CN110985337A - 一种一体式驱动机组及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及动力装置领域，旨在解决现有的超临界CO₂发电机组各构件组合形式松散的问题，提供一体式驱动机组及其运行方法。一体式驱动机组包括齿轮箱、透平、驱动电机、主压缩机和多级再压缩机；齿轮箱具有多个传动配合的齿轮轴；驱动电机、透平、主压缩机、各级再压缩机分别连接于一齿轮轴的一个连接端，并分布于齿轮箱的两侧；其中，驱动电机通过离合器连接于其中一个齿轮轴的一个连接端；离合器具有接合状态和脱开状态，在离合器处于接合状态时，驱动电机能够对整个机组提供驱动力，以启动整个机组；而在离合器处于脱开状态时，驱动电机停止做功，而由透平作为整个机组的驱动设备。本发明的有益效果是机组结构紧凑、效率高。

Description

一种一体式驱动机组及其运行方法

技术领域

本发明涉及动力装置领域，具体而言，涉及一体式驱动机组及其运行方法。

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。

发明内容

本发明旨在提供一种一体式驱动机组及其运行方法，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：

一种一体式驱动机组，其包括齿轮箱、透平、驱动电机、主压缩机和多级再压缩机；齿轮箱具有多个传动配合的齿轮轴，各齿轮轴的一端或两端为连接端；驱动电机、透平、主压缩机、各级再压缩机分别连接于一齿轮轴的一个连接端，并分布于齿轮箱的两侧；其中，驱动电机通过离合器连接于其中一个齿轮轴的一个连接端；离合器具有接合状态和脱开状态，在离合器处于接合状态时，驱动电机能够对整个机组提供驱动力，以启动整个机组；而在离合器处于脱开状态时，驱动电机停止做功，而由透平作为整个机组的驱动设备。

本方案中的一体式驱动机组使用时，首先，在离合器处于接合状态时启动驱动电机，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，断开离合器，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。

驱动电机在机组正常工作时脱开，有利于减小机组运行时损失；提高机组效率。并且本方案中的驱动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。

在一种实施方式中，主压缩机、各级再压缩机、驱动电机、透平均安装于在同一公共底座上。

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。

在一种实施方式中，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。

在一种实施方式中，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。

在一种实施方式中，透平和主压缩机分别连接于位于中间的齿轮轴的两端；再压缩机共有三级，驱动电机和三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。

该设置方式中，透平和主压缩机分位于中间的齿轮轴的两端，各压缩机也采用两侧布置的方式，能够很好地平衡两者的轴向推力。

在一种实施方式中，透平连接于位于中间的齿轮轴的一端；再压缩机共有两级，两级再压缩机和透平位于齿轮箱的同一侧，并对应连接于另外两个齿轮轴的对应端；主压缩机和其中一级再压缩机同轴设置，并和该级再压缩机分别位于齿轮箱的两侧；驱动电机和另外一级再压缩机同轴设置，并和该级再压缩机分别位于齿轮箱的两侧。

该设置方式中，整体上看也为两侧分布形式，具有一定的对称性。

本申请还提供一体式驱动机组的运行方法，其包括以下步骤：

首先，在离合器处于接合状态时，启动驱动电机，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，断开离合器，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。

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一体式驱动机组三维视图；

图2为图1的结构原理视图；

图3为本发明实施例中的一体式驱动机组的另一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-再压缩机第一级；32-再压缩机第二级；33-再压缩机第三级；6-驱动电机；7-离合器；8-齿轮箱；9-透平；10-输出轴；11-齿轮轴；12-齿轮；13-箱体。

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

配合参见图1，本实施例提供一种一体式驱动机组，其包括齿轮箱8、透平9、驱动电机6、主压缩机2和多级再压缩机3。本实施例中，主压缩机2、各级再压缩机3、驱动电机6、透平9均安装于在同一公共底座1上。主压缩机2、再压缩机3、驱动电机6、透平9布置在公共底座1上，可实现机组整体发运。

配合参见图2，齿轮箱8具有多个传动配合的齿轮轴11，各齿轮轴11的一端或两端为连接端；驱动电机6、透平9、主压缩机2、各级再压缩机3分别连接于一齿轮轴11的一个连接端，并分布于齿轮箱8的两侧；其中，驱动电机6通过离合器7连接于其中一个齿轮轴11的一个连接端；离合器7具有接合状态和脱开状态，在离合器7处于接合状态时，驱动电机6能够对整个机组提供驱动力，以启动整个机组；而在离合器7处于脱开状态时，驱动电机6停止做功，而由透平9作为整个机组的驱动设备。

本方案中的一体式驱动机组使用时，首先，在离合器7处于接合状态时启动驱动电机6，使驱动电机6带动齿轮箱8和连接于齿轮箱8的齿轮轴11上的主压缩机2、透平9、和各级再压缩机3启动运转；待机组完成启动正常运转后，断开离合器7，以透平9作为驱动设备，一面驱动主压缩机2和各级压缩机运转，一面对外做功。

