阅读说明：本技术 用于超临界二氧化碳透平的调节装置 (Regulating device for supercritical carbon dioxide turbine ) 是由 劳星胜 张克龙 戴春辉 赵振兴 柯志武 代路 马灿 吴君 柳勇 廖梦然 杨小虎 于 2020-06-19 设计创作，主要内容包括：本发明涉及超临界二氧化碳动力系统技术领域,公开了一种用于超临界二氧化碳透平的调节装置,包括：弯折管和加热组件,所述加热组件包括加热元件；所述弯折管与透平的出口端相连通,所述加热元件与所述弯折管相连以加热所述弯折管内的工质。本发明提供的用于超临界二氧化碳透平的调节装置,在离心力的作用下,干冰在弯折管中靠近内壁面流动,加热元件能够以较小的功率使其融化,并对离弯折管内壁面较远的超临界二氧化碳流体的温度产生较小的影响,防止超临界二氧化碳流体在温度变化较大的情况下产生相变；能够避免干冰以固体形式进入下游,并对下游系统管道和设备产生损伤。(The invention relates to the technical field of supercritical carbon dioxide power systems, and discloses a regulating device for a supercritical carbon dioxide turbine, which comprises: a bent tube and a heating assembly, the heating assembly including a heating element; the bent pipe is communicated with the outlet end of the turbine, and the heating element is connected with the bent pipe to heat the working medium in the bent pipe. According to the adjusting device for the supercritical carbon dioxide turbine, under the action of centrifugal force, dry ice flows in the bent pipe close to the inner wall surface, the heating element can melt the dry ice with low power, the temperature of supercritical carbon dioxide fluid far away from the inner wall surface of the bent pipe is slightly influenced, and the supercritical carbon dioxide fluid is prevented from generating phase change under the condition of large temperature change; the dry ice can be prevented from entering the downstream in a solid form and causing damage to the downstream system pipeline and equipment.)

用于超临界二氧化碳透平的调节装置

技术领域

本发明涉及超临界二氧化碳动力系统技术领域，特别是涉及一种用于超临界二氧化碳透平的调节装置。

背景技术

超临界二氧化碳是维持在临界温度及临界压力以上的二氧化碳流体。在一定的温压条件下，二氧化碳才会以超临界态的形式存在。超临界二氧化碳既有气态性质，又有液态性质，能快速溶解有机物，毒性低，对环境影响较小，是重要的商用以及工业溶剂。

透平是将流体介质中蕴有的能量转换成机械功的机器，又称涡轮。超临界二氧化碳常作为透平的工作介质，由于常温超临界二氧化碳的压力高，经过透平做功后，超临界二氧化碳工质温度降低，部分区域的二氧化碳由于温度压力急速下降而凝固变成干冰，并随降温后的超临界二氧化碳一起流动，干冰在进入下游管道后将造成管道弯头冲蚀速率升高，严重时还将导致压缩机叶片损伤。

发明内容

本发明实施例提供一种用于超临界二氧化碳透平的调节装置，用以解决或部分解决部分区域的二氧化碳由于温度压力急速下降而凝固变成干冰，从而造成机械损伤的问题。

本发明实施例提供一种用于超临界二氧化碳透平的调节装置，包括：弯折管和加热组件，所述加热组件包括加热元件；所述弯折管与透平的出口端相连通，所述加热元件与所述弯折管相连以加热所述弯折管内的工质。

在上述技术方案的基础上，所述弯折管包括弧形部和直线连接段，所述调节装置还包括定位件；所述直线连接段用于连通相邻的两个所述弧形部，所述定位件用于连接相间布置的两个所述弧形部。

