CN114542188A - 一种50MW等级轴流sCO2透平 - Google Patents

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尉坤
赵洪羽
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Abstract

本发明涉及空气透平领域，具体涉及一种50MW等级轴流sCO2透平，为解决现有超临界二氧化碳透平内部使用的超临界二氧化碳在临界点附近变化剧烈，50MW等级轴流sCO2透平运行不平稳的的问题，本方案前轴承箱和后轴承箱安装在外气缸的两侧，前轴承箱和后轴承箱均设置在基架上，外气缸前端下部通过前定中心梁结构与前轴承箱连接，外气缸后端下部通过后定中心梁结构与后轴承箱连接，外气缸的排气口设置在外气缸的顶部，外气缸的进气口设置在外气缸侧方的下部，进气口与一个进气阀门连接，透平采用双流程单排气设计，节约了布置空间，降低了建设成本，通流部分采用双分流结构设计，进气损失小，周向压力均匀，动静叶片几何对称，轴向推力互相平衡。

Description

一种50MW等级轴流sCO2透平
技术领域
本发明涉及空气透平领域，具体涉及一种50MW等级轴流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透平工程设计极少，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。现有超临界二氧化碳透平内部使用的超临界二氧化碳介质在临界点附近物化变化剧烈，50MW等级轴流sCO2透平运行不平稳。
发明内容
发明目的：为解决现有超临界二氧化碳透平内部使用的超临界二氧化碳介质在临界点附近物化变化剧烈，50MW等级轴流sCO2透平运行不平稳的的问题，进而提出一种50MW反动式背压式空气透平。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是：一种50MW等级轴流sCO2透平，它包括前轴承箱、内气缸、外气缸、后轴承箱和基架；
前轴承箱和后轴承箱安装在外气缸的两侧，前轴承箱和后轴承箱均设置在基架上，所述外气缸前端下部通过前定中心梁结构与前轴承箱连接，外气缸后端下部通过后定中心梁结构与后轴承箱连接，外气缸的排气口设置在外气缸的顶部，外气缸的进气口设置在外气缸侧方的下部，进气口与一个进气阀门连接。
进一步地，所述进气阀门为主气调节联合阀。
再进一步地，所述外气缸内设有转子，内气缸设置在转子外部，内气缸前半段和转子之间设有安装在转子上的反向叶片，内气缸后半段和转子之间设有安装在转子上的正向叶片，转子前端与前轴承箱内的前端轴承连接，转子后端与后轴承箱内的后端轴承连接。
进一步地，所述前端轴承和后端轴承均为支持轴承。
再进一步地，所述外气缸前端的内侧安装有前气封静环，前气封静环与安装在转子上的前动环连接，外气缸后端的内侧安装有后气封静环，后气封静环与安装在转子上的后动环连接。
进一步地，所述前定中心梁结构前端与前轴承箱通过螺栓连接，前定中心梁结构后端与外气缸通过螺栓连接，后定中心梁结构前端与外气缸通过螺栓连接，后定中心梁结构后端与后轴承箱通过螺栓连接。
有益效果：
本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；
机组高转速设计，设计转速9000r/min，获得更高的缸效率；
通流部分采用双分流结构设计，相比于单流程结构避免了进气侧漏气，全周进气匹配分流环结构，进气损失小，周向压力均匀；
通流部分采用双分流结构，动静叶片几何对称，轴向推力互相平衡，解决了CO2物性变化带来推力变化问题；
透平采用双流程单排气设计，两侧末级叶片排气通过外气缸夹层汇流至顶部排气口排出，节约了布置空间，降低了建设成本。
附图说明
图1是本发明的侧向纵剖面结构示意图，
图2是本发明的侧向示意图，
图3是本发明的俯视示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：一种50MW等级轴流sCO2透平，它包括前轴承箱1、内气缸5、外气缸6、后轴承箱10和基架16；
前轴承箱1和后轴承箱10安装在外气缸6的两侧，前轴承箱1和后轴承箱10均设置在基架16上，所述外气缸6前端下部通过前定中心梁结构13与前轴承箱1连接，外气缸6后端下部通过后定中心梁结构11与后轴承箱10连接，外气缸6的排气口6-1设置在外气缸6的顶部，外气缸6的进气口6-2设置在外气缸6侧方的下部，进气口6-2与一个进气阀门17连接。
本实施方式中：结合图1-3说明本实施方式，透平采用双流程单排气设计，两侧末级叶片排气通过外气缸与内气缸夹层汇流至顶部排气口排出，减少了排气接口数量，节约了布置空间；
通流部分采用双分流结构设计，相比于单流程结构避免了进气侧漏气，全周进气匹配分流环结构，进气损失小，周向压力均匀。
具体实施方式二：一种50MW等级轴流sCO2透平，所述进气阀门17为主气调节联合阀。
其他具体实施方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：一种50MW等级轴流sCO2透平，所述外气缸6内设有转子12，内气缸5设置在转子12外部，内气缸5前半段和转子12之间设有安装在转子12上的反向叶片4，内气缸后半段和转子12之间设有安装在转子12上的正向叶片7，转子12前端与前轴承箱1内的前端轴承2连接，转子12后端与后轴承箱10内的后端轴承9连接。
