑油过滤器28、润滑油冷却器29，可 进行不限数量的组合，通过润滑油泵30和润滑油高压输入管道31， 将润滑油输送至所述绝热壳体102内的轴承和轴承座103；

所述润滑油过滤器28、润滑油冷却器29和润滑油泵30可设在 汽轮机设备的缸体外部(也可以设置在汽轮机的缸体内部)。

当润滑油冷却器29设置在缸体内部时，所述润滑油冷却器中有 管道与外界联系，通过管道内的介子流动，将缸体内润滑油的热量传 递到缸体外，通过换热器冷却后返回到缸体内部。

可选的，将所述汽轮机的输入端和输出端均放到汽轮机设备的缸 体内部，用所述汽轮机缸体的高度密闭性结构(近100％密封)进行 汽轮机转轴101的轴端密封，避免蒸汽从所述汽轮机的转轴两端的轴 封处泄漏。所述汽轮机的输出端实施方案如下：输出端轴承和轴承座 10，设在远离输出端轴封108的位置；可选的，设置输出端预留隔热 区18；输出端轴承和轴承座10设在输出端绝热壳体9中，输出端绝 热壳体9与输入端结构相同，分下绝热壳体和上绝热壳体，所述下绝 热壳体与汽轮机设备缸体105的下缸体紧密结合，输出端上绝热壳体 与下绝热壳体通过法兰和螺栓紧固，内部形成一个密闭的绝热空间； 可选的，所述上绝热壳体顶部设润滑油注入孔，令所述轴承和轴承座 的绝热空间内注入润滑油；

优选的，所述输出端绝热壳体9还包括有与所述输出端绝热壳体 9相连的润滑油输出管道、润滑油过滤器、润滑油冷却器和润滑油泵； 所述润滑油泵输出的低温高压润滑油经润滑油输入管道送至所述输 出端绝热壳体9内，为输出端轴承和轴承座10提供充足的，干净的， 低温的润滑油，确保输出端轴承和轴承座10能够安全和稳定的运行， 具体实施内容与输入端相同，在此不过多赘述；

需要说明的是，输出端绝热壳体9与转轴101拥有两个接触位置， 因此输出端绝热壳体密封32有两个，如图3所示分别设置在与转轴 101相接触的两个接触位置；所述输出端绝热壳体密封32阻止输出 端绝热壳体9内的轴承润滑油从输出端绝热壳体密封32处对外泄漏； 输出端汽轮机转轴101的轴端，还设置有联轴器11与发电机12的转 轴进行联轴，方便发电机12的检修和更换；可选的，输出端预留空 间或管道17分别设置在输出端绝热壳体9两侧的下缸体105内，储 存从输出端绝热壳体密封32处泄漏出来的润滑油，并通过第二管道 阀门16和第三管道阀门13将泄漏出的润滑油排出；需说明的是，输 出端发电机12产生电能，通过设在汽轮机设备缸体105上的接线端 子引出，不会影响到所述汽轮机的密封性能。

所述汽轮机高压主蒸汽管道20和汽轮机排气管道21，都是采用 密闭性能优良的法兰和螺丝紧固，不会出现泄漏，因此本发明实施例 所提供的汽轮机设备拥有多重密封措施。这样设置可使主蒸汽管道 20输入的高温高压气体很难进入，同时也可避免绝热壳体102中的 润滑油很难泄漏出来；本发明实施例所提供的技术方案，还可应用到 其他旋转设备和需防止泄漏的产品上。值得注意的是，该技术相对较 独立，因此也属于本发明实施例所提供的，具有独立技术特征。在引 用这些技术特征时，也需要得到申请人认可。

图4为本发明实施例提供的一种采用外缸体进行轴端密封，乏汽 达到临界温度(374℃，潜热为0)的超临界温度汽轮机结构示意图；

图4中，采用汽轮机设备缸体进行轴端密封，该系统的密封性能 (可达到近100％)与图3相同可以达到接近零泄漏；发电系统工质 接近零泄漏，不但可以减少本发电系统中发电工质的流失，同时还能 提高所述发电系统及动力系统的整体发电效率；