驱动电机6在机组正常工作时脱开，有利于减小机组运行时损失；提高机组效率。并且本方案中的驱动电机6能够取代透平9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9、和各压缩机集成于一齿轮箱8上，并且分布在齿轮箱8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9驱动，透平9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，例如通过透平9的输出轴10连接外接发电设备(发电设备未示出)，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9采用两侧布置，可有效平衡轴向推力。

齿轮箱8包括箱体13、三个依次转动设置于箱体13的齿轮轴11，以及固连于各齿轮轴11的传动齿轮12，各个传动齿轮12彼此啮合传动连接。可选地，各个传动齿轮12的齿数不相等，以使齿轮轴11的转速不相等。机组采用多轴布置，通过齿轮箱8进行转速匹配，可实现各转子之间不同转速。本实施方式中，透平9和主压缩机2分别连接于位于中间的齿轮轴11的两端；再压缩机3共有三级(分别为再压缩机第一级31、再压缩机第二级32和再压缩机第三级33)，驱动电机6和三级再压缩机3分别连接于剩下的两个齿轮轴11的四个连接端中的一个。该设置方式中，透平9和主压缩机2分位于中间的齿轮轴11的两端，各压缩机也采用两侧布置的方式，能够很好地平衡两者的轴向推力。

在本实施例的另一实施方式中，透平9连接于位于中间的齿轮轴11的一端；再压缩机3共有两级(分别为再压缩机第一级31和再压缩机第二级32)，两级再压缩机3和透平9位于齿轮箱8的同一侧，并对应连接于另外两个齿轮轴11的对应端；主压缩机2和其中一级再压缩机3同轴设置，并和该级再压缩机3分别位于齿轮箱8的两侧；驱动电机6和另外一级再压缩机3同轴设置，并和该级再压缩机3分别位于齿轮箱8的两侧。该设置方式中，整体上看也为两侧分布形式，具有一定的对称性。

本实施例还公开前述一体式驱动机组的运行方法，其包括以下步骤：

首先，在离合器7处于接合状态时，启动驱动电机6，使驱动电机6带动齿轮箱8和连接于齿轮箱8的齿轮轴11上的主压缩机2、透平9、和各级再压缩机3启动运转；

待机组完成启动正常运转后，断开离合器7，以透平9作为驱动设备，一面驱动主压缩机2和各级压缩机运转，一面对外做功。

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。

Claims (7)

1.一种一体式驱动机组，其特征在于：

包括齿轮箱、透平、驱动电机、主压缩机和多级再压缩机；

所述齿轮箱具有多个传动配合的齿轮轴，各齿轮轴的一端或两端为连接端；

所述驱动电机、所述透平、所述主压缩机、各级所述再压缩机分别连接于一齿轮轴的一个连接端，并分布于所述齿轮箱的两侧；其中，所述驱动电机通过离合器连接于其中一个齿轮轴的一个连接端；所述离合器具有接合状态和脱开状态，在离合器处于接合状态时，所述驱动电机能够对整个机组提供驱动力，以启动整个机组；而在离合器处于脱开状态时，驱动电机停止做功，而由所述透平作为整个机组的驱动设备。

2.根据权利要求1所述的一体式驱动机组，其特征在于：

所述主压缩机、各级再压缩机、驱动电机、透平均安装于在同一公共底座上。

3.根据权利要求1所述的一体式驱动机组，其特征在于：

所述齿轮箱包括箱体、三个依次转动设置于所述箱体的所述齿轮轴，以及固连于各齿轮轴的传动齿轮，各个所述传动齿轮彼此啮合传动连接。

4.根据权利要求3所述的一体式驱动机组，其特征在于：

各个所述传动齿轮的齿数不相等，以使齿轮轴的转速不相等。

5.根据权利要求2所述的一体式驱动机组，其特征在于：

所述透平和所述主压缩机分别连接于位于中间的齿轮轴的两端；

所述再压缩机共有三级，所述驱动电机和三级所述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。

6.根据权利要求3所述的一体式驱动机组，其特征在于：

所述透平连接于位于中间的齿轮轴的一端；

所述再压缩机共有两级，两级所述再压缩机和所述透平位于所述齿轮箱的同一侧，并对应连接于另外两个齿轮轴的对应端；

所述主压缩机和其中一级再压缩机同轴设置，并和该级再压缩机分别位于齿轮箱的两侧；

所述驱动电机和另外一级再压缩机同轴设置，并和该级再压缩机分别位于齿轮箱的两侧。

7.如权利要求1-6任一项所述的一体式驱动机组的运行方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先，在离合器处于接合状态时，启动驱动电机，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，断开离合器，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。

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