專(zhuān)利名稱(chēng)：一種背靠背的多級(jí)向心透平系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及透平膨脹技術(shù)領(lǐng)域，是一種帶級(jí)間加熱的背靠背的多級(jí)向心透平系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
向心透平廣泛應(yīng)用在中小型燃?xì)廨啓C(jī)、渦輪增壓器、制冷裝置和液化裝置的膨脹透平等領(lǐng)域，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、制造工藝簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。單級(jí)向心透平的效率很高，特別是在小流量的情況下還能保持很高的效率，目前的單級(jí)向心透平等熵效率可以達(dá)到90%以上。同時(shí)，向心透平單級(jí)膨脹比高，單級(jí)向心透平完成的膨脹比可以達(dá)到軸流透平的兩倍甚至更多。由于向心透平結(jié)構(gòu)的特殊性，多級(jí)向心透平實(shí)現(xiàn)的難度很大，從已經(jīng)公開(kāi)的資料來(lái)看，絕大多數(shù)都是單級(jí)向心透平系統(tǒng)，很少有多級(jí)向心透平系統(tǒng)。隨著透平膨脹系統(tǒng)的進(jìn)口壓力越來(lái)越高，系統(tǒng)要求的膨脹比不斷增加，單級(jí)向心透平已滿(mǎn)足不了現(xiàn)有的需求。而且氣體在高壓情況下，體積流量較小，其他形式的透平膨脹機(jī)的效率不高，而向心透平在體積流量很小的情況下仍能保持很高的效率，因此迫切需要一種高效可靠的多級(jí)向心透平系統(tǒng)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是公開(kāi)一種背靠背的多級(jí)向心透平系統(tǒng)，帶有級(jí)間加熱器，是一種效率高、運(yùn)行可靠性高、運(yùn)行成本低、膨脹比高、能利用中低溫(熱值)的多級(jí)向心透平系統(tǒng)。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是一種背靠背的多級(jí)向心透平系統(tǒng)，包括向心透平組、換熱器、發(fā)電機(jī)、齒輪變速箱、閥門(mén)、多根軸及多根管道；其向心透平組包括多級(jí)向心透平，級(jí)數(shù)為2 8級(jí)，級(jí)數(shù)的多少由能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)所需完成的膨脹比的大小決定；至少為兩級(jí)向心透平，每級(jí)包括至少一個(gè)向心透平，兩個(gè)向心透平共轉(zhuǎn)動(dòng)軸背靠背固接；各級(jí)向心透平經(jīng)多根管道、至少一換熱器相通連；管道中設(shè)有調(diào)節(jié)閥、三通閥；多級(jí)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸分別與齒輪變速箱連接，齒輪變速箱的主輸出軸與發(fā)電機(jī)或其他負(fù)荷的驅(qū)動(dòng)軸連接，通過(guò)主輸出軸輸出軸功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)或其他負(fù)荷；換熱器的熱源為來(lái)自于環(huán)境、或中低溫余熱、或太陽(yáng)能集熱器。