相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求于2014年6月13日提交的序列號為62/011,678的美國臨時專利申請的優(yōu)先權(quán)。上述專利申請的全部內(nèi)容在此以引用的方式并入本申請，到與本申請一致的程度。

背景技術(shù)：

工業(yè)過程通常產(chǎn)生作為副產(chǎn)品的廢熱，在該工業(yè)過程中，必須將流動的高溫液體流、氣體流、或者流體流排放到環(huán)境中或者以某種方式將其移除，以便維持工業(yè)過程設(shè)備的操作溫度。一些工業(yè)過程使用熱交換器裝置來捕獲廢熱并且經(jīng)由其它過程流將該廢熱循環(huán)回到該過程中。然而，對于使用高溫或者具有不足質(zhì)量流或者其它不利條件的工業(yè)過程來說，捕獲和再循環(huán)廢熱通常是不可行的。

可以通過采用熱力學(xué)方法的多種渦輪發(fā)電機(jī)或者熱機(jī)系統(tǒng)（諸如，蘭金循環(huán)）來將廢熱轉(zhuǎn)換為有用能。蘭金循環(huán)和類似熱力學(xué)方法通常是基于蒸汽的過程，該基于蒸汽的過程回收和使用廢熱來生成蒸汽以驅(qū)動渦輪、渦輪增壓器、或者連接至發(fā)電機(jī)或者泵的其它擴(kuò)張器。在傳統(tǒng)蘭金循環(huán)期間，有機(jī)蘭金循環(huán)使用低沸點(diǎn)工作流體來代替水。示例性低沸點(diǎn)工作流體包括烴類，諸如，輕質(zhì)烴（例如，丙烷或者丁烷）和鹵代烴，諸如，氯氟烴（hcfc）或者氫氟烴（hfc）（例如，r245fa）。最近，鑒于諸如低沸點(diǎn)工作流體的熱不穩(wěn)定性、毒性、易燃性、和生產(chǎn)成本等問題，已經(jīng)對一些熱力學(xué)循環(huán)進(jìn)行了修改以便循環(huán)非烴工作流體（諸如，氨）。

熱機(jī)系統(tǒng)通常使用渦輪泵來使捕獲廢熱的工作流體循環(huán)。渦輪泵以及系統(tǒng)中使用的其它旋轉(zhuǎn)設(shè)備通常生成推力負(fù)載，該推力負(fù)載是由在操作期間系統(tǒng)中出現(xiàn)的操作壓力和流體動量的改變引起的。渦輪泵可以具有由可以施加至其的最大推力負(fù)載設(shè)定或者確定的操作限制，之后該渦輪泵和/或其部件會損壞。在與諸如超臨界二氧化碳等超臨界流體一起操作的高密度機(jī)械裝置中，機(jī)器功率密度、壓力升高，并且旋轉(zhuǎn)速度會超過標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)速度，從而由于過度推力負(fù)載而增加系統(tǒng)損壞的可能性并且致使標(biāo)準(zhǔn)推力軸承設(shè)計(jì)技術(shù)不適當(dāng)。相應(yīng)地，在一些現(xiàn)有高密度機(jī)械裝置中，已經(jīng)采用了推力平衡活塞技術(shù)。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這些技術(shù)會負(fù)面地影響系統(tǒng)效率。

因此，需要用于使熱機(jī)系統(tǒng)中存在的推力負(fù)載平衡同時克服傳統(tǒng)方法的缺點(diǎn)的系統(tǒng)和方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在一個實(shí)施例中，一種渦輪泵系統(tǒng)包括泵部，該泵部包括殼體，該殼體具有設(shè)置在其中的壓力釋放通道。泵部設(shè)置在工作流體回路的高壓側(cè)與低壓側(cè)之間。驅(qū)動渦輪聯(lián)接至泵部并且構(gòu)造為驅(qū)動泵部以便使得泵部能夠使工作流體循環(huán)通過工作流體回路。泄壓閥流體地聯(lián)接至壓力釋放通道并且構(gòu)造為：定位在打開位置中以便使得壓力能夠通過壓力釋放通道被釋放、以及定位在關(guān)閉位置中以便使得壓力不能夠通過壓力釋放通道被釋放。

在另一個實(shí)施例中，渦輪泵系統(tǒng)包括泵，該泵設(shè)置在工作流體回路的高壓側(cè)與低壓側(cè)之間并且構(gòu)造為使工作流體循環(huán)通過工作流體回路。壓力釋放通道整體地形成在泵的殼體中并且構(gòu)造為使得能夠釋放來自泵的壓力。泄壓閥流體地聯(lián)接至壓力釋放通道并且構(gòu)造為：定位在打開位置中以便使得壓力能夠通過壓力釋放通道被釋放、以及定位在在關(guān)閉位置中以便使得壓力不能夠通過壓力釋放通道被釋放。

在另一個實(shí)施例中，一種用于渦輪泵組件的推力平衡方法包括：接收與在泵的進(jìn)口處測量到的壓力相對應(yīng)的第一數(shù)據(jù)，該泵構(gòu)造為使工作流體循環(huán)通過工作流體回路；接收與在泵的出口處測量到的壓力相對應(yīng)的第二數(shù)據(jù)；以及接收與在壓力釋放通道處測量到的壓力相對應(yīng)的第三數(shù)據(jù)，該壓力釋放通道設(shè)置在泵的后側(cè)。該方法還包括：基于第一數(shù)據(jù)、第二數(shù)據(jù)、第三數(shù)據(jù)、或者其組合來確定泵生成的推力負(fù)載是否超過預(yù)定閾值；當(dāng)推力負(fù)載超過預(yù)定閾值時，使用控制回路來將流體地聯(lián)接至壓力釋放通道的泄壓閥致動至打開位置以便釋放來自泵的壓力。

附圖說明

當(dāng)與附圖一起閱讀如下詳細(xì)說明時，本公開將得到最佳的理解。應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是，根據(jù)本行業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)做法，多個特征沒有按照比例繪制。實(shí)際上，為了清楚地進(jìn)行討論，可以任意地增加或者減小各個特征的尺寸。

圖1示出了根據(jù)本文公開的一個或多個實(shí)施例的熱機(jī)系統(tǒng)的實(shí)施例。

圖2a示出了根據(jù)本文公開的一個或多個實(shí)施例的驅(qū)動渦輪的后部的截面圖。

圖2b示出了根據(jù)本文公開的一個或多個實(shí)施例的泵的一部分的截面圖。

圖3示出了根據(jù)本文公開的一個或多個實(shí)施例的、具有壓力釋放通道的泵的截面圖。

圖4是流程圖，示出了根據(jù)本文公開的一個或多個實(shí)施例的、用于使熱機(jī)系統(tǒng)中的一個或多個推力負(fù)載平衡的方法。

具體實(shí)施方式

如下文更加詳細(xì)地描述的，當(dāng)前公開的實(shí)施例涉及用于有效地將熱流（例如，廢熱流）的熱能轉(zhuǎn)化為有價值的電能的系統(tǒng)和方法。所提供的實(shí)施例使得能夠減少或者防止由于推力負(fù)載失衡引起的熱機(jī)系統(tǒng)的部件的損壞。例如，在一些實(shí)施例中，熱機(jī)系統(tǒng)構(gòu)造為：在工作流體回路的一些或者所有操作周期期間，使工作流體（例如，sc-co2）以液體類狀態(tài)（諸如，超臨界狀態(tài)）維持在工作流體回路的低壓側(cè)內(nèi)。在該實(shí)施例中，由不斷增加的泵速度引起的壓力增加可以導(dǎo)致推力負(fù)載失衡，當(dāng)前公開的實(shí)施例的一個或多個特征可以減小或者消除該推力負(fù)載失衡。例如，某些實(shí)施例可以包括壓力釋放通道和/或泄壓閥，該壓力釋放通道和/或泄壓閥使得能夠選擇性地釋放來自泵的壓力以便使一個或多個推力負(fù)載平衡。當(dāng)前公開的實(shí)施例的這些和其它特征在下文更加詳細(xì)地進(jìn)行討論。

