CN214247423U - 透平和布雷顿循环系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种透平和布雷顿循环系统，透平包括：驱动轴、叶轮、壳体以及密封结构，叶轮位于壳体内部，叶轮安装于驱动轴上，壳体设有轴孔，驱动轴安装于轴孔内，密封结构包括迷宫密封结构、指尖密封结构以及螺旋密封结构，螺旋密封结构位于驱动轴与轴孔之间间隙内，指尖密封结构安装于壳体上，指尖密封结构紧密贴合壳体的外表面，迷宫密封结构设置于叶轮和壳体的内表面之间间隙内，通过采用迷宫密封结构、螺旋密封结构以及指尖密封结构作为组合式动密封，达到极少量泄露，甚至接近零泄露。

Description

透平和布雷顿循环系统

技术领域

本申请涉及电力技术领域，尤其涉及一种透平和布雷顿循环系统。

背景技术

超临界二氧化碳布雷顿循环系统，是一种以超临界状态的二氧化碳为工质的布雷顿循环系统，因此，也叫做超临界二氧化碳(Supercritical Carbon Dioxide，简称：工质)布雷顿循环系统。

透平作为该发电系统的关键部件，需要保证透平中高速转子轴系稳定可靠运行，同时尽量减小透平中工质的泄漏量。现有透平中驱动轴密封主要采用迷宫密封和干气密封两种形式。透平在运行时，转子轴系会经历多种非稳态过程，容易引起迷宫式密封结构中的密封转子和静子之间发生碰撞摩擦而出现破坏，引起泄漏量增加甚至是密封失效。干气密封价格昂贵，而且不能够承受高温工质介质的冲击，需要配置额外的冷却机构。

然而，现有的迷宫式密封可靠性不高，干气密封结构需要配置额外冷却机构，结构复杂。

实用新型内容

本申请提供一种透平和布雷顿循环系统，旨在提供一种密封性能良好的透平。

第一方面，本申请一种透平，包括：驱动轴、叶轮、壳体以及密封结构；

叶轮位于壳体内部，叶轮安装于驱动轴上；

壳体设有轴孔，驱动轴安装于轴孔内；

密封结构包括迷宫密封结构、指尖密封结构以及螺旋密封结构；

螺旋密封结构位于驱动轴与轴孔之间间隙内；指尖密封结构安装于壳体上，指尖密封结构紧密贴合壳体的外表面；迷宫密封结构设置于叶轮和壳体的内表面之间间隙内。

可选地，螺旋密封结构包括螺旋套筒、密封垫以及连接件；

螺旋套筒的内壁设有密封螺纹，螺旋套筒的内壁与驱动轴接触，螺旋套筒端部设有连接部，密封垫位于螺旋套筒的连接部和壳体内表面之间，连接件连接螺旋套筒、密封垫以及壳体。

可选地，在与螺旋套筒的内壁接触的驱动轴表面涂装有易磨损的涂层。

可选地，迷宫密封结构包括顶部密封齿、底部密封齿、顶部密封环和底部密封环；

其中，顶部密封齿设置于叶轮轮盖的水平段外缘，顶部密封环位于顶部密封齿和壳体的内表面之间间隙内；底部密封齿设置于叶轮轮背的轴伸段外缘，底部密封环位于底部密封齿和螺旋套筒之间间隙内。

可选地，指尖密封结构为双密封靴的指尖密封结构，且两个密封靴的朝向相反。

可选地，壳体内设有靠近驱动轴和螺旋套筒的冷却介质通道。

可选地，冷却介质通道用于与压缩机的出口连通。

可选地，透平还包括壳体密封结构；

壳体包括前壳体和后壳体，壳体密封结构位于前壳体和后壳体之间的间隙内；

壳体密封结构包括金属齿形圈、两个密封垫，金属齿形圈的外表面设置有齿，金属齿形圈位于两个密封垫之间。

第二方面，本申请一种布雷顿循环系统，包括：压缩机、加热器、回热器、透平和冷却器；

压缩机的输出端与回热器的冷测入口连接，回热器的冷侧出口与加热器的输入端连接，加热器的输出端与透平的输入端连接，透平的输出端与回热器的热侧入口连接，回热器的热侧出口与冷却器的输入端连接，冷却器的输出端与压缩机的输入端连接。