所述的多級(jí)向心透平系統(tǒng)，其所述兩向心透平共轉(zhuǎn)動(dòng)軸背靠背固接，是相鄰兩級(jí)向心透平串聯(lián)，共一轉(zhuǎn)動(dòng)軸，以背靠背的方式固接，即第一級(jí)向心透平、第二級(jí)向心透平共一轉(zhuǎn)動(dòng)軸背靠背固接，第三級(jí)向心透平、第四級(jí)向心透平共一轉(zhuǎn)動(dòng)軸背靠背固接，以此類(lèi)推至最后一級(jí)，當(dāng)級(jí)數(shù)為奇數(shù)時(shí)，最后一級(jí)由兩個(gè)向心透平組成，采用背靠背同軸的形式布置；[0012]齒輪變速箱的位置位于同軸的兩向心透平的同側(cè)；第一級(jí)向心透平經(jīng)管路、換熱器、管路與第二級(jí)向心透平相通連；第二級(jí)向心透平經(jīng)管路、換熱器、管路與第三級(jí)向心透平相通連；第三級(jí)向心透平經(jīng)管路、換熱器、管路與第四級(jí)向心透平相通連，以此類(lèi)推至最后一級(jí)(N)，最后一級(jí)(N)向心透平的出口通大氣；其流程為高壓氣體在進(jìn)入多級(jí)向心透平前被加熱到一定溫度后，經(jīng)閥門(mén)、管路輸入第一級(jí)向心透平，在第一級(jí)向心透平中膨脹做功后進(jìn)入換熱器，提高溫度后繼續(xù)進(jìn)入第二級(jí)向心透平膨脹做功，再經(jīng)換熱器后繼續(xù)進(jìn)入第三級(jí)向心透平膨脹做功，以此方式，直到最后一級(jí)透平(N)膨脹后結(jié)束，向心透平組膨脹過(guò)程產(chǎn)生的軸功通過(guò)軸輸出給齒輪變速箱，變速后由主輸出軸輸出帶動(dòng)發(fā)電機(jī)或其他負(fù)荷。所述的多級(jí)向心透平系統(tǒng)，其所述向心透平的轉(zhuǎn)子，是開(kāi)式、半開(kāi)式或閉式。所述的多級(jí)向心透平系統(tǒng)，其中的高壓氣體為空氣、氮?dú)?、氧氣、二氧化碳、天然氣、氟利昂或水蒸氣其中之一。所述的多?jí)向心透平系統(tǒng)，其所述多級(jí)向心透平系統(tǒng)的向心透平個(gè)數(shù)為偶數(shù)，采用背靠背同軸的形式布置，以抵消透平葉輪的軸向力，產(chǎn)生的軸功由同一根輸出軸輸出。所述的多級(jí)向心透平系統(tǒng)，其中的高壓氣體在進(jìn)入多級(jí)向心透平之前被加熱到一定溫度，使第一級(jí)向心透平進(jìn)口的溫度在220K 973K之間，進(jìn)口壓力在3bar 340bar之間；多級(jí)向心透平的膨脹比在3 340之間，最后一級(jí)(N)向心透平的排氣壓力接近常壓，或作為其他設(shè)備的高壓氣源使用。所述的多級(jí)向心透平系統(tǒng)，其所述各級(jí)向心透平的膨脹比，由多級(jí)向心透平總的膨脹比和各級(jí)向心透平轉(zhuǎn)子的軸向力共同決定，背靠背的兩個(gè)向心透平的壓比分布要滿(mǎn)足軸向力大致平衡。所述的多級(jí)向心透平系統(tǒng)，其所述換熱器，為套管式、管殼式、夾套式、蓄熱式、混合式、沉浸蛇管式其中之一或它們的組合，換熱器的熱源溫度在220K 973K之間。所述的多級(jí)向心透平系統(tǒng)，其所述熱源為來(lái)自于環(huán)境、或中低溫余熱，是工業(yè)廢熱、余熱、大氣環(huán)境、或蓄熱裝置。所述的多級(jí)向心透平系統(tǒng)，其所述最后一級(jí)(N)向心透平的出口氣流作為冷源使用時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)末級(jí)透平的進(jìn)口溫度和膨脹比來(lái)控制出口的溫度。所述的多級(jí)向心透平系統(tǒng)，其所述主輸出軸輸出的軸功的大小，通過(guò)高壓氣體進(jìn)口流量和溫度，或通過(guò)換熱器的溫度和流量來(lái)控制。所述的多級(jí)向心透平系統(tǒng)，其所述三通閥，在三級(jí)向心透平系統(tǒng)中，包括向心透平組，換熱器，齒輪變速箱，發(fā)電機(jī)，調(diào)節(jié)閥，轉(zhuǎn)動(dòng)軸，管線；第二級(jí)向心透平經(jīng)管路、換熱器、管路與三通閥入口相通連，三通閥二出口分別與兩向心透平相通連，第三級(jí)包括兩個(gè)向心透平，兩向心透平的出口 