除此之外，通过图1和图4对比，在图1中汽轮机主蒸汽管道 20输入的535℃蒸汽，蒸汽做功以后温度降低；当温度降到水临界温 度374℃后，传统汽轮机设备仍然继续做功，蒸汽温度降低到水蒸汽 标准沸点100℃以下，如图1中50℃后才从汽轮机排气管道21排出，乏汽中蕴藏大量的潜热，需通过冷却塔等设备和对环境中冷空气或冷 水释放掉巨大的低品位潜热能量，从而造成发电系统效率降低。

本发明实施例提供的汽轮机设备与传统汽轮机设备，存在着巨大 区别，如图4所示，本发明实施例提供的汽轮机，当蒸汽温度降低到 发电工质水的临界温度(约374℃，潜热为0)，就不再继续做功， 而是直接通过汽轮机排气管道21排出，此时乏汽中没有潜热，或者 说潜热为0，潜热变显热。具有体积小，动力强劲、成本低的优势；

图5为本发明实施例提供的一种超临界温度汽轮机设备的使用 方法的结构示意图(图6在图5基础上只增加一个冷却器)；

所述水箱1中储存的发电工质为水(约环境温度20℃)，通过 水泵2提升压力，流经乏汽回热器300的低温管路301，输送至所述 锅炉4中加热到500℃以上，发电工质吸热形成高温高压气体，输入 并驱动所述超临界温度汽轮机5高速旋转和做功；输出机械能或者带动发电机6高速旋转输出电能；所述超临界温度汽轮机5输出的乏汽， 温度必须达到水的临界温度(约374℃，潜热为0，潜热变显热)， 用水泵2输出的约20℃冷水，冷却所述高温乏汽成为水(约35℃， 金属壁有0.5℃以上的换热温差)，经过图6中冷却器7冷却以后， 返回到所述水箱1中备用，完成一个发电循环过程；

所述水箱1中的水(约20℃的环境温度)，通过水泵2增压到 所述乏汽回热器低温管路301中，吸收所述超临界温度汽轮机5输入 到乏汽回热器高温管路302中高温乏汽热能，乏汽温度为(约374℃) 临界温度，冷水温度被提升到接近临界温度(约370℃，有0.5℃以 上的金属壁换热温差)，并从乏汽回热器低温管路301出口输送至所 述锅炉4中，加热到500℃以上成为高温高压蒸汽，驱动所述超临界 温度汽轮机5高速旋转和做功，输出机械能或带动发电机6发电输出， 如此不断循环，不断发电输出；所述超临界温度汽轮机的工况区域， 始终在水的临界温度(374℃)以上。

完全可以通过乏汽回热器300(如图5所示)对水泵输出(约20℃) 的冷水回热，令水泵输出的冷水温度提升到接近临界温度(约370℃， 有0.5℃以上的金属管壁换热温差)，再输入锅炉4中加热，可以节 省大量的热能量；同时，水泵输出的冷水(约20℃)对于温度达到 临界温度(374℃)的高温乏汽来说相当于是冷却水，乏汽回热器300 在此也是高温乏汽的凝汽器；例如水泵2输出的水为20℃与约374℃ 临界温度的高温乏汽换热，温度被提升到约370℃(换热器约有0.5℃ 以上金属管壁换热温差)将吸收约3000kj/kg热能，374℃高温乏汽与 冷水换热损失约3000kj/kg热能后，温度降低到约35℃，经过图6中 冷却器7冷却后成20℃冷水，返回到水箱中备下次循环使用；

由于乏汽从374℃临界温度排出，汽轮机设备的做功明显降低， 高温蒸汽从535℃降到374℃，做功仅约朗肯循环535℃降到50℃的 1/3，大约2/3的热能量通过乏汽回热器300(相当于锅炉的前半部分) 返回，汽轮机的输出功率明显降低；想获得与朗肯循环相同输出功率， 水泵2就需要增加约两倍流量，水泵2流量的增加，水泵2的耗电也 会增加，但所述超临界温度汽轮机5所输出的能量，能够远远覆盖水 泵2的电能消耗，因此这样做绝对是值得；

