涡轮冷却结构及方法、布雷顿发电循环系统技术方案

本发明专利技术提供一种涡轮冷却结构及方法、布雷顿发电循环系统。涡轮冷却结构包括3个以上涡轮盘，各涡轮盘上设置有多个正向平衡孔及反向平衡孔，正向平衡孔的孔内气流方向与涡轮主流气体流向相同，反向平衡孔的孔内气流方向与涡轮主流气体流向相反，末级涡流盘反面的反向平衡孔沿径向开有与末级排气连接段空心腔相通的引气槽，末级涡流盘反面的正向平衡孔沿径向开有与涡轮盘缘相通的引气槽，首级涡轮盘正面的正向平衡孔及反向平衡孔均开有与首级进气连接段空心腔相通的引气槽，相邻的涡轮盘的正向平衡孔相互连通且反向平衡孔相互连通。本发明专利技术可以在有限的空间内显著增加冷却气体与涡轮盘的接触面积，有助于改善冷却效果，确保涡轮长期安全稳定工作。轮长期安全稳定工作。轮长期安全稳定工作。

【技术实现步骤摘要】
涡轮冷却结构及方法、布雷顿发电循环系统


[0001]本专利技术涉及发电
，特别是涉及一种涡轮冷却结构及方法，以及一种布雷顿发电循环系统。

技术介绍

[0002]闭式氦气布雷顿循环是以氦气为工质的高温核能理想的热功转换系统，通过直接或间接方式与堆芯结合，可广泛应用于气冷快堆、钍基熔盐堆、超高温气冷堆等多种四代高温核能堆型及未来高温核裂变堆型。与传统核能发电装置相比，闭式氦气布雷顿循环具有结构紧凑、发电效率高、安全性高等特点，在堆芯出口温度达到950℃时，理论发电效率可达50％。
[0003]从热力循环角度，布雷顿循环包括绝热压缩、等压加热、绝热膨胀及等压冷却四个热力过程。通常为了提高循环效率，还可进行回热和间冷。闭式氦气布雷顿循环发电系统的核心设备主要包括低压压气机、高压压气机、涡轮、预冷器、间冷器及回热器等。其中，涡轮设备是将高温、高压氦气的能量转换成机械能(电能)的关键部件，属于典型的热端部件，与航空发动机及地面燃气轮机类似，氦气涡轮为了能保证高强度工作要求，需要对其涡轮盘进行冷却处理。然而，相比于空气工质的涡轮而言，氦气工质可压缩性差，需要大幅提升压气机转速来达到设计压比，这也增大了与氦气压气机同轴氦气涡轮的转速，进而增大了氦气涡轮盘离心负荷，加之其工作环境温度较高，最终会降低氦气涡轮盘的安全运行系数。因此，对涡轮冷却结构和方法进行改进，以确保氦气涡轮盘能长期安全稳定工作实属必要。
[0004]应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的
技术介绍
部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

