涡轮机制造技术

在一个实施例中，一种使用CO2的涡轮机包括移动叶片、定子叶片、工作流体输送流道、冷却剂输送流道和冷却剂回收流道。所述定子叶片与移动叶片共同构成涡轮级。工作流体输送流道被构造为将工作流体依次输送至各个涡轮级。冷却剂输送流道被构造为通过允许冷却剂从工作流体的上游至下游依次穿过定子叶片内部来输送冷却剂。冷却剂回收流道被构造为回收穿过在预定涡轮级处的定子叶片内部的冷却剂，且将回收的冷却剂合入预定涡轮级上游侧上涡轮级处的工作流体输送流道中。

【技术实现步骤摘要】
涡轮机相关申请的交叉引用本申请基于2012年7月20日提交的日本专利申请号2012-162098且要求其优先权；其全部内容在此并入作为参考。
此处描述的实施例通常涉及涡轮机。
技术介绍
在常规的发电厂中，燃气涡轮机、蒸汽涡轮机等作为发电的动力源装置被使用。为了从涡轮机取得较多动力，具有如下规格的涡轮机也已经被开发出来:该涡轮机的规格利用了在等于或高于涡轮机叶片的耐热温度的温度下的工作流体。例如在这种涡轮机中，喷射冷却剂并且让冷却剂穿过涡轮机叶片内部从而冷却涡轮机叶片。一直需要改进这种规格的涡轮机的能源效率。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供能够增加能源效率的涡轮机。在一个实施例中的涡轮机是使用CO2作为工作流体和冷却剂的涡轮机，包括:转子、多个移动叶片、多个定子叶片、工作流体输送流道、冷却剂输送流道和冷却剂回收流道。所述多个移动叶片沿转子轴线设置。所述多个定子叶片与多个移动叶片共同构成多个涡轮级。工作流体输送流道被构造为将工作流体依次输送至多个涡轮级。冷却剂输送流道被构造为通过允许冷却剂从工作流体的上游至下游依次穿过多个定子叶片内部来输送冷却剂。冷却剂回收流道被构造为回收穿过在预定涡轮级处定子叶片内部的冷却剂，且将回收的冷却剂合入预定涡轮级上游侧上涡轮级处的工作流体输送流道中。【附图说明】图1是包括根据第一实施例的CO2涡轮机的火力发电系统的方框图。图2是示出包括在图1的CO2涡轮机中的冷却剂回收流道的周缘处结构的截面图。图3是示出图2中喷嘴的周缘处结构的放大截面图。图4是示出从转子直径方向观察的状态下图3中喷嘴周缘的示意图。图5是用于解释图2中喷嘴周缘处冷却剂流动的示图。图6是沿图5中A-A的截面图。图7是沿图5中B-B的截面图。图8是沿图5中C-C的截面图。图9是示出根据第二实施例的CO2涡轮机的冷却剂回收流道周缘处结构的截面图。图10是用于详细解释图9中示出的冷却剂回收流道的截面图。图11是示出设置在包括在图9的CO2涡轮机中喷嘴部段内的冷却剂回收流道的一部分的结构的透视图。图12是沿转子轴线方向观察图9中冷却剂回收流道周缘处结构的截面图。图13是示出根据第三实施例的CO2涡轮机的冷却剂回收流道周缘处结构的截面图。图14是沿图13中D-D的截面图。图15是示出根据第四实施例的CO2涡轮机的冷却剂回收流道周缘处结构的截面图。【具体实施方式】下面将基于附图描述实施例。(第一实施例)如图1所示，根据本实施例的火力发电系统20包括CO2涡轮机5、C02泵1、再生热交换器2、氧气发生器3、燃烧器4、发电机6、冷却器7、湿分分离器8等等。CO2泵I压缩由湿分分离器8从燃烧气体(CO2和蒸汽)中分离出水后制得的高纯度CO2,并且将高压下的CO2以分支的方式穿过再生热交换器2供至燃烧器4和CO2涡轮机5。要注意，在CO2泵I中产生的更高压力的高纯度CO2可被存储或利用，用于增强的油回收。简言之，一个CO2泵I兼任工作CO2的供给源和冷却CO2的供给源。该工作CO2可被称为工作气体或工作流体，并且该冷却CO2可被称为冷却气体、冷却流体或冷却剂。再生热交换器2将被热交换器增温的CO2供至燃烧器4。在完成热交换前，再生热交换器2将一部分CO2供至CO2涡轮机5。供至燃烧器的CO2用于工作。供至CO2涡轮机5的CO2用于冷却或密封。此外，再生热交换器2通过热交换来冷却从CO2涡轮机5排放出的燃烧气体(CO2和蒸汽)。氧气发生器3产生氧气并且将产生的氧气供至燃烧器4。燃烧器4燃烧喷射入的天然气如甲烷气体、CO2和氧气从而产生高温和高压下的燃烧气体(CO2和蒸汽)，并且将燃烧气体供至CO2涡轮机5作为工作CO2。[0031 ] CO2涡轮机5被高温高压下的工作CO2所驱动。CO2涡轮机5在涡轮机内旋转移动叶片13和支撑移动叶片13的涡轮机转子11，并且将它们的旋转力传递至发电机6。涡轮机转子11也称为轴。换句话说，CO2涡轮机5利用从一个CO2泵I供应的CO2主要作为旋转涡轮机转子11的工作流体和冷却剂(冷却流体)。发电机6利用CO2涡轮机5的涡轮机转子11的旋转力发电。CO2涡轮机5和发电机6的组合有时称为CO2涡轮发电机。