CN114810228B - 一种紧凑型高温燃料裂解气发电涡轮密封冷却结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种紧凑型高温燃料裂解气发电涡轮密封冷却结构，属于发电涡轮技术领域。解决了目前高压高转速涡轮的轴端密封一般使用干气密封，造价高昂结构复杂，需要较大的装配空间以及附属的高压氮气供气装置，但由于材料和技术的限制耐受温度较低；工作于高温工质环境中的涡轮一般使用水循环来带走热量进行冷却，但是对于高超声速飞行器来说冷源有限，而且使用循环水进行冷却会大大增加发电系统体积的问题。它包括电机外壳、涡轮转轴、前端盖、冷却隔热腔、轴向密封、交错迷宫密封和电机冷却系统。本发明满足机载设备对于空间、质量的要求，有较好密封冷却效果；简化涡轮密封隔热系统且能够有效减少涡轮的泄漏量，保证涡轮发电功率。

Description

一种紧凑型高温燃料裂解气发电涡轮密封冷却结构

技术领域

本发明属于发电涡轮技术领域，尤其是涉及一种紧凑型高温燃料裂解气发电涡轮密封冷却结构。

背景技术

吸气式高超声速飞行器的发展取代了含有旋转部件的传统航空发动机，但是同时也导致无法通过转轴发电以供飞行器电子器件的使用，携带电池会给飞行器带来巨大的质量惩罚，因此目前研究热点是利用飞行器自身能源来进行发电，同时解决高超声速来流的预冷和压缩问题。飞行器所携带的碳氢燃料在冷却通道内吸热升温，同时由液态变为超临界状态，并进一步发生裂解生成小分子碳氢化合物构成的油气混合物，高温高压的油气混合物可作为工质驱动发电系统进行发电。

油气涡轮机是油气发电系统的核心部件，涡轮机入口的油气温度可达500-700℃，压力可达3-5MPa左右。涡轮机处于高温高压的环境下，而电机所允许的最高工作温度为200℃，同时高温高压的油气也会使轴承的密封、润滑失效。

目前在转轴高压气体密封领域干气密封效果较好，技术较为成熟，在国内外均有应用，但是干气密封需要辅助的供气设备，且对转轴轴径有一定要求，不适合于飞行器对于体积小、结构简单的要求，而接触式密封不适于高转速设备的密封。机载设备对重量尺寸的要求较高，因此如何在保证功能的前提下减轻重量、减小涡轮体积是亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种紧凑型高温燃料裂解气发电涡轮密封冷却结构，以解决目前高压高转速涡轮的轴端密封一般使用干气密封，造价高昂结构复杂，需要较大的装配空间以及附属的高压氮气供气装置，但由于材料和技术的限制耐受温度较低；工作于高温工质环境中的涡轮一般使用水循环来带走热量进行冷却，但是对于高超声速飞行器来说冷源有限，而且使用循环水进行冷却会大大增加发电系统体积的问题，本申请的紧凑型高温燃料裂解气发电涡轮密封冷却系统，满足机载设备对于空间、质量的要求，有较好密封冷却效果；简化涡轮密封隔热系统且能够有效减少涡轮的泄漏量，保证涡轮发电功率。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种紧凑型高温燃料裂解气发电涡轮密封冷却结构，包括电机外壳、涡轮转轴、前端盖、冷却隔热腔、轴向密封、交错迷宫密封和电机冷却系统；

所述的冷却隔热腔的后端与电机外壳固定连接，前端与前端盖固定连接，在冷却隔热腔的中心外侧设有导流环，冷却隔热腔与前端盖及导流环之间形成工质进气空间，在电机外壳内部安装有定子，所述定子和转子配合，在导流环内部安装叶轮，涡轮转轴依次穿过转子、冷却隔热腔的中心孔与叶轮连接，所述的轴向密封设置在冷却隔热腔的中心孔处，在叶轮背部设有第一梳齿密封，在冷却隔热腔的前端与涡轮转轴配合处设有第二梳齿密封，所述的第一梳齿密封和第二梳齿密封形成交错迷宫密封；

