透平以及具有该透平的布雷顿循环制造技术

本实用新型专利技术涉及太阳能光热发电技术领域，公开了一种透平以及具有该透平的布雷顿循环。其中，透平包括叶片，叶片具有冷却工质进口以及冷却工质射流口，叶片设置为内部中空的腔体，冷却工质进口位于叶片的内部，冷却工质射流口开设于叶片的表面，叶片的表面设置有光谱转化涂层，光谱转化涂层能够将叶片表面的热量转化为转化特征波段辐射，转化特征波段辐射是冷却工质的冷却工质特征波段辐射邻近的辐射能。本实用新型专利技术的透平采用特征光谱涂层以及射流冷却技术，强化透平叶片的冷却效果，以保证透平能够安全且高效地运行，保护透平的叶片的同时提高循环工质的温度，提高布雷顿循环的系统效率。

Turbine and Brayton cycle with the turbine

The utility model relates to the technical field of solar photothermal power generation, and discloses a turbine and a Brayton cycle with the turbine. Among them, the turbine includes a blade, the blade has a cooling working medium inlet and a cooling working medium jet port, the blade is set as a hollow cavity inside, the cooling working medium inlet is located inside the blade, the cooling working medium jet port is set on the surface of the blade, the surface of the blade is set with a spectral conversion coating, the spectral conversion coating can convert the heat on the surface of the blade into the radiation of the conversion characteristic band, The transformed characteristic band radiation is the radiation energy near the characteristic band of cooling medium. The turbine of the utility model adopts the characteristic spectrum coating and jet cooling technology to strengthen the cooling effect of the turbine blades, so as to ensure the safe and efficient operation of the turbine, protect the blades of the turbine, improve the temperature of the circulating working medium, and improve the system efficiency of the Brayton cycle.