B、C分別通大氣、或作為其他設(shè)備的氣源使用；運(yùn)行時(shí)，高壓氣體在進(jìn)入多級(jí)向心透平前被加熱到一定溫度后，經(jīng)閥門(mén)、管路輸入第一級(jí)向心透平，在第一級(jí)向心透平中膨脹做功后進(jìn)入換熱器，提高溫度后繼續(xù)進(jìn)入第二級(jí)向心透平膨脹做功；不同之處在于第三級(jí)包括兩個(gè)向心透平，第二級(jí)向心透平出口的高壓氣體經(jīng)換熱器加熱后，由三通閥分成均等的兩部分，一部分進(jìn)入向心透平中膨脹做功后排入大氣、或進(jìn)入下一流程，另一部分進(jìn)入另一向心透平中膨脹做功后排入大氣、或進(jìn)入下一流程，以此方式，使得第三級(jí)的兩個(gè)向心透平轉(zhuǎn)子的軸向力抵消；主輸出軸功的大小，通過(guò)閥門(mén)調(diào)節(jié)高壓氣體的流量來(lái)控制，或通過(guò)調(diào)節(jié)換熱器的換熱量來(lái)控制。所述的多級(jí)向心透平系統(tǒng)，其當(dāng)多級(jí)向心透平系統(tǒng)的級(jí)數(shù)為5或7時(shí)，其最后一級(jí)采用兩個(gè)向心透平，其上游向心透平出口的高壓氣體經(jīng)換熱器加熱后，熱氣流經(jīng)三通閥均等輸入兩個(gè)向心透平做功。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、總膨脹比高，適用于各類(lèi)高壓氣體膨脹做功，具有廣闊的使用前景。對(duì)環(huán)境友好、可以利用中低溫(熱值)的熱源，特別是廢熱的回收，提高資源使用效率。

圖I為本實(shí)用新型的一種背靠背的多級(jí)向心透平系統(tǒng)實(shí)施例I四級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本實(shí)用新型的一種背靠背的多級(jí)向心透平系統(tǒng)實(shí)施例2三級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型的一種背靠背的多級(jí)向心透平系統(tǒng)實(shí)施例3五級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實(shí)用新型的一種背靠背的多級(jí)向心透平系統(tǒng)實(shí)施例4七級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)號(hào)18——齒輪變速箱19——發(fā)電機(jī)26-調(diào)節(jié)閥27-三通閥15、16、17、40、58-軸4、8、12、34、49、52、63——換熱器2、6、10、14、31、32、41、42、43、44、45、46-向心透平1、3、5、7、9、11、13、20、21、22、23、24、25、28、29、30、33、35、36、37、38、39、47、48、50、51、53、54、55、56、57、59、60、61、62、64-管道
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的背靠背的多級(jí)向心透平系統(tǒng)，采用高壓氣源逐級(jí)膨脹做功，直到出口壓力滿(mǎn)足用戶(hù)要求；利用中低溫(熱值)熱源進(jìn)行級(jí)間加熱，此過(guò)程可以利用廢熱、余熱，提高了資源使用效率；每?jī)蓚€(gè)向心透平采用背靠背同軸的型式布置，以抵消向心透平的軸向力；背靠背的兩個(gè)向心透平具有相同的轉(zhuǎn)速，葉輪產(chǎn)生的軸功由同一根軸輸出；各級(jí)產(chǎn)生的軸功輸入齒輪箱，變速后由主軸輸出給發(fā)電機(jī)或其他負(fù)載。由于向心透平的特性，本實(shí)用新型提出的多級(jí)向心透平系統(tǒng)有以下潛在的優(yōu)點(diǎn)效率高目前單級(jí)向心透平的等熵效率達(dá)到90%以上，該系統(tǒng)還可以對(duì)廢熱和余熱等中低熱值的熱源的回收利用，因此該多級(jí)向心透平的效率可達(dá)85%以上。結(jié)構(gòu)緊湊本實(shí)用新型的背靠背的向心透平采用背靠背同軸的形式，這樣不僅使得兩個(gè)透平轉(zhuǎn)子的軸向力抵消，還使得結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省了空間和制造成本?？