这样做最大的好处是，所述汽轮机5排出的乏汽温度很高(约 374℃，潜热为0，潜热变显热)，就能够对水泵2输出的20℃冷水 回热，水泵输出的冷水(约20℃)，实现“自己冷却自己”374℃的 高温乏汽，不需要朗肯循环中损失能量的冷却塔；该发电系统中没有 冷却塔损失巨大能量，所以该发电效率很高，从而就可以实现逆转， 锅炉吸收的大部分能量都转变成为电能输出，仅只有一小部分损失； 这种改变的市场意义是，发电厂能够更多的发电输出能量，同时对环 境的破坏也变得最小。

以上是发电工艺的改变，同时所述汽轮机也需要进行一些改变， 传统朗肯循环汽轮机，排气压力为负的真空压，末级和次末级叶片很长， 相对来说材料和制造成本较高，汽轮机体积庞大，叶片过长还会造成 颤振和断裂，汽轮机末端需要真空泵去维持真空。同时因蒸汽湿度大， 叶片很容易遭受冷凝水侵蚀；另外还有，冷却塔的循环水具有沉淀物和腐蚀性，会对腐蚀凝汽器，沉淀物沉淀会造成换热效率降低等一系列问题。

本发明实施例提供的汽轮机，砍掉传统汽轮机所有的末级叶片和 次末级叶片。令汽轮机排出的乏汽温度达到发电工质的临界温度(水 为374℃，乏汽潜热为0，潜热变显热)，用水泵输出的冷水，冷凝 汽轮机输出的高温乏汽。相比传统汽轮机，不仅精简体积，降低传统 汽轮机叶片过大造成颤振和断裂的几率，提高汽轮机设备的可靠性， 还能降低汽轮机设备成本，并且还节省冷却系统的成本。

Claims (9)

1.一种超临界温度汽轮机及使用方法，其特征在于，所述超临界温度汽轮机主蒸汽管道输入的高压主蒸汽，温度必须明显高于水的临界温度；所述超临界温度汽轮机排气管道输出的乏汽，温度必须达到或者略微高于水的临界温度；所述超临界温度汽轮机的工况区域，始终都运行在水的临界温度以上；

所述超临界温度汽轮机排气管道连接乏汽回热器，令水泵输出的低温冷水，冷凝所述超临界温度汽轮机排气管道输出的高温乏汽；

所述超临界温度汽轮机是利用主蒸汽管道输入的，明显高于水临界温度的高温主蒸汽温度能量，与所述汽轮机排气管道输出的，温度达到水的临界温度的高温乏汽之间的焓差做功；

所述超临界温度汽轮机属于一种将蒸汽能量转换成为机械功的旋转动力机械，又称蒸汽透平，包括但不仅限于汽轮机、气动机、膨胀机、蒸汽透平机、和透平膨胀机。

2.根据权利要求1所述的超临界温度汽轮机及使用方法，其特征在于，所述超临界温度汽轮机主蒸汽管道输入的蒸汽压力，需要低于水的临界压力；所述超临界温度汽轮机排气管道输出的乏汽压力，需要大于标准大气压或者等于标准大气压；所述超临界温度汽轮机的工况区和运行区间，为水临界温度以上的过热区。

3.根据权利要求1所述的超临界温度汽轮机，其特征在于，还包括有一种缸体轴封系统，所述超临界温度汽轮机分为设备输入端、设备本体、和设备输出端；所述超临界汽轮机由静止部分和转动部分构成；所述缸体轴封系统包括输入端轴封系统和输出端轴封系统；

所述超临界汽轮机的输入端轴封系统，包括输入端缸体、输入端轴承和轴承座、输入端转轴、主蒸汽管道；所述输入端轴承和轴承座，包括支撑轴承和推力轴承；

在所述输入端轴承和轴承座的外面，还设置有绝热壳体；所述绝热壳体分上绝热壳体和下绝热壳体；所述下绝热壳体设在输入端轴承和轴承座位置的下汽缸内，并与下汽缸体紧密结合；所述输入端轴承和轴承座安装在下汽缸内的所述下绝热壳体中；