在所述的冷却隔热腔径向开设有相互垂直的冷却隔热腔腔室低温燃油入口和冷却隔热腔腔室低温燃油出口，在冷却隔热腔的径向还开设相互垂直的第一电涡流传感器安装孔和第二电涡流传感器安装孔，两个电涡流传感器安装孔延伸至涡轮转轴处，在冷却隔热腔的边缘设有径向的密封气入口，所述密封气入口与轴向密封相连通，所述的轴向密封为耐高温碳纤维密封装置，所述的耐高温碳纤维密封装置用于防止燃料的高温裂解气通过涡轮转轴与密封装置之间的间隙进入轴承以及电机；

所述的冷却隔热腔内部开设有冷却流道，所述的冷却流道与冷却隔热腔腔室低温燃油入口和冷却隔热腔腔室低温燃油出口连通；低温燃油经冷却隔热腔腔室低温燃油入口进入冷却流道并布满冷却流道后由冷却隔热腔腔室低温燃油出口排出对轴承与电机进行隔热；

所述涡轮转轴由两个轴承支撑，且每个轴承安装在一轴承座内，两个轴承座位于电机外壳的两端，所述的电机冷却系统开设在电机外壳和两个轴承座上，所述的电机冷却系统用于电机冷却和轴承润滑冷却。

更进一步的，所述的冷却流道包括圆周均布的四个扇环形流道，每个扇环形流道包括对应布置且相互连通的内隔热扇环形空腔和外隔热扇环形空腔，四个扇环形流道的四个外隔热扇环形空腔位于同一平面布置，四个内隔热扇环形空腔位于同一平面布置，且四个内隔热扇环形空腔的所在底平面低于四个外隔热扇环形空腔的底平面，四个内隔热扇环形空腔靠近冷却隔热腔的中心孔布置；

四个外隔热扇环形空腔分别为隔热空腔a、隔热空腔b、隔热空腔c和隔热空腔d，四个外隔热扇环形空腔分别为隔热空腔e、隔热空腔f、隔热空腔g和隔热空腔h；

低温燃油通过冷却隔热腔腔室低温燃油入口由径向进入隔热空腔a，隔热空腔a充满后进入隔热空腔e，此时为轴向向涡轮前端流动，通过第二电涡流传感器安装孔(22)前端的通道由隔热空腔e沿周向进入隔热空腔f，隔热空腔f充满后沿轴向向涡轮后端流动进入隔热空腔b，由隔热空腔b沿外侧流道进入隔热空腔c，在隔热空腔c充满后进入隔热空腔g，通过隔热空腔g与隔热空腔h之间的通道进入隔热空腔h，在隔热空腔h充满后沿轴向向涡轮后端流动进入隔热空腔d，最终由冷却隔热腔腔室低温燃油出口排出。

更进一步的，所述耐高温碳纤维密封装置包括密封体和多组耐高温碳纤维密封环，所述密封体自冷却隔热腔的中心孔的后端插入并通过若干轴向固定螺栓连接，在密封体和冷却隔热腔的中心孔内壁之间设有若干组含有弹簧的石墨密封组件，在密封体内部开设有容纳多组耐高温碳纤维密封环的环形槽，在相邻两组耐高温碳纤维密封环之间设有可轴向压缩弹簧组件，在位于最后端组耐高温碳纤维密封环的最外侧通过卡簧组件定位。

更进一步的，所述耐高温碳纤维密封环由三瓣环片相互叠加组成，每瓣环片的中心角为126°，在每瓣环片上均有一与密封体的环形槽内壁上的径向凸起配合的径向凹槽，每瓣环片的外缘均有一径向压缩弹簧，每组耐高温碳纤维密封环轴向上设有环形挡板，所述环形挡板与相应的可轴向压缩弹簧组件连接。

