超临界二氧化碳涡轮轴间冷却试验系统技术方案

本公开提出一种超临界二氧化碳涡轮轴间冷却试验系统，包括：转子，沿转子轴向方向的表面对称开设有微型槽道，微型槽道内均布有多个测温点；旋转冷却装置，两端具有开口，转子穿设在旋转冷却装置中与旋转冷却装置形成冷却腔；旋转冷却装置上沿周向分别设有供超临界二氧化碳进入和排出的接口；电磁加热装置，与旋转冷却装置的一端可拆卸连接，电磁加热装置的内表面设有加热腔，转子的头端靠近加热腔；密封和测温装置，与多个测温点电性连接；密封和测温装置的一端与旋转冷却装置的另一端可拆卸连接，另一端与转子的尾端配合以形成静密封。另一端与转子的尾端配合以形成静密封。另一端与转子的尾端配合以形成静密封。

【技术实现步骤摘要】
超临界二氧化碳涡轮轴间冷却试验系统


[0001]本公开涉及超临界二氧化碳布雷顿循环发电
，尤指一种超临界二氧化碳涡轮轴间冷却试验系统。

技术介绍

[0002]超临界二氧化碳(SCO2)布雷顿循环发电技术以SCO2为工质，具有优良的环境友好性和较高的能源利用率。高温透平是SCO2布雷顿循环发电系统的能量转换装置，高温透平的性能直接影响系统循环效率。对于高温透平，高速旋转时的高压动密封是直接影响透平效率的瓶颈。
[0003]相关技术中，SCO2涡轮轴间冷却试验系统均采用干气密封作为SCO2透平的轴端动密封，然而，由于干气密封耐温性能差，与高温透平结合容易因热量积累而超温，导致设备损坏，因此，需要在高温透平和密封之间进行高效冷却，迅速带走热量。
[0004]但是，目前尚没有可借鉴的试验系统用以研究SCO2高温透平冷却技术。因此，需要针对SCO2高温透平的冷却结构，设计适用的冷却试验系统，以验证冷却效果并研究冷却特性。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本公开提供了一种超临界二氧化碳涡轮轴间冷却试验系统，包括：转子，沿转子轴向方向的表面对称开设有微型槽道，微型槽道内均布有多个测温点；旋转冷却装置，两端具有开口，转子穿设在旋转冷却装置中与旋转冷却装置形成冷却腔；旋转冷却装置上沿周向分别设有供超临界二氧化碳进入和排出的接口；电磁加热装置，与旋转冷却装置的一端可拆卸连接，电磁加热装置的内表面设有加热腔，转子的头端靠近加热腔；密封和测温装置，与多个测温点电性连接；密封和测温装置的一端与旋转冷却装置的另一端可拆卸连接，另一端与转子的尾端配合以形成静密封。
[0006]优选地，旋转冷却装置包括冷却内环和嵌套在冷却内环上的冷却外环，冷却外环的两端分别与电磁加热装置、密封和测温装置可拆卸连接，转子穿设在旋转冷却装置中与冷却内环围成冷却腔；冷却外环上沿周向设有多个进气口和排气口，以形成旋转冷却装置的对外接口；冷却内环的内表面设有进气腔和排气腔，在冷却内环的进气腔和排气腔的周向上均布有多个气孔，以形成冷却腔的入口和出口，冷却腔的入口和出口分别与冷却外环的进气口和排气口连通。
[0007]优选地，冷却外环中设置有分流槽道，分流槽道一端与冷却腔的入口连通，另一端与冷却外环的进气口连通。
[0008]优选地，密封和测温装置包括轴承座、滑环和磁性联轴器，其中：轴承座的两端分别与旋转冷却装置的另一端以及磁性联轴器可拆卸连接，磁性联轴器与转子的尾端配合以形成静密封；滑环安装在轴承座的前后轴承之间，并装设在转子上，与多个测温点电性连接。
[0009]优选地，轴承座中开设有多个冷却通道。
[0010]优选地，超临界二氧化碳涡轮轴间冷却试验系统还包括超临界二氧化碳供气循环装置，分别与旋转冷却装置上供超临界二氧化碳进入和排出的接口连接，以实现超临界二氧化碳循环流过冷却腔并对转子进行冷却。
[0011]优选地，超临界二氧化碳供气循环装置包括超临界二氧化碳供应装置、电动增压泵、电加热器、切换阀、止回阀、水冷却器、进入管路、排出管路和旁路管路；其中：在进入管路上，沿超临界二氧化碳前进的方向依次串接有电动增压泵、电加热器和切换阀；在排出管路上，沿超临界二氧化碳前进的方向依次串接有止回阀、水冷却器；其中，旋转冷却装置上供超临界二氧化碳进入和排出的接口分别与切换阀的输出端和止回阀的输入端连通；旁路管路分别与切换阀的输出端和止回阀的输入端连通。
[0012]优选地，超临界二氧化碳供气循环装置还包括调节阀，设置于电动增压泵和电加热器之间。
[0013]优选地，超临界二氧化碳供气循环装置还包括储罐，设置于水冷却器和超临界二氧化碳供应装置之间，其中，储罐与第一放空阀连通。
[0014]优选地，超临界二氧化碳涡轮轴间冷却试验系统还包括第二放空阀，第二放空阀与旋转冷却装置连通。
[0015]本公开提供了一种超临界二氧化碳涡轮轴间冷却试验系统，至少具有以下有益效果：
[0016]1、本公开通过设计滑环和微型槽道等结构，不仅可以灵活布置测温点位置，而且提高了测温精度。
[0017]2、本公开中的旋转冷却装置可拆卸装设于转子上，便于制造装配和安装转子。旋转冷却装置包括冷却内环和可拆卸嵌套在冷却内环上的冷却外环，便于灵活地更换内环而改变试验通道的尺寸，实现多种不同几何参数通道的试验实施。
[0018]3、本公开通过隔离板的隔离作用将轴端动密封转换为静密封，使得旋转冷却系统完全封闭，从而达到零泄露的稳定运行。
[0019]4、本公开提供了利用电磁感应原理加热转子的方法，加热速度快，热边界稳定。另外，可以根据需要灵活选择电磁线圈，以用不同的加热需求。