可选地，系统还包括引流导管，压缩机的输出端通过引流导管与透平的驱动轴内冷却介质通道连接。

本申请提供一种透平和布雷顿循环系统，将螺旋密封结构设置驱动轴与轴孔之间间隙内，防止工质从壳体内部通过驱动轴和轴孔之间缝隙泄露，指尖密封结构安装于壳体上，且指尖密封结构紧密贴合壳体的外表面，若仍有少量工质从螺旋密封结构泄露，指尖密封结构可以进一步阻挡工质从驱动轴和轴孔之间缝隙泄露。另外，通过在壳体上设置靠近驱动轴和螺旋套筒的冷却通道，避免热量通过驱动轴传递至基座壳体，保证使基座壳体内的轴承内润滑液润滑效果，且可以进步降低驱动轴和壳体之间缝隙的泄露，保证透平的能量转化效率。

附图说明

图1为本申请一实施例提供的透平的结构示意图；

图2为本申请另一实施例提供的高速转子轴系的结构示意图；

图3为本申请另一实施例提供的壳体密封结构的结构示意图；

图4为本申请另一实施例提供的迷宫密封结构的部分结构示意图；

图5为本申请另一实施例提供的指尖密封结构和螺纹密封结构的结构示意图；

图6为本申请一实施例提供的透平内工质工作通道、泄漏通道以及润滑油通道的示意图；

图7为本申请另一实施例提供的布雷顿循环系统的结构示意图。

附图标记：

10-冷却器；20-压缩机；30-回热器；40-加热器；50-透平；60-电动发电机或者高速齿轮箱；1-基座壳体；2-前壳体；3-后壳体；4-高速转子轴系：401- 挡油环；402-轴承转子；403-高速轴；404-轴承转子；405-可磨涂层；406-透平叶轮；407-透平压紧螺母；408-透平拉杆；501-油封1；502-油封2；503- 壳体密封结构；5031-密封垫；5032-齿形圈；5033-高温密封胶；504-迷宫式密封结构；5041-顶部密封套；5042-顶部密封环；5043-顶部密封齿、5044-底部密封齿；506-螺旋密封结构；5061-密封环；5062-密封垫；5063-螺旋套筒； 505-指尖密封；5051-前隔板；5052-高压密封片；5053-高压密封靴；5054-低压密封靴；5055-低压密封片；5056-后挡板；5057-密封垫；A1-透平进口工质； A2-冷却通道进口的冷却介质；A3-透平出口工质；A4-叶轮轮盖泄露介质； A5-叶轮轮背泄露介质；A6-透平轴端泄露介质；A7-冷却通道进口的冷却介质； B-润滑油进口；B1-润滑油出口；B2-左端泄露润滑油；B3-右端泄露润滑油；B4-左端润滑油回油；B5-右端润滑油回油。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

与传统的发电循环类型相比，超临界二氧化碳布雷顿闭式循环发电系统，具有结构简单、设计紧凑、成本较低等优势，并且能够在相对较低的温度范围内获得较高的循环效率，已经成为新能源行业关注的焦点。

透平作为该发电系统的关键部件，往往承受高温、高压、高转速的恶劣工况环境，因此，必须保证高速转子轴系稳定可靠运行，同时尽量减小主机中工质的泄漏量，以减少工质的充装补气量和次数，提高系统的循环效率，降低能源消耗水平，改善主机的动力稳定性。

常规叶轮机械的密封一般采用静密封和旋转动密封。其中，静密封主要有金属密封、金属衣状密封、索状密封、O形圈密封以及垫片密封等。旋转动密封主要有非接触式迷宫密封、蜂窝/孔型阻尼密封、袋型阻尼密封、接触式刷式密封、螺旋密封、干气密封、指尖密封以及叶式密封。干气密封、指尖密封和叶式密封这三种方式的密封是近年来逐步发展的。

