超临界二氧化碳循环发电系统的制作方法

本实用新型涉及能源技术领域，尤其涉及一种超临界二氧化碳循环发电系统。

背景技术：

超临界二氧化碳循环发电是一种新型的新能源技术，具有紧凑、高效、低成本的优势，成为近年来发电与能源动力行业研究的热点之一。

相关技术中，超临界二氧化碳循环发电系统包括回转件和依次套设在回转件上的压缩机、动力机构和透平机，压缩机、动力机构和透平机同轴设置而形成一体机，其中，动力机构包括壳体和位于壳体内的支撑件，支撑件套设在轴上用于承载轴向和/或径向载荷，为了提高动力机构的使用寿命和效率，通常对回转件与支撑件之间采用润滑油进行润滑，以减小回转件与支撑件之间的摩擦。

然而，该动力机构的润滑效果差，使用寿命短，导致超临界二氧化碳循环发电系统的工作稳定性低。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本实用新型实施例提供一种超临界二氧化碳循环发电系统，用于提高动力机构的润滑效果，满足动力机构的使用寿命，从而提高超临界二氧化碳循环发电系统的工作稳定性。

为了实现上述目的，本实用新型实施例提供如下技术方案：

本实用新型实施例提供一种超临界二氧化碳循环发电系统，其包括：超临界二氧化碳循环装置和供水系统；所述超临界二氧化碳循环装置包括回转件和套设在回转件上的动力机构，所述动力机构包括壳体和位于所述壳体内且套设在所述回转件上的至少两个第一支撑件，所述壳体上设有第一冷却通道，所述供水系统与所述第一冷却通道连通，所述供水系统向所述第一冷却通道供水以冷却所述壳体和各所述第一支撑件。

本实用新型实施例提供的超临界二氧化碳循环发电系统，通过在壳体上设置第一冷却通道，其中，供水系统与第一冷却通道连通，供水系统向第一冷却通道内供水以冷却壳体和壳体内的各第一支撑件，这样，可以避免因温度过高而导致各第一支撑件与回转件之间的润滑膜的破坏，提高了各第一支撑件与回转件之间的润滑效果，从而满足动力机构的使用寿命，提高了超临界二氧化碳循环发电系统的工作稳定性。

在一种可选的实施方式中，所述回转件与各所述第一支撑件之间设有用于形成水膜的第一间隙，所述壳体上还设有向各所述第一间隙注水的第一注水孔，当所述供水系统与各所述第一注水孔连通时，所述供水系统通过各所述第一注水孔向各所述第一间隙内注水以形成水膜。

本实用新型实施例提供的超临界二氧化碳循环发电系统，通过在回转件与各第一支撑件之间设置形成水膜的第一间隙，在壳体上设置与第一间隙连通的第一注水孔，供水系统通过各第一注水孔向第一间隙内注水以形成水膜，通过水膜来达到润滑各第一支撑件与回转件的效果，结构简单，摩擦功耗小，成本低，获取容易，环境友好无污染，便于维护保养。

在一种可选的实施方式中，所述第一支撑件为两个，两个所述第一支撑件相背的至少一端设有第二支撑件，且所述第二支撑件位于所述壳体内，所述第二支撑件包括分别套设在所述回转件上的第一部分和第二部分，沿所述回转件的轴向，所述第一部分和第二部分之间设有形成水膜的第二间隙，所述壳体上设有第二注水孔，所述第二注水孔与所述第二间隙连通，当所述供水系统与所述第二注水孔连通时，所述供水系统通过所述第二注水孔向所述第二间隙内供水以形成水膜。

本实用新型实施例提供的超临界二氧化碳循环发电系统，通过在两个第一支撑件相背的至少一端设置第二支撑件，第二支撑件包括第一部分和第二部分，在第一部分和第二部分之间沿轴向设置形成水膜的第二间隙，在壳体上设置第二注水孔，使第二注水孔与第二间隙连通，供水系统通过第二注水孔向第二间隙内供水以形成水膜，这样，可以提高第一部分和第二部分之间的润滑效果，结构简单，摩擦功耗小，成本低，获取容易，环境友好无污染，便于维护保养。

在一种可选的实施例中，两个所述第一支撑件相对的一端均设有第一密封结构，所述第一密封结构用于密封两个所述支撑件相对的一端的端部与所述回转件之间沿径向的间隙。

本实用新型实施例提供的超临界二氧化碳循环发电系统，通过在两个第一支撑件相对的一端均设置第一密封结构，通过第一密封结构密封两个第一支撑件相对的一端的端部与回转件之间沿径向的间隙，这样，提高了各第一密封结构与动力机构内其他零部件之间的密封性，可以避免各第一间隙内形成水膜的水进入动力机构内的其他零部件内，影响动力机构的安全可靠性。