【技术实现步骤摘要】
透平以及具有该透平的布雷顿循环
本技术涉及光热发电
，特别涉及一种透平以及具有该透平的布雷顿循环。
技术介绍
布雷顿循环(BraytonCycle)，亦称焦耳循环或气体制冷机循环，是以气体为工质的制冷循环。其中，利用处于超临界状态的气体作为工质的布雷顿循环在效率方面有着明显的优势，其利用超临界工质在拟临界区物性突变的现象，将压缩机运行点设置在拟临界温度附近的大密度区域，将换热器的运行点设置在拟临界温度之后的低密度区，可以在保证工质冷却的前提下，降低压缩耗功，实现较高的系统效率。透平(turbine)，又称涡轮，是将流体介质中蕴有的能量转换成机械功的机器，也是布雷顿循环中的重要部件。透平最主要的部件是被安装在透平的轴上的旋转元件(转子或叶轮)，旋转元件具有沿圆周均匀排列的叶片。在布雷顿循环中，高温的工质所具有的能量在流动中经过喷管时转换成动能，流过旋转元件时工质冲击叶片，推动旋转元件转动，从而驱动轴的旋转，工质的热能被转化为机械能；轴直接或经传动机构带动其他机械，输出机械功。目前，布雷顿循环的运行温度可以达到1350℃以上，通过现有技术可以将透平中叶片的温度冷却到950℃以下。布雷顿循环的系统效率与循环的热端温度(也即工质进入透平的入口温度、透平的做功温度)呈正相关，因此提高布雷顿循环的热端温度是提高系统效率的主要方式之一。受限于系统机组材料的结构强度和加工制造等方面的极限状况，高温状态下的布雷顿循环的循环参数受到限制。因此，现有设计的布雷顿循环的温度普遍低于700℃。但是，从现有的空气布雷顿循环可以发现，利用超临界工质作为循环工质的布雷顿循环有着在高于1000℃条件下运行的潜力。在此温度条件下，其热力循环效率将获得较大提升，甚至，有可能超过55％，这将比目前最先进的大型蒸汽动力装置的热效率(略超过40％)高出近37.5％，也将远高于目前应用最广泛的蒸汽朗肯循环(蒸汽朗肯循环的平均热效率仅为34％)。对于高温状态下的布雷顿循环，透平的叶片冷却也是主要挑战之一。目前的冷却方式对透平叶片的冷却能力有限，无法更进一步地冷却透平叶片，限定了工质与叶片之间的传热温差，从而无法提高工质的温度，也即无法提高布雷顿循环的热端温度，最终使得布雷顿循环的系统效率无法得到提高。
技术实现思路
本技术针对上述技术问题而提出，目的在于提供一种透平。本技术的透平能够强化透平叶片的冷却效果，在保证透平安全高效运行的同时，还能够提高循环工质的温度，提高布雷顿循环的热端温度，从而提高布雷顿循环的系统效率。具体来说，本技术提供了一种透平，包括叶片，叶片具有冷却工质进口以及冷却工质射流口，叶片设置为内部中空的腔体，冷却工质射流口为一个或者多个、且开设于叶片的表面，冷却工质射流能够通过冷却工质进口进入叶片进行冷却，叶片的表面设置有光谱转化涂层，进入叶片内的冷却工质射流还能够通过冷却工质射流口流出并在光谱转化涂层的表面形成为冷却工质射流隔膜层。光谱转化涂层能够将叶片表面的热量转化为转化特征波段辐射，转化特征波段辐射是冷却工质的冷却工质特征波段辐射邻近的辐射能。相较于现有技术而言，循环工质的温度高于透平的叶片的温度，循环工质会将部分热量通过热传导和热辐射的形式传至叶片，但是，循环工质传至叶片表面的热量会被光谱转化涂层转化为转化特征波段辐射，转化特征波段辐射与冷却工质的冷却工质特征波段辐射邻近，易于被冷却工质射流强烈吸收后带走，减少循环工质对叶片表面的热辐射，强化叶片的冷却。本技术能够采用特征光谱涂层技术强化对叶片的冷却，保证叶片的安全，并在叶片材料所允许的范围内尽可能地提高循环工质的温度，提高循环工质的温度也即提高透平的做功温度、提高布雷顿循环的热端温度，从而相应地提高了布雷顿循环的系统效率。另外，作为优选，转化特征波段辐射是指特征吸收峰的谱线宽度集中于冷却工质特征波段辐射的特征吸收峰中心波长附近的辐射能。根据该优选方案，转化特征波段辐射的特征吸收峰的中心波长与冷却工质特征波段辐射的特征吸收峰的中心波长越接近，转化特征波段辐射越易于被冷却工质射流隔膜层吸收，因此，对叶片的冷却效果越好。另外，作为优选，转化特征波段辐射的特征吸收峰的中心波长与冷却工质特征波段辐射的特征吸收峰的中心波长相同，转化特征波段辐射的谱线宽度远小于冷却工质特征波段辐射的谱线宽度。根据该优选方案，光谱转化涂层转化的转化特征波段辐射更多地集中于冷却工质特征波段辐射的特征吸收峰邻近较窄的波长范围内，冷却工质射流隔膜层对转化特征波段辐射的吸收效率最高，导致光谱转化涂层对叶片的冷却效果较佳。相应地，循环工质的温度能够得到较大的提高，进一步提高布雷顿循环的系统效率。另外，作为优选，转化特征波段辐射不与在所述透平内流动的循环工质的循环工质特征波段辐射有所重合。根据该优选方案，转化特征波段辐射不与循环工质特征波段辐射重合，冷却工质特征波段辐射则也不与循环工质特征波段辐射重合，叶片能够利用光谱转化涂层以及冷却工质射流隔膜层屏蔽掉部分循环工质释放的热量，并且将循环工质释放给叶片的余下部分热量尽可能多地转化为转化特征波段辐射后被冷却工质射流隔膜层吸收并带走，强化叶片的冷却效果。另外，作为优选，光谱转化涂层与叶片之间还设置有导热性能良好的中间基层，中间基层能够将叶片上的热量传至光谱转化涂层。根据该优选方案，中间基层能够将叶片表面的热量较好地传至光谱转化涂层，还有利于光谱转化涂层更好地附着在叶片的表面。进一步地，作为优选，光谱转化涂层的材料为金属或者半导体，光谱转化涂层采用镀膜的方式镀在叶片的表面。根据该优选方案，采用镀膜的方式能够保证光谱转化涂层的适应性以及叶片的表面强度。另外，作为优选，光谱转化涂层包括与叶片的表面接触的黄金基层以及依次分布于黄金基层上的吸收腔、分布式反射层，黄金基层能够与分布式反射层产生谐共振腔，吸收腔能够吸收上述谐共振、并将吸收到的热量转化为转化特征波段辐射。根据该优选方案，黄金基层、分布式反射层与吸收腔配合使用，能够获得尖锐、强烈且小宽带的转化特征波段辐射，提高光谱转化涂层的光吸收率。光谱转化涂层能够更多地将叶片上的热量转化为转化特征波段辐射并被冷却工质射流吸收和带走，增大循环工质与叶片的传热温差，提高循环工质的温度，从而提高布雷顿循环的系统效率。进一步地，作为优选，分布式反射层由Ge与SiO2或者Ge与ZnS构成。本技术还提供了一种布雷顿循环，包括热源、回热器、预冷器、压缩机、发电机以及在布雷顿循环内循环的循环工质，还包括如前述任一技术方案中的透平，透平、发电机以及压缩机由同一根轴联接，热源、透平、回热器的热侧进口和热侧出口、预冷器、压缩机以及回热器的冷侧进口和冷侧出口通过管道依次相连并形成循环。热源的出口与透平的进口相连，透平的出口与回热器的热侧进口相连，回热器的热侧出口与预冷器的进口相连，预冷器的出口与压缩机的进口相连，压缩机的出口与回热器的冷侧进口相连，回热器的冷侧出口与热源的进口相连，从而形成一个循环的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种透平，包括叶片，所述叶片具有冷却工质进口以及冷却工质射流口，所述叶片设置为内部中空的腔体，所述冷却工质射流口为一个或者多个、且开设于所述叶片的表面，冷却工质射流能够通过所述冷却工质进口进入所述叶片进行冷却，其特征在于，所述叶片的表面设置有光谱转化涂层，进入所述叶片内的冷却工质射流还能够通过所述冷却工质射流口流出并在所述光谱转化涂层的表面形成为冷却工质射流隔膜层；/n所述光谱转化涂层能够将所述叶片表面的热量转化为转化特征波段辐射，所述转化特征波段辐射是冷却工质的冷却工质特征波段辐射邻近的辐射能。/n