煽啃愿哂捎谠摫晨勘车亩嗉?jí)向心透平系統(tǒng)是在現(xiàn)有單級(jí)向心透平的技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，且軸功是通過(guò)齒輪箱傳遞，故該多級(jí)向心透平的可靠性非常高?？偱蛎洷雀呷裘考?jí)膨脹比為2，則8級(jí)向心透平的膨脹比為216。目前單級(jí)的向心透平的膨脹比在I 10之間，故該多級(jí)向心透平可以很容易完成幾十上百的膨脹比。適用于各類(lèi)高壓氣體多級(jí)向心透平可適用于空氣、氮?dú)?、氧氣、二氧化碳、氟利昂、天然氣或水蒸氣等各?lèi)高壓氣體膨脹做功。利用中低溫(熱值)的熱源可以采用中低熱值的熱源將氣體進(jìn)行再熱，增大系統(tǒng)出功，特別是工業(yè)行業(yè)的廢熱和余熱，如水泥行業(yè)、鋼鐵冶金行業(yè)、化工行業(yè)等，以提高能源的利用率，減少環(huán)境污染。實(shí)施例如圖I所示，為本實(shí)用新型的背靠背的多級(jí)向心透平系統(tǒng)實(shí)施例I的結(jié)構(gòu)示意圖。這是一個(gè)四級(jí)向心透平系統(tǒng)，包括向心透平2、6、10、14，換熱器4、8、12，齒輪變速箱18，發(fā)電機(jī) 19，調(diào)節(jié)閥門(mén) 26，軸 15、16、17，管線 1、3、5、7、9、11、13、20、21、22、23、24、25。第一級(jí)向心透平2和第二級(jí)向心透平6通過(guò)軸17背靠背固接，第三級(jí)向心透平10和第四級(jí)向心透平14通過(guò)軸15背靠背固接。軸15、17通過(guò)齒輪變速箱18與主輸出軸16聯(lián)接，主輸出軸16與發(fā)電機(jī)19轉(zhuǎn)軸固接。第一級(jí)向心透平2經(jīng)管路3、換熱器4、管路5與第二級(jí)向心透平6相通連；第二級(jí)向心透平6經(jīng)管路7、換熱器8、管路9與第三級(jí)向心透平10相通連；第三級(jí)向心透平10經(jīng)管路11、換熱器12、管路13與第四級(jí)向心透平14相通連。第一級(jí)向心透平2前設(shè)有閥門(mén)26。換熱器4、8、12經(jīng)管線20、22、24與外界熱源相連通。運(yùn)行時(shí)，高壓氣體被外界熱源加熱后經(jīng)閥門(mén)26進(jìn)入第一級(jí)向心透平2中膨脹做功，透平出口的溫度降低，然后進(jìn)入換熱器4中使氣體的溫度升高，導(dǎo)入第二級(jí)向心透平6中膨脹做功，第二級(jí)向心透平6出口的氣體再導(dǎo)入換熱器8中加熱，加熱后的氣體在進(jìn)入第三級(jí)向心透平10中膨脹做功，通過(guò)第三級(jí)膨脹做功后的氣體導(dǎo)入換熱器12中加熱，最后導(dǎo)入第四級(jí)向心透平14中膨脹做功，然后排入大氣中(或進(jìn)入下一流程)。軸17、15上的軸功通過(guò)齒輪變速箱18傳遞給主輸出軸16帶動(dòng)發(fā)電機(jī)19旋轉(zhuǎn)。輸出軸功的大小可以通過(guò)閥門(mén)26調(diào)節(jié)高壓氣體的流量來(lái)控制，也可以通過(guò)調(diào)節(jié)換熱器4、8、12的換熱量。圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖，它是一個(gè)三級(jí)向心透平系統(tǒng)，其主體結(jié)構(gòu)與實(shí)施例I相同，圖中增加了一個(gè)三通道的閥門(mén)27。該系統(tǒng)包括向心透平2、6、31、32，換熱器4、8，齒輪變速箱18，發(fā)電機(jī)19，調(diào)節(jié)閥門(mén)26，三通道閥門(mén)27，軸15、16、17，管線1、3、5、
