具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

如图1所示，本实施例提供一种透平转子布置系统，该透平转子布置系统包括透平缸、转轴1、凸台101和第一进气口103，转轴1设置于透平缸内，转轴1沿转轴1的轴向方向依次设置有第一低温区10、高温区20和第二低温区30，凸台101设置于转轴1的第一低温区10，凸台101的外周套设有第一干气密封102，第一进气口103设置于凸台101接近高温区20的一侧，第一进气口103用于连通冷却气源。冷却气的进气压力为P₀，温度为T₀，P₀和T₀为透平轴封气的进气参数。其中，冷却气源从循环系统中抽取冷却气体，抽取的冷却气体的温度小于第一干气密封102能承受的温度。通过调节阀可调节冷却气进入第一进气口103的进气压力P₀，通过电加热器可调整冷却气进入第一进气口103的进气温度T₀，从而可实现通过控制冷却气源的进气压力和进气温度控制第一进气口103进入的冷却气的压力P₀和温度T₀。第一进气口103连通的冷气用于对转子降温，可以通过调整冷却气的温度来降低转子的热应力；在上述结构下，第一干气密封102的一侧为第一进气口103的气压，另一侧为大气压，通过第一干气密封102两侧的压差平衡转子的轴向推力，即无需设置平衡盘，即可实现通过调整P₀的大小来调整平衡力的大小。且本实施例提供的透平转子布置系统解决了现有技术中的问题：平衡活塞布置在透平的高温段时，由于漏气半径较大，为控制漏气量必然要加长平衡活塞长度，这将导致透平高温段太长，高温段太长容易对机组的安全性能产生影响。

具体地，转轴1的两端分别设置有轴承2，轴承2用于支撑转轴1，且位于第一低温区10的转轴1的两侧分别设置有一个轴承推力盘3。更具体地，第一干气密封102的内径大于轴承推力盘3的外径。由于轴承推力盘3与转子是一体的，无法拆卸，因此，第一干气密封102的内径大于轴承推力盘3的外径，使得第一干气密封102能够从转轴1的一端顺利套设在凸台101外周，即使得第一干气密封102便于安装和拆卸，能够有效避免轴封漏气系统、冷却气系统、干气密封和碳环密封布置时的局限性。

进一步地，该透平转子布置系统还包括透平转子201、第二进气口203、第一排气口204和第二排气口206，透平转子201设置在转轴1的高温区20，透平转子201的外周设置有叶片202，第二进气口203设置于转轴1的高温区20，第二进气口203用于连通高温气源，以驱动叶片202带动转轴1转动，第一排气口204设置于转轴1的高温区20并位于第一进气口103和第二进气口203之间。第二排气口206设置于转轴1的高温区20，第二排气口206与第一排气口204连通，第二进气口203和第二排气口206分别设置于透平转子201的两侧，第二排气口206相对于第二进气口203远离凸台101，第二排气口206用于收集经过叶片202的高温气体。第二进气口203处的高温气的压力为P₁，温度为T₁，P₁和T₁为透平进气参数，第一排气口204和第二排气口206的排气压力为P₂，温度为T₂，P₂和T₂为透平排气参数，P₁、T₁、P₂和T₂的值由系统确定，冷却气源从循环系统中抽取的冷却气体的压力大于排气压力P₂。从第一进气口103进入的冷却气对转轴1冷却后从第一排气口204排出，从第二进气口203进入的高温气进入叶片202中驱动叶片202转动，然后从第二排气口206排出，同时从第二进气口203漏出的少许高温气由第一排气口204排出，且通过将第二排气口206连通于第一排气口204，可将流至第一排气口204的高温气以及叶片202带动转轴1完成工作的高温气一起排出，保证转轴1正常有序工作。

本实施例中，透平缸包括外缸和内缸，内缸设置在外缸内，转轴1设置在内缸内，第一排气口204和第二排气口206通过内缸和外缸之间的间隙连通。当然，在其它实施例中，透平缸可以是单层缸体，第一排气口204和第二排气口206可以通过连通管或缸内间隙连通，在本实施例中不作限定。在上述结构下，高温气对转轴1产生轴向力能够由第一进气口103处的冷却气压力抵消至最小，从而最大限度减小转轴1受到的轴向力，且无需布置平衡盘。

