一种反应堆布雷顿循环透平系统装置的制作方法

1.本实用新型属于核热能转化为机械能和电能技术领域，尤其是涉及一种反应堆布雷顿循环透平系统装置。


背景技术：

2.反应堆是一种先进的、具有固有安全性的新型反应堆。反应堆主要在英国，德国和美国发展，始于20世纪50年代。与大容量的压水堆核电厂相比较，反应堆发电成本有很好的竞争力，而且可以与当地廉价的煤电成本相比较，并且具有较高的发电效率，其发电效率比压水堆核电厂高出约25％。反应堆系统简单，具有的非能动安全特性使系统大为简单，不必设置压水堆核电厂中的堆芯应急冷却系统等工程安全设施，节省了建造投资。反应堆中的透平装置是作为冷却剂的气体介质直接进入透平，将核热能转化为机械能和电能，与蒸汽透平相比，本装置中透平尺寸小，可与反应堆一起放在预应力混凝土安全壳内。透平整个系统简单，热转换效率高。如将排出的气体介质用于供热，可使热效率提高到420％以上。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本实用新型旨在提出一种反应堆布雷顿循环透平系统装置，以解决现有技术的不足。
4.为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：
5.一种反应堆布雷顿循环透平系统装置，包括布雷顿循环透平系统及其循环结构，其特征在于：循环结构包括外部容器及其内部的中冷器、回热器、透平单元和预冷器，所述外部容器内壁中部固设透平单元，透平单元上部两侧分别管道连通至中冷器、预冷器，透平单元一侧管道连通至回热器，中冷器、回热器、透平单元和预冷器均信号连接至控制器；
6.所述透平单元包括联轴器、发电机、透平机、高压压缩机和低压压缩机，联轴器上端连接至发电机，下端依次连接透平机、高压压缩机和低压压缩机，发电机、透平机、高压压缩机和低压压缩机均信号连接至控制器；
7.布雷顿循环透平系统包括大循环模块和小循环模块，小循环模块由透平机和回热器组成，大循环模块由透平机、回热器、预冷器、低压压缩机、中冷器和高压压缩机组成。
8.进一步的，所述透平机上设有若干主动电磁轴承，发电机、高压压缩机和低压压缩机上均设有转子，低压压缩机转子通过联轴器连接至高压压缩机转子，高压压缩机转子通过联轴器连接到透平机主动电磁轴承，透平机主动电磁轴承通过联轴器连接到发电机转子，主动电磁轴承信号连接至控制器。
9.进一步的，所述透平机还设有止动轴承，止动轴承位于主动电磁轴承一侧，且止动轴承与高压压缩机转子、发电机转子均同轴设置。
10.进一步的，所述外部容器为壳体结构，外部容器下部靠近透平机一侧设有一号进气口，一号进气口与外部反应堆相连通，且外部反应堆的热气通道通过一号进气口连通至透平机的入口，外部容器上部靠近中冷器、预冷器两侧分别开设有二号进水口和三号进水
口。
11.进一步的，所述中冷器和预冷器内部电路均采用双线圈单元。
12.进一步的，所述回热器两端分别设有进口端和出口端，回热器通过进口端连通至透平机，回热器通过出口端连通至外部反应堆。
13.进一步的，所述控制器为plc，控制器的型号为6es7214
‑
1ad23
‑
0xb8，中冷器的型号为ca1125j，回热器的型号为13r5bw，发电机的型号为bs9500te
‑1‑
g,高压压缩机的型号为1.6
‑
8，低压压缩机的型号为onlyfondair永磁变频低压机，预冷器的型号为lc
‑
10n
‑
100d。
14.相对于现有技术，本实用新型所述的一种反应堆布雷顿循环透平系统装置具有以下优势：
15.(1)本实用新型所述的一种反应堆布雷顿循环透平系统装置设计合理，占用空间小，采用大循环模块、小循环模块和循环结构将一次冷却剂的热能转化为电能，以确保燃气轮机循环的高效性，并且大大提高了换热效率。
16.(2)本实用新型所述的一种反应堆布雷顿循环透平系统装置，其透平单元通过联轴器将发电机、透平机、高压压缩机和低压压缩机组成紧密且垂直的结构，大大节省占地面积，而且透平机其主动电磁轴承利用可控的电磁力将各机器的转子悬浮起来，主动电磁轴承与转子的使用具有无磨损、无需润滑，能在很宽的转速范围内工作，使用寿命长等一系列传统轴承无法比拟的优点，易于推广。
附图说明
17.构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
18.图1为本实用新型实施例所述的一种反应堆布雷顿循环透平系统装置整体结构剖视图；
19.图2为本实用新型实施例所述的一种反应堆布雷顿循环透平系统装置透平单元结构示意图。
20.附图标记说明：
[0021]1‑
中冷器；2
‑
外部容器；21
‑
一号进气口；22
‑
二号进水口；23
‑
三号进水口；3
‑
回热器；4
‑
透平单元；41
‑
联轴器；42
‑
发电机；43
‑
透平机；44
‑
高压压缩机；45
‑
低压压缩机；5
‑
预冷器。
具体实施方式
[0022]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0023]