更进一步的，所述电机冷却系统包括开设在电机外壳壁上的环绕电机的螺旋流道和两个喷嘴，在电机外壳整部开有径向油气入口，所述径向油气入口与螺旋流道相连通，在每个轴承座内开设有一连通螺旋流道相对应端部的通道，在每个通道内设有一个喷嘴，且每个喷嘴朝向相应侧的轴承布置，在每个轴承座的下方设有一个油气出口，低温油气自径向油气入口进入螺旋流道内冷却电机，冷却电机后的低温油气通过喷嘴进入相应侧的轴承，对轴承润滑及冷却后经由两个油气出口排出进入高温燃油预热通道。

更进一步的，所述密封冷却腔外部设有与工质进气空间连通的气体分配器，所述气体分配器包括环形仓，在环形仓上连通有涡轮进气口，所述环形仓通过若干管路与工质进气空间连通，自涡轮进气管口进入的高温工质通过若干管路进入工质进气空间，涡轮做功后自涡轮排气口排出。

更进一步的，所述第一电涡流传感器安装孔和第二电涡流传感器安装孔均为螺纹孔，电涡流传感器通过螺纹连接方式安装在螺纹孔内。

更进一步的，所述密封隔热腔上的密封冷却气入口设有螺纹，接三通管安装压力表传感器，所述压力表传感器实时监测从转轴密封处泄漏的高温油气的压力，通过反馈来调节密封冷却气的压力，避免高温工质沿轴向泄漏。

更进一步的，所述叶轮与涡轮转轴通过螺帽轴向定位。

更进一步的，所述第一梳齿密封与涡轮一体成型铸造，所述第二梳齿密封与密封隔热腔一体成型铸造。

与现有技术相比，本发明所述的一种紧凑型高温燃料裂解气发电涡轮密封冷却结构的有益效果是：

一、低温油气作为密封气进入涡壳密封结构与其共同构成气动密封，防止燃料的高温裂解气通过转轴与密封之间的间隙进入轴承以及电机，导致轴承失效线圈损坏；低温油气进入螺旋通孔冷却电机降低热传导带来的热量，冷却电机后的油气通过喷嘴进入轴承，对轴承进行润滑，同时油气的流动带走由于轴承高速运动所产生的热量。

二、叶轮和转轴之间采用双键传递扭矩，在涡轮工作时由于从涡轮入口进入的高温燃油裂解气压力较高，如果不通过电机反馈系统实时控制电机扭矩涡轮在高压气体的驱动下电机会超出设计范围损坏涡轮，因此叶轮在工作时随时受到来自高温气体和电机的相反力矩，使用双键传递扭矩可避免使用螺纹导致叶轮松动。

三、在密封冷却腔油气入口设置压力表传感器，根据泄漏的高温油气的压力自动调整冷却气的进气压力，使得冷却气的进气压力略大于高温油气的压力，在密封间隙充满低温油气，低温油气也不会过多进入涡轮，保证涡轮做功能力，同时使用同一种工质，密封气进入涡轮也不会造成工质的掺混。在运行过程中实时监测压力变化，如果泄漏压力值大于设定的密封极限压力值，则降低低温油气的压力，释放少量的泄露高温油气来降低压力，防止泄漏压力值太高超过密封能力破坏密封导致大量的高温油气进入轴承和电机。

四、电机的冷却使用低温工质，且冷却通道位于电机外壳，冷却气不进入电机，不会在电机转子和定子之间由于密封气压力的变化与电磁脉动共同作用造成电机损坏。

五、低温燃油由管路进入冷却隔热腔和密封之间的流道和空腔，布满整个空腔起到隔热的作用，保护后方的轴承和电机，同时冷却腔包围电涡流传感器四周，使得电涡流传感器有较低的工作温度，空腔中流动的燃油被加热后进入加热器进行裂解。

六、由于涡轮转轴上只有叶轮一个集中质量，电机转子两侧两个刚性支撑，因此电机轴振动位移最大处位于叶轮附近，而密封前端有泄漏的高温油气，电涡流传感器无法安装。电涡流传感器安装于密封后端有密封和涡壳冷却的保护，且距离叶轮较近，测得的数据与转轴振动基本一致，可作为转轴振动监测点，同时节省空间，无需附加装置。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的一种紧凑型高温燃料裂解气发电涡轮密封冷却结构的结构示意图；