静密封几乎可以做到零泄露，由于旋转副之间始终存在一定的间隙，动密封泄露是在所难免的。因此，减少动密封的泄露量一直是本领域技术人员需要攻破的难题。

现有透平中驱动轴密封主要采用迷宫密封和干气密封两种形式。迷宫密封结构相对简单、成本较低。然而，为达到良好的密封效果，需增加密封齿的长度以及密封齿的数量。又透平在实际运行过程中，转子轴系会经历多种非稳态过程，容易引起迷宫式密封结构中的密封转子和静子之间发生碰撞摩擦而出现破坏，引起泄漏量增加甚至是密封失效。干气密封作为一种非接触密封，虽然密封效果比迷宫密封优良，但是其结构设计和控制系统相对复杂，价格昂贵，而且不能够承受高温工质介质的冲击，需要配置额外的冷却机构。

然而，现有的迷宫式密封可靠性不高，干气密封结构需要配置额外冷却机构，结构复杂。为了解决上述问题，本申请提供一种透平以及布雷顿循环系统，旨在提供一种密封可靠以及结构简单的透平结构。

如图1所示，本申请提供一种透平，透平包括驱动轴403、叶轮406、壳体6以及密封结构。

其中，叶轮406位于壳体6内部，叶轮406安装于驱动轴403上。壳体 6设有轴孔，驱动轴403安装于轴孔内。

壳体6为工质工作提供密封空间，壳体6设有进气口和出气口，当高温高压的工质从进气口进入壳体内时，高温高压的工质推动位于壳体6内的叶轮406转动，叶轮406带动驱动轴403转动，工质从出气口排出。

由于工质推动叶轮旋转进而带动驱动轴转动，使得出气口的工质和进入口的工质压力不同，驱动轴和叶轮需要将壳体分成高压区和低压区，且驱动轴安装于轴孔内，也需要对壳体的轴孔进行密封。

密封结构包括迷宫密封结构504、指尖密封结构505以及螺旋密封结构 506。其中，指尖密封结构505和螺旋密封结构506用于实现驱动轴和轴孔之间缝隙。迷宫密封结构504用于实现叶轮和壳体之间缝隙密封，以将壳体分隔为高压区和低压区。

其中，迷宫密封结构504设置于叶轮和壳体的内表面之间的间隙内，以防止高压区工质向低压区工质泄露。螺旋密封结构506位于驱动轴与轴孔之间的间隙内。指尖密封结构505安装于壳体上，指尖密封结构505紧密贴合壳体的外表面。螺旋密封结构506作为驱动轴和轴孔之间缝隙的密封结构，以防止工质从壳体内部通过驱动轴和轴孔之间缝隙泄露。若仍有少量工质从螺旋密封结构泄露，指尖密封结构505作为驱动轴和轴孔之间缝隙的密封结构，可以进一步阻挡工质泄露。

下面描述本申请实施例的工作原理：当透平工作时，高温高压气体从进气口进入壳体内，由于壳体和叶轮之间设有迷宫式密封结构，气体无法直接从进入口流至出气口，需要推动叶轮转动，进而带动驱动轴转动，实现叶轮和壳体之间的动密封。又在驱动轴和轴孔之间设置有螺旋密封结构以及指尖密封结构，工质无法从驱动轴和轴孔之间的缝隙中流出，实现驱动轴和壳体之间的动密封。

本申请实施例提供的透平，当透平工作时，指尖密封结构和螺旋密封结构用于实现驱动轴和轴孔之间缝隙，以防止工质泄露至壳体外部，迷宫密封结构用于实现叶轮和壳体之间缝隙密封，以防止高压区工质向低压区泄露，进而可以保障透平的能量转化效率。

本申请另一实施例提供一种透平，透平包括壳体、高速转子轴系以及密封结构。壳体又包括前壳体2和后壳体3，如图2所示，高速转子轴系4包括挡油环401、轴承转子402、驱动轴403、轴承转子404、可磨涂层405、叶轮406、锁紧螺母407以及拉杆408。

其中，在高速转子轴系4中，轴承转子402安装在驱动轴403上，挡油环401 与驱动轴403为过盈装配，并且采用径向销防转。叶轮406与驱动轴403通过端面齿连接，以保证叶轮406与驱动轴403的径向和轴向定位，再通过拉杆408 和锁紧螺母407进行轴向定位和压紧。