現(xiàn)在來看附圖，圖1示出了熱機(jī)系統(tǒng)200的實(shí)施例，該熱機(jī)系統(tǒng)200也可以稱為熱氣機(jī)系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)、廢熱或者其它熱量回收系統(tǒng)、以及/或者熱能轉(zhuǎn)電能系統(tǒng)，如下文在一個或多個實(shí)施例中描述的。熱機(jī)系統(tǒng)200通常構(gòu)造為涵蓋：蘭金循環(huán)的一個或多個元件、蘭金循環(huán)的派生物、或者用于從大量熱源生成電能的另一種熱力學(xué)循環(huán)。熱機(jī)系統(tǒng)200包括廢熱系統(tǒng)100和發(fā)電系統(tǒng)220，該廢熱系統(tǒng)100和該發(fā)電系統(tǒng)220經(jīng)由設(shè)置在過程系統(tǒng)210內(nèi)的工作流體回路202聯(lián)接至彼此且彼此熱連通。在操作期間，使工作流體（諸如，超臨界二氧化碳（sc-co2））循環(huán)通過工作流體回路202，并且使熱量從流過廢熱系統(tǒng)100的熱源流110傳遞至工作流體。工作流體一旦加熱就使其循環(huán)通過發(fā)電系統(tǒng)220內(nèi)的動力渦輪228，在該動力渦輪228處，將包含在加熱后的工作流體中的熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。這樣，過程系統(tǒng)210、廢熱系統(tǒng)100、以及發(fā)電系統(tǒng)220協(xié)作以將熱源流110中的熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，若需要，則可以取決于特定實(shí)施方式考量因素將該機(jī)械能進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為電能。

更加具體地，在圖1的實(shí)施例中，廢熱系統(tǒng)100包括三個熱交換器（即，熱交換器120、130和150），該三個熱交換器流體地聯(lián)接至工作流體回路202的高壓側(cè)并且與熱源流110熱連通。該熱連通使得來自熱源流110的熱能傳遞至流過工作流體回路202的工作流體。在本文公開的一個或多個實(shí)施例中，兩個、三個、或者更多個熱交換器可以流體地聯(lián)接至工作流體回路202并且與工作流體回路202熱連通，諸如，一次熱交換器、二次熱交換器、三次熱交換器，分別為熱交換器120、150和130。例如，熱交換器120可以是一次熱交換器，該一次熱交換器流體地聯(lián)接至動力渦輪228的進(jìn)口上游的工作流體回路202，熱交換器150可以是二次熱交換器，該二次熱交換器流體地聯(lián)接至渦輪泵260的驅(qū)動渦輪264的進(jìn)口上游的工作流體回路202，并且熱交換器130可以是三次熱交換器，該三次熱交換器流體地聯(lián)接至熱交換器120的進(jìn)口上游的工作流體回路202。然而，應(yīng)注意，在其它實(shí)施例中，可以在廢熱系統(tǒng)100中提供任何期望數(shù)量的熱交換器，而不限于三個。

進(jìn)一步地，廢熱系統(tǒng)100還包括：用于接收熱源流110的進(jìn)口104、以及用于使熱源流110穿出廢熱系統(tǒng)100的出口106。熱源流110從進(jìn)口104流入且流過進(jìn)口104，流過熱交換器120，流過一個或多個附加熱交換器（如果流體地聯(lián)接至熱源流體110），并且流到出口106且流過出口106。在一些示例中，熱源流110從進(jìn)口104流入且流過進(jìn)口104，分別流過熱交換器120、150和130，并且流到出口106且流過出口106。可以引導(dǎo)熱源流110以其它期望順序流過熱交換器120、130、150、以及/或者附加熱交換器。

在本文描述的一些實(shí)施例中，廢熱系統(tǒng)100設(shè)置在廢熱滑道102上或者其中，該廢熱滑道102流體地聯(lián)接至工作流體回路202、以及熱機(jī)系統(tǒng)200的其它部分、子系統(tǒng)、或者裝置。廢熱滑道102可以流體地聯(lián)接至熱源流110的源和排放處、主要過程滑道212、發(fā)電滑道222、以及/或者熱機(jī)系統(tǒng)200的其它部分、子系統(tǒng)、或者裝置。

在一種或多種構(gòu)造中，設(shè)置在廢熱滑道102上或者其中的廢熱系統(tǒng)100大體上包括進(jìn)口122、132和152、以及出口124、134和154，該出口124、134和154流體地聯(lián)接至工作流體回路202內(nèi)的工作流體且與該工作流體熱連通。進(jìn)口122設(shè)置在熱交換器120的上游，并且出口124設(shè)置在熱交換器120的下游。工作流體回路202構(gòu)造為使工作流體從進(jìn)口122流入，流過熱交換器120，并且流到出口124，同時通過熱交換器120將來自熱源流110的熱能傳遞至工作流體。進(jìn)口152設(shè)置在熱交換器150的上游，并且出口154設(shè)置在熱交換器150的下游。工作流體回路202構(gòu)造為使工作流體從進(jìn)口152流入，流過熱交換器150，并且流到出154，同時通過熱交換器150將來自熱源流110的熱能傳遞至工作流體。進(jìn)口132設(shè)置在熱交換器130的上游，并且出口134設(shè)置在熱交換器130的下游。工作流體回路202構(gòu)造為使工作流體從進(jìn)口132流入，流過熱交換器130，并且流到出134，同時通過熱交換器130將來自熱源流110的熱能傳遞至工作流體。

流過廢熱系統(tǒng)100的熱源流110可以是廢熱流，諸如但不限于，燃?xì)鉁u輪排氣流、工業(yè)過程排氣流、或者任何其它燃燒產(chǎn)物排氣流，諸如，熔爐或者鍋爐排氣流。熱源流110可以處于約100℃至約1000℃、或者大于1000℃的范圍內(nèi)的溫度下，并且在一些實(shí)例中，在約200℃至約800℃的范圍內(nèi)，更加狹窄地在約300℃至約600℃的范圍內(nèi)。熱源流110可以包括空氣、二氧化碳、一氧化碳、水或者蒸汽、氮?dú)?、氧氣、氬氣、其派生物、或者其混合物。在一些?shí)施例中，熱源流110可以從可再生熱能源（諸如，太陽熱源或者地?zé)嵩矗┇@得熱能。

現(xiàn)在來看發(fā)電系統(tǒng)220，所示出的實(shí)施例包括動力渦輪228，該動力渦輪228設(shè)置在工作流體回路202的高壓側(cè)與低壓側(cè)之間。動力渦輪228構(gòu)造為：通過在工作流體回路202的高壓側(cè)與低壓側(cè)之間流動的工作流體中的壓力下降來將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。動力發(fā)電機(jī)240聯(lián)接至動力渦輪228并且構(gòu)造為將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。在某些實(shí)施例中，電力出口242可以電氣地聯(lián)接至動力發(fā)電機(jī)240并且構(gòu)造為將來自動力發(fā)電機(jī)240的電能傳遞至電網(wǎng)244。所示出的發(fā)電系統(tǒng)220還包括傳動軸230和齒輪箱232，該傳動軸230和該齒輪箱232聯(lián)接在動力渦輪228與動力發(fā)電機(jī)240之間。

在一種或多種構(gòu)造中，發(fā)電系統(tǒng)220設(shè)置在發(fā)電滑道222上或者其中，該發(fā)電滑道222包括進(jìn)口225a、225b、以及出口227，該出口227流體地聯(lián)接至工作流體回路202內(nèi)的工作流體并且與該工作流體熱連通。該進(jìn)口225a、225b是工作流體回路202的高壓側(cè)內(nèi)的動力渦輪228的上游并且構(gòu)造為接收加熱后的和高壓的工作流體。在一些示例中，進(jìn)口225a可以流體地聯(lián)接至廢熱系統(tǒng)100的出口124并且構(gòu)造為接收從熱交換器120流動的工作流體。進(jìn)一步地，進(jìn)口225b可以流體地聯(lián)接至過程系統(tǒng)210的出口241并且構(gòu)造為接收從渦輪泵260和/或啟動泵280流動的工作流體。出口227設(shè)置在工作流體回路202的低壓側(cè)內(nèi)的動力渦輪228的下游并且構(gòu)造為提供低壓工作流體。在一些示例中，出口227可以流體地聯(lián)接至過程系統(tǒng)210的進(jìn)口239并且構(gòu)造為使工作流體流向換熱器216。