所述下绝热壳体与所述上绝热壳体设有法兰，通过所述法兰和螺栓紧固，所述下绝热壳体与所述上绝热壳体的内腔，形成一个密闭的绝热空间；所述输入端转轴、所述输入端轴承和轴承座，以及润滑油，被密闭在所述绝热壳体的绝热空间内部；所述绝热壳体包裹所述输入端转轴的接触位置，设置有绝热壳体密封，所述绝热壳体密封阻止绝热壳体内的轴承润滑油从绝热壳体密封处对外泄漏。

4.根据权利要求3所述的超临界温度汽轮机，其特征在于，所述绝热壳体的上绝热壳体与下绝热壳体通过所述法兰和螺栓紧固，其内部形成一个密闭的绝热空间，并在所述上绝热壳体顶部设置有润滑油注入孔，令所述轴承和轴承座的绝热空间内注入润滑油；

所述绝热壳体还包括有与所述绝热壳体相连的润滑油输出管道、润滑油过滤器、润滑油冷却器和润滑油泵；所述润滑油泵输出的低温高压润滑油经润滑油输入管道输至所述绝热壳体内的轴承和轴承座；

所述润滑油过滤器、润滑油冷却器和润滑油泵设置在所述超临界温度汽轮机的缸体外部；或者设在超临界温度汽轮机的缸体内部，设置在缸体内部时需有换热管道与外界换热以保障润滑油温度恒定；

所述超临界温度汽轮机的缸体内，还设有润滑油温度探头、润滑油压力探头、润滑油量探头，及汽轮机缸体内的压力探头；

所述超临界温度汽轮机主蒸汽管道与所述输入端绝热壳体之间，还设置有轴封，所述绝热壳体与所述轴封之间，还设置有输入端预留空间或者管道，所述输入端预留空间或者管道设在所述汽轮机的下汽缸中，储存从绝热壳体密封处泄漏出来的润滑油，并通过第一管道阀门将所述泄漏出来的润滑油排出。

5.根据权利要求3-4所述的超临界温度汽轮机，其特征在于，所述超临界温度汽轮机的输出端，包括有汽轮机排气管道、输出端缸体、输出端轴承和轴承座、联轴器、和发电机；

所述超临界温度汽轮机，将输出端轴承和轴承座，以及联轴器和发电机，均隐藏设置到所述超临界温度汽轮机的输出端缸体内；

所述超临界温度汽轮机输入端，所述超临界温度汽轮机输出端，均隐藏和设置到所述超临界温度汽轮机的缸体内部，用所述汽轮机的缸体高度密闭性结构进行转轴两端的轴端密封，避免发电工质蒸汽从所述超临界温度汽轮机转轴两端的轴封处泄漏。

6.一种超临界温度汽轮机的使用方法，适用于权利要求1-5中任一项所述的超临界温度汽轮机，其特征在于，包括依次连通的水箱、水泵、乏汽回热器低温管道、锅炉、所述超临界温度汽轮机、乏汽回热器高温管道构成；所述乏汽回热器高温管道出口连接所述水箱，形成一个闭环回路；其中，所述超临界温度汽轮机主蒸汽管道与所述锅炉出口的主蒸汽管道连通；所述超临界温度汽轮机排气管道与所述乏汽回热器的高温管道入口连通；

值得注意的是，所述水箱存储的发电工质为标准大气压下，沸点温度大于零摄氏度的液体介子，包括但不仅限于水或者水溶液；所述水箱单独设置，或者与所述乏汽回热器组合到一起；

所述锅炉为与高温热源进行换热的主要设备，包括并不局限于火电锅炉、核电锅炉、生物质锅炉、太阳光热发电热交换装置、高温余热锅炉、高温烟气换热器、高温液体热交换器的任意一种或多种组合；