继续参考图1，在壳体安装时，以基座壳体1为基准，也就是高速电动发电机壳体或者齿轮箱壳体为基准。前壳体2与基座壳体1之间通过配合紧密的止口连接。由于前壳体2轴向受力较小，因此采用小螺栓进行把合固定，以实现前壳体2轴向、径向、周向的定位。后壳体3与前壳体2之间也通过配合紧密的止口连接。由于透平的壳体腔体内均承受较大的压力，且壳体的厚度较大，采用直径大、材料强度高的螺栓进行把合固定，以实现后壳体轴向、径向、周向的定位和承力要求。

优选地，如图3所示，透平还包括壳体密封结构503，壳体密封结构503 位于前壳体和后壳体之间的间隙内。壳体密封结构503包括金属齿形圈5032、两个密封垫5031，金属齿形圈5032的外表面设置有齿，金属齿形圈5032位于两个密封垫5031之间。密封垫可以为紫铜垫、柔性石墨垫、不锈钢垫等，且硬度低于金属齿形圈。

壳体的腔体内压力和温度很高，前壳体和后壳体的装配面上在通过螺栓连接，通过螺栓紧固力使得金属齿形垫和压紧密封垫产生塑性变形，达到端面静密封的效果。前壳体和后壳体的轴向贴合面会产生一定的缝隙，在此缝隙中注入一定量的高温密封胶5033，以加强壳体密封的效果，实现零泄露。

继续参考图1和图2，下面描述迷宫式密封结构504，也就是叶轮和壳体之间密封方式。迷宫密封结构504包括顶部密封齿5043、底部密封齿5044、顶部密封环5042、底部密封环以及顶部密封套5041。

顶部密封齿设置于叶轮轮盖的水平段外缘，也就是靠近后壳体的部分，顶部密封环5042位于顶部密封齿和壳体的内表面之间间隙内。顶部密封齿和顶部密封环之间配合，以实现叶轮轮盖与壳体之间径向密封，可实现少量泄露。从迷宫密封结构泄露的工质又与叶轮出口介质进行混合，属于内泄露，是可以容忍的。

优选地，如图4所示，顶部密封齿采用迷宫密封齿进行旋转动密封。在顶部密封环5042外还设置顶部密封套5041，顶部密封环5042的外径与顶部密封套5041的内径采用过盈装配。顶部密封环5042可以为紫铜环、石墨环、不锈钢环等，且硬度低于叶轮顶部密封齿。顶部密封套5041可以与前壳体为相同或者相近性质的材料。

同时顶部密封环5042的左右两个端面在顶部密封套5041的压紧下，产生微小的塑性变形，两个端面分别与密封套和前壳体形成紧密的端面密封，以防止高温高压介质从顶部密封环左右两个端面的轴向泄露。

继续参考图1和图2，底部密封齿位于设置于叶轮轮背的轴伸段外缘，底部密封环位于底部密封齿和螺旋套筒之间间隙内，底部密封齿和底部密封环之间配合，以实现叶轮轮背与壳体之间密封，可实现少量泄露。

下面先描述指尖密封结构，如图5所示，指尖密封结构为双密封靴的指尖密封结构，其中，指尖密封结构包括依次放置的前隔板5051、高压密封片 5052、高压密封靴5053、低压密封靴5054、低压密封片5055以及后挡板5056。高压密封靴5053和低压密封靴5054的朝向相反。在前隔板5051和壳体之间设有密封垫5057，通过连接件将密封垫5057和指尖密封结构同壳体连接，并使密封垫5057挤压变形，实现静密封。

指尖密封结构是一种非接触式的旋转动密封，基于流体动压原理，利用驱动轴和指尖密封的相对运动，在密封截面处的驱动轴外表面和密封靴之间形成动压气膜作用，最终阻碍工质的泄露，实现密封效果。

更具体地，高速转子轴运转时，在驱动轴和密封靴之间会形成两个流场：一个流场是驱动轴表面和密封靴相对转动而形成的圆周方向的旋转流场；另一个是工质沿驱动轴和密封靴间隙流动而形成的轴向方向的压力流场，正是由于这两个流场的综合作用，在驱动轴和两个密封靴指尖建立起动压气膜，阻碍上游高压腔的介质继续向下游低压腔基座壳体的泄露，最终达到极小的泄漏量，甚至是接近零泄露。