過濾器215a可以沿著流體線路設(shè)置并且與該流體線路流體連通，該流體線路處于熱交換器120下游和動力渦輪228上游的點(diǎn)處。在一些示例中，過濾器215a流體地聯(lián)接至在廢熱系統(tǒng)100的出口124與過程系統(tǒng)210的進(jìn)口225a之間的工作流體回路202。

再次，發(fā)電系統(tǒng)220內(nèi)的工作流體回路202的一部分是由進(jìn)口225a和225b來進(jìn)給工作流體。此外，動力渦輪截止閥217流體地聯(lián)接至進(jìn)口225a與動力渦輪228之間的工作流體回路202。動力渦輪截止閥217構(gòu)造為：當(dāng)處于打開位置中時，控制工作流體，使該工作流體從熱交換器120流動、流過進(jìn)口225a、并且流到動力渦輪228中。替代地，動力渦輪截止閥217可以構(gòu)造為：當(dāng)處于關(guān)閉位置中時，阻止工作流體流進(jìn)入到動力渦輪228中。

動力渦輪恒溫器閥223經(jīng)由恒溫器旁通線路211流體地聯(lián)接至工作流體回路202，該恒溫器旁通線路211設(shè)置在渦輪泵260的泵部262上的出口與動力渦輪228上的進(jìn)口之間、以及/或者設(shè)置在啟動泵280的泵部282上的出口與動力渦輪228上的進(jìn)口之間。恒溫器旁通線路211和動力渦輪恒溫器閥223可以構(gòu)造為：諸如在預(yù)熱或者冷卻步驟中，使工作流體從泵部262或者282流出、圍繞且避開換熱器216以及熱交換器120和130、并且流到動力渦輪228。恒溫器旁通線路211和動力渦輪恒溫器閥223可以用于：使用來自動力渦輪228的熱量來加溫工作流體，同時避開來自流過熱交換器（諸如，熱交換器120和130）的熱源流110的熱量。在一些示例中，動力渦輪恒溫器閥223可以流體地聯(lián)接至在進(jìn)口225b與動力渦輪截止閥217之間的工作流體回路202，該動力渦輪截止閥217在流體線路上的與來自進(jìn)口225a的進(jìn)入流相交的點(diǎn)的上游。動力渦輪恒溫器閥223可以構(gòu)造為控制工作流體，該工作流體從啟動泵280和/或渦輪泵260流動、流過進(jìn)口225b、并且流到動力渦輪截止閥217、動力渦輪旁通閥219、以及/或者動力渦輪228。

動力渦輪旁通閥219流體地聯(lián)接至渦輪旁通線路，該渦輪旁通線路從動力渦輪截止閥217上游和動力渦輪228下游的工作流體回路202的點(diǎn)處延伸出去。因此，旁通線路和動力渦輪旁通閥219構(gòu)造為引導(dǎo)工作流體圍繞且避開動力渦輪228。如果動力渦輪截止閥217處于關(guān)閉位置，則動力渦輪旁通閥219可以構(gòu)造為：當(dāng)處于打開位置中時，使工作流體圍繞且避開動力渦輪228流動。在一個實(shí)施例中，可以在發(fā)電過程的啟動操作期間對工作流體加溫的同時，使用動力渦輪旁通閥219。出口閥221流體地聯(lián)接至在動力渦輪228的出口與發(fā)電系統(tǒng)220的出口227之間的工作流體回路202。

現(xiàn)在來看過程系統(tǒng)210，在一種或多種構(gòu)造中，過程系統(tǒng)210設(shè)置在主要過程滑道212上或者中并且包括進(jìn)口235、239和255、以及出口231、237、241、251和253，該出口231、237、241、251和253流體地聯(lián)接至工作流體回路202內(nèi)的工作流體并且與該工作流體熱連通。進(jìn)口235在換熱器216的上游，并且出口154在換熱器216的下游。工作流體回路202構(gòu)造為使工作流體從進(jìn)口235流入，流過換熱器216，并且流到出口237，同時通過換熱器216將來自工作流體回路202的低壓側(cè)中的工作流體的熱能傳遞至工作流體回路202的高壓側(cè)中的工作流體。過程系統(tǒng)210的出口241在渦輪泵260和/或啟動泵280的下游、在動力渦輪228的上游，并且構(gòu)造為將高壓工作流體流提供至發(fā)電系統(tǒng)220，諸如，提供至動力渦輪228。進(jìn)口239在換熱器216的上游、在動力渦輪228的下游，并且構(gòu)造為接收從發(fā)電系統(tǒng)220流向諸如動力渦輪228的低壓工作流體。過程系統(tǒng)210的出口251在換熱器218的下游、在熱交換器150的上游，并且構(gòu)造為將工作流體流提供至熱交換器150。進(jìn)口255在熱交換器150的下游、在渦輪泵260的驅(qū)動渦輪264上游，并且構(gòu)造為提供從熱交換器150流向渦輪泵260的驅(qū)動渦輪264的加熱后的高壓工作流體。過程系統(tǒng)210的出口253在渦輪泵260的泵部262和/或啟動泵280的泵部282的下游，與設(shè)置在熱交換器150下游和在渦輪泵260的驅(qū)動渦輪264上游的旁通線路聯(lián)接，并且構(gòu)造為將工作流體流提供至渦輪泵260的驅(qū)動渦輪264。

此外，過濾器215c可以沿著流體線路設(shè)置并且與該流體線路流體連通，該流體線路處于熱交換器150下游和渦輪泵260的驅(qū)動渦輪264上游的點(diǎn)處。在一些示例中，過濾器215c流體地聯(lián)接至在廢熱系統(tǒng)100的出口154與過程系統(tǒng)210的進(jìn)口255之間的工作流體回路202。進(jìn)一步地，過濾器215b可以沿著流體線路135設(shè)置并且與該流體線路135流體連通，該流體線路135處于熱交換器130下游和換熱器216上游的點(diǎn)處。在一些示例中，過濾器215b流體地聯(lián)接至在廢熱系統(tǒng)100的出口134與過程系統(tǒng)210的進(jìn)口235之間的工作流體回路202。

在某些實(shí)施例中，如在圖1中示出的，過程系統(tǒng)210可以設(shè)置在主要過程滑道212上或者中，發(fā)電系統(tǒng)220可以設(shè)置在發(fā)電滑道222上或者中，并且廢熱系統(tǒng)100可以設(shè)置在廢熱滑道102上或者中。在這些實(shí)施例中，工作流體回路202延伸通過內(nèi)側(cè)、外側(cè)、以及主要過程滑道212、發(fā)電滑道222和廢熱滑道102之間、以及熱機(jī)系統(tǒng)200的其它系統(tǒng)和部分。進(jìn)一步地，在一些實(shí)施例中，熱機(jī)系統(tǒng)200包括熱交換器旁通線路160和熱交換器旁通閥162，該熱交換器旁通閥162設(shè)置在廢熱滑道102與主要過程滑道212之間，目的在于在啟動期間引導(dǎo)工作流體遠(yuǎn)離一個或多個熱交換器以便減小或者消除部件磨損和/或損壞。

現(xiàn)在來看工作流體回路202的特征，工作流體回路202包括工作流體（例如，sc-co2）并且具有高壓側(cè)和低壓側(cè)。圖1描繪了熱機(jī)系統(tǒng)200的工作流體回路202的高壓側(cè)和低壓側(cè)，用“——”來表示高壓側(cè)，并且用“—-—-—-”來表示低壓側(cè)，如參照一個或多個實(shí)施例所描述的。在某些實(shí)施例中，工作流體回路202包括一個或多個泵，諸如，所示出的渦輪泵260和啟動泵280。渦輪泵260和啟動泵280進(jìn)行操作以加壓工作流體并且使該工作流體循環(huán)通過工作流體回路202，并且可以分別是形成渦輪泵260或者啟動泵280的部件的組件。