图2为本发明实施例所述的电机冷却及轴承润滑冷却结构示意图；

图3为涡壳冷却隔热结构示意图；

图4为耐高温碳纤维密封结构示意图；

图5为单瓣环片的结构示意图；

图6为两瓣环片叠加时的结构示意图；

图7为图6的俯视图。

附图标记说明：

1、涡轮进气口；2、涡轮排气口；3、轴承；4、涡轮转轴；5、电机外壳；6、冷却隔热腔；7、叶轮；8、第一电涡流传感器安装孔；9、第一梳齿密封；10、耐高温碳纤维密封装置；11、定子；12、转子；13、油气入口；14、第一油气出口；15、第二油气出口；16、喷嘴；17、螺旋流道；18、第二梳齿密封；19、叶轮固定螺帽；20、冷却隔热腔腔室低温燃油入口；21、冷却隔热腔腔室低温燃油出口；22、第二电涡流传感器安装孔；23、密封气入口；24、轴向固定螺栓；25、含有弹簧的石墨密封组件；26、耐高温碳纤维密封环；27、密封体；28、可轴向压缩弹簧组件；29、卡簧组件；30、径向压缩弹簧；31、定位凹槽；32、前端盖；33、导流环；34、气体分配器；35、轴承座。

具体实施方式

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、完整地阐述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1-图7所示，“高温燃料裂解气”是指500-600℃的燃料裂解气，一种紧凑型高温燃料裂解气发电涡轮密封冷却结构，包括电机外壳5、涡轮转轴4、前端盖32、冷却隔热腔6、轴向密封、交错迷宫密封和电机冷却系统；

所述的冷却隔热腔6的后端与电机外壳5固定连接，前端与前端盖32固定连接，在冷却隔热腔6的中心外侧设有导流环33，冷却隔热腔6与前端盖32及导流环33之间形成工质进气空间，在电机外壳5内部安装有定子11，所述定子11和转子12配合，在导流环33内部安装叶轮7，涡轮转轴4依次穿过转子12、冷却隔热腔6的中心孔与叶轮7连接，所述的轴向密封设置在冷却隔热腔6的中心孔处，在叶轮7背部设有第一梳齿密封9，在冷却隔热腔6的前端与涡轮转轴4配合处设有第二梳齿密封18，所述的第一梳齿密封9和第二梳齿密封18形成交错迷宫密封；第二梳齿密封18用于降低工质温度压力起到保护石墨环作用；

在所述的冷却隔热腔6径向开设有相互垂直的冷却隔热腔腔室低温燃油入口20和冷却隔热腔腔室低温燃油出口21，在冷却隔热腔6的径向还开设相互垂直的第一电涡流传感器安装孔8和第二电涡流传感器安装孔22，两个电涡流传感器安装孔延伸至涡轮转轴4处，在冷却隔热腔6的边缘设有径向的密封气入口23，所述密封气入口23与轴向密封相连通，所述的轴向密封为耐高温碳纤维密封装置10，所述的耐高温碳纤维密封装置10用于防止燃料的高温裂解气通过涡轮转轴4与密封装置之间的间隙进入轴承3以及电机；

所述的冷却隔热腔6内部开设有冷却流道，所述的冷却流道与冷却隔热腔腔室低温燃油入口20和冷却隔热腔腔室低温燃油出口21连通；低温燃油经冷却隔热腔腔室低温燃油入口20进入冷却流道并布满冷却流道后由冷却隔热腔腔室低温燃油出口21排出对轴承3与电机进行隔热；

所述涡轮转轴4由两个轴承3支撑，且每个轴承3安装在一轴承座35内，两个轴承座35位于电机外壳5的两端，所述的电机冷却系统开设在电机外壳和两个轴承座35上，所述的电机冷却系统用于电机冷却和轴承3润滑冷却。