在一种可选的实施例中，所述超临界二氧化碳循环装置还包括压缩机和透平机，所述压缩机和所述透平机与所述动力机构同轴设置，且分别设置在所述动力机构的两侧；所述压缩机和所述透平机相对的两端的端部均设有第二密封结构，所述第二密封结构用于密封所述压缩机和所述透平机的相对的两端的端部与所述回转件之间沿径向的间隙。

本实用新型实施例提供的超临界二氧化碳循环发电系统，通过在压缩机和透平机相对的两端的端部设置第二密封结构，第二密封结构用于密封压缩机和透平机的相对的两端的端部与回转件之间沿径向的间隙，这样，提高了动力机构与压缩机和透平机之间的密封性，可以避免透平机一端的高温进入动力机构内，影响动力机构的润滑效果和使用寿命，也可以避免压缩机和透平机中超临界二氧化碳的泄漏，影响超临界二氧化碳循环装置的循环效率。

在一种可选的实施例中，所述透平机包括透平壳体，所述透平壳体和位于所述透平机与所述动力机构之间的回转件上设有第二冷却通道，所述压缩机包括第一出口，所述压缩机的第一出口与所述第二冷却通道连通，以使经所述压缩机压缩后的低温低压的超临界二氧化碳用于冷却所述透平壳体和所述回转件。

本实用新型实施例提供的超临界二氧化碳循环发电系统，通过在透平壳体和透平机与动力机构之间的回转件上设置第二冷却通道，压缩机的第一出口与第二冷却通道连通，通过第一出口排出的经压缩机压缩后的低温低压的超临界二氧化碳对透平壳体和回转件进行冷却，这样，可以避免透平机的高温经透平壳体和回转件传递至动力机构，避免动力机构因温度过高而导致润滑效果差，使用寿命低。

在一种可选的实施例中，所述超临界二氧化碳循环装置还包括加热装置，所述压缩机还包括第二出口，所述加热装置的一端与所述压缩机的第二出口连通，所述加热装置的另一端与所述透平机的入口端连通，所述加热装置用于将所述压缩机的所述第二出口输出的超临界二氧化碳加热至所述透平机的工作温度，以推动所述透平机膨胀做功。

在一种可选的实施例中，所述供水系统的出水口处设有用于过滤水中杂质的过滤器。

本实用新型实施例提供的超临界二氧化碳循环发电系统，通过在供水系统的出水口处设置过滤水中杂质的过滤器，这样，提高了动力机构的安全可靠性，避免水中的杂质进入动力机构中对回转件与第一支撑件和第二支撑件之间进行磨损等。

在一种可选的实施例中，所述第一注水孔、所述第二注水孔和所述第一冷却通道的出水端处均设有温度检测器。

本实用新型实施例提供的超临界二氧化碳循环发电系统，通过在第一注水孔、第二注水孔和第一冷却通道的出水端设置温度检测器，以检测进入动力机构的水的温度，确保润滑效果和冷却效果，提高动力机构的安全可靠性，满足其使用寿命。

在一种可选的实施例中，所述动力机构为电动发电机。

除了上面所描述的本实用新型实施例解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的有益效果外，本实用新型实施例提供的超临界二氧化碳循环发电系统所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的有益效果，将在具体实施方式中作出进一步详细的说明。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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的附图。

