【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于热力发电，具体涉及一种超临界二氧化碳布雷顿循环系统及其发电主机。
技术介绍
1、近年来，将超临界二氧化碳(sco2)应用于布雷顿循环的研究受到了广泛关注。除sco2循环外，现有的热端利用方式还有蒸汽朗肯循环(src)和有机朗肯循环(orc)等。但是，orc局限于低于300℃的低热源温度，src占地面积较大；并且这两种利用方式的主要缺点是换热器的不可逆损失较大。不同于src和orc等常规动力循环，sco2动力循环在循环过程中全部或者大部分阶段，以处于超临界状态的co2作为工质。与现有蒸汽朗肯循环相比，超临界二氧化碳布雷顿循环具备：循环效率高、压缩功耗低、系统体积小、降本潜力大、适用热源品质范围广、系统噪声小等优点。在当下越来越重视节能减排的大背景下，热能、余热的高效利用是实现“双碳”目标的一大重要手段。因此将超临界二氧化碳布雷顿循环应用于余热发电，有着深远的技术前景。
2、但目前超临界二氧化碳布雷顿循环技术尚不成熟。主要体现在：设备部件的设计制造存在难度，循环系统构建和运行缺乏经验，分布式的不稳定余热热源难于收集和有效利用；当下已有的学术成果多存在于理论仿真阶段。目前国内外只有部分研究机构对超临界布雷顿循环的发电装置进行了实验室级的研究，距离商业化应用仍有较大差距。阻碍相关发电主机落实的难题主要在于：(1)循环工质的压力较高，实现密封的难度较大；(2)装置内的转子需要高转速，同时热端温度较高，因此装置较为复杂笨重，即使实现小型化，效率也较低；(3)缺乏能够解决问题的实际设计方案，不成熟结构设计方案对特性的
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种超临界二氧化碳布雷顿循环系统及其发电主机，用以解决相关发电主机的实用化问题。
2、本专利技术通过以下技术手段实现上述技术目的。
3、一种超临界二氧化碳布雷顿循环发电主机：为一体式结构，在壳体内依次设有发电单元、压缩单元、透平单元，三者转子共轴，三者分处所述壳体内的不同腔体，三者所在腔体之间分别设有密封隔绝。
4、进一步地，所述壳体沿轴线依次设有：
5、电机腔，用于设置所述发电单元；
6、压缩机腔，用于设置所述压缩单元，侧壁设有压缩机入口和压缩机出口；
7、涡轮机匣腔，用于设置所述透平单元，侧壁设有涡轮入口，端部设有涡轮出口。
8、进一步地，所述电机腔内，腔体两端分别通过轴承承托转子所在主轴，轴承座为可变刚性的弹性环或鼠笼式弹性支撑结构。
9、进一步地，所述发电单元为启发一体式发电机。
10、进一步地，所述压缩机腔沿轴线分为：
11、压缩机进口稳定腔，其与所述电机腔之间设有截面密封，其侧壁设有所述压缩机入口；
12、压缩机出口稳定腔，其内设有离心叶轮，其侧壁设有所述压缩机出口；
13、上述压缩机进口稳定腔与压缩机出口稳定腔之间沿轴线通过一段连通管相连，所述连通管作为离心叶轮的工质入口，离心叶轮的工质出口与压缩机出口稳定腔相连。
14、进一步地，所述离心叶轮与构成所述透平单元的涡轮为一体式结构，两者叶片分别设于同一轮盘两侧；所述轮盘与壳体之间采用篦齿类迷宫密封，以分隔压缩机出口稳定腔与涡轮机匣腔。
15、进一步地，所述轮盘为中空结构，内侧相对大气压为负压或真空。
16、一种超临界二氧化碳布雷顿循环系统，包括上述的发电主机。
17、进一步地，循环系统的管路流向为：加热模块→所述发电主机的透平单元→回热器的热源侧→冷却模块→所述发电主机的压缩单元→回热器的冷源侧→加热模块。
18、进一步地，所述冷却模块包括液冷散热器和风冷散热器，两者之间为串联形式或并联形式；
19、所述加热模块的热源为机载动力装置的余热、机载冷却装置的回热、放射性同位素中的一项或多项。
20、本专利技术的有益效果为：
