一种3MW等级全周进气轴流冲动式超临界二氧化碳透平的制作方法

一种3mw等级全周进气轴流冲动式超临界二氧化碳透平
技术领域
1.本发明涉及一种透平，具体涉及一种3mw等级全周进气轴流冲动式超临界二氧化碳透平，属于汽轮机领域。


背景技术：

2.超临界二氧化碳循环发电技术是一项具有战略性、前瞻性关键技术，试验研究是目前国内外主要研究手段，对于超临界二氧化碳循环试验台，建设成本与发电功率呈正相关，因此，从节约成本出发，试验台功率等级一般在3-5mw。
3.对于3-5mw的超临界二氧化碳透平，根据当前的设计路线，一般采用向心式结构，此种结构不具备向大功率模化扩展的能力，该等级超临界二氧化碳循环试验台无法对超临界二氧化碳轴流透平关键技术进行验证，大大削弱了试验台的验证能力，增加超临界二氧化碳循环建设成本。


技术实现要素：

4.本发明是为克服现有技术不足，提供一种3mw等级全周进气轴流冲动式超临界二氧化碳透平。
5.一种3mw等级全周进气轴流冲动式超临界二氧化碳透平，包含主气调节联合阀和透平本体，透平本体包含外缸、内缸、动叶片、前轴承箱和后轴承箱；内缸布置在外缸内，外缸与轴密封连接，轴的两端可转动地支撑在前轴承箱和后轴承箱上，主气调节联合阀安装在透平本体上，并与内缸连通；透平本体为单向流动冲动式透平，转子包含一体制成的动叶片和轴，内缸为圆筒形内缸，内缸的进气结构为切向蜗壳结构。
6.本发明相比现有技术的有益效果是：
7.本发明的动叶片与轴一体化制成，形成的一体化转子，气道铣削加工，有效提高转子刚度，提升了转子轴系稳定性。透平本体为单向流动冲动式透平和采用冲动式叶片，一方面降低动叶片进出口压差，减少叶顶漏气损失；另一方面减小转子轴向推力，便于实现轴向推力平衡。本发明透平适用于3-5mw等级超临界二氧化碳循环试验台，适应宽负荷高效率稳定运行，可用于验证轴流式超临界二氧化碳轴流透平关键技术。
8.下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步地说明：
附图说明
9.图1为本发明的整体结构俯视图；
10.图2为图1的主视图；
11.图3为透平主体的主剖视图；
12.图4为动叶片与轴一体制成的转子的示意图；
13.图5为图3的i处局部放大图。
具体实施方式
14.结合图1-图4说明，本实施方式的一种3mw等级全周进气轴流冲动式超临界二氧化碳透平，包含主气调节联合阀1和透平本体2，透平本体2包含外缸2-1、内缸2-2、动叶片2-3、前轴承箱2-4和后轴承箱2-5；内缸2-2布置在外缸2-1内，外缸2-2与轴2-6密封连接，轴2-6的两端可转动地支撑在前轴承箱2-4和后轴承箱2-5上，主气调节联合阀1安装在透平本体2上，并与内缸2-2连通；透平本体2为单向流动冲动式透平，转子包含一体制成的动叶片2-3和轴2-6，内缸2-2为圆筒形内缸，内缸2-2的进气结构为切向蜗壳结构。
15.作为一种可实施方案，透平选取高转速设计，转子的额定转速为16000r/min，全周进气方式，获得更高的透平效率。受透平进口压力、温度参数及流量影响，叶片根径低，转子直径小，为细长轴形式。
16.为提高转子刚度直径，动叶片取消传统的t型叶根装配结构，采用动叶片2-3与轴2-6一体化结构，在转子锻件上铣削动叶气道，在叶片设计时严格控制动叶片喉部尺寸，利用五轴数控加工中心完成一体化加工。
17.本实施方式中，设计圆筒形内缸为中分面结构，分为上下两半，进气部分采用切向蜗壳进气结构，切向蜗壳位置采用法兰螺栓辅助密封，内缸2-2外表面设置有红套环4，采用红套环密封，上述方案的设计适应超高压力、超高温度工作参数，密封性能优良，且内缸2-2膨胀均匀、热应力小，起停机灵活，透平变负荷性能优良。
18.一种可实施方案中，透平本体2采用双层缸结构，外缸2-1采用中分面法兰结构，分为上下两半，通过螺栓连接，在外缸2-1下半前后两侧均涉及z形猫爪，作为透平本体在轴承箱上的支撑结构，前轴承箱2-4、后轴承箱2-5采用落地结构安装于基架8上，透平本体2通过外缸2-1上的猫爪支撑在前轴承箱2-4和后轴承箱2-5上，整锻转子两端分别支撑在前、后轴承上，转子上的轴2-6在后轴承侧通过膜片联轴器与减速齿轮箱6连接。
19.另一个具体实施方案中，外缸2-1的法兰与轴2-6布置有干气密封结构3。透平本体2的轴端采用单端面干气密封结构，有效控制轴端漏气，保证透平高效率运行。
20.如图3和图5所示，动叶片2-3与内缸2-2之间，静叶片2-2-1与所述转子之间布置有可磨耗封严涂层5。通流动静叶片径向密封采用可磨耗封严涂层，起停、运行时涂层允许磨损，可有效降低涂层与动静叶片径向密封间隙，减少叶顶漏气，保证透平高效率运行。该种封严涂层由底层和面层组成，其中底层材料为nicraly，在基体和面层之间起到粘结和过渡的作用，并具有良好的耐氧化和耐腐蚀性能；面层材料为nicrfeal-hbn，金属基体中的bn相很软，能起到减磨、抗黏着和自润滑的作用。涂层硬度适中、结合强度和耐冲蚀性能优异，且不与co2等气体发生化学反应，可用于超临界二氧化碳透平膨胀机。
21.基于上述方案，透平本体2采用主气调节联合阀1，主气调节联合阀1与外缸2-1采用法兰直连形式，调节阀采用笼式调节阀结构，线性好、调节精度高，保证阀门在大压差、小流量、小开度的情况下既能够可靠工作又能够精确调整介质流量。
22.如图1和图2所示，减速齿轮箱4的输出端与水力测功机7相连。以此可测量透平发出来的功率。
23.本发明已以较佳实施案例揭示如上，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，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，均仍属本发明技术方案范围。