指尖密封的密封性能与结构几何参数、密封间隙等有很大的相关性，一般设计时，应保证驱动轴与密封靴之间的气膜应具有较高的承载力，同时要保证间隙值尽可能小，这样才能尽可能的降低泄漏量。

继续参考图5，下面描述螺旋密封结构，螺旋密封结构包括螺旋套筒5063、密封垫5062、底部密封环5061以及连接件。其中，底部密封环5061位于螺旋套筒5063的内壁和底部密封齿5044之间的缝隙之间。螺旋套筒5063的内壁设有密封螺纹，螺旋套筒5063的内壁与驱动轴之间存在很小的间隙。螺旋套筒端部设有连接部，密封垫5062位于螺旋套筒的连接部和壳体内表面之间，连接件连接螺旋套筒、密封垫以及壳体，以实现螺旋套筒与壳体之间固定连接。通过连接件将密封垫5062和螺旋密封结构同壳体连接，并使密封垫5062 挤压变形，实现接合面的静密封。

螺旋密封结构是利用螺纹阻止工质泄漏的非接触式动密封，在密封部位的壳体上安装带有螺纹的螺旋套筒，工作时泄漏的工质充满螺纹和驱动轴所包含的狭小间隙。驱动轴在旋转时，利用螺旋的泵送作用，螺旋槽对间隙中的工质产生了一个轴向推力，进行了能量交换，使驱动轴的旋转动能转换成工质的压力能，就形成了密封压头，把泄露的工质不断地推赶回去至高压侧，当回流量等于向外泄露的泄漏量时，就实现了螺旋密封的目的。

螺旋套筒上螺纹的旋向，始终保持螺旋对工质的推赶方向与泄露方向相反。螺旋密封的能力一般用密封上下游的压差ΔP来表征，而ΔP与工质的粘度、螺旋长度、间隙大小、驱动轴的转速、螺旋的结构等参数密切相关。

由于驱动轴的转速、螺旋长度等结构参数已经设定，为了降低进一步降低驱动轴和壳体之间泄露量，从如下两个方面降低泄露量。

第一，降低泄露工质的粘度。工质粘度越低，越容易泄露，螺旋密封能够封住的压力也就越低。而叶轮轮背处泄露的工质温度非常高，粘度比较低，会增大泄漏量，且会使得驱动轴的温度升高，进而导致到轴承和用于润滑轴承的润滑油的温升过大，威胁主机安全。因此，在壳体内设有靠近驱动轴和螺旋套筒的冷却介质通道，冷却介质通道用于与压缩机的出口连通。

通过从压缩机的出口引流对前壳体、螺旋套筒以及驱动轴进行冷却，同时通过压力调节，使得冷却介质通道内的压强略小于叶轮轮背和壳体之间泄露工质的压强，尽量阻断叶轮轮背和壳体之间工质泄露。螺旋套筒的上游压力为冷却通道内冷却介质的压强，螺旋套筒的上游温度为冷却通道内冷却介质的温度，相对叶轮轮背泄露的工质温度，冷却介质温度更小，使得通过螺旋密封泄露的介质的粘度较大，泄漏量将会非常少，且温度较低。

第二，减小泄露间隙。将驱动轴和螺旋套筒之间的间隙设计的尽量小，为了不使驱动403轴与螺旋套筒5063发生碰撞产生动静干涉甚至是抱死，则在驱动轴403表面涂装一层可磨损的涂层405，这样就可以将泄露间隙接近零间隙设计。

如图6所示，下面描述透平的密封原理：透平的工质A1从进入气口进入壳体后，推动透平叶片进行膨胀做功，进气口的高压工质经过设置于叶轮轮盖的水平端外缘的迷宫密封结构504泄露至透平的出气口，并与透平出气口 A3混合汇流，但该泄露为仍处于内循环中，是可以容忍的。

