用于使热机系统中的推力负载平衡的系统和方法技术方案

一种涡轮泵系统，所述涡轮泵系统包括泵部，所述泵部包括壳体，该壳体具有设置在其中的压力释放通道。所述泵部设置在工作流体回路的高压侧与低压侧之间。驱动涡轮联接至所述泵部并且构造为驱动所述泵部以便使得所述泵部能够使工作流体循环通过所述工作流体回路。泄压阀流体地联接至所述压力释放通道并且构造为：定位在打开位置中以便使得压力能够通过所述压力释放通道被释放、以及定位在关闭位置中以便使得压力不能够通过所述压力释放通道被释放。

System and method for enabling thrust load balancing in a thermal engine system

A turbopump system includes a pump portion including a housing having a pressure relief channel disposed therein. The pump part is arranged between the high voltage side of the working fluid circuit and the low voltage side. The drive turbine is coupled to the pump portion and configured to drive the pump portion so that the pump portion can circulate the working fluid through the working fluid circuit. The pressure relief valve fluidly coupled to the pressure release channel and configured to position in an open position so that the pressure can be released through the pressure relief passage and positioned in the closed position so that the pressure can not be released through the pressure relief channel.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于使热机系统中的推力负载平衡的系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求于2014年6月13日提交的序列号为62/011,678的美国临时专利申请的优先权。上述专利申请的全部内容在此以引用的方式并入本申请，到与本申请一致的程度。
技术介绍
工业过程通常产生作为副产品的废热，在该工业过程中，必须将流动的高温液体流、气体流、或者流体流排放到环境中或者以某种方式将其移除，以便维持工业过程设备的操作温度。一些工业过程使用热交换器装置来捕获废热并且经由其它过程流将该废热循环回到该过程中。然而，对于使用高温或者具有不足质量流或者其它不利条件的工业过程来说，捕获和再循环废热通常是不可行的。可以通过采用热力学方法的多种涡轮发电机或者热机系统（诸如，兰金循环）来将废热转换为有用能。兰金循环和类似热力学方法通常是基于蒸汽的过程，该基于蒸汽的过程回收和使用废热来生成蒸汽以驱动涡轮、涡轮增压器、或者连接至发电机或者泵的其它扩张器。在传统兰金循环期间，有机兰金循环使用低沸点工作流体来代替水。示例性低沸点工作流体包括烃类，诸如，轻质烃（例如，丙烷或者丁烷）和卤代烃，诸如，氯氟烃（HCFC）或者氢氟烃（HFC）（例如，R245fa）。最近，鉴于诸如低沸点工作流体的热不稳定性、毒性、易燃性、和生产成本等问题，已经对一些热力学循环进行了修改以便循环非烃工作流体（诸如，氨）。热机系统通常使用涡轮泵来使捕获废热的工作流体循环。涡轮泵以及系统中使用的其它旋转设备通常生成推力负载，该推力负载是由在操作期间系统中出现的操作压力和流体动量的改变引起的。涡轮泵可以具有由可以施加至其的最大推力负载设定或者确定的操作限制，之后该涡轮泵和/或其部件会损坏。在与诸如超临界二氧化碳等超临界流体一起操作的高密度机械装置中，机器功率密度、压力升高，并且旋转速度会超过标准系统的旋转速度，从而由于过度推力负载而增加系统损坏的可能性并且致使标准推力轴承设计技术不适当。相应地，在一些现有高密度机械装置中，已经采用了推力平衡活塞技术。然而，已经发现这些技术会负面地影响系统效率。因此，需要用于使热机系统中存在的推力负载平衡同时克服传统方法的缺点的系统和方法。
技术实现思路
在一个实施例中，一种涡轮泵系统包括泵部，该泵部包括壳体，该壳体具有设置在其中的压力释放通道。泵部设置在工作流体回路的高压侧与低压侧之间。驱动涡轮联接至泵部并且构造为驱动泵部以便使得泵部能够使工作流体循环通过工作流体回路。泄压阀流体地联接至压力释放通道并且构造为：定位在打开位置中以便使得压力能够通过压力释放通道被释放、以及定位在关闭位置中以便使得压力不能够通过压力释放通道被释放。在另一个实施例中，涡轮泵系统包括泵，该泵设置在工作流体回路的高压侧与低压侧之间并且构造为使工作流体循环通过工作流体回路。压力释放通道整体地形成在泵的壳体中并且构造为使得能够释放来自泵的压力。泄压阀流体地联接至压力释放通道并且构造为：定位在打开位置中以便使得压力能够通过压力释放通道被释放、以及定位在在关闭位置中以便使得压力不能够通过压力释放通道被释放。在另一个实施例中，一种用于涡轮泵组件的推力平衡方法包括：接收与在泵的进口处测量到的压力相对应的第一数据，该泵构造为使工作流体循环通过工作流体回路；接收与在泵的出口处测量到的压力相对应的第二数据；以及接收与在压力释放通道处测量到的压力相对应的第三数据，该压力释放通道设置在泵的后侧。该方法还包括：基于第一数据、第二数据、第三数据、或者其组合来确定泵生成的推力负载是否超过预定阈值；当推力负载超过预定阈值时，使用控制回路来将流体地联接至压力释放通道的泄压阀致动至打开位置以便释放来自泵的压力。