[发明专利]一种多级向心透平系统

权利要求书

1.一种多级向心透平系统，包括向心透平组、换热器、发电机、齿轮变速箱、阀门、多根轴及多根管道；其特征在于：

向心透平组包括多级向心透平，级数为2～8级，级数的多少由能量转换系统所需完成的膨胀比的大小决定；

至少为两级向心透平，每级包括至少一个向心透平，两个向心透平共转动轴背靠背固接；各级向心透平经多根管道、至少一换热器相通连；

管道中设有调节阀(26)、三通阀(27)；

多级的转动轴分别与齿轮变速箱(18)连接，齿轮变速箱(18)的主输出轴(16)与发电机(19)或其他负荷的驱动轴连接，通过主输出轴(16)输出轴功，带动发电机(19)或其他负荷；

换热器的热源为来自于环境、或中低温余热、或太阳能集热器。

2.根据权利要求1所述的多级向心透平系统，其特征在于：所述两向心透平共转动轴背靠背固接，是相邻两级向心透平串联，共一转动轴，以背靠背的方式固接，即第一级向心透平(2)、第二级向心透平(6)共一转动轴(17)背靠背固接，第三级向心透平(10)、第四级向心透平(14)共一转动轴(15)背靠背固接，以此类推至最后一级，当级数为奇数时，最后一级由两个向心透平组成，采用背靠背同轴的形式布置；

齿轮变数箱(18)的位置位于同轴的两向心透平的同侧；

第一级向心透平(2)经管路(3)、换热器(4)、管路(5)与第二级向心透平(6)相通连；第二级向心透平(6)经管路(7)、换热器(8)、管路(9)与第三级向心透平(10)相通连；第三级向心透平(10)经管路(11)、换热器(12)、管路(13)与第四级向心透平(14)相通连，以此类推至最后一级(N)，最后一级(N)向心透平的出口通大气，或接其他设备；

其流程为：

高压气体在进入多级向心透平前被加热到一定温度后，经阀门(26)、管路(1)输入第一级向心透平(2)，在第一级向心透平(2)中膨胀做功后进入换热器(4)，提高温度后继续进入第二级向心透平(6)膨胀做功，再经换热器(8)后继续进入第三级向心透平(10)膨胀做功，以此方式，直到最后一级透平(N)膨胀后结束，向心透平组膨胀过程产生的轴功通过轴(15、17)输出给齿轮变速箱(18)，变速后由主输出轴(16)输出带动发电机(19)或其他负荷。

3.根据权利要求1或2所述的多级向心透平系统，其特征在于：所述向心透平的转子，是开式、半开式或闭式。

4.根据权利要求2所述的多级向心透平系统，其特征在于：所述高压气体，为空气、氮气、氧气、二氧化碳、天然气、氟利昂或水蒸气其中之一。

5.根据权利要求1所述的多级向心透平系统，其特征在于：所述多级向心透平系统的向心透平个数为偶数，采用背靠背同轴的形式布置，以抵消透平叶轮的轴向力，产生的轴功由同一根输出轴输出。

6.根据权利要求2所述的多级向心透平系统，其特征在于：所述高压气体在进入多级向心透平之前被加热到一定温度，是第一级向心透平(2)进口的温度在220K～973K之间，进口压力在3bar～340bar之间；多级向心透平的膨胀比在3～340之间，最后一级(N)向心透平的排气压力接近常压，或作为其他设备的高压气源使用。

7.根据权利要求6所述的多级向心透平系统，其特征在于：所述各级向心透平的膨胀比，由多级向心透平总的膨胀比和各级向心透平转子的轴向力共同决定，背靠背的两个向心透平的压比分布要满足轴向力大致平衡。

8.根据权利要求1或2所述的多级向心透平系统，其特征在于：所述换热器，为套管式、管壳式、夹套式、蓄热式、混合式、沉浸蛇管式其中之一或它们的组合，换热器的热源温度在220K～973K之间。

9.根据权利要求1所述的多级向心透平系统，其特征在于：所述热源为来自于环境、或中低温余热，是工业废热、余热、大气环境、或蓄热装置。

10.根据权利要求2或6所述的多级向心透平系统，其特征在于：所述最后一级(N)向心透平的出口气流作为冷源使用时，通过调节末级透平的进口温度和膨胀比来控制出口的温度。

11.根据权利要求1或2所述的多级向心透平系统，其特征在于：所述主输出轴(16)输出的轴功的大小，通过高压气体进口流量和温度，或通过换热器的温度和流量来控制。