本实施方式中：通流部分采用双分流结构，反向叶片与正向叶片几何对称，轴向推力互相平衡，解决了CO2物性变化带来推力变化问题；
优选地，内气缸搭载静静叶采用选取强度好的宽叶型，装配式结构，适应CO2透平大质量流量的特性，提高了安全性；
其他具体实施方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：一种50MW等级轴流sCO2透平，所述前端轴承2和后端轴承9均为支持轴承。
其他具体实施方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：一种50MW等级轴流sCO2透平，所述外气缸6前端的内侧安装有前气封静环3，前气封静环3与安装在转子12上的前动环15连接，外气缸6后端的内侧安装有后气封静环8，后气封静环8与安装在转子12上的后动环14连接。
本实施方式中：前气封静环与前动环形成动密封，后气封静环与后动环形成动密封，减少了端部漏气量。
其他具体实施方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：一种50MW等级轴流sCO2透平，所述前定中心梁结构13前端与前轴承箱1通过螺栓连接，前定中心梁结构13后端与外气缸6通过螺栓连接，后定中心梁结构13前端与外气缸6通过螺栓连接，后定中心梁结构13后端与后轴承箱10通过螺栓连接。
其他具体实施方式与具体实施方式一相同。
工作原理：
结合图1-图3说明本实施原理
前轴承箱和后轴承箱采用落地结构安装于基架上，外气缸通过支撑臂支撑在前轴承箱和后轴承箱上，外气缸在下半位置通过前定中心梁与前轴承箱连接，通过后定中心梁与后轴承箱连接，内气缸通过支撑块安装在外气缸上；转子为整锻转子，转子两端分别支撑在前端轴承和后端轴承上，反向叶片与正向叶片安装在转子上。外气缸前部的前气封静环安装在外气缸上，动环安装在转子上，外气缸后部的后气封静环安装在外气缸上，动环安装在转子上。
通流部分(气体流通部分，即由进气到排气的整个流程部分)采用双分流结构设计，相比于单流程结构避免了进气侧漏气，全周进气匹配分流环结构，进气损失小，周向压力均匀；
静叶采用选取强度好的宽叶型，装配式结构，适应CO2透平大质量流量的特性，提高了安全性；
通流部分采用双分流结构，反向叶片与正向叶片几何对称，轴向推力互相平衡，解决了CO2物性变化带来推力变化问题；
透平采用双流程单排气设计，两侧末级叶片排气通过外气缸与内气缸夹层汇流至顶部排气口排出，减少了排气接口数量，节约了布置空间；
前气封静环与前动环形成动密封，后气封静环与后动环形成动密封，减少了端部漏气量。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种50MW等级轴流sCO2透平，其特征在于：它包括前轴承箱(1)、内气缸(5)、外气缸(6)、后轴承箱(10)和基架(16)；
前轴承箱(1)和后轴承箱(10)安装在外气缸(6)的两侧，前轴承箱(1)和后轴承箱(10)均设置在基架(16)上，所述外气缸(6)前端下部通过前定中心梁结构(13)与前轴承箱(1)连接，外气缸(6)后端下部通过后定中心梁结构(11)与后轴承箱(10)连接，外气缸(6)的排气口(6-1)设置在外气缸(6)的顶部，外气缸(6)的进气口(6-2)设置在外气缸(6)侧方的下部，进气口(6-2)与一个进气阀门(17)连接。
2.根据权利要求1所述的一种50MW等级轴流sCO2透平，其特征在于：所述进气阀门(17)为主气调节联合阀。
3.根据权利要求1所述的一种50MW等级轴流sCO2透平，其特征在于：所述外气缸(6)内设有转子(12)，内气缸(5)设置在转子(12)外部，内气缸(5)前半段和转子(12)之间设有安装在转子(12)上的反向叶片(4)，内气缸后半段和转子(12)之间设有安装在转子(12)上的正向叶片(7)，转子(12)前端与前轴承箱(1)内的前端轴承(2)连接，转子(12)后端与后轴承箱(10)内的后端轴承(9)连接。
4.根据权利要求3所述的一种50MW等级轴流sCO2透平，其特征在于：所述前端轴承(2)和后端轴承(9)均为支持轴承。
5.根据权利要求4所述的一种50MW等级轴流sCO2透平，其特征在于：所述外气缸(6)前端的内侧安装有前气封静环(3)，前气封静环(3)与安装在转子(12)上的前动环(15)连接，外气缸(6)后端的内侧安装有后气封静环(8)，后气封静环(8)与安装在转子(12)上的后动环(14)连接。
6.根据权利要求1所述的一种50MW等级轴流sCO2透平，其特征在于：所述前定中心梁结构(13)前端与前轴承箱(1)通过螺栓连接，前定中心梁结构(13)后端与外气缸(6)通过螺栓连接，后定中心梁结构(13)前端与外气缸(6)通过螺栓连接，后定中心梁结构(13)后端与后轴承箱(10)通过螺栓连接。
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倪剑;钱勇;周勇;覃小文;刘海杰;廖翔;: "超临界二氧化碳透平气缸设计方案研究", 发电设备, no. 01, 15 January 2020 (2020-01-15) *
韩万龙;丰镇平;王月明;李红智;周东;但光局;郭必敏;: "超临界二氧化碳高压涡轮气动设计及性能", 哈尔滨工业大学学报, no. 07, 13 April 2018 (2018-04-13) *

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