CN114215606A - 一种10MW轴流sCO2透平 - Google Patents

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Abstract

一种10MW轴流sCO2透平，它涉及超临界二氧化碳发电技术领域。本发明解决了由于超临界二氧化碳在临界点附近变化剧烈导致超临界二氧化碳透平设计难度大，进而导致超临界二氧化碳透平的设计制造成为制约sCO2发电技术的一大瓶颈的问题。本发明的转子两端分别插装在前支持推力轴承和后支持轴承上，外气缸和内气缸由外向内依次同轴套设在转子上，内气缸外壁通过支撑杆与外气缸内壁固定连接，外气缸两端通过多个支撑臂分别与前轴承箱和后轴承箱固定连接，内气缸的排气侧沿周向加工有与机组通流相连通的蜗壳，主汽调节联合阀安装在外气缸上，主汽调节联合阀的出气端与内气缸的蜗壳连通。本发明可适用于各种热源发电，尤其适用于10MW光热电站发电循环用透平。

Description

一种10MW轴流sCO2透平
技术领域
本发明涉及超临界二氧化碳发电技术领域，具体涉及一种10MW轴流sCO2透平。
背景技术
超临界二氧化碳(sCO2)具有密度大、流阻小、效率高的特点，sCO2发电相关技术成为国家重点关注项目，但是sCO2物性独特，在临界点附近变化剧烈，设计难度大，目前国内外的轴流sCO2透平均处于研发试验阶段。超临界二氧化碳透平的设计制造成为制约sCO2发电技术的一大瓶颈。
发明内容
本发明的目的是为了解决由于超临界二氧化碳在临界点附近变化剧烈导致超临界二氧化碳透平设计难度大，进而导致超临界二氧化碳透平的设计制造成为制约sCO2发电技术的一大瓶颈的问题，进而提供一种10MW轴流sCO2透平。
本发明的技术方案是：
一种10MW轴流sCO2透平，它包括透平本体，透平本体采用单缸单排气结构，所述透平本体包括主汽调节联合阀12、气缸模块、前轴承箱1、前支持推力轴承2、气缸前部端气封3、气缸后部端气封7、后支持轴承8、后轴承箱9和基架10，气缸模块为双层缸结构，气缸模块包括外气缸4、内气缸5和转子6，转子6水平设置，转子6一端插装在前支持推力轴承2的内圈中，所述前支持推力轴承2安装在前轴承箱1上，转子6另一端插装在后支持轴承8的内圈中，所述后支持轴承8安装在后轴承箱9上，前轴承箱1和后轴承箱9均安装在基架10上，转子6一端通过变速齿轮箱与外部发电机连接，外气缸4和内气缸5由外向内依次同轴套设在转子6上，内气缸5外壁通过支撑杆与外气缸4内壁固定连接，外气缸4两端通过多个支撑臂分别与前轴承箱1和后轴承箱9固定连接，外气缸4前端与转子6之间设有气缸前部端气封3，外气缸4后端与转子6之间设有气缸后部端气封7，气缸前部端气封3和气缸后部端气封7均安装在外气缸4内壁上，内气缸5的排气侧沿周向加工有与机组通流相连通的蜗壳，主汽调节联合阀12安装在外气缸4上，主汽调节联合阀12的出气端与内气缸5的蜗壳连通。
进一步地，所述透平本体还包括两个导向键11，外气缸4底端两侧通过两个导向键11分别与前轴承箱1和后轴承箱9连接。
进一步地，所述透平本体还包括推力平衡毂15，内气缸5进气侧与转子6之间设有推力平衡毂15，所述推力平衡毂15安装在内气缸5内壁上。
进一步地，气缸模块还包括多个动叶片13和多个静叶片14，转子6上沿圆周方向由前至后依次安装有多个动叶片13，内气缸5内壁沿圆周方向由前至后依次安装有多个静叶片14，所述静叶片14采用装配式结构，多个静叶片14与多个动叶片13交错布置。
进一步地，外气缸4包括外气缸上缸体和外气缸下缸体，外气缸上缸体与外气缸下缸体之间采用高窄法兰结构密封连接。
进一步地，内气缸5包括内气缸上缸体和内气缸下缸体，内气缸上缸体与内气缸下缸体之间采用筒形结构红套环密封连接。
进一步地，气缸前部端气封3和气缸后部端气封7均采用干气密封。
进一步地，前支持推力轴承2为推力支持联合轴承。
进一步地，转子6为整锻转子。
进一步地，转子6的额定转速为8200rpm。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
1、本发明的10MW轴流sCO2透平可适用于各种热源发电，适用范围广；10MW轴流sCO2透平尤其适用于10MW光热电站发电循环用透平；工作介质为超临界二氧化碳(sCO2)并采用高转速，效率高，尺寸小，优势明显；国内10MW轴流sCO2透平尚无成型技术。
2、本发明的10MW轴流sCO2透平的气缸采用双层缸结构，适应机组的高温高压工作环境特点，保证缸体强度好、刚度好、热应力小，内、外缸均为铸造，内气缸5采用筒形结构红套环密封，外气缸4采用高窄法兰结构，以适应机组高进气参数和快速启动的需要。
3、本发明的10MW轴流sCO2透平的机组通流采用单流程设计，以获得较好的叶片高度。进气侧设置推力平衡毂结构，透平在运行时产生的推力可以内部平衡，确保机组整体推力一直在推力轴承可承受的范围内。
4、本发明的10MW轴流sCO2透平的机组设计可适用于各种热源发电，如火力发电、联合循环、太阳能光热发电等。
5、本发明的10MW轴流sCO2透平的机组采用反动式通流设计，小焓降后加载叶型，额定负荷及部分负荷效率均能得到很好的保证。