图1为本实用新型实施例提供的超临界二氧化碳循环发电系统的结构示意图；

图2为图1中的部分结构示意图。

附图标记：

100-超临界二氧化碳循环装置；

10-回转件；

11-动力机构；

111-壳体；

1111-第一冷却通道；

1112-第一注水孔；

1113-第二注水孔；

112-第一支撑件；

113-第二支撑件；

1131-推力瓦；

1132-推力环；

114-第一密封结构；

115-第二密封结构；

12-压缩机；

13-加热装置；

14-透平机；

141-透平壳体；

1411-第二冷却通道；

15-回热器；

16-冷却器；

200-供水系统；

20-过滤器；

21-蓄水装置。

具体实施方式

相关技术中，动力机构的润滑效果差，使用寿命短，导致超临界二氧化碳循环发电系统的工作稳定性低的主要原因在于：超临界二氧化碳循环发电系统包括回转件和依次套设在回转件上的压缩机、动力机构和透平机，以使压缩机、动力机构和透平机同轴设置而形成一体机，其中，动力机构包括壳体和位于壳体内的支撑件，支撑件套设在轴上用于承载轴向和/或径向载荷，为了提高动力机构的使用寿命和效率，通常对回转件与支撑件之间采用润滑油进行润滑，然而，由于透平机的温度较高，透平机的温度通过透平壳体或者回转件传递至动力机构，以及动力机构本身因运动产生的摩擦热等，导致动力机构的温度较高，而温度过高会使回转件与支撑件之间的润滑油温度升高，从而使润滑油的粘度发生变化，导致润滑效果差，且高温也会导致动力机构的工作效率低，使用寿命短，从而存在超临界二氧化碳循环发电系统的工作可靠性低的技术问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供一种超临界二氧化碳循环发电系统，通过在壳体上设置第一冷却通道，其中，供水系统与第一冷却通道连通，供水系统向第一冷却通道内供水以冷却壳体和壳体内的各第一支撑件，这样，可以避免因温度过高而导致各第一支撑件与回转件之间的润滑膜的破坏，提高了各第一支撑件与回转件之间的润滑效果，从而满足动力机构的使用寿命，提高了超临界二氧化碳循环发电系统的工作稳定性。

为了使本实用新型实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本实用新型保护的范围。

超临界二氧化碳(sco2)是指温度和压力分别高于临界温度31.1℃和临界压力7.38mpa的二氧化碳流体。

参见图1所示，本实用新型实施例提供的超临界二氧化碳循环发电系统包括：超临界二氧化碳循环装置100和供水系统200；超临界二氧化碳循环装置100包括回转件10和套设在回转件10上的动力机构11，动力机构11包括壳体111和位于壳体111内且套设在回转件10上的至少两个第一支撑件112，壳体111上设有第一冷却通道1111，供水系统200与第一冷却通道1111连通，供水系统200向第一冷却通道1111供水以冷却壳体111和各第一支撑件112。

通过在壳体111上设置第一冷却通道1111，其中，供水系统200与第一冷却通道1111连通，供水系统200向第一冷却通道1111内供水以冷却壳体111和壳体111内的各第一支撑件112，这样，可以避免因温度过高而导致各第一支撑件112与回转件10之间的润滑膜的破坏，提高了各第一支撑件112与回转件10之间的润滑效果，从而满足动力机构11的使用寿命，提高了超临界二氧化碳循环发电系统的工作稳定性。

其中，供水系统200中的水源可以是自然界中的水源提供，也可以是在供水系统200中设置蓄水装置21，通过蓄水装置21携带的水对动力机构11进行冷却，例如，当超临界二氧化碳循环发电系统配置在舰船、潜艇等水中航行器上时，则供水系统200中的水可以从大海中供给；而若超临界二氧化碳循环发电系统是配置在商用车、乘用车等移动型车辆上，则供水系统200中可以配置一个循环式的蓄水装置21，例如水箱等，通过蓄水装置21中携带的水来冷却动力机构11；若超临界二氧化碳循环发电系统是配置在具有湖泊或者河流等发电厂或者发电车等中，则供水系统200中的水源可以由附近的湖泊或者河流等提供，对此，本实施例不做具体限制。

需要说明的是，回转件10可以是轴，动力机构11可以是电动机或者发电机，或者同时具有电动机和发电机功能的电动发电机。

在一种可选的实施例中，回转件10与各第一支撑件112之间设有用于形成水膜的第一间隙，壳体111上还设有向各第一间隙注水的第一注水孔1112，当供水系统200与各第一注水孔1112连通时，供水系统200通过各第一注水孔1112向各第一间隙内注水以形成水膜。

通过将回转件10和各第一支撑件112的润滑方式设置为水润滑，这样，可以避免油润滑过程中，润滑油在长期过程中与灰尘、杂质等形成油污，该油污会对回转件10以及第一支撑件112之间造成磨损等影响，造成动力机构11的工作效率降低，甚至出现故障等情况发生。

为了避免上述情况的发生，在本实施例中，通过在回转件10与各第一支撑件112之间设置形成水膜的第一间隙，在壳体111上设置与第一间隙连通的第一注水孔1112，供水系统200通过各第一注水孔1112向第一间隙内注水以形成水膜，通过水膜来达到润滑各第一支撑件112与回转件10的效果，结构简单，摩擦功耗小，成本低，获取容易，环境友好无污染，便于维护保养。

其中，第一支撑件112可以是轴承，例如，第一支撑件112可以是用于承载径向载荷的径向轴承，径向轴承安装在轴上，以用于承载径向载荷，其中，轴承的类型和型号在此不做具体限制，只要能够承载径向载荷即可。