7、20、21、22、23、28、29、30。第二級(jí)向心透平6經(jīng)管路7、換熱器8、管路9與三通道的閥門(mén)27入口相通連，三通道的閥門(mén)27 二出口分別與向心透平31、向心透平32相通連，第三級(jí)由兩個(gè)向心透平31、32組成，向心透平31、向心透平32的出口 B、C分別通大氣(或進(jìn)入下一流程)。運(yùn)行時(shí)，第一級(jí)向心透平和第二級(jí)向心透平與實(shí)施例I相同，不同之處在于第三級(jí)由兩個(gè)向心透平31、32組成，第二級(jí)向心透平6出口的高壓氣體經(jīng)換熱器8加熱后，由三通道閥門(mén)27分成均等的兩部分，一部分進(jìn)入向心透平31中膨脹做功后排入大氣(或進(jìn)入下一流程)，另一部分進(jìn)入向心透平32中膨脹做功后排入大氣(或進(jìn)入下一流程)，以此方式，使得第三級(jí)的兩個(gè)向心透平31、32轉(zhuǎn)子的軸向力抵消。軸17、15上的軸功通過(guò)齒輪變速箱18傳遞給主輸出軸16帶動(dòng)發(fā)電機(jī)19旋轉(zhuǎn)。主輸出軸功的大小可以通過(guò)閥門(mén)26調(diào)節(jié)高壓氣體的流量來(lái)控制，也可以通過(guò)調(diào)節(jié)換熱器4、8的換熱量。[0058]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖，它是一個(gè)五級(jí)向心透平系統(tǒng)，其前四級(jí)的結(jié)構(gòu)形式與實(shí)施例I相同，只是增加了一個(gè)換熱器34、三通道的閥門(mén)27和向心透平41、42.該系統(tǒng)包括向心透平2、6、10、14、31、32，換熱器4、8、34，齒輪變速箱18，發(fā)電機(jī)19，調(diào)節(jié)閥門(mén) 26，三通道閥門(mén) 27，軸 15、16、17、40，管線 1、3、5、7、9、11、13、20、21、22、23、24、25、33、35、36、37、38、39。第四級(jí)向心透平14經(jīng)管路33、換熱器34、管路35與三通道的閥門(mén)27入口相通連，三通道的閥門(mén)27 二出口分別與向心透平31、向心透平32相通連，第五級(jí)由兩個(gè)向心透平41、42組成，向心透平41、向心透平42的出口 B、C分別通大氣(或進(jìn)入下一流程)。運(yùn)行時(shí)，第一級(jí)向心透平到第四級(jí)向心透平與實(shí)施例I相同，不同之處在于第五級(jí)由兩個(gè)向心透平41、42組成，第四級(jí)向心透平14出口的高壓氣體經(jīng)換熱器34加熱后，由三通道閥門(mén)27分成均等的兩部分，一部分進(jìn)入向心透平41中膨脹做功后排入大氣(或進(jìn)入下一流程)，另一部分進(jìn)入向心透平42中膨脹做功后排入大氣(或進(jìn)入下一流程)，以此方式，使得第五級(jí)的兩個(gè)向心透平41、42轉(zhuǎn)子的軸向力抵消。軸17、15、40上的軸功通過(guò)齒輪變速箱18傳遞給主輸出軸16帶動(dòng)發(fā)電機(jī)19旋轉(zhuǎn)。主輸出軸功的大小可以通過(guò)閥門(mén)26調(diào)節(jié)高壓氣體的流量來(lái)控制，也可以通過(guò)調(diào)節(jié)換熱器4、8、12、34的換熱量圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)示意圖，它是一個(gè)七級(jí)向心透平系統(tǒng)，包括向心透平2、6、10、14、43、44、45、46，換熱器4、8、12、49、52、63，齒輪變速箱18，發(fā)電機(jī)19，調(diào)節(jié)閥門(mén) 26，三通道閥門(mén) 27、軸 15、16、17、40、58，管線 1、3、5、7、9、11、13、20、21、22、23、24、25、47、48、59、60、50、51、53、54、55、56、57、61、62、64。第一級(jí)向心透平2和第二級(jí)向心透平6通過(guò)軸17背靠背固接，第三級(jí)向心透平10和第四級(jí)向心透平14通過(guò)軸15背靠背固接，第五級(jí)向心透平44和第六級(jí)向心透平43通過(guò)軸40背靠背固接，第七級(jí)由兩個(gè)向心透平45、46組成，通過(guò)軸58背靠背固接。