21、(1)本专利技术提供了一种超临界二氧化碳布雷顿循环系统及其发电主机，能够充分发挥超临界二氧化碳布雷顿循环的优势，灵活、多用途地提升分布式难收集热能的利用方式和效率。
22、(2)本专利技术发电主机将发电单元、压缩单元、透平单元做一体化设计，共同安置在同一个壳体内；因而相对于外界只需用到静密封，提高了整体密封性能。相较而言，常规的多个功能单元分体式布置，并在相互之间以穿出于缸体外的传动轴相连的设计，则由于传动轴处需采用动密封而难以保证足够有效的密封性能，为实用化、商用化造成困难。
23、(3)本专利技术发电主机四个腔体的结构布局，在做到三个功能单元(发电单元、压缩单元、透平单元)共轴设计的同时，能够较好地保证各自之间的隔绝密封性能，从而为实现主机小型化、实用化提供技术基础。其中压缩单元除在循环系统中发挥为工质加压的作用外，还能降低电机腔一侧的工质压力，减轻截面密封压力，降低二氧化碳工质向电机腔泄露的风险或泄漏量，提高运行可靠性。
24、(4)本专利技术中离心叶轮与涡轮为一体式结构，利于进一步减小结构尺寸。并在其中采用中空结构设计，中空结构内做抽真空处理，以此方式减轻结构重量并且提高隔热性能，减小压缩单元与透平单元之间的热传递作用，提升循环系统的运行效能。
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1.一种超临界二氧化碳布雷顿循环发电主机，其特征在于：为一体式结构，在壳体内依次设有发电单元、压缩单元、透平单元，三者转子共轴，三者分处所述壳体内的不同腔体，三者所在腔体之间分别设有密封隔绝。
2.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳布雷顿循环发电主机，其特征在于：所述壳体沿轴线依次设有：
3.根据权利要求2所述的超临界二氧化碳布雷顿循环发电主机，其特征在于：所述电机腔(11)内，腔体两端分别通过轴承(82)承托转子所在主轴，轴承座为可变刚性的弹性环或鼠笼式弹性支撑结构。
4.根据权利要求2所述的超临界二氧化碳布雷顿循环发电主机，其特征在于：所述发电单元为启发一体式发电机。
5.根据权利要求2所述的超临界二氧化碳布雷顿循环发电主机，其特征在于：所述压缩机腔沿轴线分为：
6.根据权利要求5所述的超临界二氧化碳布雷顿循环发电主机，其特征在于：所述离心叶轮(72)与构成所述透平单元的涡轮(73)为一体式结构，两者叶片分别设于同一轮盘两侧；所述轮盘与壳体之间采用篦齿类迷宫密封，以分隔压缩机出口稳定腔(13)与涡轮机匣腔(14)。<...
【技术特征摘要】
1.一种超临界二氧化碳布雷顿循环发电主机，其特征在于：为一体式结构，在壳体内依次设有发电单元、压缩单元、透平单元，三者转子共轴，三者分处所述壳体内的不同腔体，三者所在腔体之间分别设有密封隔绝。
2.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳布雷顿循环发电主机，其特征在于：所述壳体沿轴线依次设有：
3.根据权利要求2所述的超临界二氧化碳布雷顿循环发电主机，其特征在于：所述电机腔(11)内，腔体两端分别通过轴承(82)承托转子所在主轴，轴承座为可变刚性的弹性环或鼠笼式弹性支撑结构。
4.根据权利要求2所述的超临界二氧化碳布雷顿循环发电主机，其特征在于：所述发电单元为启发一体式发电机。
5.根据权利要求2所述的超临界二氧化碳布雷顿循环发电主机，其特征在于：所述压缩机腔沿轴线分为：
6.根据权利要求5所述的超临界二氧化碳布雷顿循环发电主机，其特征在于：所述离心叶...
【专利技术属性】
技术研发人员：龙琳，高梓伊，赵雨婷，陈豪，谈浩梁，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：
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