一种闭式布雷顿循环发电系统紧凑布置方法与流程

本发明涉及发电系统，具体涉及一种闭式布雷顿循环发电系统紧凑布置方法，是一种将发电系统关键部件如回热器、压缩机、涡轮、发电机、冷凝器等集中紧凑布置在一起的方法。

背景技术：

1、超临界二氧化碳(sco2)布雷顿循环发电技术，是以超临界二氧化碳为工质，基于布雷顿热力循环，通过膨胀做功而发电。sco2布雷顿循环在其临界点(7.3mpa，31.1℃)附近具有特殊的物性，如高比热容、高密度等特性，其密度、比热等状态参数在临界点处产生突变，可显著降低压缩机的耗功，减小循环部件的体积，明显提高循环效率和发电功率，因此sco2循环发电技术在民用及军用(尤其是舰船)领域受到极大关注，具有诸多优点。

2、sco2发电系统在提高发电效率、节省能源、减小发电系统体积和重量、降低噪声影响等诸多方面具有优势，因此被被广泛应用于能量转化领域里，如燃气轮机发电系统，飞机、轮船的动力系统等。此外sco2布雷顿循环还应用于大型军舰核反应堆，已引起美国等国家的高度重视和大力研发。

3、目前的研究大多集中在发电系统热力计算，性能计算研究方面，对于系统整体布置、集成等方面研究较少。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种减少系统安装空间的闭式布雷顿循环发电系统紧凑布置方法。

2、本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

3、一种闭式布雷顿循环发电系统紧凑布置方法，所述的闭式布雷顿循环发电系统主要包括主压缩机11、再压缩机12、涡轮13、发电机14、高温回热器17、低温回热器16和冷凝器15。

4、所述闭式布雷顿循环发电系统中主压缩机11、再压缩机12、发电机14和涡轮13一体化依次同轴布置，组成发电系统核心机，其中主压缩机11和再压缩机12采用离心式叶轮结构、涡轮13采用向心式叶轮结构、发电机14选用永磁发电机，如图2所示。

5、所述闭式布雷顿循环发电系统中高温回热器17、低温回热器16、冷凝器15均采用印刷电路板式换热器，其中高温回热器17尺寸最大，低温回热器16和冷凝器15尺寸相当。分析发电系统超临界二氧化碳流路，将低温回热器16、冷凝器15、核心机沿轴向逐一布置，并保持三者中心线在同一直线上，能减少二氧化碳管路布置长度。低温回热器16、冷凝器15、核心机三者同轴布置后纵向尺寸与高温回热器17纵向尺寸相当。最后将高温回热器17置于三者左侧，紧凑布置，同样能使得管道长度减小。

6、所述发电系统的工作过程是：高温高压的超临界二氧化碳进入涡轮13，在涡轮13中膨胀做功；膨胀后的二氧化碳依次经过高温回热器17低压侧、低温回热器16低压侧冷却后分成两股；一股流体经冷凝器15冷却后进入主压缩机11，升压后流体的再经低温回热器16升温，另一股流体直接进入再压缩机12进行升压，两股流体混合后进入高温回热器17；混合流经高温回热器17升温后进入加热器19，经过加热器19加热后的流体再进入涡轮13形成闭式循环。

7、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

8、1、本发明采用再压缩循环布雷顿发电系统，发电效率高，体积小、重量轻，噪声低，更适用于机载热电转换方案。

9、2、本发明通过对发电系统各部件的合理布置使得发电系统更紧凑，安装空间更小。

技术特征：

1.一种闭式布雷顿循环发电系统紧凑布置方法，其特征在于，所述的闭式布雷顿循环发电系统主要包括主压缩机(11)、再压缩机(12)、涡轮(13)、发电机(14)、高温回热器(17)、低温回热器(16)和冷凝器(15)；

2.根据权利要求1所述的一种闭式布雷顿循环发电系统紧凑布置方法，其特征在于，系统工作流程如下：加热器(19)出口的高温高压的二氧化碳流流b进入涡轮(13)，在涡轮(13)中膨胀做功；膨胀后的二氧化碳流流c进入高温回热器(17)并加热来自再压缩机(12)和低温回热器(16)的混合流h，然后流向低温回热器(16)以加热来自主压缩机(11)的流g，流c依次经过高温回热器(17)、低温回热器(16)被依次冷却得到流d、流e；流e在进入主压缩机(11)和再压缩机(12)之前被分成两股：其中流e1经过冷凝器(15)冷却后得到流f，流f进入主压缩机(11)中被压缩得到高温高压的流g，流g随后进入低温回热器(16)被流d加热得到流h1；然后另一股流体e2则直接进入再压缩机(12)中被压缩得到流h2；然后流h1和流h2混合得到流h后进入高温回热器(17)得到流a，然后流a再进入加热器(19)得到流b，最后流b再进入涡轮(13)完成整个循环过程，形成闭式循环。

技术总结
一种闭式布雷顿循环发电系统紧凑布置方法，所述闭式布雷顿循环发电系统中主压缩机、再压缩机、发电机和涡轮一体化依次同轴布置，组成发电系统核心机；分析发电系统超临界二氧化碳流路，将低温回热器、冷凝器、核心机沿轴向逐一布置，并保持三者中心线在同一直线上，能减少二氧化碳管路布置长度。低温回热器、冷凝器、核心机三者同轴布置后纵向尺寸与高温回热器纵向尺寸相当。最后将高温回热器置于三者左侧，紧凑布置，同样能使得管道长度减小。本发明采用再压缩循环布雷顿发电系统，发电效率高，体积小、重量轻，噪声低，更适用于机载热电转换方案。本发明通过对发电系统各部件的合理布置使得发电系统更紧凑，安装空间更小。

技术研发人员：张雪琴,王立志,戎毅,郝建文,唐林
受保护的技术使用者：沈阳飞机设计研究所扬州协同创新研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12