軸15、17、40、58通過(guò)齒輪變速箱18與主軸16聯(lián)接，主軸16與發(fā)電機(jī)19轉(zhuǎn)軸固接。第一級(jí)向心透平2經(jīng)管路3、換熱器4、管路5與第二級(jí)向心透平6相通連；第二級(jí)向心透平6經(jīng)管路7、換熱器8、管路9與第三級(jí)向心透平10相通連；第三級(jí)向心透平10經(jīng)管路11、換熱器12、管路13與第四級(jí)向心透平14相通連；第四級(jí)向心透平14經(jīng)管路64、換熱器63、管路47與第五級(jí)向心透平44相通聯(lián)；第五級(jí)向心透平44經(jīng)管路48、換熱器49、管路50與第五級(jí)向心透平43相通聯(lián)；第六級(jí)向心透平43經(jīng)管路51、換熱器52、管路53與三通道的閥門(mén)27入口相通連，三通道的閥門(mén)27 二出口分別與向心透平45、向心透平46相通連，第七級(jí)由兩個(gè)向心透平45、46組成，向心透平45、向心透平46的出口 B、C分別通大氣(或進(jìn)入下一流程)。第一級(jí)向心透平2前設(shè)有閥門(mén)26。換熱器4、8、12、49、52、63經(jīng)管線20、22、24、59、56、61與外界熱源相連通。運(yùn)行時(shí)，高壓氣體被外界熱源加熱后經(jīng)閥門(mén)26進(jìn)入第一級(jí)向心透平2中膨脹做功，透平出口的溫度降低，然后進(jìn)入換熱器4中使氣體的溫度升高，導(dǎo)入第二級(jí)向心透平6中膨脹做功，第二級(jí)向心透平6出口的氣體導(dǎo)入換熱器8中加熱，加熱后的氣體在進(jìn)入第三級(jí)向心透平10中膨脹做功，通過(guò)第三級(jí)膨脹做功后的氣體導(dǎo)入換熱器12中加熱，導(dǎo)入第四級(jí)向心透平14中膨脹做功，第四級(jí)向心透平14出口的氣體導(dǎo)入換熱器63中加熱，加熱后的氣體在進(jìn)入第五級(jí)向心透平44中膨脹做功，第五級(jí)向心透平44出口的氣體導(dǎo)入換熱器49中加熱，加熱后的氣體在進(jìn)入第六級(jí)向心透平43中膨脹做功，第六級(jí)向心透平43出、口的高壓氣體經(jīng)換熱器52加熱后，由三通道閥門(mén)27分成均等的兩部分，一部分進(jìn)入向心透平45中膨脹做功后排入大氣(或進(jìn)入下一流程)，另一部分進(jìn)入向心透平46中膨脹做功后排入大氣(或進(jìn)入下一流程)，以此方式，使得第七級(jí)的兩個(gè)向心透平45、46轉(zhuǎn)子的軸向力 抵消。軸17、15、40、58上的軸功通過(guò)齒輪變速箱18傳遞給主輸出軸16帶動(dòng)發(fā)電機(jī)19旋轉(zhuǎn)。主輸出軸功的大小可以通過(guò)閥門(mén)26調(diào)節(jié)高壓氣體的流量來(lái)控制，也可以通過(guò)調(diào)節(jié)換熱器 4、8、12、49、52、63 的換熱量。
權(quán)利要求1.一種背靠背的多級(jí)向心透平系統(tǒng)，包括向心透平組、換熱器、發(fā)電機(jī)、齒輪變速箱、閥門(mén)、多根軸及多根管道；其特征在于 向心透平組包括多級(jí)向心透平，級(jí)數(shù)為2 8級(jí)，級(jí)數(shù)的多少由能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)所需完成的膨脹比的大小決定； 至少為兩級(jí)向心透平，每級(jí)包括至少一個(gè)向心透平，兩個(gè)向心透平共轉(zhuǎn)動(dòng)軸背靠背固接；各級(jí)向心透平經(jīng)多根管道、至少一換熱器相通連； 管道中設(shè)有調(diào)節(jié)閥(26)、三通閥(27)； 多級(jí)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸分別與齒輪變速箱(18)連接，齒輪變速箱(18)的主輸出軸(16)與發(fā)電機(jī)(19)或其他負(fù)荷的驅(qū)動(dòng)軸連接； 