可选的，第一支撑件112为两个，两个第一支撑件112相背的至少一端设有第二支撑件113，且第二支撑件113位于壳体111内，第二支撑件113包括分别套设在回转件10上的第一部分和第二部分，沿回转件10的轴向，第一部分和第二部分之间设有形成水膜的第二间隙，壳体111上设有第二注水孔1113，第二注水孔1113与第二间隙连通，当供水系统200与第二注水孔1113连通时，供水系统200通过第二注水孔1113向第二间隙内供水以形成水膜。

具体的，通过在两个第一支撑件112相背的至少一端设置第二支撑件113，第二支撑件113包括第一部分和第二部分，在第一部分和第二部分之间沿轴向设置形成水膜的第二间隙，在壳体111上设置第二注水孔1113，使第二注水孔1113与第二间隙连通，供水系统200通过第二注水孔1113向第二间隙内供水以形成水膜，这样，可以提高第一部分和第二部分之间的润滑效果，结构简单，摩擦功耗小，成本低，获取容易，环境友好无污染，便于维护保养。

其中，第二支撑件113可以是推力轴承，用于承载动力机构11中的轴向载荷，以提高动力机构11的轴向承载能力，当第二支撑件113为推力轴承时，第二支撑件113中的第一部分可以是推力环1132，第二部分可以是推力瓦1131，若动力机构11承受的推力是由透平机14指向压缩机12，则推力环1132和推力瓦1131的位置如图2所示，若推力方向是由压缩机12指向透平机14，则推力环1132和推力瓦1131的位置和图2中的位置相反，另外，沿推力轴承的轴向，推力环1132和推力瓦1131之间设有第二间隙，当第二间隙内形成水膜后，水膜可以对推力环1132和推力瓦1131之间进行润滑，以避免推力环1132和推力瓦1131之间因摩擦而影响第二支撑件113的使用寿命，从而影响动力机构11的工作可靠性。

需要说明的是，为了增大动力机构11的轴向承载能力，第二支撑件113可以为两个或者两个以上，对此，本实施例不做具体限制。

可选的，两个第一支撑件112相对的一端均设有第一密封结构114，第一密封结构114用于密封两个支撑件相对的一端的端部与回转件10之间沿径向的间隙。

具体的，通过在两个第一支撑件112相对的一端均设置第一密封结构114，通过第一密封结构114密封两个第一支撑件112相对的一端的端部与回转件10之间沿径向的间隙，这样，提高了各第一密封结构114与动力机构11内其他零部件之间的密封性，可以避免各第一间隙内形成水膜的水进入动力机构11内的其他零部件内，影响动力机构11的安全可靠性。

其中，第一密封结构114可以是干气密封、螺旋密封、指尖密封或者迷宫密封等单一的密封结构，或者上述密封种类的复合密封结构，第一密封结构114也可以非金属的密封件等，只要能够达到密封效果即可，对此，本实施例不做具体限制。

可选的，超临界二氧化碳循环装置100还包括压缩机12和透平机14，压缩机12和透平机14与动力机构11同轴设置，且分别设置在动力机构11的两侧；压缩机12和透平机14相对的两端的端部均设有第二密封结构115，第二密封结构115用于密封压缩机12和透平机14的相对的两端的端部与回转件10之间沿径向的间隙。

具体的，通过在压缩机12和透平机14相对的两端的端部设置第二密封结构115，第二密封结构115用于密封压缩机12和透平机14的相对的两端的端部与回转件10之间沿径向的间隙，这样，提高了动力机构11与压缩机12和透平机14之间的密封性，可以避免透平机14一端的高温进入动力机构11内，影响动力机构11的润滑效果和使用寿命，也可以避免压缩机12和透平机14中超临界二氧化碳的泄漏，影响超临界二氧化碳循环装置100的循环效率。

其中，第二密封结构115可以是迷宫密封等密封结构，也可以金属或者非金属的密封件，或者其组合，只要能达到密封效果即可，对此，本实施例不做具体限制。

在上述实施例的基础上，透平机14包括透平壳体141，透平壳体141和位于透平机14与动力机构11之间的回转件10上设有第二冷却通道1411，压缩机12包括第一出口，压缩机12的第一出口与第二冷却通道1411连通，以使经压缩机12压缩后的低温低压的超临界二氧化碳用于冷却透平壳体141和回转件10。