[0020]5、本公开采用自润滑陶瓷轴承，能够在高压环境下满足支撑要求，避免了复杂的油路设计和润滑油系统。
[0021]6、本公开在轴承座下部开设多路水通道冷却轴承，避免轴承损坏，延长了试验系统的使用寿命。
[0022]7、本公开将测温装置、密封装置和轴承座相耦合，节省空间，使得试验系统结构更紧凑。
附图说明
[0023]图1示意性示出了本公开实施例的超临界二氧化碳涡轮轴间冷却试验系统结构的剖视图；
[0024]图2示出了本公开实施例中转子和滑环的配合结构示意图。
[0025]附图标记说明
[0026]11
‑
密封外壳
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111
‑
螺钉
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12
‑
电磁线圈
[0027]13
‑
引线密封
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14
‑
加热腔
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20
‑
转子
[0028]201
‑
微型槽道
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202
‑
键槽
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31
‑
冷却内环
[0029]311
‑
进气腔
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312
‑
排气腔
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313
‑
冷却腔
[0030]32
‑
冷却外环
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321
‑
进气口
ꢀꢀꢀꢀꢀ
322
‑
分流槽道
[0031]323
‑
排气口
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41
‑
轴承座
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
411
‑
冷却通道
[0032]412
‑
自润滑陶瓷轴承
ꢀꢀ
42
‑
盖板
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
43
‑
滑环
[0033]431
‑
滑环定子
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超临界二氧化碳涡轮轴间冷却试验系统，其特征在于，包括：转子，沿所述转子轴向方向的表面对称开设有微型槽道，所述微型槽道内均布有多个测温点；旋转冷却装置，两端具有开口，所述转子穿设在所述旋转冷却装置中与所述旋转冷却装置形成冷却腔；所述旋转冷却装置上沿周向分别设有供超临界二氧化碳进入和排出的接口；电磁加热装置，与所述旋转冷却装置的一端可拆卸连接，所述电磁加热装置的内表面设有加热腔，所述转子的头端靠近所述加热腔；密封和测温装置，与多个所述测温点电性连接；所述密封和测温装置的一端与所述旋转冷却装置的另一端可拆卸连接，另一端与所述转子的尾端配合以形成静密封。2.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳涡轮轴间冷却试验系统，其特征在于，所述旋转冷却装置包括冷却内环和嵌套在所述冷却内环上的冷却外环，所述冷却外环的两端分别与所述电磁加热装置、所述密封和测温装置可拆卸连接，所述转子穿设在所述旋转冷却装置中与所述冷却内环围成所述冷却腔；所述冷却外环上沿周向分别设有多个进气口和排气口，以形成所述旋转冷却装置的对外接口；所述冷却内环的内表面设有进气腔和排气腔，在所述冷却内环的进气腔和排气腔的周向上均布有多个气孔，以形成所述冷却腔的入口和出口，所述冷却腔的入口和出口分别与所述冷却外环的进气口和排气口连通。3.根据权利要求2所述的超临界二氧化碳涡轮轴间冷却试验系统，其特征在于，所述冷却外环中设置有分流槽道，所述分流槽道一端与所述冷却腔的入口连通，另一端与所述冷却外环的进气口连通。4.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳涡轮轴间冷却试验系统，其特征在于，所述密封和测温装置包括轴承座、滑环和磁性联轴器，其中：所述轴承座的两端分别与所述旋转冷却装置的另一端以及所述磁性联轴器可拆卸连接，所述磁性联轴器与所述转子的尾端配合以形成静密封；所述滑环安装在所述轴承座...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭永献，陈俊斌，郭朝红，姜玉雁，梁世强，张跟胜，孙宇轩，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：新型
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