冷却器7还冷却穿过再生热交换器2的燃烧气体(CO2和蒸汽)，并且将冷却的燃烧气体供至湿分分离器8。湿分分离器8从冷却器7输出的低温燃烧气体(CO2和蒸汽)中分离出水从而产生高纯度CO2,并且将该高纯度CO2返回CO2泵I。火力发电系统20通过利用超临界压力下CO2的氧气燃烧循环系统来构成，并且该系统是能够有效利用CO2而不排放CO2的零排放发电系统。该系统的使用使得可能回收和再循环高压的高纯度CO2而不独立地安装用于分离和回收CO2的设施。随后，将描述根据本实施例的火力发电系统20的操作。在本实施例的情形下，借助通过喷射和燃烧CO2、天然气和氧气产生的高温CO2 (工作CO2)通过旋转CO2涡轮机5 (的移动叶片)来发电。随后，从CO2涡轮机5排出的燃烧气体(CO2和蒸汽)通过再生热交换器2和冷却器7被冷却并且其内的水在湿分分离器8内被分离，成为CO2气体。随后CO2气体循环流回CO2泵I并且被压缩，并且大多数CO2被送回燃烧器4。接下来，将基于图2-8描述本实施例中设置在CO2涡轮机5中的冷却剂回收流道37的结构。如图2所示，工作流体输送流道35和冷却剂输送流道36围绕冷却剂回收流道37设置。工作流体输送流道35相对多个涡轮级将工作流体(工作CO2)从其上游侧(高压侧)输送至其下游侧(低压侧)，每个涡轮级由一组喷嘴(定子叶片)16和移动叶片13组成。如图2和图3所示，上述每个喷嘴16被作为保持部件的喷嘴部段38所保持。此夕卜，保持喷嘴16的喷嘴部段38固定于形成于内壳15a (15b)内的钩部件上。冷却剂输送流道36从上游侧将冷却剂(冷却CO2)输送至下游侧，同时使得冷却剂(冷却CO2)穿过在每个涡轮级处的喷嘴16的内部。更具体地说，冷却剂输送流道36如图2所示具有主流道36a。该主流道36a在内壳15a (15b)的主体的一个部件内从上游侧延伸至下游侧。在冷却剂输送流道36内，从主流道36a分支出用于每个涡轮级的流道并且分支出的流道在每个涡轮级内被引导至喷嘴16内部。此外，如图3-5所示，冷却剂输送流道36穿过喷嘴16内部并且随后通过喷嘴部段38的喷嘴侧壁38a内部至喷嘴部段38的主体外部以便排放。此处,为取得更多动力，例如等于或高于喷嘴16耐热温度的温度下的工作流体(工作CO2)在某些情形下需要被喷射入CO2涡轮机5。为此，冷却剂输送流道36需要冷却喷嘴16。另一方面，冷却剂回收流道37回收沿冷却剂输送流道36穿过预定涡轮级处的喷嘴16内部的冷却剂。冷却剂回收流道37将回收的冷却剂合入该预定涡轮级的上游侧上涡轮级处的工作流体输送流道35。特别地，冷却剂回收流道37由作为密封部件的密封板40和喷嘴部段38组合构成，如图5-8所示。密封板40从预定方向密封各部段38之间的间隙。冷却剂回收流道37通过被喷嘴部段38和密封板40所围绕的空间(空腔/空隙)。更详细地，一组密封板40被设置为彼此相对，其间插入间隙，该间隙位于一组喷嘴部段38彼此相对的端面之间，从而构成冷却剂输送流道本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用CO2作为工作流体和冷却剂的涡轮机，包括：转子；沿转子轴线设置的多个移动叶片；与所述多个移动叶片共同构成多个涡轮级的多个定子叶片；被构造为将工作流体依次输送至所述多个涡轮级的工作流体输送流道；被构造为通过允许冷却剂从工作流体的上游至下游依次穿过所述多个定子叶片内部来输送冷却剂的冷却剂输送流道；以及冷却剂回收流道，被构造为回收穿过在预定涡轮级处的定子叶片内部的冷却剂，且将回收的冷却剂合入该预定涡轮级上游侧上涡轮级处的工作流体输送流道中。

【技术特征摘要】
2012.07.20 JP 2012-1620981.一种使用CO2作为工作流体和冷却剂的涡轮机，包括: 转子； 沿转子轴线设置的多个移动叶片； 与所述多个移动叶片共同构成多个涡轮级的多个定子叶片； 被构造为将工作流体依次输送至所述多个涡轮级的工作流体输送流道； 被构造为通过允许冷却剂从工作流体的上游至下游依次穿过所述多个定子叶片内部来输送冷却剂的冷却剂输送流道；以及 冷却剂回收流道，被构造为回收穿过在预定涡轮级处的定子叶片内部的冷却剂，且将回收的冷却剂合入该预定涡轮级上游侧上涡轮级处的工作流体输送流道中。2.如权利要求1所述的涡轮机， 其中所述冷却剂回收流道收集分别在该预定涡轮级处和该预定涡轮级下游侧上涡轮级处回收的冷却剂，并且朝所述预定涡轮级上游侧上的涡轮级输送所收集的冷却剂。3.如权利要求1所述的涡轮机， ...

【专利技术属性】
技术研发人员：冈村直行，冲园信博，佐藤岩太郎，鹤田和孝，小野田昭博，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：