具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以使这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

如图1-5所示，一种超临界二氧化碳布雷顿系统用压缩膨胀共体机，包括安装于缸体40内的压缩机10和膨胀机20，所述压缩机10和膨胀机20共用一个共体叶轮30，所述共体叶轮30与缸体40形成相互独立且封闭的压缩机腔室和膨胀机腔室，所述压缩机腔室上设有压缩机进气端11和压缩机出气端12，所述膨胀机腔室上设有膨胀机进气端21和膨胀机出气端22，所述共体叶轮30安装于支撑单元50的主轴51上，所述压缩机10位于膨胀机20与支撑单元50之间，所述压缩机腔室的一侧与膨胀机腔室之间通过机械式间隙密封件41进行密封，压缩机腔室的另一侧与外部空间之间通过机械式动密封件42密封。

所述主轴51一端通过支撑单元50支撑，另一端固定安装共体叶轮30；如图5所示，图中箭头表示气体流向，所述布雷顿系统包括依次连接并形成气体回路的压缩机10、热源61、膨胀机20和冷却器62，且所述膨胀机20出来的高温气体经过预热器65对压缩机10进入热源61之前的气体进行预热，所述气体回路上设有气体控制单元63，所述气体控制单元与气体回路之间设有调节阀64，该气体控制单元63用于补充或排放气体。

本发明中压缩机10和膨胀机20安装于同一缸体40内，缸体内形成两个独立的封闭空间，因此压缩机和膨胀机的工作介质通过相互独立的流通路径进行流通，压缩机腔室与膨胀机腔室之间通过常用的机械式间隙密封件密封，密封的要求不高，即使有少量的高温高压超临界二氧化碳从膨胀机腔室泄漏到压缩机的腔室内，也不会影响压缩机的正常工作；本发明中压缩机10和膨胀机20共同使用一共体叶轮30，一方面，大大降低了对机组主轴长度的要求，对改善转子动力学特性意义重大，为进一步提高工作转速、增大系统装机功率提供了可能；另一方面，取消了设计难度极大的防止膨胀机高温高压的超临界二氧化碳气体泄漏到外部空间的动密封；对于膨胀机与压缩机的对外动密封，只需依靠压缩机侧的机械动密封件密封即可，由于压缩机侧的二氧化碳温度低，因此采用技术成熟的机械动密封件密封即可，例如串联式干气密封结构，从而将高温高压动密封的难题转变为低温密封的问题，解决了超临界二氧化碳布雷顿循环系统的一大难题，实现了该系统的实施与应用。

所述共体叶轮30包括轮盘、压缩机叶片32和膨胀机叶片35，所述压缩机叶片32和膨胀机叶片35分别固定安装于所述轮盘的两侧。在本实施例中，共体叶轮为半开式叶轮。

所述共体叶轮30还包括压缩机轮盖33和膨胀机轮盖36，所述压缩机叶片32固定安装于轮盘与压缩机轮盖33之间，所述膨胀机叶片35固定安装于轮盘与膨胀机轮盖36之间。在本实施例中，共体叶轮为闭式叶轮。

实施例1：如图1-3所示，所述轮盘包括压缩机轮盘31、膨胀机轮盘34和中盘37，所述压缩机轮盘31和膨胀机轮盘34分别位于所述中盘37的两侧，所述轮盘为一体成型件，或者压缩机轮盘31和膨胀机轮盘34中的至少一个焊接于中盘37，所述机械式间隙密封件41径向或轴向套设于所述中盘37。所述压缩机轮盘31、压缩机叶片32和压缩机轮盖33形成压缩机叶轮，且该压缩机叶轮位于压缩机密封腔中，所述膨胀机轮盘34、膨胀机叶片35和膨胀机轮盖36形成膨胀机叶轮，且该膨胀机叶轮位于膨胀机密封腔中，压缩机叶轮与膨胀机叶轮背向布置，如1图所示，所述压缩机和膨胀机的工作介质通过相互独立的流通通道进行流通，在压缩机叶轮和膨胀机叶轮的中盘外径设有径向间隙密封(如2图所示)，也可以调整中盘结构设置为轴向间隙密封(如图3所示)，膨胀机叶轮位于膨胀机出气端与压缩机叶轮之间，对于膨胀端而言，一侧为膨胀机的出气端，因此不需要动密封，另一侧为压缩端，在膨胀机腔室与压缩机腔室之间通过常用的机械式间隙密封件密封，密封的要求不高，即使有少量的高温高压超临界二氧化碳从膨胀机腔室泄漏到压缩机的腔室内，也不会影响压缩机的正常工作。