6、本发明的10MW轴流sCO2透平的内气缸5的排气侧沿周向加工有与机组通流相连通的蜗壳，机组采用全周进气，阀门与气缸直连，最大限度减小了进气损失。
附图说明
图1是本发明的10MW轴流sCO2透平的纵剖面结构示意图；
图2是本发明的10MW轴流sCO2透平的布置示意图；
图3是图2的俯视图。
图中：1-前轴承箱；2-一号轴承；3-气缸前部端气封；4-外气缸；5-内气缸；6-转子；7-气缸后部端气封；8-二号轴承；9-后轴承箱；10-基架；11-导向键；12-主汽调节联合阀12；13-动叶片13；14-静叶片14；15-推力平衡毂15。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的一种10MW轴流sCO2透平，它包括透平本体，透平本体采用单缸单排气结构，所述透平本体包括主汽调节联合阀12、气缸模块、前轴承箱1、前支持推力轴承2、气缸前部端气封3、气缸后部端气封7、后支持轴承8、后轴承箱9和基架10，气缸模块为双层缸结构，气缸模块包括外气缸4、内气缸5和转子6，转子6水平设置，转子6一端插装在前支持推力轴承2的内圈中，所述前支持推力轴承2安装在前轴承箱1上，转子6另一端插装在后支持轴承8的内圈中，所述后支持轴承8安装在后轴承箱9上，前轴承箱1和后轴承箱9均安装在基架10上，转子6一端通过变速齿轮箱与外部发电机连接，外气缸4和内气缸5由外向内依次同轴套设在转子6上，内气缸5外壁通过支撑杆与外气缸4内壁固定连接，外气缸4两端通过多个支撑臂分别与前轴承箱1和后轴承箱9固定连接，外气缸4前端与转子6之间设有气缸前部端气封3，外气缸4后端与转子6之间设有气缸后部端气封7，气缸前部端气封3和气缸后部端气封7均安装在外气缸4内壁上，内气缸5的排气侧沿周向加工有与机组通流相连通的蜗壳，主汽调节联合阀12安装在外气缸4上，主汽调节联合阀12的出气端与内气缸5的蜗壳连通。
具体实施方式二：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的所述透平本体还包括两个导向键11，外气缸4底端两侧通过两个导向键11分别与前轴承箱1和后轴承箱9连接。如此设置，机组静子的绝对死点设在后轴承箱9轴承中心线处，转子6的相对死点设在前轴承箱1推力盘处。运行期间气缸向前轴承箱1侧膨胀，通过支撑臂(猫爪)推动前轴承箱1向前移动，转子6以前轴承箱1推力轴承为死点向后轴承箱9侧膨胀。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的所述透平本体还包括推力平衡毂15，内气缸5进气侧与转子6之间设有推力平衡毂15，所述推力平衡毂15安装在内气缸5内壁上。如此设置，进气侧设置推力平衡毂结构，透平在运行时产生的推力可以内部平衡，确保机组整体推力一直在推力轴承可承受的范围内。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的气缸模块还包括多个动叶片13和多个静叶片14，转子6上沿圆周方向由前至后依次安装有多个动叶片13，内气缸5内壁沿圆周方向由前至后依次安装有多个静叶片14，所述静叶片14采用装配式结构，多个静叶片14与多个动叶片13交错布置。如此设置，静叶采用装配式结构，与传统焊接隔板相比，装配式结构没有焊缝，避免焊接变形，更好地保证了通流精度。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。
具体实施方式五：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的外气缸4包括外气缸上缸体和外气缸下缸体，外气缸上缸体与外气缸下缸体之间采用高窄法兰结构密封连接。如此设置，外气缸4采用高窄法兰结构密封连接，能够保证外气缸4的密封性。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。
具体实施方式六：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的内气缸5包括内气缸上缸体和内气缸下缸体，内气缸上缸体与内气缸下缸体之间采用筒形结构红套环密封连接。如此设置，内气缸5采用筒形结构红套环密封连接，能够保证内气缸5的密封性。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。
具体实施方式七：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的气缸前部端气封3和气缸后部端气封7均采用干气密封。如此设置，机组轴端密封采用干气密封结构，能够最大限度减少漏气，提高经济性，能够有效减少工质热能损失，提高循环效率。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。
具体实施方式八：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的前支持推力轴承2为推力支持联合轴承。如此设置，前支持推力轴承2同时为转子6提供轴向定位。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六或七相同。
