一种压缩机透平一体式机组及其运行方法与流程

本发明涉及动力装置领域，具体而言，涉及压缩机透平一体式机组及其运行方法。

背景技术：

对于中等功率和大功率超临界co2发电机组，其驱动部分通常需要有主压缩机、再压缩机、透平等设备，为实现驱动部分的启动，一般还需要盘车实现。

现有技术中，这些设备之间的连接通常较为松散，导致整个驱动机组体积庞大，管路复杂。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种压缩机透平一体式机组及其运行方法，以解决现有的超临界co2发电机组各构件组合形式松散的问题。

本发明的实施例是这样实现的：

一种压缩机透平一体式机组，其包括透平、电机、齿轮箱和主压缩机和多级的再压缩机；电机为驱动、发电一体机，且当机组启动时，电机处于电动机工况，驱动轴系转动；当机组正常工作时，电机处于发电机工况，对外发电；齿轮箱具有多个传动连接的齿轮轴；电机、透平、齿轮箱和主压缩机依次同轴连接，其中透平的轴和主压缩机的轴分别连接齿轮箱的其中一个齿轮轴的两端；再压缩机的各级分布于齿轮箱的两侧，并各自连接齿轮箱的其他齿轮轴的连接端。

本方案中的一体式驱动机组使用时，首先以电动机工况启动电机，使驱动电机带动齿轮箱和连接于齿轮箱的齿轮轴上的主压缩机、透平、和各级再压缩机启动运转；待机组完成启动正常运转后，将电机切换至发电机工况，以透平作为驱动设备，一面驱动主压缩机和各级压缩机运转，一面对外做功。并且本方案中的电机能够取代透平的盘车的功能，机组可取消单独的盘车装置。

另外，本方案中，机组的透平和各压缩机集成于一齿轮箱上，并且分布在齿轮箱的两侧，且主压缩机、再压缩机和对外做功发电均采用同一台透平驱动，透平的输出功一部分用于驱动主压缩机和再压缩机，另外一部分输出做功，机组结构和功能紧凑，减少了复杂的连接结构，且提高了整体的能量转化率；且主压缩机、再压缩机、透平采用两侧布置，可有效平衡轴向推力；电机兼做用于带动机组启动的驱动电机和用于由透平带动发电的发电机，节约了设备配置的成本并减小了结构的整体尺寸。

在一种实施例中，压缩机透平一体式机组还包括长条形的公共底座，主压缩机、齿轮箱、透平和电机呈线性布置在公共底座上；再压缩机的各级分别连接于齿轮箱的两侧的齿轮轴的两端。主压缩机、再压缩机、电机、透平布置在公共底座上，可实现机组整体发运。

在一种实施例中，主压缩机的气缸和再压缩机的各级的气缸分别通过法兰连接的方式连接于齿轮箱的箱体。

在一种实施例中，透平的轴的两端分别设置轴承箱，透平的轴转动支撑于两端的轴承箱之间。

在一种实施例中，齿轮箱包括箱体、三个依次转动设置于箱体的齿轮轴，以及固连于各齿轮轴的传动齿轮，各个传动齿轮彼此啮合传动连接；齿轮轴的至少一端设置为用于连接其他结构的连接端。

在一种实施例中，再压缩机共有四级，四级再压缩机分别连接于剩下的两个齿轮轴的四个连接端中的一个。

在一种实施例中，各个传动齿轮的齿数不相等，以使齿轮轴的转速不相等。机组采用多轴布置，通过齿轮箱进行转速匹配，可实现各转子之间不同转速。

本申请还提供一种压缩机透平一体式机组，其包括透平、电机、齿轮箱和主压缩机和多级的再压缩机；电机为驱动、发电一体机，且当机组启动时，电机处于电动机工况，驱动轴系转动；当机组正常工作时，电机处于发电机工况，对外发电；齿轮箱具有三个传动连接的齿轮轴，其中一个位于另外两个的中间位置；电机、透平和齿轮箱的位于中间的齿轮轴依次同轴连接；再压缩机多级，主压缩机和多级再压缩机分布于齿轮箱的两侧，并各自连接齿轮箱的其他两个齿轮轴的共四个连接端。