附图说明当与附图一起阅读如下详细说明时，本公开将得到最佳的理解。应强调的是，根据本行业中的标准做法，多个特征没有按照比例绘制。实际上，为了清楚地进行讨论，可以任意地增加或者减小各个特征的尺寸。图1示出了根据本文公开的一个或多个实施例的热机系统的实施例。图2A示出了根据本文公开的一个或多个实施例的驱动涡轮的后部的截面图。图2B示出了根据本文公开的一个或多个实施例的泵的一部分的截面图。图3示出了根据本文公开的一个或多个实施例的、具有压力释放通道的泵的截面图。图4是流程图，示出了根据本文公开的一个或多个实施例的、用于使热机系统中的一个或多个推力负载平衡的方法。具体实施方式如下文更加详细地描述的，当前公开的实施例涉及用于有效地将热流（例如，废热流）的热能转化为有价值的电能的系统和方法。所提供的实施例使得能够减少或者防止由于推力负载失衡引起的热机系统的部件的损坏。例如，在一些实施例中，热机系统构造为：在工作流体回路的一些或者所有操作周期期间，使工作流体（例如，SC-CO2）以液体类状态（诸如，超临界状态）维持在工作流体回路的低压侧内。在该实施例中，由不断增加的泵速度引起的压力增加可以导致推力负载失衡，当前公开的实施例的一个或多个特征可以减小或者消除该推力负载失衡。例如，某些实施例可以包括压力释放通道和/或泄压阀，该压力释放通道和/或泄压阀使得能够选择性地释放来自泵的压力以便使一个或多个推力负载平衡。当前公开的实施例的这些和其它特征在下文更加详细地进行讨论。现在来看附图，图1示出了热机系统200的实施例，该热机系统200也可以称为热气机系统、发电系统、废热或者其它热量回收系统、以及/或者热能转电能系统，如下文在一个或多个实施例中描述的。热机系统200通常构造为涵盖：兰金循环的一个或多个元件、兰金循环的派生物、或者用于从大量热源生成电能的另一种热力学循环。热机系统200包括废热系统100和发电系统220，该废热系统100和该发电系统220经由设置在过程系统210内的工作流体回路202联接至彼此且彼此热连通。在操作期间，使工作流体（诸如，超临界二氧化碳（SC-CO2））循环通过工作流体回路202，并且使热量从流过废热系统100的热源流110传递至工作流体。工作流体一旦加热就使其循环通过发电系统220内的动力涡轮228，在该动力涡轮228处，将包含在加热后的工作流体中的热能转换为机械能。这样，过程系统210、废热系统100、以及发电系统220协作以将热源流110中的热能转换为机械能，若需要，则可以取决于特定实施方式考量因素将该机械能进一步转换为电能。更加具体地，在图1的实施例中，废热系统100包括三个热交换器（即，热交换器120、130和150），该三个热交换器流体地联接至工作流体回路202的高压侧并且与热源流110热连通。该热连通使得来自热源流110的热能传递至流过工作流体回路202的工作流体。在本文公开的一个或多个实施例中，两个、三个、或者更多个热交换器可以流体地联接至工作流体回路202并且与工作流体回路202热连通，诸如，一次热交换器、二次热交换器、三次热交换器，分别为热交换器120、150和130。例如，热交换器120可以是一次热交换器，该一次热交换器流体地联接至动力涡轮228的进口上游的工作流体回路202，热交换器150可以是二次热交换器，该二次热交换器流体地联接至涡轮泵260的驱动涡轮264的进口上游的工作流体回路202，并且热交换器130可以是三次热交换器，该三次热交换器流体地联接至热交换器120的进口上游的工本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涡轮泵系统，所述涡轮泵系统包括：泵部，所述泵部包括壳体，该壳体具有设置在其中的压力释放通道，其中，所述泵部设置在工作流体回路的高压侧与低压侧之间；驱动涡轮，所述驱动涡轮联接至所述泵部并且构造为驱动所述泵部以便使得所述泵部能够使工作流体循环通过所述工作流体回路；以及泄压阀，所述泄压阀流体地联接至所述压力释放通道并且构造为：定位在打开位置中以便使得压力能够通过所述压力释放通道被释放、以及定位在在关闭位置中以便使得压力不能够通过所述压力释放通道被释放。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.13 US 62/0116781.一种涡轮泵系统，所述涡轮泵系统包括：泵部，所述泵部包括壳体，该壳体具有设置在其中的压力释放通道，其中，所述泵部设置在工作流体回路的高压侧与低压侧之间；驱动涡轮，所述驱动涡轮联接至所述泵部并且构造为驱动所述泵部以便使得所述泵部能够使工作流体循环通过所述工作流体回路；以及泄压阀，所述泄压阀流体地联接至所述压力释放通道并且构造为：定位在打开位置中以便使得压力能够通过所述压力释放通道被释放、以及定位在在关闭位置中以便使得压力不能够通过所述压力释放通道被释放。2.根据权利要求1所述的系统，所述系统包括控制器，所述控制器构造为控制所述泄压阀以便将所述泄压阀选择性地定位在如下位置之间：所述打开位置、所述关闭位置、以及在所述打开位置与所述关闭位置之间的多个部分打开的位置。3.根据权利要求1所述的系统，所述系统进一步包括控制器，所述控制器构造为控制所述泄压阀的定位以减小由所述泵部产生的推力负载与由所述驱动涡轮产生的推力负载之间的差异。4.一种涡轮泵系统，所述涡轮泵系统包括：泵，所述泵设置在工作流体回路的高压侧与低压侧之间并且构造为使工作流体循环通过所述工作流体回路；压力释放通道，所述压力释放通道整体地形成在所述泵的壳体中并且构造为使得能够释放来自所述泵的压力；以及泄压阀，所述泄压阀流体地联接至所述压力释放通道并且构造为：定位在打开位置中以便使得压力能够通过所述压力释放通道被释放、以及定位在在关闭位置中以便使得压力不能够通过所述压力释放通道被释放。5.根据权利要求4所述的系统，所述系统进一步包括控制器，所述控制器构...

【专利技术属性】
技术研发人员：JL普罗伊斯，T赫尔德，
申请(专利权)人：埃科根电力系统有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US