由密封气入口23通入的低温油气工质作为耐高温碳纤维环密封装置的冷却密封气，由油气入口通入的低温油气工质作为冷却电机的冷却气，作为陶瓷球轴承的润滑介质同时带走轴承高速旋转所产生的热量，被加热后的低温油气回收至涡轮入口前端进入涡轮做工。

所述的冷却流道包括圆周均布的四个扇环形流道，每个扇环形流道包括对应布置且相互连通的内隔热扇环形空腔和外隔热扇环形空腔，四个扇环形流道的四个外隔热扇环形空腔位于同一平面布置，四个内隔热扇环形空腔位于同一平面布置，且四个内隔热扇环形空腔的所在底平面低于四个外隔热扇环形空腔的底平面，四个内隔热扇环形空腔靠近冷却隔热腔6的中心孔布置；

四个外隔热扇环形空腔分别为隔热空腔a、隔热空腔b、隔热空腔c和隔热空腔d，四个外隔热扇环形空腔分别为隔热空腔e、隔热空腔f、隔热空腔g和隔热空腔h；

低温燃油通过冷却隔热腔腔室低温燃油入口20由径向进入隔热空腔a，隔热空腔a充满后进入隔热空腔e，此时为轴向向涡轮前端流动，通过第二电涡流传感器安装孔22前端的通道由隔热空腔e沿周向进入隔热空腔f，隔热空腔f充满后沿轴向向涡轮后端流动进入隔热空腔b，由隔热空腔b沿外侧流道进入隔热空腔c，在隔热空腔c充满后进入隔热空腔g，通过隔热空腔g与隔热空腔h之间的通道进入隔热空腔h，在隔热空腔h充满后沿轴向向涡轮后端流动进入隔热空腔d，最终由冷却隔热腔腔室低温燃油出口21排出；

所述密封隔热冷却腔以上布置保证各个腔室能够充满冷却气达到冷却隔热的目的，同时这布置使得腔室分布能够避开密封气入口23、两个电涡流传感器安装孔，而且使得电涡流传感器处于低温密封气的保护之中。

冷却隔热腔6前端转轴通孔内部依次设有第二梳齿密封18和耐高温碳纤维密封装置10密封，从叶轮背泄漏的高温燃油裂解气先经过迷宫密封节流降压，对碳纤维环起到一定的保护作用。

所述耐高温碳纤维密封装置10包括密封体27和三组耐高温碳纤维密封环26，所述密封体27自冷却隔热腔6的中心孔的后端插入并通过若干轴向固定螺栓连接，为便于安装，密封体27的前端倒角30°；在密封体27和冷却隔热腔6的中心孔内壁之间设有三组含有弹簧的石墨密封组件25，保证两者间隙之间的密封，使得通入的密封气能够维持稳定压力，将转轴处泄漏的高温燃油裂解气封在轴承前方；三组石墨环两两之间设有径向通孔通到转轴表面，通孔与转轴相交处开有环形槽，通孔入口设有压力表传感器，在密封体27内部开设有容纳多组耐高温碳纤维密封环26的环形槽，在相邻两组耐高温碳纤维密封环26之间设有可轴向压缩弹簧组件28，在位于最后端组耐高温碳纤维密封环26的最外侧通过卡簧组件29定位。所述耐高温碳纤维密封环26由三瓣环片相互叠加组成，每瓣环片的中心角为126°，在每瓣环片上均有一与密封体27的环形槽内壁上的径向凸起配合的径向凹槽，转轴旋转时对密封环起到固定作用，防止密封环跟随转轴旋转；每瓣环片的外缘均有一径向压缩弹簧30，每组耐高温碳纤维密封环26轴向上设有环形挡板，所述环形挡板与相应的可轴向压缩弹簧组件28连接；在转轴径向跳动的同时轴向窜动剧烈的情况下，密封环与转轴同时进行轴向运动，减小密封环与转轴之间的摩擦，同时便于密封环的安装定位。