冷却工质A2从冷却介质通道的进入口进入前壳体并流经透平端面齿间隙孔，冷却前壳体和驱动轴后，冷却工质A7最终从前壳体的冷却介质通道的出气孔排出。通过调节冷却介质通道的进气口的冷却工质A2的压力和流量，冷却工质的压强略小于叶轮轮背和壳体之间泄露工质的压力，使得两处的压差尽可能小，实现叶轮轮背和壳体之间存在极少量泄漏气，尽量接近零泄露。同时冷却工质阻断了一部分热量通过叶轮向驱动轴传递。螺旋密封结构506 和和指尖密封结构505的上游压力为冷却介质的温度和压强，可以实现驱动轴和螺旋套筒之间极少量泄露，甚至是接近零泄露。以实现透平端泄露满足如下公式：

Q_A1+Q_A2≈Q_A3+Q_A4+Q_A5+Q_A6+Q_A7

其中，Q_A1表示透平进气口的工质的流量，属于高温高压介质，Q_A2表示冷却介质通道进气口的工质的流量，属于高压低温工质，Q_A3表示透平出气口的工质的流量，属于低压高温介质，Q_A4表示叶轮轮盖和壳体之间泄露量，属于高温高压介质，Q_A5表示叶轮轮背和壳体之间泄露量，属于高温高压介质， Q_A6表示透平轴端泄露量，也就是驱动轴和壳体之间泄露量，属于低温低压工质，Q_A7表示冷却介质通道出气口的工质的流量，属于低温高压工质。

下面描述基座润滑油泄露，润滑油B从注油口注入基准壳体，绝大部分润滑油B1直接从回油口回流至滑油系统，少量润滑油B2和润滑油B3润滑轴承 402、轴承404之后，存在泄露的风险。在驱动轴上安装油封501、挡油环401、油封502、指尖密封结构中低压靴5054的设计，阻隔了润滑油沿轴表面的泄露，使得从驱动轴表面回流的润滑油B4和润滑油B5回流至滑油系统，也保证了循环系统中工质的纯净。润滑油的泄露满足如下公式：

Q_B≈Q_B1+Q_B4+Q_B5

其中，Q_B表示注油口的润滑油流量，Q_B1表示回油口的润滑油流量，Q_B4和Q_B5表示从驱动轴表面回流的润滑油流量。

壳体与驱动轴配合处，密封圈外径与螺旋套筒在径向采用过盈装配，实现静密封，密封圈内径与螺旋套筒的内壁设置的密封螺纹实现第一道旋转动密封。螺旋套筒5063内壁设置的密封齿、指尖密封505进行第二道和第三道旋转动密封，可以确保泄漏量很少，甚至是接近零泄露。

本申请实施例提供的透平，当透平工作时，指尖密封结构和螺旋密封结构用于实现驱动轴和轴孔之间缝隙，以防止工质泄露至壳体外部，迷宫密封结构用于实现叶轮和壳体之间缝隙密封，以防止高压区工质向低压区泄露，在壳体靠近螺旋套筒和驱动轴附近设置冷却介质通道，可以防止叶轮轮背泄露的高温工质使驱动轴温度升高，可以保证螺旋密封结构的可靠性，进而可以保障透平的能量转化效率。

如图7所示，本申请另一实施例提供一种布雷顿循环系统，发电系统包括：压缩机20、加热器40、透平50、回热器30和冷却器10。

压缩机20的输出端与回热器30的冷侧入口连接，回热器30的冷测出口与加热器40的输入端连接，加热器40的输出端与透平50的输入端连接，透平50的输出端与回热器30的热侧进口连接，回热器30的热侧出口与冷却器 10的输入端连接，冷却器10的输出端与压缩机20的输入端连接。压缩机20 的机械端和透平50的机械端均与电动发电机(或者齿轮箱)60连接。发电系统还包括引流导管，压缩机的输出端通过引流导管与透平的驱动轴内冷却介质通道连接。

在透平运行过程中，如果基座壳体区域的温度过高，会导致润滑油的失效以及轴承的损坏。因此，采用温度监测装置TC实时监测电动发电机(或者齿轮箱)60内轴承和润滑油的温度，并将信号实时反馈至流量调节装置QT和压力调节装置PT，通过调节引流导管内流量和压力，控制前壳体和驱动轴向基座壳体的热量传递，间接降低轴承和润滑油的温度。