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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
为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0024]
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0025]
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
[0026]
如图1至图2所示，一种反应堆布雷顿循环透平系统装置，包括布雷顿循环透平系统及其循环结构，循环结构包括外部容器2及其内部的中冷器1、回热器3、透平单元4和预冷器5，所述外部容器2内壁中部固设透平单元4，透平单元4上部两侧分别管道连通至中冷器1、预冷器5，透平单元4一侧管道连通至回热器3，中冷器1、回热器3、透平单元4和预冷器5均信号连接至控制器；
[0027]
所述透平单元4包括联轴器41、发电机42、透平机43、高压压缩机44和低压压缩机45，联轴器41上端连接至发电机42，下端依次连接透平机43、高压压缩机44和低压压缩机45，发电机42、透平机43、高压压缩机44和低压压缩机45均信号连接至控制器；
[0028]
布雷顿循环透平系统包括大循环模块和小循环模块，小循环模块由透平机43和回热器3组成，大循环模块由透平机43、回热器3、预冷器5、低压压缩机45、中冷器1和高压压缩机44组成，本反应堆布雷顿循环透平系统装置采用大循环模块、小循环模块和循环结构将一次冷却剂的热能转化为电能，以确保燃气轮机循环的高效性，并且大大提高了换热效率。
[0029]
所述透平机43上设有若干主动电磁轴承，发电机42、高压压缩机44和低压压缩机45上均设有转子，低压压缩机45转子通过联轴器41连接至高压压缩机44转子，高压压缩机44转子通过联轴器41连接到透平机43主动电磁轴承，透平机43主动电磁轴承通过联轴器41连接到发电机42转子，所述透平机43为现有技术，主动电磁轴承信号连接至控制器，主动电磁轴承的型号为，主动电磁轴承利用可控的电磁力将转子悬浮起来，具有无磨损、无需润滑，能在很宽的转速范围内工作，使用寿命长等一系列传统轴承无法比拟的优点。
[0030]
所述透平机43还设有止动轴承，止动轴承位于主动电磁轴承一侧，且止动轴承与高压压缩机44转子、发电机42转子均同轴设置，止动轴承以确保在电磁轴承出现故障时各转子停机。
[0031]
所述外部容器2为壳体结构，外部容器2下部靠近透平机43一侧设有一号进气口21，一号进气口21与外部反应堆相连通，且外部反应堆的热气通道通过一号进气口21连通至透平机43的入口，外部容器2上部靠近中冷器1、预冷器5两侧分别开设有二号进水口22和三号进水口23,二号进水口22和三号进水口23,主要用于对中冷器1、预冷器5所需冷却水的供应和排出。
[0032]
所述中冷器1和预冷器5内部电路均采用双线圈单元，在实际使用时，预冷器5和中冷器1内部电路的模块高度相同，中冷器1和预冷器5各自冷却器中的流体循环均采用逆流模式(指流体(水和气体)的流动方向是相反的，一个上行一个是下行，达到冷却效果)执行。
[0033]
所述回热器3两端分别设有进口端和出口端，回热器3通过进口端连通至透平机43，回热器3通过出口端连通至外部反应堆。
[0034]
所述控制器为plc，控制器的型号为6es7214
‑
1ad23
‑
0xb8，中冷器1的型号为ca1125j，回热器3的型号为13r5bw，发电机42的型号为bs9500te
‑1‑
g,高压压缩机44的型号为1.6
‑
8，低压压缩机45的型号为onlyfondair永磁变频低压机，预冷器5的型号为lc
‑
10n
‑
100d。
[0035]
一种反应堆布雷顿循环透平系统装置的工作原理：
[0036]
在使用时，工作人员手动启动控制器，控制器控制透平机43、中冷器1、回热器3和预冷器5开始工作，这样反应堆堆芯中加热的气体介质沿着热气管道进入透平机43入口，气体在透平机43中膨胀，进行膨胀做功，产生的机械功一部分带动发电机42发电，一部分带动低压压缩机45和高压压缩机44。气体从透平机43中出来后，变为高温低压的气体，然后进入回热器3，沿回热器3低压侧流动，将热量传递给同流回热器3高压侧逆流的气体，高压侧的气体被加热后将进入反应堆，同时，低压侧气体本身被进一步降温，此部分气体从回热器3出来后进入预冷器5，被进一步降温，接着进入低压压缩机45，然后，为了提高压缩效率，气体先进入中间冷却器1，先进行定压降温，然后再进入高压压缩机44，完成高压压缩后，气体又重新变为高压气体，随后，气体进入回热器3中，沿回热器3高压侧流动，与从透平机43出来的气体进行热交换而被加热。完成这一步后，整个循环就完成了，气体会返回到反应堆中，进入下一个重复循环。
[0037]
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。