技术实现思路

[0005]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种涡轮冷却结构及方法，以及一种布雷顿发电循环系统，以改善涡轮盘的冷却效果，确保氦气涡轮盘能长期安全稳定工作等问题。
[0006]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种涡轮冷却结构，所述涡轮冷却结构包括3个以上涡轮盘，各涡轮盘上设置有多个正向平衡孔及多个反向平衡孔，正向平衡孔的孔内气流方向与涡轮主流气体流向相同，反向平衡孔的孔内气流方向与涡轮主流气体流向相反，其中，末级涡流盘反面的反向平衡孔沿径向开有与末级排气连接段空心腔相通的引气槽，末级涡流盘反面的正向平衡孔沿径向开有与涡轮盘缘相通的引气槽，首级涡轮盘正面的正向平衡孔及反向平衡孔均开有与首级进气连接段空心腔相通的引气槽，相邻的涡轮盘的正向平衡孔相互连通且反向平衡孔相互连通。
[0007]可选地，各涡轮盘上的正向平衡孔和反向平衡孔均为4个，且正向平衡孔和反向平衡孔在涡轮盘的同一圆周面上均匀间隔且交替排布。
[0008]可选地，中间级涡轮盘的正、反面及首级涡轮盘的反面、末级涡轮盘正面的所有平衡孔均未开引气槽。
[0009]可选地，所述涡轮盘为5个以上。
[0010]可选地，所述涡轮冷却结构还包括若干环状定位盘，定位盘一一对应设置于相邻的涡轮盘之间，定位盘上对应设置有将相邻的涡轮盘的正向平衡孔和反向平衡孔分别连通的开孔。
[0011]可选地，所述定位盘的外端面为U型状，定位盘的内端面设置有与开孔相通，用于将冷却气体引入定位盘的盘腔内的开口。
[0012]可选地，所述涡轮冷却结构还包括若干引气环，引气环与定位盘过盈连接，以将中间级的涡轮盘的反向平衡孔相连通。
[0013]可选地，相邻的涡轮盘的连接处的外周面上设置有密封齿。
[0014]本专利技术还提供一种涡轮冷却方法，所述涡轮冷却方法基于前述任一项所述的涡轮冷却结构进行，所述涡轮冷却方法包括，将冷却气体经由排气连接段，通过引气槽进入末级涡轮盘的反向平衡孔，并依次经过中间各级的反向平衡孔流至首级涡轮盘，再经首级涡轮盘正面的引气槽进入进气连接段空心腔，并通过正向平衡孔引气槽进入首级涡轮盘的正向平衡孔，然后依次通过中间各级的正向平衡孔进入各级涡轮盘间的型腔，最终通过末级涡轮盘反面的正向平衡孔引气槽引入涡轮主流道，完成对各级涡轮盘的冷却。
[0015]本专利技术还提供一种布雷顿发电循环系统，所述布雷顿循环发电系统包括如上述任一方案中所述的涡轮冷却结构。
[0016]如上所述，本专利技术的涡轮冷却结构及方法、布雷顿发电循环系统，具有以下有益效果：
[0017]本专利技术经巧妙设计的结构引导低温冷却气体在涡轮上的流向，可以在有限的空间内显著增加冷却气体与涡轮盘的接触面积，有助于改善冷却效果，确保涡轮长期安全稳定工作。该结构简洁，安装和使用非常方便，有助于设备整体结构的简化。
附图说明
[0018]图1和2显示为本专利技术提供的涡轮冷却结构自不同方向的例示性截面结构示意图。
[0019]图3显示为图1中的首级涡轮盘的例示性背面结构示意图。
[0020]图4显示为图1中的首级涡轮盘的例示性正面结构示意图。
[0021]图5显示为图1中的中间级涡轮盘的例示性背面结构示意图。
[0022]图6显示为图1中的中间级涡轮盘的例示性正面结构示意图。
[0023]图7显示为图1中的末级涡轮盘的例示性背面结构示意图。
[0024]图8显示为图1中的末级涡轮盘的例示性正面结构示意图。
[0025]图9显示为图1中的定位盘的例示性结构示意图。
[0026]图10显示为图1中的导气环的例示性结构示意图。
具体实施方式
[0027]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实
施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。如在详述本专利技术实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本专利技术保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
[0028]为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。
[0029]在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
[0030]需要说明的是,本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种涡轮冷却结构，其特征在于，所述涡轮冷却结构包括3个以上涡轮盘，各涡轮盘上设置有多个正向平衡孔及多个反向平衡孔，正向平衡孔的孔内气流方向与涡轮主流气体流向相同，反向平衡孔的孔内气流方向与涡轮主流气体流向相反，其中，末级涡流盘反面的反向平衡孔沿径向开有与末级排气连接段空心腔相通的引气槽，末级涡流盘反面的正向平衡孔沿径向开有与涡轮盘缘相通的引气槽，首级涡轮盘正面的正向平衡孔及反向平衡孔均开有与首级进气连接段空心腔相通的引气槽，相邻的涡轮盘的正向平衡孔相互连通且反向平衡孔相互连通。2.根据权利要求1所述的涡轮冷却结构，其特征在于，各涡轮盘上的正向平衡孔和反向平衡孔均为4个，且正向平衡孔和反向平衡孔在涡轮盘的同一圆周面上均匀间隔且交替排布。3.根据权利要求1所述的涡轮冷却结构，其特征在于，中间级涡轮盘的正、反面及首级涡轮盘的反面、末级涡轮盘正面的所有平衡孔均未开引气槽。4.根据权利要求1所述的涡轮冷却结构，其特征在于，所述涡轮盘为5个以上。5.根据权利要求1所述的涡轮冷却结构，其特征在于，所述涡轮冷却结构还包括若干环状定位盘，定位盘一一对应设置于相邻的涡轮盘之间，定位盘上对应设置有将相邻的涡轮盘的正...

【专利技术属性】
技术研发人员：张靖煊，黄伟光，张帅杰，
申请(专利权)人：中国科学院上海高等研究院，
类型：发明
国别省市：