下面描述布雷顿循环系统的工作原理：经过冷却器后的低温低压超临界二氧化碳在压缩机叶轮流道内被压缩，压力升高，高压的工质经过压缩机蜗壳后分两路排出：一路经过回热器和加热器变成高温高压的工质，通过透平蜗壳，从叶轮轮盖进入叶片流道，推动叶轮旋转进行膨胀做功，做功后的高温工质经过回热器和冷却器后，又重新进入压缩机中完成循环。在循环工作的过程中，为了避免透平工作介质的热量通过前壳体和驱动轴传递至基座壳体，而导致润滑油高温失效和轴承损坏，因此，压缩机另一路直接引流注入透平前壳体，阻断热量向基座壳体的传递，也减少叶轮轮背和壳体之间的泄露，冷却前壳体后，直接与透平的出气口汇合，继续进入回热器的热侧入口，继续循环。

在本申请实施例提供的布雷顿循环系统中，通过将压缩机的输出端的一部分工质引流至透平壳体内的冷却介质通道，冷却透平的驱动轴和壳体，可以避免热量通过驱动轴传递至基座壳体，保证使基座壳体内的轴承内润滑液润滑效果，且可以进步降低驱动轴和壳体之间缝隙的泄露，保证透平的能量转化效率。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，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，或者对其中部分或者全部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申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种透平，其特征在于，包括：驱动轴、叶轮、壳体以及密封结构；

所述叶轮位于所述壳体内部，所述叶轮安装于所述驱动轴上；

所述壳体设有轴孔，所述驱动轴安装于所述轴孔内；

所述密封结构包括迷宫密封结构、指尖密封结构以及螺旋密封结构；

所述螺旋密封结构位于驱动轴与所述轴孔之间间隙内；所述指尖密封结构安装于所述壳体上，所述指尖密封结构紧密贴合所述壳体的外表面；所述迷宫密封结构设置于所述叶轮和所述壳体的内表面之间间隙内。

2.根据权利要求1所述的透平，其特征在于，所述螺旋密封结构包括螺旋套筒、密封垫以及连接件；

所述螺旋套筒的内壁设有密封螺纹，所述螺旋套筒的内壁与所述驱动轴接触，所述螺旋套筒端部设有连接部，所述密封垫位于所述螺旋套筒的连接部和所述壳体内表面之间，所述连接件连接所述螺旋套筒、所述密封垫以及所述壳体。

3.根据权利要求2所述的透平，其特征在于，在与所述螺旋套筒的内壁接触的驱动轴表面涂装有易磨损的涂层。

4.根据权利要求1所述的透平，其特征在于，所述迷宫密封结构包括顶部密封齿、底部密封齿、顶部密封环和底部密封环；

其中，所述顶部密封齿设置于叶轮轮盖的水平段外缘，所述顶部密封环位于所述顶部密封齿和所述壳体的内表面之间间隙内；

所述底部密封齿位于设置于叶轮轮背的轴伸段外缘，所述底部密封环位于所述底部密封齿和螺旋套筒之间间隙内。

5.根据权利要求1所述的透平，其特征在于，所述指尖密封结构为双密封靴的指尖密封结构，且两个密封靴的朝向相反。

6.根据权利要求2所述的透平，其特征在于，所述壳体内设有靠近所述驱动轴和所述螺旋套筒的冷却介质通道。

7.根据权利要求6所述的透平，其特征在于，所述冷却介质通道用于与压缩机的出口连通。

8.根据权利要求1所述的透平，其特征在于，所述透平还包括壳体密封结构；

所述壳体包括前壳体和后壳体，所述壳体密封结构位于所述前壳体和所述后壳体之间的间隙内；

所述壳体密封结构包括金属齿形圈、两个密封垫，所述金属齿形圈的外表面设置有齿，所述金属齿形圈位于两个密封垫之间。

9.一种布雷顿循环系统，其特征在于，包括：压缩机、加热器、回热器、透平和冷却器；

所述压缩机的输出端与所述回热器的冷侧入口连接，所述回热器的冷侧出口与所述加热器的输入端连接，所述加热器的输出端与所述透平的输入端连接，所述透平的输出端与所述回热器的热侧入口连接，所述回热器的热侧出口与所述冷却器的输入端连接，所述冷却器的输出端与压缩机的输入端连接。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述系统还包括引流导管，所述压缩机的输出端通过所述引流导管与所述透平的驱动轴内冷却介质通道连接。

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