渦輪泵260可以是渦輪增壓器驅(qū)動泵或者渦輪驅(qū)動泵，并且在一些實(shí)施例中，可以形成具有泵部262和驅(qū)動渦輪264的泵組件，該泵部262和該驅(qū)動渦輪264通過傳動軸267和可選的齒輪箱（未示出）聯(lián)接在一起。傳動軸267可以是單軸或者可以包括聯(lián)接在一起的兩個或者更多個軸。在一個示例中，傳動軸267的第一部段從驅(qū)動渦輪264延伸至齒輪箱，傳動軸230的第二部段從齒輪箱延伸至泵部262，并且多個齒輪設(shè)置在齒輪箱內(nèi)的傳動軸267的兩個部段之間且聯(lián)接至該兩個部段。

驅(qū)動渦輪264構(gòu)造為使泵部262旋轉(zhuǎn)，并且泵部262構(gòu)造為使工作流體在工作流體回路202內(nèi)循環(huán)。相應(yīng)地，渦輪泵260的泵部262可以設(shè)置在工作流體回路202的高壓側(cè)與低壓側(cè)之間。泵部262上的泵進(jìn)口大體上設(shè)置在低壓側(cè)上，并且泵部262上的泵出口大體上設(shè)置在高壓側(cè)上。渦輪泵260的驅(qū)動渦輪264可以流體地聯(lián)接至熱交換器150下游的工作流體回路202，并且渦輪泵260的泵部262流體地聯(lián)接至熱交換器120上游的工作流體回路202，以將加熱后的工作流體提供至渦輪泵260以便使驅(qū)動渦輪264移動或者在其它方面為驅(qū)動渦輪264提供動力。

進(jìn)一步地，在一些實(shí)施例中，泵部262可以包括設(shè)置在其中的并且經(jīng)由壓力釋放線路304聯(lián)接至泄壓閥302的壓力釋放通道300。該泄壓閥302可以經(jīng)由線路306聯(lián)接至工作流體回路的低壓側(cè)。在所示出的實(shí)施例中，線路306在冷凝器274上游的位置處聯(lián)接至低壓側(cè)。然而，應(yīng)注意，在其它實(shí)施例中，線路306可以在任何期望的位置處聯(lián)接至低壓側(cè)，而不限于圖1中示出的位置。

泄壓閥302可以定位在打開位置中、關(guān)閉位置中、或者該打開位置與該關(guān)閉位置之間的一個或多個中間位置中。當(dāng)定位在打開位置中時，泄壓閥302使得能夠經(jīng)由壓力釋放通道300釋放來自泵部262的壓力。該壓力經(jīng)由線路306排放至工作流體回路的低壓側(cè)。然而，當(dāng)泄壓閥302定位在關(guān)閉位置中時，來自泵部262的壓力大體上維持在泵部262中并且不排放至低壓側(cè)。這樣，壓力釋放通道300和泄壓閥302可以使得能夠通過選擇性地控制泄壓閥302的位置（例如，經(jīng)由位于過程控制系統(tǒng)204中的控制回路）來選擇性地滲出或者排放來自泵部262的壓力。

通過使得能夠經(jīng)由壓力釋放通道300和泄壓閥302來選擇性地釋放壓力，當(dāng)前公開的實(shí)施例可以使得能夠減小或者消除由泵部262生成的推力負(fù)載。進(jìn)一步地，某些實(shí)施例可以使得能夠減小或者消除由泵部262生成的推力負(fù)載與由驅(qū)動渦輪264生成的推力負(fù)載之間的差異。例如，在一些實(shí)施例中，過程控制系統(tǒng)204可以監(jiān)測一個或多個檢測到的壓力以便確定系統(tǒng)中（例如，在泵部262的推力與驅(qū)動渦輪264的推力之間）是否存在推力失衡，以及如果已確定存在失衡，則可以通過控制泄壓閥302的位置經(jīng)由壓力釋放通道300來排放壓力。下文更加詳細(xì)地討論了本文公開的壓力釋放和推力平衡技術(shù)的實(shí)施例的這些和其它特征。

啟動泵280具有泵部282和馬達(dá)驅(qū)動部284。啟動泵280大體上是電動機(jī)動化泵或者機(jī)械機(jī)動化泵，并且可以是變頻從動泵。在操作期間，一旦在工作流體回路202內(nèi)獲取了工作流體的預(yù)定壓力、溫度、和/或流速，就可以斷開、停止、或者關(guān)掉啟動泵280，并且在發(fā)電過程期間可以使用渦輪泵260來使工作流體循環(huán)。工作流體從工作流體回路202的低壓側(cè)進(jìn)入渦輪泵260和啟動泵280中的每一個并且從工作流體回路202的高壓側(cè)離開渦輪泵260和啟動泵280中的每一個。

啟動泵280可以是機(jī)動化泵，諸如，電動機(jī)動化泵、機(jī)械機(jī)動化泵、或者其它類型的泵。通常，啟動泵280可以是變頻機(jī)動化驅(qū)動泵并且包括泵部282和馬達(dá)驅(qū)動部284。啟動泵280的馬達(dá)驅(qū)動部284包括馬達(dá)和驅(qū)動器，該驅(qū)動器包括傳動軸和齒輪。在一些示例中，馬達(dá)驅(qū)動部284具有變頻驅(qū)動器，從而可以通過該驅(qū)動器來調(diào)控馬達(dá)的速度。啟動泵280的泵部282由聯(lián)接至其的馬達(dá)驅(qū)動部284驅(qū)動。泵部282具有進(jìn)口，該進(jìn)口用于接收來自工作流體回路202的低壓側(cè)（諸如，來自冷凝器274和/或工作流體儲存系統(tǒng)290）的工作流體。泵部282具有出口，該出口用于將工作流體釋放到工作流體回路202的高壓側(cè)中。

啟動泵進(jìn)口閥283和啟動泵出口閥285可以用于控制穿過啟動泵180的工作流體流。啟動泵進(jìn)口閥283可以流體地聯(lián)接至啟動泵280的泵部282上游的工作流體回路202的低壓側(cè)，并且可以用于控制進(jìn)入泵部282的進(jìn)口的工作流體的流速。啟動泵出口閥285可以流體地聯(lián)接至啟動泵280的泵部282下游的工作流體回路202的高壓側(cè)，并且可以用于控制離開泵部282的出口的工作流體的流速。

渦輪泵260的驅(qū)動渦輪264由加熱后的工作流體（諸如，從熱交換器150流動的流體）驅(qū)動。驅(qū)動渦輪264通過進(jìn)口流體地聯(lián)接至工作流體回路202的高壓側(cè)，該進(jìn)口構(gòu)造為接收來自工作流體回路202的高壓側(cè)的工作流體，諸如，從熱交換器150流動的流體。驅(qū)動渦輪264通過出口流體地聯(lián)接至工作流體回路202的低壓側(cè)，該出口構(gòu)造為將工作流體釋放至工作流體回路202的低壓側(cè)。

渦輪泵260的泵部262由聯(lián)接至驅(qū)動渦輪264的傳動軸267驅(qū)動。渦輪泵260的泵部262可以通過進(jìn)口流體地聯(lián)接至工作流體回路202的低壓側(cè)，該進(jìn)口構(gòu)造為接收來自工作流體回路202的低壓側(cè)的工作流體。泵部262的進(jìn)口構(gòu)造為接收來自工作流體回路202的低壓側(cè)的工作流體，諸如，來自冷凝器274和/或工作流體儲存系統(tǒng)290的工作流體。同樣，泵部262可以通過出口流體地聯(lián)接至工作流體回路202的高壓側(cè)，該出口構(gòu)造為將工作流體釋放至工作流體回路202的高壓側(cè)中并且使工作流體在工作流體回路202內(nèi)循環(huán)。

在一種構(gòu)造中，使從驅(qū)動渦輪264上的出口釋放出的工作流體返回至換熱器216下游和換熱器218上游的工作流體回路202中。在一個或多個實(shí)施例中，包括管道和閥的渦輪泵260可選地設(shè)置在渦輪泵滑道266上，如在圖1中描繪的。渦輪泵滑道266可以設(shè)置在主要過程滑道212上或者鄰近主要過程滑道212。