在上述技术方案的基础上，所述定位件为钢条、钢管或者钢丝绳。

在上述技术方案的基础上，所述弯折管为螺旋管。

在上述技术方案的基础上，沿工质流动方向所述螺旋管的管径依次减小。

在上述技术方案的基础上，在所述弯折管的内壁上构造有多个凸起部。

在上述技术方案的基础上，在所述弯折管的外壁上安装有保温层。

在上述技术方案的基础上，所述加热元件为石墨烯或者电热丝。

在上述技术方案的基础上，所述加热组件还包括温度传感器和温度控制器，所述温度传感器的测温端位于所述弯折管的内壁处，所述温度传感器和所述加热元件均与所述温度控制器相连。

在上述技术方案的基础上，所述弯折管为铜管或者铝管。

本发明实施例提供的一种用于超临界二氧化碳透平的调节装置，通过弯折管的外壁上的加热元件对弯折管进行加热，热量通过弯折管传递至与弯折管的内壁相接触的干冰，使干冰融化后与超临界二氧化碳共同流动至下一级设备，能够避免干冰以固体形式进入下游，并对下游系统管道和设备产生损伤。本发明实施例提供的用于超临界二氧化碳透平的调节装置，在离心力的作用下，干冰在弯折管中靠近内壁面流动，加热元件能够以较小的功率使其融化，并对离弯折管内壁面较远的超临界二氧化碳流体的温度产生较小的影响，防止超临界二氧化碳流体在温度变化较大的情况下产生相变。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明实施例的用于超临界二氧化碳透平的调节装置的结构示意图。

附图标记：

1、透平；2、螺旋管；3、加热组件。

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

在本发明的描述中，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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明实施例的用于超临界二氧化碳透平的调节装置的结构示意图，如图1所示，本发明实施例的用于超临界二氧化碳透平的调节装置，包括：弯折管和加热组件3，加热组件3包括加热元件；弯折管与透平1的出口端相连通，加热元件与弯折管相连以加热弯折管内的工质。

需要说明的是，经过透平做功后，超临界二氧化碳工质温度降低，部分区域的二氧化碳变成干冰，并随降温后的超临界二氧化碳一起流动，此时在透平和下一级设备之间安装弯折管，弯折管成为工质的运动通道。利用干冰密度显著大于超临界二氧化碳密度的特点，干冰所受到的离心力大于超临界二氧化碳所受到的离心力，弯折管里的干冰在离心力的作用下，会接近弯折管的内壁处，而降温后的超临界二氧化碳位于弯折管的中间位置处。

在本发明实施例中，干冰在离心力的作用下，紧贴弯折管的内壁运动，通过位于弯折管的外壁上的加热元件对弯折管进行加热，热量通过弯折管传递至与弯折管的内壁相接触的干冰，使干冰融化后与超临界二氧化碳共同流动至下一级设备，能够避免干冰以固体形式进入下游，并对下游系统管道和设备产生损伤。本发明实施例提供的用于超临界二氧化碳透平的调节装置，在离心力的作用下，干冰在弯折管中靠近内壁面流动，加热元件能够以较小的功率使其融化，并对离弯折管内壁面较远的超临界二氧化碳流体的温度产生较小的影响，防止超临界二氧化碳流体在温度变化较大的情况下产生相变。

在上述实施例的基础上，弯折管包括弧形部和直线连接段，调节装置还包括定位件；直线连接段用于连通相邻的两个弧形部，定位件用于连接相间布置的两个弧形部。

需要说明的是，该弯折管可包括具有多个弯折部和多个直线连接段，多个直线连接段分别用于连接相邻的两个弯折部。其中，工质在弯折管的内部进行S型运动。

可以理解的是，为了防止干冰的冲击力对弯折管产生损伤，且弯折管的至少部分管段保持弯折形状，即使弯折管的弯折角度保持不变。多个直线连接段可沿定位件的长度方向间隔设置，并以相对于定位件的长度方向呈10°至60°的角度倾斜设置，而每个弯折部可以设置为“C”字形或者弧形，从而使得弯折管总体上呈现一种倾斜的“Z”字形结构。定位件在沿其长度的不同部位处依次焊接于弯折管同侧的每个弯折部的顶凸处，以实现定位件在沿其长度的不同部位处依次固定于弯折管同侧的弯折部。