技术特征：
1.一种3mw等级全周进气轴流冲动式超临界二氧化碳透平，包含主气调节联合阀(1)和透平本体(2)，透平本体(2)包含外缸(2-1)、内缸(2-2)、动叶片(2-3)、前轴承箱(2-4)和后轴承箱(2-5)；内缸(2-2)布置在外缸(2-1)内，外缸(2-2)与轴(2-6)密封连接，轴(2-6)的两端可转动地支撑在前轴承箱(2-4)和后轴承箱(2-5)上，主气调节联合阀(1)安装在透平本体(2)上，并与内缸(2-2)连通；其特征在于：透平本体(2)为单向流动冲动式透平，转子包含一体制成的动叶片(2-3)和轴(2-6)，内缸(2-2)为圆筒形内缸，内缸(2-2)的进气结构为切向蜗壳结构。2.根据权利要求1所述一种3mw等级全周进气轴流冲动式超临界二氧化碳透平，其特征在于：外缸(2-1)的法兰与轴(2-6)布置有干气密封结构(3)。3.根据权利要求1或2所述一种3mw等级全周进气轴流冲动式超临界二氧化碳透平，其特征在于：内缸(2-2)外表面设置有红套环(4)。4.根据权利要求3所述一种3mw等级全周进气轴流冲动式超临界二氧化碳透平，其特征在于：动叶片(2-3)与内缸(2-2)之间，静叶片(2-2-1)与所述转子之间布置有可磨耗封严涂层(5)。5.根据权利要求1所述一种3mw等级全周进气轴流冲动式超临界二氧化碳透平，其特征在于：转子的转速为16000r/min。6.根据权利要求1所述一种3mw等级全周进气轴流冲动式超临界二氧化碳透平，其特征在于：所述轴(2-6)通过膜片联轴器与减速齿轮箱(6)的输出端相连。7.根据权利要求6所述一种3mw等级全周进气轴流冲动式超临界二氧化碳透平，其特征在于：减速齿轮箱(6)的输出端与水力测功机(7)相连。

技术总结
一种3MW等级全周进气轴流冲动式超临界二氧化碳透平，包含主气调节联合阀和透平本体，透平本体包含外缸、内缸、动叶片、前轴承箱和后轴承箱；内缸布置在外缸内，外缸与轴密封连接，轴的两端可转动地支撑在前轴承箱和后轴承箱上，主气调节联合阀安装在透平本体上，并与内缸连通；透平本体为单向流动冲动式透平，转子包含一体制成的动叶片和轴，内缸为圆筒形内缸，内缸的进气结构为切向蜗壳结构。本发明提升了转子轴系稳定性和转子的刚度，适应宽负荷高效率稳定运行。高效率稳定运行。高效率稳定运行。


技术研发人员：潘春雨 翁振宇 刘长春 管继伟 李宇峰 赵洪羽 王丽华 王健 余海鹏 徐鹏
受保护的技术使用者：哈尔滨汽轮机厂有限责任公司
技术研发日：2021.12.16
技术公布日：2022/3/18