驅(qū)動渦輪旁通閥265大體上聯(lián)接在從驅(qū)動渦輪264上的進(jìn)口延伸出去的流體線路和從驅(qū)動渦輪264上的出口延伸出去的流體線路之間并且與所述流體線路流體連通。驅(qū)動渦輪旁通閥265大體上打開為繞開渦輪泵260，同時在用熱機(jī)系統(tǒng)200發(fā)電的初始階段期間使用啟動泵280。一旦在工作流體回路202內(nèi)獲取了工作流體的預(yù)定壓力和溫度，就關(guān)閉驅(qū)動渦輪旁通閥265并且使加熱后的工作流體流過驅(qū)動渦輪264以啟動渦輪泵260。

驅(qū)動渦輪節(jié)流閥263可以聯(lián)接在流體線路之間并且與該流體線路流體連通，該流體線路從熱交換器150延伸至渦輪泵260的驅(qū)動渦輪264上的進(jìn)口。驅(qū)動渦輪節(jié)流閥263構(gòu)造為調(diào)整流到驅(qū)動渦輪264中的加熱后的工作流體流，該驅(qū)動渦輪264又可以用于調(diào)節(jié)通過工作流體回路202的工作流體流。此外，閥293可以用于為渦輪泵260的驅(qū)動渦輪264提供回壓。

驅(qū)動渦輪恒溫器閥295可以經(jīng)由恒溫器旁通線路291流體地聯(lián)接至工作流體回路202，該恒溫器旁通線路291設(shè)置在渦輪泵260的泵部262上的出口與驅(qū)動渦輪264上的進(jìn)口之間、以及/或者設(shè)置在啟動泵280的泵部282上的出口與驅(qū)動渦輪264上的進(jìn)口之間。恒溫器旁通線路291和驅(qū)動渦輪恒溫器閥295可以構(gòu)造為：諸如在渦輪泵260的預(yù)熱或者冷卻步驟中，使工作流體從泵部262或者282流動、圍繞換熱器218和熱交換器150以避開該部件、并且流到驅(qū)動渦輪264。恒溫器旁通線路291和驅(qū)動渦輪恒溫器閥295可以用于：使用驅(qū)動渦輪264來加溫工作流體，同時經(jīng)由熱交換器（諸如，熱交換器150）來避開來自熱源流110的熱量。

在另一個實(shí)施例中，圖1中描繪的熱機(jī)系統(tǒng)200具有兩對渦輪恒溫器線路和閥，以便使每對恒溫器線路和閥流體地聯(lián)接至工作流體回路202并且設(shè)置在相應(yīng)渦輪進(jìn)口（諸如，驅(qū)動渦輪進(jìn)口和動力渦輪進(jìn)口）的上游。動力渦輪恒溫器線路211和動力渦輪恒溫器閥223流體地聯(lián)接至工作流體回路202并且設(shè)置在動力渦輪264上的渦輪進(jìn)口的上游。類似地，驅(qū)動渦輪恒溫器線路291和驅(qū)動渦輪恒溫器閥295流體地聯(lián)接至工作流體回路202并且設(shè)置在渦輪泵260上的渦輪進(jìn)口的上游。

動力渦輪恒溫器閥223和驅(qū)動渦輪恒溫器閥295可以在熱機(jī)系統(tǒng)200的啟動和/或關(guān)機(jī)過程期間用于控制工作流體回路202內(nèi)的回壓。同樣，動力渦輪恒溫器閥223和驅(qū)動渦輪恒溫器閥295可以在熱機(jī)系統(tǒng)200的啟動和/或關(guān)機(jī)過程期間用于冷卻來自熱飽和熱交換器（諸如，熱交換器120、130、140和/或150）的工作流體的熱流，該熱飽和熱交換器聯(lián)接至工作流體回路202并且與工作流體回路202熱連通?？梢詫恿u輪恒溫器閥223調(diào)整、調(diào)節(jié)、或者在其它方面控制為管理動力渦輪228的進(jìn)口處（或者其上游）的進(jìn)口溫度t1和/或進(jìn)口壓力，并且冷卻從熱交換器120的出口流動的加熱后的工作流體。類似地，可以將驅(qū)動渦輪恒溫器閥295調(diào)整、調(diào)節(jié)、或者在其它方面控制為管理驅(qū)動渦輪264的進(jìn)口處（或者其上游）的進(jìn)口溫度和/或進(jìn)口壓力，并且冷卻從熱交換器150的出口流動的加熱后的工作流體。

在一些實(shí)施例中，驅(qū)動渦輪恒溫器閥295可以由過程控制系統(tǒng)204調(diào)整、調(diào)節(jié)、或者在其它方面控制以便降低驅(qū)動渦輪264的進(jìn)口溫度，這是通過使穿過恒溫器旁通線路291和驅(qū)動渦輪恒溫器閥295的工作流體的流速增加并且經(jīng)由過程控制系統(tǒng)204來檢測驅(qū)動渦輪264的進(jìn)口溫度的期望值。該期望值通常為驅(qū)動渦輪264的進(jìn)口溫度的預(yù)定閾值或者小于該預(yù)定閾值。在一些示例中，諸如，在渦輪泵260的啟動期間，驅(qū)動渦輪264上游的進(jìn)口溫度的期望值可以為約150℃或者更小。在其它示例中，諸如，在能量轉(zhuǎn)換過程期間，驅(qū)動渦輪264上游的進(jìn)口溫度可以為約170℃或者更小，諸如，約168℃或者更小。如果進(jìn)口溫度為約168℃或者更大，則驅(qū)動渦輪264和/或其中的部件可能被損壞。

在一些實(shí)施例中，工作流體可以流過恒溫器旁通線路291和驅(qū)動渦輪恒溫器閥295以便繞開熱交換器150。該工作流體流可以由節(jié)流閥263調(diào)節(jié)以便控制驅(qū)動渦輪264的進(jìn)口溫度。在渦輪泵260的啟動期間，驅(qū)動渦輪264上游的進(jìn)口溫度的期望值可以為約150℃或者更小。當(dāng)功率增加時，驅(qū)動渦輪264上游的進(jìn)口溫度可以升高，以便通過減小通過恒溫器旁通閥291的流來優(yōu)化循環(huán)周期和可操作性。在全功率下，驅(qū)動渦輪264上游的進(jìn)口溫度可以為約340℃或者更大，并且繞開熱交換器150通過恒溫器旁通線路291的工作流體流停止，諸如，在一些示例中，接近約0kg/s。同樣，當(dāng)工作流體流可以取決于功率級而在約0kg/s至約32kg/s的范圍內(nèi)時，壓力可以在約14mpa至約23.4mpa的范圍內(nèi)。

控制閥261可以設(shè)置在渦輪泵260的泵部262的出口的下游，并且控制閥281可以設(shè)置在啟動泵280的泵部282的出口的下游?？刂崎y261和281是流控制安全閥并且大體上用于調(diào)控定向流或者用于抑制工作流體回路202內(nèi)的工作流體的回流?？刂崎y261構(gòu)造為防止工作流體從上游朝著渦輪泵260的泵部262的出口流動或者流到該出口中。類似地，控制閥281構(gòu)造為防止工作流體從上游朝著啟動泵280的泵部282的出口流動并且流到該出口中。

驅(qū)動渦輪節(jié)流閥263流體地聯(lián)接至渦輪泵260的驅(qū)動渦輪264的進(jìn)口上游的工作流體回路202，并且構(gòu)造為控制流到驅(qū)動渦輪264中的工作流體流。動力渦輪旁通閥219流體地聯(lián)接至動力渦輪旁通線路208，并且構(gòu)造為調(diào)整、調(diào)節(jié)、或者在其它方面控制流過動力渦輪旁通線路208的工作流體以便控制進(jìn)入動力渦輪228的工作流體的流速。