換熱器的熱源為來(lái)自于環(huán)境、或中低溫余熱、或太陽(yáng)能集熱器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多級(jí)向心透平系統(tǒng)，其特征在于所述兩向心透平共轉(zhuǎn)動(dòng)軸背靠背固接，是相鄰兩級(jí)向心透平串聯(lián)，共一轉(zhuǎn)動(dòng)軸，以背靠背的方式固接，即第一級(jí)向心透平(2)、第二級(jí)向心透平(6)共一轉(zhuǎn)動(dòng)軸(17)背靠背固接，第三級(jí)向心透平(10)、第四級(jí)向心透平(14)共一轉(zhuǎn)動(dòng)軸(15)背靠背固接，以此類(lèi)推至最后一級(jí)，當(dāng)級(jí)數(shù)為奇數(shù)時(shí)，最后一級(jí)由兩個(gè)向心透平組成，采用背靠背同軸的形式布置； 齒輪變速箱(18)的位置位于同軸的兩向心透平的同側(cè)； 第一級(jí)向心透平(2)經(jīng)管路(3)、換熱器(4)、管路(5)與第二級(jí)向心透平(6)相通連；第二級(jí)向心透平(6)經(jīng)管路(7)、換熱器(8)、管路(9)與第三級(jí)向心透平(10)相通連；第三級(jí)向心透平(10)經(jīng)管路(11)、換熱器(12)、管路(13)與第四級(jí)向心透平(14)相通連，以此類(lèi)推至最后一級(jí)(N)，最后一級(jí)(N)向心透平的出口通大氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的多級(jí)向心透平系統(tǒng)，其特征在于所述向心透平的轉(zhuǎn)子，是開(kāi)式、半開(kāi)式或閉式。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多級(jí)向心透平系統(tǒng)，其特征在于該多級(jí)向心透平系統(tǒng)中的高壓氣體，為空氣、氮?dú)狻⒀鯕?、二氧化碳、天然氣、氟利昂或水蒸氣其中之一?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多級(jí)向心透平系統(tǒng)，其特征在于所述多級(jí)向心透平系統(tǒng)的向心透平個(gè)數(shù)為偶數(shù)，采用背靠背同軸的形式布置，以抵消透平葉輪的軸向力，產(chǎn)生的軸功由同一根輸出軸輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多級(jí)向心透平系統(tǒng)，其特征在于該多級(jí)向心透平系統(tǒng)中的高壓氣體在進(jìn)入多級(jí)向心透平之前被加熱到一定溫度，使第一級(jí)向心透平(2)進(jìn)口的溫度在220K 973K之間，進(jìn)口壓力在3bar 340bar之間；多級(jí)向心透平的膨脹比在3 340之間，最后一級(jí)(N)向心透平的排氣壓力接近常壓，或作為其他設(shè)備的高壓氣源使用。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多級(jí)向心透平系統(tǒng)，其特征在于所述各級(jí)向心透平的膨脹t匕，由多級(jí)向心透平總的膨脹比和各級(jí)向心透平轉(zhuǎn)子的軸向力共同決定，背靠背的兩個(gè)向心透平的壓比分布要滿(mǎn)足軸向力大致平衡。
8.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的多級(jí)向心透平系統(tǒng)，其特征在于所述換熱器，為套管式、管殼式、夾套式、蓄熱式、混合式、沉浸蛇管式其中之一或它們的組合，換熱器的熱源溫度在220K 973K之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多級(jí)向心透平系統(tǒng)，其特征在于所述熱源為來(lái)自于環(huán)境、或中低溫余熱，是工業(yè)廢熱、余熱、大氣環(huán)境、或蓄熱裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求2或6所述的多級(jí)向心透平系統(tǒng)，其特征在于所述最后一級(jí)(N)向心透平的出口氣流作為冷源使用時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)末級(jí)透平的進(jìn)口溫度和膨脹比來(lái)控制出口的溫度。