环形槽比碳纤维密封环的尺寸在径向和轴向都大一些，密封环外缘的径向压缩弹簧，使得密封环与转轴保持h6的间隙，在转轴静止时密封环与转轴保持同心，涡轮启动和停机时转轴振动较大，产生一定的径向跳动，在转轴与密封环之间的气膜力作用下，密封环外缘的弹簧被压缩，使得密封环中的某一瓣随着转轴的振动产生径向移动，其余两瓣在压缩弹簧的作用下跟随移动，密封环与同一截面的转轴仍基本保持同心，但与转轴轴心线成一定角度，转轴与密封环保持小间隙的条件下不发生碰磨，当达到运行工况转轴稳定时，在压缩弹簧的作用下密封环恢复与转轴轴心线同心。

所述电机冷却系统包括开设在电机外壳5壁上的环绕电机的螺旋流道17和两个喷嘴16，在电机外壳5整部开有径向油气入口13，所述径向油气入口13与螺旋流道17相连通，在每个轴承座35内开设有一连通螺旋流道17相对应端部的通道，在每个通道内设有一个喷嘴16，且每个喷嘴16朝向相应侧的轴承3布置，在每个轴承座的下方设有一个油气出口，低温油气自径向油气入口13进入螺旋流道17内冷却电机，冷却电机后的低温油气通过喷嘴16进入相应侧的轴承3，对轴承3润滑及冷却后经由两个油气出口排出进入高温燃油预热通道。低温油气进入螺旋通孔冷却电机降低热传导带来的热量，冷却电机后的油气通过喷嘴进入轴承，对轴承进行润滑，同时油气的流动带走由于轴承高速运动所产生的热量。

所述密封冷却腔外部设有与工质进气空间连通的气体分配器，所述气体分配器包括环形仓，在环形仓上连通有涡轮进气口1，所述环形仓通过若干管路与工质进气空间连通，自涡轮进气管口进入的高温工质通过若干管路进入工质进气空间，涡轮做功后自涡轮排气口2排出。

所述第一电涡流传感器安装孔8和第二电涡流传感器安装孔22均为螺纹孔，电涡流传感器通过螺纹连接方式安装在螺纹孔内。电涡流传感器安装于密封后端有密封和涡壳冷却的保护，且距离叶轮较近，测得的数据与转轴振动基本一致，可作为转轴振动监测点，同时节省空间，无需附加装置。

所述密封隔热腔上的密封冷却气入口23设有螺纹，接三通管安装压力表传感器，所述压力表传感器实时监测从转轴密封处泄漏的高温油气的压力，通过反馈来调节密封冷却气的压力，避免高温工质沿轴向泄漏。

所述叶轮和转轴之间通过键连接传递扭矩，叶轮以过盈配合的方式沿轴向推入，前端使用螺帽19压紧，使用键连接比螺纹更加容易轴向定位，防止叶轮在轴向安装偏差导致交错密封间隙过大降低密封效果，间隙太小发生摩擦；叶轮7轴向安装于涡轮转轴4前端，所述叶轮7与涡轮转轴4通过螺帽轴向定位，所述第一梳齿密封9与涡轮一体成型铸造，所述第二梳齿密封18与密封隔热腔一体成型铸造。由于叶轮与转轴分离，安装时可将叶轮背部的梳齿密封与涡壳上的梳齿密封相对应，两者组合后保持微小间隙，形成交错式迷宫密封，与平齿迷宫密封相比密封性能提高很多。

本发明提供了一种紧凑型高温燃料裂解气涡轮机密封冷却系统，其整体设计结构紧凑，能够对涡轮高温工质进行较好的密封，并且保护涡轮轴承以及电机等部件处于正常工作温度范围内。紧凑型高温燃料裂解气涡轮机密封冷却系统包括：叶轮径向密封，在叶轮的背面设置有交错密封；转轴轴向密封，轴承前设有迷宫密封和充气式碳纤维环组成的组合密封，耐高温碳纤维环之间设有冷却密封气进气口。电机冷却系统，电机外侧的涡轮外壳设有径向螺旋通孔。低温燃油分别进入以上冷却通道后在通道循环以带走热量达到降低温度的目的。

以上公开的本发明实施例只是用于帮助阐述本发明。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。

Claims (10)