在上述实施例的基础上，定位件为钢条、钢管或者钢丝绳。

需要说明的是，定位件的弹性模量需要在160Gpa以上，以保证定位件的刚度，从而更好地使弯折管的至少部分管段保持弯折形状。其中，定位件可由碳钢或合金钢制成。

在上述实施例的基础上，弯折管为螺旋管2。

需要说明的是，为了提高工质在弯折管内的离心力，使得干冰更好地与弯折管的内壁接触，弯折管可以选取为螺旋管2。其中，在螺旋管2的外壁上贴合设置有加热元件。

在上述实施例的基础上，沿工质流动方向螺旋管2的管径依次减小。

需要说明的是，螺旋管2上靠近透平1的管段由于干冰较多，此时螺旋管2的管径需要设置的大一些，而经过加热元件的加热，干冰逐渐融化，此时远离透平1的管段的管径可以设置的小一些。将螺旋管2设置为渐变管径的螺旋管2可以节约材料。

在上述实施例的基础上，在弯折管的内壁上构造有多个凸起部。

需要说明的是，以下以弯折管为螺旋管2为例进行说明。为了提高对干冰的处理效率，可以在螺旋管2的内壁上构造有多个凸起部。通过凸起部提供对干冰的反冲力力，可以使得干冰的体积减小，加大了干冰与螺旋管2的内壁的接触面积，从而显著地提高了处理效率。

在上述实施例的基础上，在弯折管的外壁上安装有保温层。

需要说明的是，为了提高加热元件的工作效率，防止热量流失，可以在螺旋管2的外壁上安装有保温层。

在上述实施例的基础上，加热元件为石墨烯或者电热丝。

需要说明的是，以下以加热元件为电热丝为例进行说明，电热丝可以缠绕在螺旋管2的外壁上。其中，电热丝的长度根据实际工况进行选取，在此不做具体限定。

可以理解的是，电热丝的供电方式可以采用在电热丝的两端通过供电盘与电源供电线相连进行供电。由石墨烯制备而成的石墨烯发热元件可以包覆在螺旋管2的周围，供电元件通过导线和石墨烯发热元件相连接，以实现供电。

在上述实施例的基础上，加热组件3还包括温度传感器和温度控制器，温度传感器的测温端位于弯折管的内壁处，温度传感器和加热元件均与温度控制器相连。

需要说明的是，温度传感器的测温端位于螺旋管2的内壁处，通过温度传感器获取干冰的实时温度，并把该温度发送至温度控制器，温度控制器基于该温度和预设温度获取调控温度，并基于该调控温度控制电热丝的工作参数。

可以理解的是，沿着螺旋管2的延伸方向，在螺旋管2的外壁上依次设置有多个相互独立工作的加热丝，与此相对应的，在螺旋管2的内壁处设置有多个温度传感器，每一个温度传感器与一段加热丝相对应布置。多个温度传感器和多段加热丝均与温度控制器相连。此时温度控制器可以根据每一个温度传感器发送的温度数据，控制每一段加热丝进行独立的相应的工作，通过此种布置方式可以有效地节约能源。

在上述实施例的基础上，弯折管为铜管或者铝管。

需要说明的是，为了提高传热效率，螺旋管2为铜管或者铝管。

在本发明实施例中，通过对工质进行加速，使得工质在螺旋管2的内部受到离心力的作用，通过螺旋管2的外壁上的加热丝对螺旋管2进行加热，热量通过螺旋管2传递至与螺旋管2的内壁相接触的干冰，使干冰融化后与超临界二氧化碳共同流动至下一级设备，能够避免干冰以固体形式进入下游，并对下游系统管道和设备产生损伤。本发明实施例提供的用于超临界二氧化碳透平的调节装置，由于离心力的作用，干冰在螺旋管2中靠近内壁面流动，加热丝能够以较小的功率使其融化，并对离螺旋管2的内壁面较远的超临界二氧化碳流体的温度产生较小的影响。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。