本方案相对前述方案不同之处在于，主压缩机不需要设置在齿轮箱中间的齿轮轴上，而是可以设置在两侧的齿轮轴上和再压缩机的某一级或多级同轴设置。该设置方式也具有一定的平衡性，能够平衡轴向推力。

本申请还提供前述压缩机透平一体式机组的运行方法，其包括以下步骤：

首先，以电动机工况启动电机，使电机带动齿轮箱和连接于齿轮箱的齿轮轴上的主压缩机、透平和各级再压缩机启动运转；

待机组完成启动正常运转后，将电机切换至发电机工况，以透平作为驱动设备，一面驱动主压缩机和各级压缩机运转，一面驱动发电机运转发电。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中提及之附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例中的压缩机透平一体式机组的三维视图；

图2为图1的结构原理视图；

图3为本发明实施例中的压缩机透平一体式机组的第二种实施方式的示意图(结构原理简图)；

图4本发明实施例中的压缩机透平一体式机组的第三种实施方式的示意图(结构原理简图)；

图5为本发明实施例中的压缩机透平一体式机组的第四种实施方式的示意图(结构原理简图)。

图标：1-公共底座；2-主压缩机；3-再压缩机；31-第一级再压缩机；32-第二级再压缩机；33-第三级再压缩机；34-第四级再压缩机；7-齿轮箱；71-箱体；72-齿轮轴；73-齿轮；8-透平；9-电机；21-轴承箱；22-气缸；k1-进口；k2-出口。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，本发明的描述中若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，本发明的描述中若出现“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

请参见图1，本实施例提供一种压缩机透平一体式机组，其包括透平8、电机9、齿轮箱7和主压缩机2和多级的再压缩机3；电机9为驱动、发电一体机，且当机组启动时，电机9处于电动机工况，驱动轴系转动；当机组正常工作时，电机9处于发电机工况，对外发电；齿轮箱7具有多个传动连接的齿轮轴72；电机9、透平8、齿轮箱7和主压缩机2依次同轴连接，其中透平8的轴和主压缩机2的轴分别连接齿轮箱7的其中一个齿轮轴72的两端；再压缩机3的各级分布于齿轮箱7的两侧，并各自连接齿轮箱7的其他齿轮轴72的连接端。本方案中，压缩机透平一体式机组还包括长条形的公共底座1，主压缩机2、齿轮箱7、透平8和电机9呈线性布置在公共底座1上；再压缩机3的各级分别连接于齿轮箱7的两侧的齿轮轴72的两端。主压缩机2、再压缩机3、电机9、透平8布置在公共底座1上，可实现机组整体发运。本方案中的主压缩机2的气缸22和再压缩机3的各级的气缸22可分别通过法兰连接的方式连接于齿轮箱7的箱体71，也可通过其他方式连接。透平8的轴的两端分别设置轴承箱21，透平8的轴转动支撑于两端的轴承箱21之间。

本方案中的一体式驱动机组使用时，首先以电动机工况启动电机9，使驱动电机9带动齿轮箱7和连接于齿轮箱7的齿轮轴72上的主压缩机2、透平8、和各级再压缩机3启动运转；待机组完成启动正常运转后，将电机9切换至发电机工况，以透平8作为驱动设备，一面驱动主压缩机2和各级再压缩机3运转，一面对外做功。并且本方案中的电机9能够取代透平8的盘车的功能，机组可取消单独的盘车装置。