動力渦輪旁通線路208在動力渦輪228的進(jìn)口上游的點(diǎn)處和在動力渦輪228的出口下游的點(diǎn)處流體地聯(lián)接至工作流體回路202。動力渦輪旁通線路208構(gòu)造為：當(dāng)動力渦輪旁通閥219處于打開位置中時，使工作流體圍繞且避開動力渦輪228流動?？梢酝ㄟ^將動力渦輪旁通閥219調(diào)節(jié)至打開位置來減小或者停止流到動力渦輪228中的工作流體的流速和壓力。替代地，由于通過動力渦輪旁通線路208形成的回壓，所以可以通過將動力渦輪旁通閥219調(diào)節(jié)至關(guān)閉位置來增加或者啟動流到動力渦輪228中的工作流體的流速和壓力。

動力渦輪旁通閥219和驅(qū)動渦輪節(jié)流閥263可以由過程控制系統(tǒng)204單獨(dú)地控制，該過程控制系統(tǒng)204有線地和/或者無線地與動力渦輪旁通閥219、驅(qū)動渦輪節(jié)流閥263、以及熱機(jī)系統(tǒng)200的其它部分可連通地連接。過程控制系統(tǒng)204在操作上連接至工作流體回路202和質(zhì)量管理系統(tǒng)270，并且使得能夠監(jiān)測和控制熱機(jī)系統(tǒng)200的多個過程操作參數(shù)。

在一個或多個實(shí)施例中，工作流體回路202經(jīng)由啟動泵旁通線路224和啟動泵旁通閥254為啟動泵280提供旁通流路，以及經(jīng)由渦輪泵旁通線路226和渦輪泵旁通閥256為渦輪泵260提供旁通流路。啟動泵旁通線路224的一端流體地聯(lián)接至啟動泵280的泵部282的出口，并且啟動泵旁通線路224的另一端流體地聯(lián)接至流體線路229。類似地，渦輪泵旁通線路226的一端流體地聯(lián)接至渦輪泵260的泵部262的出口，并且渦輪泵旁通線路226的另一端聯(lián)接至啟動泵旁通線路224。在一些構(gòu)造中，啟動泵旁通線路224和渦輪泵旁通線路226合并在一起作為聯(lián)接至流體線路229上游的單個線路。流體線路229在換熱器218與冷凝器274之間延伸并且流體地聯(lián)接至換熱器218和冷凝器274。啟動泵旁通閥254沿著啟動泵旁通線路224設(shè)置，并且當(dāng)處于關(guān)閉位置中時，流體地聯(lián)接在工作流體回路202的低壓側(cè)與高壓側(cè)之間。類似地，渦輪泵旁通閥256沿著渦輪泵旁通線路226設(shè)置，并且當(dāng)處于關(guān)閉位置中時，流體地聯(lián)接在工作流體回路202的低壓側(cè)與高壓側(cè)之間。

圖1進(jìn)一步描繪了動力渦輪節(jié)流閥250，該動力渦輪節(jié)流閥250流體地聯(lián)接至工作流體回路202的高壓側(cè)上的和熱交換器120上游的旁通線路246，如本文所描述的至少一個實(shí)施例所公開的。動力渦輪節(jié)流閥250流體地聯(lián)接至旁通線路246，并且構(gòu)造為調(diào)整、調(diào)節(jié)、或者在其它方面控制流過旁通線路246的工作流體以便控制工作流體回路202內(nèi)的工作流體的大體上粗略的流速。旁通線路246在閥293上游的點(diǎn)處以及在啟動泵280的泵部282和/或渦輪泵260的泵部262的下游的點(diǎn)處流體地聯(lián)接至工作流體回路202。

此外，動力渦輪微調(diào)閥（trimvlave）252流體地聯(lián)接至工作流體回路202的高壓側(cè)上的和熱交換器150上游的旁通線路248，如本文所描述的另一個實(shí)施例所公開的。動力渦輪微調(diào)閥252流體地聯(lián)接至旁通線路248，并且構(gòu)造為調(diào)整、調(diào)節(jié)、或者在其它方面控制流過旁通線路248的工作流體以便控制工作流體回路202內(nèi)的工作流體的精確流速。旁通線路248在動力渦輪節(jié)流閥250上游的點(diǎn)處以及在動力渦輪節(jié)流閥250下游的點(diǎn)處流體地聯(lián)接至旁通線路246。

熱機(jī)系統(tǒng)200進(jìn)一步包括：驅(qū)動渦輪節(jié)流閥263，該驅(qū)動渦輪節(jié)流閥263流體地聯(lián)接至渦輪泵260的驅(qū)動渦輪264的進(jìn)口上游的工作流體回路202并且構(gòu)造為調(diào)整流到驅(qū)動渦輪264中的工作流體流；動力渦輪旁通線路208，該動力渦輪旁通線路208流體地聯(lián)接至動力渦輪228的進(jìn)口上游的工作流體回路202、流體地聯(lián)接至動力渦輪228的出口下游的工作流體回路202，并且構(gòu)造為使工作流體圍繞且避開動力渦輪228流動；動力渦輪旁通閥219，該動力渦輪旁通閥219流體地聯(lián)接至動力渦輪旁通線路208并且構(gòu)造為調(diào)整流過動力渦輪旁通線路208的工作流體流以便控制進(jìn)入動力渦輪228的工作流體的流速；以及過程控制系統(tǒng)204，該過程控制系統(tǒng)204在操作上連接至熱機(jī)系統(tǒng)200，其中，過程控制系統(tǒng)204構(gòu)造為調(diào)節(jié)驅(qū)動渦輪節(jié)流閥263和動力渦輪旁通閥219。

熱交換器旁通線路160通過熱交換器旁通閥162流體地聯(lián)接至熱交換器120、130和/或150上游的工作流體回路202的流體線路131，如在圖1中示出的和在下面更加詳細(xì)地描述的。熱交換器旁通閥162可以是電磁閥、液壓閥、電動閥、手動閥、或者其派生物。在許多示例中，熱交換器旁通閥162是電磁閥并且構(gòu)造為由過程控制系統(tǒng)204控制。然而，無論閥類型如何，閥都可以控制為按照如下方式來引導(dǎo)工作流體：將工作流體的溫度維持在適合于熱機(jī)系統(tǒng)的當(dāng)前操作狀態(tài)的水平。例如，旁通閥可以在啟動期間調(diào)控為控制工作流體流過減少數(shù)量的熱交換器以便實(shí)現(xiàn)如下工作流體溫度：該工作流體溫度低于在引導(dǎo)工作流體通過所有熱交換器時的完全操作狀態(tài)期間可以實(shí)現(xiàn)的工作流體溫度。

在一個或多個實(shí)施例中，工作流體回路202設(shè)置了泄壓閥213a、213b、213c和213d、以及釋放出口214a、214b、214c和214d，該泄壓閥213a、213b、213c和213d、以及該釋放出口214a、214b、214c和214d分別彼此流體連通。通常，泄壓閥213a、213b、213c和213d在發(fā)電過程期間保持關(guān)閉，但可以構(gòu)造為在工作流體內(nèi)的預(yù)定值下自動地打開以便釋放超壓。一旦工作流體流過泄壓閥213a、213b、213c或者213d，工作流體就通過相應(yīng)釋放出口214a、214b、214c或者214d排放。釋放出口214a、214b、214c和214d可以使工作流體穿過到周圍環(huán)境大氣中。替代地，釋放出口214a、214b、214c和214d可以使工作流體穿過到再循環(huán)或者再利用步驟中，該再循環(huán)或者再利用步驟通常包括捕獲、冷凝、以及儲存工作流體。

泄壓閥213a和釋放出口214a在設(shè)置在熱交換器120與動力渦輪228之間的點(diǎn)處流體地聯(lián)接至工作流體回路202。泄壓閥213b和釋放出口214b在設(shè)置在熱交換器150與渦輪泵260的驅(qū)動渦輪264之間的點(diǎn)處流體地聯(lián)接至工作流體回路202。泄壓閥213c和釋放出口214c經(jīng)由旁通線路流體地聯(lián)接至工作流體回路202，該旁通線路從閥293與渦輪泵260的泵部262之間的點(diǎn)延伸至渦輪泵旁通閥256與流體線路229之間的渦輪泵旁通線路226上的點(diǎn)。泄壓閥213d和釋放出口214d在設(shè)置在換熱器218與冷凝器274之間的點(diǎn)處流體地聯(lián)接至工作流體回路202。

