一种超临界二氧化碳透平压缩装置-k8凯发

本发明属于热力发电设备，具体涉及一种超临界二氧化碳透平压缩装置。

背景技术：

1、超临界二氧化碳具有密度大、黏性小的特征，其临界温度为31.1℃，临界压力为7.38mpa，相比于水蒸气等现有的动力循环工质来说，超临界二氧化碳的临界条件更易达到，能降低对装置材料的工作要求。同时，相比于其他工质，sco2无色无毒无味，化学性质稳定，使用安全，成本较低，适合大规模使用。

2、超临界二氧化碳(sco2)动力循环系统主要是指以sco2为工质的闭式布雷顿循环系统，主要部件包括压缩机、透平、换热器、热源和发电机等。相比于朗肯循环，布雷顿循环没有相变过程，无需设置冷凝器，故整体循环系统更为简洁。sco2黏性小、密度高，将其用于布雷顿循环可使整体循环热效率提高且保证系统结构紧凑。

3、在设计布雷顿循环时，考虑当前功率级别较小，从紧凑性出发，压缩机和透平不采用单独的轴承支承，而是直接布置在一体装置中，该类一体式机组称为sco2高速透平膨胀机。在压缩机中将低温低压的co2压缩为高压状态，通过换热器加热之后的高温高压co2在透平中膨胀做功。在设计工况下，透平输出功能够覆盖压缩机和损失耗功，剩余能量通过轴输出为机械功或者连接发电机输出电功。

4、现有的方案主要以透平机和压缩机为主，存在结构复杂，体积庞大，紧凑性低，主轴过长，为柔性转子，轴向力难以自平衡等缺点。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种超临界二氧化碳透平压缩装置，解决了现有的布雷顿循环系统存在结构复杂、体积庞大、紧凑性低、轴向力难以自平衡的缺点。

2、为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、本发明提供的一种超临界二氧化碳透平压缩装置，包括主轴，所述主轴上一体式结构设置有压缩机叶轮，所述主轴的输入端一侧安装有透平叶轮，所述透平叶轮与压缩机叶轮背向布置。

4、优选地，所述透平叶轮的左端设置有第二透平锁紧，所述第二透平锁紧套装在主轴上；所述主轴输入端端部设置有第一透平锁紧。

5、优选地，所述第一透平锁紧和第二透平锁紧的螺纹相反。

6、优选地，所述第二透平锁紧上开设有平衡孔。

7、优选地，所述透平叶轮和压缩机叶轮之间设置有第一轴承锁紧和固定端轴承，所述第一轴承锁紧靠近透平叶轮一侧，所述第一轴承锁紧处布置有第一阻尼密封，所述第一阻尼密封安装在轴承冷却座上；所述轴承冷却座上安装有第二阻尼密封，所述第二阻尼密封布置在所述压缩机叶轮和固定端轴承之间。

8、优选地，所述主轴上一体化设置有平衡盘，所述平衡盘置于压缩机叶轮的右侧；所述平衡盘和压缩机叶轮之间的主轴为压缩机进气段，所述平衡盘右侧的主轴为干气密封段；

9、所述压缩机进气段靠近平衡盘一侧布置有第三阻尼密封，所述第三阻尼密封安装在压缩机机匣上；

10、所述平衡盘的侧壁处布置有第四阻尼密封，所述第四阻尼密封安装在干气密封座上。

11、优选地，所述主轴的输出端设置有干气密封套件。

12、优选地，所述干气密封套件包括干气密封动环和干气密封静环，其中，所述干气密封动环套装在主轴上设置的干气密封段处，所述干气密封静环安装在干气密封座上。

13、优选地，所述主轴的输出端还设置有自由端轴承，所述自由端轴承置于干气密封套件的右侧；所述自由端轴承的右端设置有第二轴承锁紧。

14、优选地，所述第二轴承锁紧的端面上设置有平衡孔。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

16、本发明提供的一种超临界二氧化碳透平压缩装置，将透平叶轮和压缩机叶轮背向布置，同时，将透平叶轮布置于固定端轴承的左侧，压缩机叶轮布置于固定端轴承的右侧，并在压缩机叶轮的右侧布置自由端轴承，可有效缩短转子长度，提高转子一阶临界转速至额定转速以上，使转子成为刚性转子，升速过程无需过临界转速，避免柔性转子在升速过临界转速时发生较大的振动现象。

技术特征：

1.一种超临界二氧化碳透平压缩装置，其特征在于，包括主轴(1)，所述主轴(1)上一体式结构设置有压缩机叶轮(20)，所述主轴(1)的输入端一侧安装有透平叶轮(2)，所述透平叶轮(2)与压缩机叶轮(20)背向布置。

2.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳透平压缩装置，其特征在于，所述透平叶轮(2)的左端设置有第二透平锁紧，所述第二透平锁紧套装在主轴上；所述主轴输入端端部设置有第一透平锁紧。

3.根据权利要求2所述的一种超临界二氧化碳透平压缩装置，其特征在于，所述第一透平锁紧和第二透平锁紧的螺纹相反。

4.根据权利要求2所述的一种超临界二氧化碳透平压缩装置，其特征在于，所述第二透平锁紧上开设有平衡孔。

5.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳透平压缩装置，其特征在于，所述透平叶轮和压缩机叶轮之间设置有第一轴承锁紧和固定端轴承，所述第一轴承锁紧靠近透平叶轮一侧，所述第一轴承锁紧处布置有第一阻尼密封，所述第一阻尼密封安装在轴承冷却座(8)上；所述轴承冷却座(8)上安装有第二阻尼密封(15)，所述第二阻尼密封(15)布置在所述压缩机叶轮和固定端轴承之间。

6.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳透平压缩装置，其特征在于，所述主轴上一体化设置有平衡盘，所述平衡盘置于压缩机叶轮的右侧；所述平衡盘和压缩机叶轮之间的主轴为压缩机进气段，所述平衡盘右侧的主轴为干气密封段；

7.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳透平压缩装置，其特征在于，所述主轴(1)的输出端设置有干气密封套件(26)，所述干气密封套件(26)安装在干气密封座上。

8.根据权利要求7所述的一种超临界二氧化碳透平压缩装置，其特征在于，所述干气密封套件包括干气密封动环和干气密封静环，其中，所述干气密封动环套装在主轴上设置的干气密封段处，所述干气密封静环安装在干气密封座上。

9.根据权利要求7所述的一种超临界二氧化碳透平压缩装置，其特征在于，所述主轴的输出端还设置有自由端轴承，所述自由端轴承置于干气密封套件的右侧；所述自由端轴承的右端设置有第二轴承锁紧。

10.根据权利要求9所述的一种超临界二氧化碳透平压缩装置，其特征在于，所述第二轴承锁紧的端面上设置有平衡孔。

技术总结
本发明提供的一种超临界二氧化碳透平压缩装置，包括主轴，所述主轴上一体式结构设置有压缩机叶轮，所述主轴的输入端一侧安装有透平叶轮，所述透平叶轮与压缩机叶轮背向布置；本发明能够有效缩短转子长度，提高转子一阶临界转速至额定转速以上，使转子成为刚性转子，升速过程无需过临界转速，避免柔性转子在升速过临界转速时发生较大的振动现象。

技术研发人员：白博峰,张旭,李煜喆,岳梁媛,李嘉琦,张恩搏,徐凯,冯彦力
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8