实施例2：如图4所示，所述轮盘包括压缩机轮盘31、膨胀机轮盘34和隔套38，所述压缩机轮盘31和膨胀机轮盘34分别安装于所述隔套38的两侧，所述机械式间隙密封件41径向或轴向套设于所述隔套38。压缩机轮盘31和膨胀机轮盘34分别加工而成，再将两个轮盘分别安装于隔套38上形成一体件，所述隔套一般具有隔热功能，所述压缩机轮盘31、压缩机叶片32和压缩机轮盖33形成压缩机叶轮，且该压缩机叶轮位于压缩机密封腔中，所述膨胀机轮盘34、膨胀机叶片35和膨胀机轮盖36形成膨胀机叶轮，且该膨胀机叶轮位于膨胀机密封腔中，压缩机叶轮与膨胀机叶轮背向布置，膨胀机叶轮位于膨胀机出气端与压缩机叶轮之间。

如图1所示，所述机械式间隙密封件41为梳齿密封件，所述机械式动密封件42为串联式干气密封结构，所述支撑装置81为高速发电机或轴承座。所述串联式干气密封结构为介质侧机械密封和大气侧干气密封前后串联布置的集装式结构，第一级机械密封为主密封，第二级干气密封为辅助安全密封，该串联式干气密封结构为本领域的成熟结构，在此不作详细介绍，该串联式干气密封结构用于压缩机与外界的动密封，能够满足压缩机的密封要求；梳齿密封也为压缩机10内常用的密封结构，在压缩机腔室与膨胀机腔室之间设置一个技术成熟的梳齿密封，作为膨胀机的动密封，可以密封住膨胀机腔室内的绝大部分高温气体，即使少量的膨胀机腔室内的高温气体泄漏混合入压缩机的进气，进入压缩机叶轮，也不会影响压缩机的正常运行，同时也不会给环境带来危害。

如图2所示，图中的箭头表示介质的流向，所述膨胀机进气端21沿着缸体40的径向方向布置，所述膨胀机出气端22沿着缸体40的轴向方向布置，所述压缩机进气端11和压缩机出气端12皆沿着缸体的径向方向布置。缸体内形成两个独立的封闭空间，因此压缩机和膨胀机的工作介质通过相互独立的流通路径进行流通，压缩机内介质通过压缩机进气端11进气、压缩机出气端出气，膨胀机内介质通过膨胀机进气端21进气、膨胀机出气端22出气；即压缩机10是采用径向进气、径向排气的方式，膨胀机采用径向进气、轴向排气的方式，因此对于膨胀机叶轮而言，一侧为膨胀机的排气端，不需要动密封，另一侧通过机械式间隙密封件41与压缩机叶轮之间实现间隙式密封，少量的高温高压超临界二氧化碳从膨胀机腔室泄漏到压缩机腔室，不影响压缩机的工作，从而取消了设计难度极大的防止膨胀机高温高压的超临界二氧化碳气体泄漏到外界的动密封。

本发明的实现过程：步骤如下：

步骤一：共体叶轮30的加工

方法1：直接加工一整体轮盘，轮盘的一侧为压缩机轮盘，另一侧为膨胀机轮盘，再在整体轮盘上加工叶片和轮盖而形成共体叶轮30；

方法2：压缩机轮盘31与膨胀机轮盘34共用一个中盘37，中盘37单独加工而成，或者中盘中包含压缩机叶盘与膨胀机叶盘中的其中一个叶盘，然后将压缩机叶盘焊接于中盘上、或者膨胀机叶盘焊接于中盘上、或者压缩机叶盘和膨胀机叶盘皆通过焊接的方式连接于中盘上形成整体轮盘，再在整体轮盘上加工叶片和轮盖而形成共体叶轮30；

方法3：将压缩机轮盘31与膨胀机轮盘34分别加工而成，并将压缩机轮盘和膨胀机轮盘安装于隔套38的两侧，而形成一整体轮盘，再在整体轮盘上加工叶片和轮盖，形成共体叶轮30；

三种加工方法加工出来的共体叶轮中压缩机叶轮与膨胀机叶轮皆沿轴向背靠背布置；

步骤二：将上述加工好的共体叶轮30装在支撑单元主轴51的伸出端，并使压缩机叶轮侧靠悬臂近端，膨胀机叶轮侧靠悬臂远端；

步骤三：共体叶轮30安装于共用缸体40中，其工作介质流经相互独立的流通路径，压缩机腔室的一侧与膨胀机腔室之间通过机械式间隙密封件41进行密封，压缩机腔室的另一侧与外部空间之间通过机械式动密封件42密封。

应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。