作為過程控制系統(tǒng)204的一部分的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)206包括多控制器算法，該多控制器算法用于控制驅(qū)動渦輪節(jié)流閥263、動力渦輪旁通閥219、熱交換器旁通閥162、動力渦輪節(jié)流閥250、動力渦輪微調(diào)閥252、泄壓閥302、以及熱機(jī)系統(tǒng)200內(nèi)的其它閥、泵和傳感器。在一個實(shí)施例中，過程控制系統(tǒng)204能夠使泄壓閥302進(jìn)行移動、對其進(jìn)行調(diào)節(jié)、操縱、或者在其它方面進(jìn)行控制，以便調(diào)節(jié)或者控制與渦輪泵260的操作相關(guān)聯(lián)的推力負(fù)載。通過控制泄壓閥302的位置，過程控制系統(tǒng)204還可操作用于調(diào)控渦輪泵260中存在的壓力曲線。例如，控制系統(tǒng)204可以通過控制泄壓閥302的位置來調(diào)控泵部262中的一個或多個表面上的壓力，從而減小或者防止由于過度推力負(fù)載引起的損壞渦輪泵260的部件的可能性。

在一些實(shí)施例中，過程控制系統(tǒng)204有線地和/或無線地與多組傳感器、閥、以及泵可連通地連接，以便對在工作流體回路202內(nèi)的指定點(diǎn)處測量出的和報(bào)告的溫度、壓力和質(zhì)量流速進(jìn)行處理。響應(yīng)于這些測量出的和/或報(bào)告的參數(shù)，過程控制系統(tǒng)204可以可操作用于根據(jù)控制程序或者算法選擇性地調(diào)節(jié)閥，從而使熱機(jī)系統(tǒng)200的操作最大化。

進(jìn)一步地，在某些實(shí)施例中，過程控制系統(tǒng)204、以及本文公開的任何其它控制器或者處理器可以包括一個或多個非暫時性有形機(jī)器可讀介質(zhì)，諸如，只讀存儲器（rom）、隨機(jī)存取存儲器（ram）、固態(tài)存儲器（例如，快閃存儲器）、軟盤、只讀光盤驅(qū)動器（cd-rom）、硬盤驅(qū)動器、通用串行總線（usb）驅(qū)動器、任何其它計(jì)算機(jī)可讀儲存介質(zhì)、或者其任何組合。儲存介質(zhì)可以儲存可以由過程控制系統(tǒng)204執(zhí)行的編碼指令（諸如，固件），以便操作本文所公開的方法中存在的邏輯或者邏輯的部分。例如，在某些實(shí)施例中，熱機(jī)系統(tǒng)200可以包括計(jì)算機(jī)代碼，該計(jì)算機(jī)代碼設(shè)置在計(jì)算機(jī)可讀儲存介質(zhì)或者包括該計(jì)算機(jī)可讀儲存介質(zhì)的過程控制器上。該計(jì)算機(jī)代碼可以包括指令，該指令用于在檢測到推力負(fù)載失衡時用于發(fā)起控制功能以便更改泄壓閥302的位置，從而將來自泵部262的壓力排放至低壓側(cè)。

在一些實(shí)施例中，過程控制系統(tǒng)204包含嵌入在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)206中的控制算法，該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)206可以包括一個或多個控制回路，并且該控制算法包含管控環(huán)路控制器。該管控環(huán)路控制器大體上用于調(diào)節(jié)貫穿工作流體回路202的值以便控制其中指定點(diǎn)處的工作流體的溫度、壓力、流速和/或質(zhì)量。在一些實(shí)施例中，管控環(huán)路控制器可以構(gòu)造為：通過調(diào)整、調(diào)節(jié)、或者在其它方面控制驅(qū)動渦輪恒溫器閥295和驅(qū)動渦輪節(jié)流閥263來維持進(jìn)口溫度和進(jìn)口壓力的期望閾值。在其它實(shí)施例中，管控環(huán)路控制器可以構(gòu)造為：通過調(diào)整、調(diào)節(jié)、或者在其它方面控制動力渦輪恒溫器閥223和動力渦輪節(jié)流閥250來維持進(jìn)口溫度的期望閾值。

過程控制系統(tǒng)204可以在多組傳感器的幫助下半被動地與熱機(jī)系統(tǒng)200一起操作。第一組傳感器可以布置在渦輪泵260和啟動泵280的抽吸進(jìn)口處或者鄰近該抽吸進(jìn)口，并且第二組傳感器可以布置在渦輪泵260和啟動泵280的出口處或者鄰近該出口。第一組傳感器和第二組傳感器監(jiān)測并且報(bào)告鄰近渦輪泵260和啟動泵280的工作流體回路202的低壓側(cè)和高壓側(cè)內(nèi)的工作流體的壓力、溫度、質(zhì)量流速、或者其它性質(zhì)。第三組傳感器可以布置在工作流體儲存系統(tǒng)290的工作流體儲存容器292內(nèi)部或者鄰近該工作流體儲存容器292以便測量并且報(bào)告工作流體儲存容器292內(nèi)的工作流體的壓力、溫度、質(zhì)量流速、或者其它性質(zhì)。此外，儀表空氣供應(yīng)（未示出）可以聯(lián)接至熱機(jī)系統(tǒng)200內(nèi)的傳感器、裝置、或者其它儀表，熱機(jī)系統(tǒng)200包括可以使用氣體供應(yīng)（諸如，氮?dú)饣蛘呖諝猓┑馁|(zhì)量管理系統(tǒng)270和/或其它系統(tǒng)部件。

在一些實(shí)施例中，當(dāng)工作流體包含超臨界二氧化碳時，熱機(jī)系統(tǒng)200的總效率和最終生成的功率量可以受到泵處的進(jìn)口或者抽吸壓力的影響。為了使泵的抽吸壓力最小化或者在其它方面對其進(jìn)行調(diào)控，熱機(jī)系統(tǒng)200可以包含質(zhì)量管理系統(tǒng)（“mms”）270的使用。質(zhì)量管理系統(tǒng)270通過如下方式來控制啟動泵280的進(jìn)口壓力：通過在工作流體回路202中的關(guān)鍵位置（諸如，貫穿熱機(jī)系統(tǒng)200的接入點(diǎn)、進(jìn)口/出口、閥、或者導(dǎo)管）處調(diào)控進(jìn)入和/或離開熱機(jī)系統(tǒng)200的工作流體的量。因此，通過使啟動泵280與最大可能程度的壓力比增加，熱機(jī)系統(tǒng)200會變得更有效率。

質(zhì)量管理系統(tǒng)270包括至少一個容器或者箱，諸如，儲存容器（例如，工作流體儲存容器292）、填裝容器、和/或質(zhì)量控制箱（例如，質(zhì)量控制箱286），該至少一個容器或者箱經(jīng)由一個或多個閥（諸如，閥287）流體地聯(lián)接至工作流體回路202的低壓側(cè)。該閥是可移動的——如可以部分地打開、完全打開、以及/或者關(guān)閉——以便從工作流體回路202移除工作流體或者向工作流體回路202添加工作流體。質(zhì)量管理系統(tǒng)270的示例性實(shí)施例及其大量變型在美國申請第13/278,705號中找到，該美國申請第13/278,705號是于2011年10月21日提交的，公開為美國公開第2012-0047892號，并且授權(quán)為美國專利第8,613,195號，其內(nèi)容以引用的方式并入本文，到與本公開一致的程度。然而，簡單地說，質(zhì)量管理系統(tǒng)270可以包括多個閥和/或連接點(diǎn)，每個閥和/或連接點(diǎn)與質(zhì)量控制箱286流體連通。閥可以以端點(diǎn)為特點(diǎn)，質(zhì)量管理系統(tǒng)270在該端點(diǎn)處在操作上連接至熱機(jī)系統(tǒng)200。該連接點(diǎn)和閥可以構(gòu)造為：為質(zhì)量管理系統(tǒng)270提供出口以排出過度工作流體或者壓力，或者從外源（諸如，流體填裝系統(tǒng)）為質(zhì)量管理系統(tǒng)270提供附加/補(bǔ)充工作流體。