11.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的多級(jí)向心透平系統(tǒng)，其特征在于所述主輸出軸(16)輸出的軸功的大小，通過(guò)高壓氣體進(jìn)口流量和溫度，或通過(guò)換熱器的溫度和流量來(lái)控制。
12.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的多級(jí)向心透平系統(tǒng)，其特征在于所述三通閥(27)，在三級(jí)向心透平系統(tǒng)中，包括向心透平組(2、6、31、32)，換熱器(4、8)，齒輪變速箱(18)，發(fā)電機(jī)(19)，調(diào)節(jié)閥(26)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸(15、16、17)，管線(1、3、5、7、20、21、22、23、28、29、30)； 第二級(jí)向心透平(6)經(jīng)管路(7)、換熱器(8)、管路(29)與三通閥(27)入口相通連，三通閥(27) 二出口分別與兩向心透平(31、32)相通連，第三級(jí)包括兩個(gè)向心透平(31、32)，向心透平(31、32)的出口 B、C分別通大氣、或作為其他設(shè)備的氣源使用。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的多級(jí)向心透平系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)多級(jí)向心透平系統(tǒng)的級(jí)數(shù)為5或7時(shí)，其最后一級(jí)采用兩個(gè)向心透平，其上游向心透平出口的高壓氣體經(jīng)換熱器加熱后，熱氣流經(jīng)三通閥(27)均等輸入兩個(gè)向心透平。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種背靠背的多級(jí)向心透平系統(tǒng)，涉及透平技術(shù)，包括透平膨脹機(jī)系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)和齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)。該多級(jí)向心透平系統(tǒng)具有的向心透平個(gè)數(shù)為偶數(shù)，級(jí)數(shù)在2～8之間，級(jí)數(shù)的多少由膨脹比的大小決定，每級(jí)由一個(gè)向心透平或多個(gè)向心透平組成。每?jī)蓚€(gè)向心透平采用背靠背的形式布置在一根軸上，具有相同的轉(zhuǎn)速，且能平衡轉(zhuǎn)子的軸向推力。該多級(jí)向心透平的進(jìn)口溫度在220K～973K之間，進(jìn)口壓力在3bar～340bar之間。同軸的兩個(gè)向心透平產(chǎn)生的軸功輸出給發(fā)電機(jī)或作為工業(yè)生產(chǎn)的動(dòng)力源。本實(shí)用新型的多級(jí)向心透平系統(tǒng)，具有膨脹比高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、效率高、運(yùn)行可靠性高、可回收中低溫(熱值)廢熱等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F01K3/18GK202500618SQ20122005941
公開(kāi)日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月21日
發(fā)明者嚴(yán)曉輝, 張新敬, 張雪輝, 譚春青, 陳海生 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所