[实用新型]一种超临界二氧化碳涡轮机推力平衡系统

说明书

本实用新型公开了一种超临界二氧化碳涡轮机推力平衡系统，保证推力不超容量，并实现推力轴承功耗最小。包括齿轮箱、超临界二氧化碳涡轮机、推力平衡结构，齿轮箱包括箱体、高速轴，高速轴通过径向推力联合轴承支撑于箱体，高速轴上设有主推力盘和辅推力盘与径向推力联合轴承对应配合；超临界二氧化碳涡轮机包括壳体、涡轮转子，涡轮转子包括涡轮轴，涡轮轴的一端伸出外壳体与高速轴配合固定，高速轴、涡轮轴的连接处与外壳体之间设置主干气密封，推力平衡结构包括平衡壳体、端盖和平衡干气密封，高速轴的一端穿过齿轮箱伸入平衡壳体内，高速轴、平衡壳体之间设置平衡干气密封。

技术领域

本实用新型涉及涡轮机技术领域，特别是涉及一种超临界二氧化碳涡轮机推力平衡系统。

背景技术

以超临界二氧化碳为工质的闭式循环动力系统，可以大大降低涡轮机和压缩机等设备的尺寸，具有能量密度大、压缩功耗小、循环无相变、初始投资少、运行成本低的优点，被认为是未来电力系统的最佳方案。

超临界二氧化碳涡轮机是热力循环系统中将热能转换为机械能的重要部件，中等功率、高转速机组(通常指功率大于350kW，小于2mW，转速高于20000rpm)一般采用齿轮箱传动结构，不采用直驱高转速发电机结构，是因为此功率范围内高速电机存在功率限制，可靠性不佳。因此采用涡轮机直连齿轮箱，再通过齿轮减速带动普通发电机进行发电，即单端悬挂布置，此布置形式相对涡轮机与齿轮箱通过联轴器耦合布置形式可以减少机组所需轴承数量，相对齿轮箱多轴端悬挂布置可减小级间管路损失，提高机组效率。

由于超临界二氧化碳介质具有高压特点，并且单悬挂布置具有以下特点：

(1)悬挂布置导致涡轮盘受压面积增大，由进出口压差造成的推力大；

(2)涡轮叶片气动力造成的推力大；

(3)高压气体须使用干气密封，干气密封会在轴上产生由高压侧指向低压侧的巨大推力；

(4)齿轮螺旋角会在轴上产生推力。

以上四点是单悬挂式超临界二氧化碳涡轮机推力的组成部分，即使准确预测设计点推力，并平衡，但在热力系统变工况时(根据系统运行要求，变工况主要指进口压力改变，出口压力、流量，转速均不变)，以上四部分均会发生变化，造成总推力变化巨大，为了承担变工况造成的额外推力，需提高推力轴承容量，但这会导致轴承功耗增加，另一方面由于油膜轴承线速度存在限制值，因此轴承容量存在一个最大值，如果变工况时推力超出这个最大值，则会烧毁推力轴承。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种超临界二氧化碳涡轮机推力平衡系统，通过本实用新型可实现在正常工况及变工况运行时推力按指定方法进行调节，保证推力不超容量，并实现推力轴承功耗最小。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种超临界二氧化碳涡轮机推力平衡系统，包括齿轮箱、超临界二氧化碳涡轮机、推力平衡结构，所述齿轮箱包括箱体，以及设于箱体内的高速轴、低速轴，所述高速轴、低速轴分别通过径向推力联合轴承支撑于箱体，所述低速轴通过齿轮副与高速轴动力连接，所述低速轴的一端伸出齿轮箱，向外输出动力，所述高速轴的一端与所述超临界二氧化碳涡轮机动力连接，用于接收涡轮动力，所述高速轴的另一端设置所述推力平衡结构；

所述高速轴上设有主推力盘和辅推力盘，主推力盘和辅推力盘分别与高速轴两端的径向推力联合轴承对应配合；

所述超临界二氧化碳涡轮机包括壳体、涡轮静叶、涡轮转子，所述壳体拆分为内壳体、外壳体，所述内壳体内轴向安装所述涡轮静叶，涡轮转子包括涡轮轴以及成型于涡轮轴一端的涡轮盘，所述涡轮盘的外周面上成型有涡轮动叶，所述涡轮动叶与涡轮静叶配合，涡轮轴的一端伸出外壳体，并设置螺纹杆，所述高速轴的相向端设置内螺纹孔，螺纹杆与螺纹孔配合固定，高速轴、涡轮轴的连接处与外壳体之间设置主干气密封，