1.一种紧凑型高温燃料裂解气发电涡轮密封冷却结构，其特征在于：包括电机外壳(5)、涡轮转轴(4)、前端盖(32)、冷却隔热腔(6)、轴向密封、交错迷宫密封和电机冷却系统；

所述的冷却隔热腔(6)的后端与电机外壳(5)固定连接，前端与前端盖(32)固定连接，在冷却隔热腔(6)的中心外侧设有导流环(33)，冷却隔热腔(6)与前端盖(32)及导流环(33)之间形成工质进气空间，在电机外壳(5)内部安装有定子(11)，所述定子(11)和转子(12)配合，在导流环(33)内部安装叶轮(7)，涡轮转轴(4)依次穿过转子(12)、冷却隔热腔(6)的中心孔与叶轮(7)连接，所述的轴向密封设置在冷却隔热腔(6)的中心孔处，在叶轮(7)背部设有第一梳齿密封(9)，在冷却隔热腔(6)的前端与涡轮转轴(4)配合处设有第二梳齿密封(18)，所述的第一梳齿密封(9)和第二梳齿密封(18)形成交错迷宫密封；

在所述的冷却隔热腔(6)径向开设有相互垂直的冷却隔热腔腔室低温燃油入口(20)和冷却隔热腔腔室低温燃油出口(21)，在冷却隔热腔(6)的径向还开设相互垂直的第一电涡流传感器安装孔(8)和第二电涡流传感器安装孔(22)，两个电涡流传感器安装孔延伸至涡轮转轴(4)处，在冷却隔热腔(6)的边缘设有径向的密封气入口(23)，所述密封气入口(23)与轴向密封相连通，所述的轴向密封为耐高温碳纤维密封装置(10)，所述的耐高温碳纤维密封装置(10)用于防止燃料的高温裂解气通过涡轮转轴(4)与耐高温碳纤维密封装置(10)之间的间隙进入轴承(3)以及电机；

所述的冷却隔热腔(6)内部开设有冷却流道，所述的冷却流道与冷却隔热腔腔室低温燃油入口(20)和冷却隔热腔腔室低温燃油出口(21)连通；低温燃油经冷却隔热腔腔室低温燃油入口(20)进入冷却流道并布满冷却流道后由冷却隔热腔腔室低温燃油出口(21)排出对轴承(3)与电机进行隔热；

所述涡轮转轴(4)由两个轴承(3)支撑，且每个轴承(3)安装在一轴承座(35)内，两个轴承座(35)位于电机外壳(5)的两端，所述的电机冷却系统开设在电机外壳和两个轴承座上，所述的电机冷却系统用于电机冷却和轴承(3)润滑冷却。

2.根据权利要求1所述的一种紧凑型高温燃料裂解气发电涡轮密封冷却结构，其特征在于：所述冷却流道包括圆周均布的四个扇环形流道，每个扇环形流道包括对应布置且相互连通的内隔热扇环形空腔和外隔热扇环形空腔，四个扇环形流道的四个外隔热扇环形空腔位于同一平面布置，四个内隔热扇环形空腔位于同一平面布置，且四个内隔热扇环形空腔的所在底平面低于四个外隔热扇环形空腔的底平面，四个内隔热扇环形空腔靠近冷却隔热腔(6)的中心孔布置；

四个外隔热扇环形空腔分别为隔热空腔a、隔热空腔b、隔热空腔c和隔热空腔d，四个内隔热扇环形空腔分别为隔热空腔e、隔热空腔f、隔热空腔g和隔热空腔h；

低温燃油通过冷却隔热腔腔室低温燃油入口(20)由径向进入隔热空腔a，隔热空腔a充满后进入隔热空腔e，此时为轴向向涡轮前端流动，通过第二电涡流传感器安装孔(22)前端的通道由隔热空腔e沿周向进入隔热空腔f，隔热空腔f充满后沿轴向向涡轮后端流动进入隔热空腔b，由隔热空腔b沿外侧流道进入隔热空腔c，在隔热空腔c充满后进入隔热空腔g，通过隔热空腔g与隔热空腔h之间的通道进入隔热空腔h，在隔热空腔h充满后沿轴向向涡轮后端流动进入隔热空腔d，最终由冷却隔热腔腔室低温燃油出口(21)排出。