具体实施方式九：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的转子6为整锻转子。如此设置，整体转子6为整锻转子，满足了超临界二氧化碳(sCO2)的高参数对转子6带来的高性能要求。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六、七或八相同。
具体实施方式十：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的转子6的额定转速为8200rpm。如此设置，机组高转速设计，设计转速8200r/min，结构紧凑，并获得更高的缸效率。其它组成和连接关系与具体实施方式的一、二、三、四、五、六、七、八或九相同。
工作原理
结合图1至图3说明本发明的一种10MW轴流sCO2透平的工作原理：所述10MW轴流sCO2透平采用高转速设计，转子6额定转速为8200rpm，转子6通过变速齿轮箱与外部发电机连接，透平本体采用单缸单排气结构形式，转子6采用双支撑方式，转子6两端支撑在前支持推力轴承2和后支持轴承8上，前轴承箱1和后轴承箱9采用落地结构安装于基架10上，外气缸4通过支撑臂支撑在前轴承箱1和后轴承箱9上，气缸模块采用双层缸结构。机组通流采用单流程设计，主汽调节联合阀12与气缸模块采用直连结构，主气进入主汽调节联合阀12后经蜗壳导流至机组通流，汇流后经位于气缸侧向的排气口排出。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种10MW轴流sCO2透平，它包括透平本体，透平本体采用单缸单排气结构，其特征在于：所述透平本体包括主汽调节联合阀(12)、气缸模块、前轴承箱(1)、前支持推力轴承(2)、气缸前部端气封(3)、气缸后部端气封(7)、后支持轴承(8)、后轴承箱(9)和基架(10)，气缸模块为双层缸结构，气缸模块包括外气缸(4)、内气缸(5)和转子(6)，转子(6)水平设置，转子(6)一端插装在前支持推力轴承(2)的内圈中，所述前支持推力轴承(2)安装在前轴承箱(1)上，转子(6)另一端插装在后支持轴承(8)的内圈中，所述后支持轴承(8)安装在后轴承箱(9)上，前轴承箱(1)和后轴承箱(9)均安装在基架(10)上，转子(6)一端通过变速齿轮箱与外部发电机连接，外气缸(4)和内气缸(5)由外向内依次同轴套设在转子(6)上，内气缸(5)外壁通过支撑杆与外气缸(4)内壁固定连接，外气缸(4)两端通过多个支撑臂分别与前轴承箱(1)和后轴承箱(9)固定连接，外气缸(4)前端与转子(6)之间设有气缸前部端气封(3)，外气缸(4)后端与转子(6)之间设有气缸后部端气封(7)，气缸前部端气封(3)和气缸后部端气封(7)均安装在外气缸(4)内壁上，内气缸(5)的排气侧沿周向加工有与机组通流相连通的蜗壳，主汽调节联合阀(12)安装在外气缸(4)上，主汽调节联合阀(12)的出气端与内气缸(5)的蜗壳连通。
2.根据权利要求1所述的一种10MW轴流sCO2透平，其特征在于：所述透平本体还包括两个导向键(11)，外气缸(4)底端两侧通过两个导向键(11)分别与前轴承箱(1)和后轴承箱(9)连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种10MW轴流sCO2透平，其特征在于：所述透平本体还包括推力平衡毂(15)，内气缸(5)进气侧与转子(6)之间设有推力平衡毂(15)，所述推力平衡毂(15)安装在内气缸(5)内壁上。
4.根据权利要求3所述的一种10MW轴流sCO2透平，其特征在于：气缸模块还包括多个动叶片(13)和多个静叶片(14)，转子(6)上沿圆周方向由前至后依次安装有多个动叶片(13)，内气缸(5)内壁沿圆周方向由前至后依次安装有多个静叶片(14)，所述静叶片(14)采用装配式结构，多个静叶片(14)与多个动叶片(13)交错布置。
5.根据权利要求4所述的一种10MW轴流sCO2透平，其特征在于：外气缸(4)包括外气缸上缸体和外气缸下缸体，外气缸上缸体与外气缸下缸体之间采用高窄法兰结构密封连接。
6.根据权利要求1或5所述的一种10MW轴流sCO2透平，其特征在于：内气缸(5)包括内气缸上缸体和内气缸下缸体，内气缸上缸体与内气缸下缸体之间采用筒形结构红套环密封连接。
7.根据权利要求6所述的一种10MW轴流sCO2透平，其特征在于：气缸前部端气封(3)和气缸后部端气封(7)均采用干气密封。
8.根据权利要求7所述的一种10MW轴流sCO2透平，其特征在于：前支持推力轴承(2)为推力支持联合轴承。
9.根据权利要求8所述的一种10MW轴流sCO2透平，其特征在于：转子(6)为整锻转子。
10.根据权利要求1或9所述的一种10MW轴流sCO2透平，其特征在于：转子(6)的额定转速为8200rpm。
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