具体的，通过在透平壳体141和透平机14与动力机构11之间的回转件10上设置第二冷却通道1411，压缩机12的第一出口与第二冷却通道1411连通，通过第一出口排出的经压缩机12压缩后的低温低压的超临界二氧化碳对透平壳体141和回转件10进行冷却，这样，可以避免透平机14的高温经透平壳体141和回转件10传递至动力机构11，避免动力机构11因温度过高而导致润滑效果差，使用寿命低。

需要说明的是，本实施例通过压缩机12第一出口的低温低压的超临界二氧化碳对透平壳体141和回转件10进行冷却，不需要额外的引用冷却介质，即可达到冷却的目的，结构简单，成本低。

可选的，超临界二氧化碳循环装置100还包括加热装置13，压缩机12还包括第二出口，加热装置13的一端与压缩机12的第二出口连通，加热装置13的另一端与透平机14的入口端连通，加热装置13用于将压缩机12的第二出口输出的超临界二氧化碳加热至透平机14的工作温度，以推动透平机14膨胀做功。

具体的，通过在压缩机12的第二出口和透平机14之间设置加热装置13，通过加热装置13将压缩机12的第二出口输出的低温低压的超临界二氧化碳加热至透平机14的工作温度，以推动透平机14膨胀做功。

其中，加热装置13可以是由电热丝等结构组成的用于加热超临界二氧化碳的加热器等，只要能够将压缩架的第二出口输出的低温低压的超临界二氧化碳加热至透平机14的工作温度即可，对此，本实施例不做具体限制。

在上述实施例的基础上，供水系统200的出水口处设有用于过滤水中杂质的过滤器20。

通过在供水系统200的出水口处设置过滤水中杂质的过滤器20，过滤器20可用于过滤来自大海、湖泊或者河流等自然界中水源中的杂质，以避免水中的杂质进入动力机构11中对回转件10与第一支撑件112和第二支撑件113之间进行磨损等，影响第一支撑件112、第二支撑件113以及回转件10等使用寿命，从而提高动力机构11的使用寿命，提高其安全可靠性，进而提高超临界二氧化碳循环发电系统的工作安全可靠性。

可选的，第一注水孔1112、第二注水孔1113和第一冷却通道1111的出水端处均设有温度检测器。

具体的，通过在第一注水孔1112、第二注水孔1113和第一冷却通道1111的出水端设置温度检测器，以检测进入动力机构11的水的温度，确保润滑效果和冷却效果，提高动力机构11的安全可靠性，满足其使用寿命。

可选的，第二注水孔1113和第一注水孔1112可以连通，例如，第二注水孔1113可以是第一注水孔1112的一个分支，这样，可以减少在壳体111上开孔的长度和数量，减少加工工序，节省成本。

在上述实施例的基础上，超临界二氧化碳循环装置100还包括冷却器16和回热器15，其中，压缩机12的第二出口与回热器15的第一回热通道的入口端连通，第一回热通道的出口端与加热装置13的入口端连通，加热装置13的出口端与透平机14的入口端连通，透平机14的出口端与回热器15的第二回热通道的入口端连通，第二回热通道的出口端与冷却器16的入口端连通，冷却器16的出口端与压缩机12的入口端连通，这样，超临界二氧化碳经压缩机12压缩后从第二出口进入回热器15的第一回热通道，然后进入加热装置13中进行加热，加热装置13将需进入透平机14内的超临界二氧化碳加热至透平机14膨胀做功的温度，以推动透平机14膨胀做功，透平机14膨胀做功后排出的高温的超临界二氧化碳和少量废气进入回热器15的第二回热通道内，由于第二回热通道内的超临界二氧化碳和废气的温度较高，这样，可以对第一回热通道内的超临界二氧化碳进行加热，有效利用热量，节省能源，而第二回热通道内的超临界二氧化碳和少量废气经冷却器16冷却后再次进入压缩机12内进行压缩，以进入超临界二氧化碳循环装置100的下一个循环，此循环为闭式循环，不会向大气中排放污染物，干净、环保。

本实用新型实施例提供的超临界二氧化碳循环发电系统，通过在壳体上设置第一冷却通道，其中，供水系统与第一冷却通道连通，供水系统向第一冷却通道内供水以冷却壳体和壳体内的各第一支撑件，这样，可以避免因温度过高而导致各第一支撑件与回转件之间的润滑膜的破坏，提高了各第一支撑件与回转件之间的润滑效果，从而满足动力机构的使用寿命，提高了超临界二氧化碳循环发电系统的工作稳定性。

本说明书中各实施例或实施方式采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分相互参见即可。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。