优选地，第一进气口103和第一排气口204之间设置有第一密封104，第一密封104套设于转轴1，第一排气口204与第一进气口103能够通过第一密封104和转轴1之间的间隙连通。冷却气从第一进气口103进入然后从第一排气口204排出的过程中，冷却气对第一密封104进行冷却，且从第一密封104和转轴1之间的间隙漏过的冷却气能够进一步对第一密封104进行冷却，保证第一密封104的有效密封，从而实现漏气量的减少，缩短转轴1的跨距，提高机组的安全性；同时从第一进气口103冲入的冷却气还能够阻止从第二进气口203流出的高温气向第一密封104流动。

优选地，第二进气口203和第一排气口204之间设置有第二密封205，第二密封205套设于转轴1，第二进气口203与第一排气口204能够通过第二密封205和转轴1之间的间隙连通。通过设置第二密封205，能够防止流入至第二进气口203的高温气发生泄漏。即使流至第二进气口203的高温气发生泄漏，也能够通过第一排气口204将泄漏的高温气体排出。可选地，第二密封205可以采用齿式密封、迷宫式密封或蜂窝式密封，优选地，采用齿式密封。

更进一步地，转轴1的第二低温区30设置有第三进气口301，第三进气口301连通于第一进气口103，第二排气口206和第三进气口301之间设置有第三密封302，第三密封302套设于转轴1，第三进气口301和第二排气口206能够通过第三密封302和转轴1之间的间隙连通。冷却气从第一进气口103流入至第三进气口301，流入至第三进气口301的冷却气可以降低转轴1的第二低温区30的温度，从而降低第三密封302的温度，从转轴1和第三密封302之间泄漏的冷却气可进一步降低第三密封302的温度，且通过第三进气口301进入的冷却气能够阻止第二排气口206排出的高温气体向第三密封302流动，保证第三密封302的有效密封。在其它实施例中，也可以根据实际工况，阻断第三进气口301和第一进气口103的连通，分别向第三进气口301和第一进气口103通入不同温度和不同压力的冷却气以适应实际工况，在其它实施例中，也可以根据实际工况，仅保留转轴1的第一低温区10和高温区20对应的轴段，以缩短转轴1的跨距，提高机组的安全性。

优选地，第一密封104和第三密封302为碳环密封，由于第一密封104和第三密封302分别位于第一低温区10和第二低温区30，温度较低，使得能够在此布置碳环密封，相对于普通密封的间隙0.5mm，碳环密封能将间隙做到0.1mm，但是碳环密封对环境温度有一定要求，不能够布置在高温区20，这样布置能够大大缩小凸台101的长度，并且降低透平运行时转子的高温段长度，提高机组的安全性能，并且能够降低主流气体的漏气量以提升整体的运行效率，高温区20长度降低约32％。

本实施例中，第二低温区30还设置有第二干气密封303，第二干气密封303套设在转轴1上，第二干气密封303与第三密封302分别位于第三进气口301的两侧，第二干气密封303相对第三密封302远离第二排气口206，用于密封内缸。本实施例中，第一干气密封102的内径大于第二干气密封303的内径。通过将转轴1设置在内缸内，控制冷却气的温度和压力，可以保证从第一进气口103和第三进气口301进入的冷却气的温度和压力在第一干气密封102和第二干气密封303的许用温度和许用压力范围之内，从而保证分别套设于凸台101和转轴1的第一干气密封102和第二干气密封303能够有效密封，进而实现转后和内缸的有效密封，同时实现转轴1的轴向力平衡。这解决的现有技术中存在的技术问题：当透平两侧布置有干气密封时，如采用常规的漏气系统，干气密封的环境压力最低是透平的排气压力，超临界态下的干气密封系统容易因为摩擦生热而失效。

本实施例提供的透平转子布置系统的冷却气的进气和排气独立，且气源稳定，能够根据需要调整冷却气进气的压力，从而无需布置平衡盘即可实现平衡推力。且通过对透平转子布置系统的改进有利于大大缩短转子的整体跨距，有利于转子的整体结构设计，提高整体转子的安全性能，并且能够在此基础上适当降低转子的轴径，进一步提高机组的经济性能。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。