所述超临界温度汽轮机属于一种将蒸汽能量转换成为机械功的旋转动力机械，又称蒸汽透平，包括但不仅限于汽轮机、气动机、膨胀机、蒸汽透平机、和透平膨胀机；

所述乏汽回热器高温管路连通所述汽轮机排气管道出口，所述乏汽回热器低温管路连通所述水泵出口；用所述水泵输出的低温冷水，冷凝所述乏汽回热器高温管路中的高温乏汽成为液体水；所述乏汽回热器拥有较高的换热效率，单独设置在所述超临界温度汽轮机输出端或者与所述超临界温度汽轮机组合到一起；

所述锅炉、所述超临界温度汽轮机、所述乏汽回热器选用耐高温材料；所述锅炉、所述超临界温度汽轮机壳体外设置有绝热层。

7.根据权利要求6所述的一种超临界温度汽轮机使用方法，其特征在于，所述乏汽回热器或所述乏汽回热器高温管道出口与所述水箱之间，或者所述水箱与所述水泵之间，还设置有冷却器；所述冷却器与环境中的空气或冷水换热，将高温乏汽中多余的热能量释放掉；所述冷却器单独设置，或者在乏汽回热器外壳和/或所述水箱外壳上设散热片，对环境中空气或冷水释放乏汽中多余热能。

8.根据权利要求6所述的一种超临界温度汽轮机使用方法，其特征在于，在所述超临界温度汽轮机排气管道输出压力较大的情况下，所述乏汽回热器高温管道出口与所述水箱之间或者所述水箱与所述水泵之间，还设置有节流降压装置；所述节流降压装置包括但不仅限于节流阀、截止阀、膨胀阀、或者膨胀机。

9.一种超临界温度汽轮机使用方法的工艺，适用于权利要求1-8中任一项所述超临界温度汽轮机及使用方法，包括如下步骤：

所述水箱中储存的发电工质为约20℃环境温度冷水，通过所述水泵提升压力，流经所述乏汽回热器低温管路，并输送至所述锅炉中加热形成高压蒸汽，蒸汽温度明显高于水的临界温度，达到430℃以上或者500℃以上，输送至所述超临界温度汽轮机主蒸汽管道中，驱动所述超临界温度汽轮机高速旋转和对外做功；

所述超临界温度汽轮机排气管道输出的乏汽，温度必须达到或者略微高于水约374℃的临界温度，潜热为0，所述汽轮机排气管道连接乏汽回热器高温管道，令乏汽回热器低温管道中的约20℃冷水，冷凝所述汽轮机排气管道输出的约374℃临界温度的高温乏汽；

所述超临界温度汽轮机排气管道输出的乏汽，温度必须达到或者略微高于水约374℃的临界温度，潜热为0，所述乏汽回热器低温管路中的约20℃冷水与高温乏汽换热后，冷水温度被提升到接近临界温度，达到约370℃，换热器有0.5℃以上的换热温差；

所述乏汽回热器高温管道中约374℃的高温乏汽，失去热能后，输出口温度降低到约35℃，冷凝成为水通过所述冷却器或者乏汽回热器外壳和/或水箱外壳散热，将约35℃的温水散热冷却后，温度冷到约20℃的原始冷水温度后，返回到水箱中备用；

水箱中储存的约20℃冷水，通过水泵加高压到所述乏汽回热器的低温管路，与所述超临界温度汽轮机排气管道输出到乏汽回热器高温管道中的约374℃高温乏汽充分的换热；由此导致，所述乏汽回热器低温管道出口的温度达到约370℃，有0.5℃以上的管道换热温差；再输送至所述锅炉中加热，主蒸汽温度达到430℃以上或500℃以上，继续输送至所述超临界温度汽轮机主蒸汽管道中，驱动所述超临界温度汽轮机高速旋转和做功，输出机械能或带动发电机旋转输出电能；如此不断的循环和发电；所述发电系统或动力系统属于自冷却系统，没有朗肯循环中大量释能的冷却塔，因此该系统有效热效率很高；

所述超临界温度汽轮机排气管道输出的乏汽，温度必须达到或者略微高于水的约374℃临界温度；所述超临界温度汽轮机设备工况区，始终都在发电工质水的约374℃临界温度以上，并且利用所述超临界温度汽轮机主蒸汽管道输入的约500℃以上主蒸汽，与达到374℃的高温乏汽两者之间的焓差进行做功和发电。

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