[发明专利]超临界工质透平壳体轴向环面冲击外冷装置及工作方法

说明书

本发明公开了超临界工质透平壳体轴向环面冲击外冷装置及工作方法，该装置包括透平本体、主轴、主轴支座、支撑板、保温层、冲击壳体、冲击腔、冲击孔、进气管道、截止阀、充气泵、排气管道和单向阀，通过设计分块可组装的固定于支座和透平基座上的支撑板，将透平本体罩在内侧，在支撑板外侧设置保温层，实现在正常工作状态对透平本体进行保温，在支撑板内侧设置有与透平机组本体一定间隙的带有多排冲击孔的冲击壳体，在紧急事故工况时，通过风机将空气送入冲击壳体的冲击腔，空气经过冲击孔以一定角度高速冲击透平本体，快速带走透平本体的热量，实现在紧急事故工况对透平机组本体快速散热，本发明可使超临界工质透平本体事故工况的冷却时间更短。

技术领域

本发明涉及超临界工质透平壳体冷却技术领域，具体涉及一种超临界工质透平壳体轴向环面冲击外冷装置及工作方法。

背景技术

在超临界二氧化碳布雷顿循环或Allam循环系统中，设计工况的温度通常在600至1300℃之间，设计压力在20至32MPa之间。对于上述高设计参数的先进循环系统，透平机组能量密度极高，为保证透平机组设计寿命在20年以上，透平机组本体的壳体的设计厚度值比传统汽轮机组的厚度大，透平机组本体的蓄热量十分巨大，使透平机组在紧急停机过程中壳体的热量很难散去，如果壳体长时间热量不能散去，不但会延长机组的检修时间，还会损伤壳体中的干气密封静子件结构，还增大了发生转子主轴高温弯曲变形的故障发生率。同时,在透平正常运行工况需要对透平机组本体进行保温，可以降低系统的热量向环境的散失，提高系统运行工况热效率。这样就带来一个问题：如何实现超临界工质透平机组壳体在启动过程、设计工况和变工况过程、正常停机过程，对壳体进行保温，在事故工况紧急停机过程中加快壳体散热。目前，尚无技术方案既能对超临界工质透平机组壳体进行保温又能实现在紧急事故时促进壳体散热。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种超临界工质透平壳体轴向环面冲击外冷装置及工作方法，通过设计分块可组装的固定于支座和透平基座上的支撑板，将正常工作状态的透平本体罩在内侧，在支撑板外侧设置保温层，可以实现在正常工作状态对透平本体进行保温，在支撑板内侧设置有与透平机组本体一定间隙的带有多排冲击孔的冲击壳体，在紧急事故工况时，通过风机将送来的低温空气进入冲击壳体的冲击腔，由冲击腔将气体均匀送至每个冲击孔，气体经过冲击孔以一定角度高速冲击透平本体，快速带走透平本体的热量，从而实现在紧急事故工况对透平机组本体进行快速散热，最终从带有单向阀的排气管道流至厂房外侧。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

超临界工质透平壳体轴向环面冲击外冷装置，包括透平本体1、主轴2、主轴支座3、支撑板4、保温层5、冲击壳体6、冲击腔7、冲击孔8、进气管道9、截止阀10、充气泵11、排气管道12和单向阀13，其中主轴2位于透平本体1中部，主轴2两端由两侧的主轴支座3支撑，支撑板4固定于两侧的主轴支座3端部并将透平本体1置于其内，保温层5固定于支撑板4的外侧，冲击壳体6固定于支撑板4的内侧，冲击壳体6中部包含至少一个冲击腔7，冲击壳体6的内侧环面形状与透平本体1轴向外侧环面是空间相似环面，冲击壳体6的内侧环面上有若干个冲击孔8，每个冲击孔8的进口与冲击腔7相连通，每个冲击孔8的中心线延长线均与透平本体1轴向外侧环面相交，进气管道9固定在支撑板4上，进气管道9的进口端设置有充气泵11，进气管道9依次穿过保温层5、支撑板4，进气管道9出口端与冲击壳体6内部的冲击腔7相连通，在进气管道9上设置截止阀10，排气管道12固定在支撑板4上，排气管道12的进口和支撑板4、透平底座及两个主轴支座3所围成的空间连通，在排气管道12上设置有单向阀13，排气管道12依次穿过支撑板4和保温层5，排气管道12的出口与厂房外界大气连通。

所述冲击壳体6的内侧环面与透平本体1轴向外侧环面的距离为固定值或固定范围区间内，该距离优选为0.5至2.0cm。

所述冲击孔8的孔型可以是三角形、梯形、正多边形、不规则多边形、圆形、椭圆形，孔的中心线与主轴中心线所成角度优选为20至90°，孔的通流面积从进口到出口可以是恒定值或单调递增或单调递减或先递增后递减或先递减后递增或非单调形式。