另外，本方案中，机组的透平8和各压缩机集成于一齿轮箱7上，并且分布在齿轮箱7的两侧，且主压缩机2、再压缩机3和对外做功发电均采用同一台透平8驱动，透平8的输出功一部分用于驱动主压缩机2和再压缩机3，另外一部分输出做功，机组结构和功能紧凑，减少了复杂的连接结构，且提高了整体的能量转化率；且主压缩机2、再压缩机3、透平8采用两侧布置，可有效平衡轴向推力；电机9兼做用于带动机组启动的驱动电机9和用于由透平8带动发电的发电机，节约了设备配置的成本并减小了结构的整体尺寸。

配合参见图2，本实施例中，齿轮箱7包括箱体71、三个依次转动设置于箱体71的齿轮轴72，以及固连于各齿轮轴72的传动齿轮73，各个传动齿轮73彼此啮合传动连接；齿轮轴72的至少一端设置为用于连接其他结构的连接端。再压缩机3共有四级(分别为第一级再压缩机31、第二级再压缩机32、第三级再压缩机33、第四级再压缩机34)，四级再压缩机3分别连接于剩下的两个齿轮轴72的四个连接端中的一个。

可选地，本实施例中的各个传动齿轮73的齿数不相等，以使齿轮轴72的转速不相等。机组采用多轴布置，通过齿轮箱7进行转速匹配，可实现各转子之间不同转速，适配各级再压缩机3。

在本实施例的其他实施方式中，主压缩机2还可设置于其他位置而不与透平8同轴。

如图3示出了另一种实施方式中，四级再压缩机3中的两个串联同轴连接在同一齿轮轴72的一端，而另一齿轮轴72有一端空缺未连接其他结构。该方案中，主压缩机2和透平8仍处于齿轮箱7的两侧，仍具有较好的平衡轴向力的能力。

在其他实施方式中，主压缩机2还可以不设置在中间的齿轮轴72上。例如图4示出的，齿轮箱7具有三个传动连接的齿轮轴72，其中一个位于另外两个的中间位置；电机9、透平8和齿轮箱7的位于中间的齿轮轴72依次同轴连接；再压缩机3共三级(分别为第一级再压缩机31、第二级再压缩机32、第三级再压缩机33)，主压缩机2和三级再压缩机3分布于齿轮箱7的两侧，并各自连接齿轮箱7的其他两个齿轮轴72的共四个连接端。又例如图5示出的方案，其和图4示出的方案的不同之处在于再压缩机3共四级(分别为第一级再压缩机31、第二级再压缩机32、第三级再压缩机33、第四级再压缩机34)，多出的一级同轴串设在主压缩机2所在齿轮轴72上，并位于齿轮箱7的另一侧。

图4和图5的方案，相对图2和图3的方案的不同之处在于，主压缩机2不设置在齿轮箱7中间的齿轮轴72上，而是设置在两侧的齿轮轴72上和再压缩机3的某一级或多级同轴设置。该设置方式也具有一定的平衡性，能够平衡轴向推力。

本申请还提供前述压缩机透平一体式机组的运行方法，其包括以下步骤：

首先，以电动机工况启动电机9，使电机9带动齿轮箱7和连接于齿轮箱7的齿轮轴72上的主压缩机2、透平8和各级再压缩机3启动运转；

待机组完成启动正常运转后，将电机9切换至发电机工况，以透平8作为驱动设备，一面驱动主压缩机2和各级压缩机运转，一面驱动发电机运转发电。

对于工质通道可参见现有技术，在此简述如下：

工质由进口k1进入主压缩机2，通过透平8输入的功对工质进行增压，增压后的工质由出口k2流出；然后依次经过各级再压缩机3后，最终将工质增压至设计参数；所述透平8可为径流式、轴流式或混流式，可为单级或多级结构，机组工作时，经压缩机压缩的高温高压工质通过透平8通流，推动叶轮做功，其中一部分功通过齿轮箱7输入，通过齿轮箱7内各齿轮73分配至主压缩机2和再压缩机3各级；另一部分功通过透平8输出轴端输出至电机9，驱动电机9发电。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。