3.根据权利要求1所述的一种紧凑型高温燃料裂解气发电涡轮密封冷却结构，其特征在于：所述耐高温碳纤维密封装置(10)包括密封体(27)和多组耐高温碳纤维密封环(26)，所述密封体(27)自冷却隔热腔(6)的中心孔的后端插入并通过若干轴向固定螺栓连接，在密封体(27)和冷却隔热腔(6)的中心孔内壁之间设有若干组含有弹簧的石墨密封组件(25)，在密封体(27)内部开设有容纳多组耐高温碳纤维密封环(26)的环形槽，在相邻两组耐高温碳纤维密封环(26)之间设有可轴向压缩弹簧组件(28)，在位于最后端组耐高温碳纤维密封环(26)的最外侧通过卡簧组件(29)定位。

4.根据权利要求3所述的一种紧凑型高温燃料裂解气发电涡轮密封冷却结构，其特征在于：所述耐高温碳纤维密封环(26)由三瓣环片相互叠加组成，每瓣环片的中心角为126°,在每瓣环片上均有一与密封体(27)的环形槽内壁上的径向凸起配合的径向凹槽，每瓣环片的外缘均有一径向压缩弹簧(30)，每组耐高温碳纤维密封环(26)轴向上设有环形挡板，所述环形挡板与相应的可轴向压缩弹簧组件(28)连接。

5.根据权利要求1所述的一种紧凑型高温燃料裂解气发电涡轮密封冷却结构，其特征在于：所述电机冷却系统包括开设在电机外壳(5)壁上的环绕电机的螺旋流道(17)和两个喷嘴(16)，在电机外壳(5)上开有径向油气入口(13)，所述径向油气入口(13)与螺旋流道(17)相连通，在每个轴承座(35)内开设有一连通螺旋流道(17)相对应端部的通道，在每个通道内设有一个喷嘴(16)，且每个喷嘴(16)朝向相应侧的轴承(3)布置，在每个轴承座(35)的下方设有一个油气出口，低温油气自径向油气入口(13)进入螺旋流道(17)内冷却电机，冷却电机后的低温油气通过喷嘴(16)进入相应侧的轴承(3)，对轴承(3)润滑及冷却后经由两个油气出口排出进入高温燃油预热通道。

6.根据权利要求1所述的一种紧凑型高温燃料裂解气发电涡轮密封冷却结构，其特征在于：所述冷却隔热腔外部设有与工质进气空间连通的气体分配器，所述气体分配器包括环形仓，在环形仓上连通有涡轮进气口(1)，所述环形仓通过若干管路与工质进气空间连通，自涡轮进气口进入的高温工质通过若干管路进入工质进气空间，涡轮做功后自涡轮排气口(2)排出。

7.根据权利要求1所述的一种紧凑型高温燃料裂解气发电涡轮密封冷却结构，其特征在于：所述第一电涡流传感器安装孔(8)和第二电涡流传感器安装孔(22)均为螺纹孔，电涡流传感器通过螺纹连接方式安装在螺纹孔内。

8.根据权利要求1所述的一种紧凑型高温燃料裂解气发电涡轮密封冷却结构，其特征在于：所述冷却隔热腔上的密封气入口(23)设有螺纹，接三通管安装压力表传感器，所述压力表传感器实时监测从轴向密封处泄漏的高温燃料裂解气的压力，通过反馈来调节密封气的压力，避免高温工质沿轴向泄漏。

9.根据权利要求1所述的一种紧凑型高温燃料裂解气发电涡轮密封冷却结构，其特征在于：所述叶轮(7)与涡轮转轴(4)通过螺帽轴向定位。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的一种紧凑型高温燃料裂解气发电涡轮密封冷却结构，其特征在于：所述第一梳齿密封(9)与涡轮一体成型铸造，所述第二梳齿密封(18)与冷却隔热腔一体成型铸造。