【技术特征摘要】
1.一种透平，包括叶片，所述叶片具有冷却工质进口以及冷却工质射流口，所述叶片设置为内部中空的腔体，所述冷却工质射流口为一个或者多个、且开设于所述叶片的表面，冷却工质射流能够通过所述冷却工质进口进入所述叶片进行冷却，其特征在于，所述叶片的表面设置有光谱转化涂层，进入所述叶片内的冷却工质射流还能够通过所述冷却工质射流口流出并在所述光谱转化涂层的表面形成为冷却工质射流隔膜层；
所述光谱转化涂层能够将所述叶片表面的热量转化为转化特征波段辐射，所述转化特征波段辐射是冷却工质的冷却工质特征波段辐射邻近的辐射能。


2.根据权利要求1所述的透平，其特征在于，所述转化特征波段辐射是指特征吸收峰的谱线宽度集中于所述冷却工质特征波段辐射的特征吸收峰中心波长附近的辐射能。


3.根据权利要求1或2所述的透平，其特征在于，所述转化特征波段辐射的特征吸收峰的中心波长与所述冷却工质特征波段辐射的特征吸收峰的中心波长相同，所述转化特征波段辐射的谱线宽度远小于所述冷却工质特征波段辐射的谱线宽度。


4.根据权利要求3所述的透平，其特征在于，所述转化特征波段辐射不与在所述透平内流动的循环工质的循环工质特征波段辐射有所重合。


5.根据权利要求1、2或4中任一项所述的透平，其特征在于，所述光谱转化涂层与所述叶片之间还设置有导热性能良好的中间基层，所述中间基层能够将所述叶片上的热量传至所述光谱转化涂层。


6.根据权利要求1、2或4中任一项所述的透平，其特征在于，所述光谱转化涂层的材料为金属或者半导体，所述光谱转化涂层采用镀膜的方式镀在所述叶片的表面。


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【专利技术属性】
技术研发人员：肖刚，邢凯翔，杨天锋，倪明江，骆仲泱，岑可法，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：新型
国别省市：浙江;33