在一些實(shí)施例中，質(zhì)量控制箱286可以構(gòu)造為局部儲存箱以儲存附加/補(bǔ)充工作流體，當(dāng)需要時，可以將該附加/補(bǔ)充工作流體添加至熱機(jī)系統(tǒng)200以便調(diào)控工作流體回路202內(nèi)的工作流體的壓力或者溫度、或者在其它方面補(bǔ)充逃逸的工作流體。通過控制閥，質(zhì)量管理系統(tǒng)270在需要或者不需要泵的情況下向熱機(jī)系統(tǒng)200添加和/或從熱機(jī)系統(tǒng)200移除工作流體，從而降低系統(tǒng)成本、減少復(fù)雜性和維護(hù)。

在一些實(shí)施例中，工作流體儲存容器292是工作流體儲存系統(tǒng)290的一部分并且流體地聯(lián)接至工作流體回路202。至少一個連接點(diǎn)（諸如，工作流體進(jìn)給點(diǎn)288）可以是用于工作流體儲存系統(tǒng)290的工作流體儲存容器292和/或質(zhì)量管理系統(tǒng)270的流體填裝孔。附加或者補(bǔ)充工作流體可以從外源（諸如，流體填裝系統(tǒng)）經(jīng)由工作流體進(jìn)給點(diǎn)288添加至質(zhì)量管理系統(tǒng)270。示例性流體填裝系統(tǒng)在美國專利第8,281,593號中進(jìn)行了描述和示出，其內(nèi)容以引用的方式并入本文，到與本公開一致的程度。

在本文描述的另一個實(shí)施例中，可以將軸承氣體（bearinggas）和密封氣體供應(yīng)至渦輪泵260或者熱機(jī)系統(tǒng)200內(nèi)包含的和/或與熱機(jī)系統(tǒng)200一起使用的其它裝置?？梢詮墓ぷ髁黧w回路202內(nèi)的工作流體獲得一股或多股軸承氣體和/或密封氣體流，并且該一股或多股軸承氣體和/或密封氣體流包含處于氣態(tài)、次臨界狀態(tài)、或者超臨界狀態(tài)下的二氧化碳。

在一些示例中，啟動泵280使軸承氣體和/或流體從軸承氣體供應(yīng)296a和/或軸承氣體供應(yīng)296b流出，流到工作流體回路202中，流過軸承氣體供應(yīng)線路（未示出），并且流到發(fā)電系統(tǒng)220內(nèi)的軸承。在其它示例中，啟動泵280使軸承氣體和/或流體從軸承氣體供應(yīng)296a和/或軸承氣體供應(yīng)296b流出，從工作流體回路202流出，流過軸承氣體供應(yīng)線路（未示出），并且流到渦輪泵260內(nèi)的軸承。氣體回流298可以是進(jìn)給到氣體系統(tǒng)（諸如，軸承氣體、干燥氣體、密封氣體、或者其它系統(tǒng)）中的連接點(diǎn)或者閥。

至少一個氣體回流294大體上聯(lián)接至軸承氣體、密封氣體、以及其它氣體的排放處、再捕獲處、或者回流處。氣體回流294將進(jìn)給流提供到再循環(huán)的、再捕獲的、或者在其它方面回流的氣體——大體上從工作流體獲得——的工作流體回路202中。氣體回流294大體上流體地聯(lián)接至冷凝器274上游的和換熱器218下游的工作流體回路202。

在另一個實(shí)施例中，軸承氣體供應(yīng)源141通過軸承氣體供應(yīng)線路142流體地聯(lián)接至渦輪泵260的軸承殼體268。流到軸承殼體268中的軸承氣體或者其它氣體流可以經(jīng)由軸承氣體供應(yīng)閥144來控制，該軸承氣體供應(yīng)閥144在操作上聯(lián)接至軸承氣體供應(yīng)線路142并且由過程控制系統(tǒng)204控制。軸承氣體或者其它氣體大體上從軸承氣體供應(yīng)源141流出，流過渦輪泵260的軸承殼體268，并且流到軸承氣體再捕獲148。軸承氣體再捕獲148通過軸承氣體再捕獲線路146流體地聯(lián)接至軸承殼體268。從軸承殼體268流出并且流到軸承氣體再捕獲148中的軸承氣體或者其它氣體流可以經(jīng)由軸承氣體再捕獲閥147來控制，該軸承氣體再捕獲閥147在操作上聯(lián)接至軸承氣體再捕獲線路146并且由過程控制系統(tǒng)204控制。

在一個或多個實(shí)施例中，工作流體儲存容器292可以經(jīng)由熱機(jī)系統(tǒng)200內(nèi)的工作流體回路202流體地聯(lián)接至啟動泵280。工作流體儲存容器292和工作流體回路202包含工作流體（例如，二氧化碳）并且工作流體回路202流體地具有高壓側(cè)和低壓側(cè)。

熱機(jī)系統(tǒng)200進(jìn)一步包括軸承殼體、外殼、或者其它腔室，諸如，軸承殼體238和268，該軸承殼體238和268分別流體地聯(lián)接至發(fā)電系統(tǒng)220和渦輪泵260內(nèi)的軸承以及/或者大體上圍繞或者圍住該軸承。在一個實(shí)施例中，渦輪泵260包括驅(qū)動渦輪264、泵部262、以及軸承殼體268，該軸承殼體268流體地聯(lián)接至軸承以及/或者大體上圍繞或者圍住該軸承。渦輪泵260進(jìn)一步可以包括齒輪箱和/或傳動軸267，該傳動軸267聯(lián)接在驅(qū)動渦輪264與泵部262之間。在另一個實(shí)施例中，發(fā)電系統(tǒng)220包括動力渦輪228、動力發(fā)電機(jī)240、以及大體上圍繞或者圍住軸承的軸承殼體238。發(fā)電系統(tǒng)220進(jìn)一步包括齒輪箱232和傳動軸230，該傳動軸230聯(lián)接在動力渦輪228與動力發(fā)電機(jī)240之間。

軸承殼體238或者268的示例性結(jié)構(gòu)可以完全或者大體上圍繞或者圍住軸承、以及渦輪、發(fā)電機(jī)、泵、傳動軸、齒輪箱、或者示出的或者未示出的用于熱機(jī)系統(tǒng)200的其它部件中的所有或者部分。軸承殼體238或者268可以完全地或者部分地包括結(jié)構(gòu)、腔室、外殼、殼體，諸如，渦輪殼體、發(fā)電機(jī)殼體、傳動軸殼體、包括軸承的傳動軸、齒輪箱殼體、其派生物、或者其組合。圖1和圖2描繪了軸承殼體268，該軸承殼體268流體地聯(lián)接至和/或包括渦輪泵260的驅(qū)動渦輪264、泵部262、以及傳動軸267中的所有或者一部分。在其它示例中，驅(qū)動渦輪264的殼體和泵部262的殼體可以獨(dú)立地聯(lián)接至軸承殼體268的各部分以及/或者形成軸承殼體268的各部分。類似地，軸承殼體238可以流體地聯(lián)接至和/或包含發(fā)電系統(tǒng)220的動力渦輪228、動力發(fā)電機(jī)240、傳動軸230、以及齒輪箱232中的所有或者一部分。在一些示例中，動力渦輪228的殼體聯(lián)接至軸承殼體238的一部分并且/或者形成軸承殼體238的一部分。

在本文公開的一個或多個實(shí)施例中，圖1中描繪的熱機(jī)系統(tǒng)200構(gòu)造為：在啟動過程期間，監(jiān)測工作流體回路202的低壓側(cè)內(nèi)的工作流體并且將該工作流體維持在超臨界狀態(tài)下?？梢酝ㄟ^如下方式將工作流體維持在超臨界狀態(tài)下：經(jīng)由過程控制系統(tǒng)204來調(diào)節(jié)或者在其它方面控制渦輪泵260的泵部262上的進(jìn)口上游的泵抽吸壓力，該過程控制系統(tǒng)204在操作上連接至工作流體回路202。

過程控制系統(tǒng)204可以用于在啟動過程期間將泵抽吸壓力維持、調(diào)節(jié)、或者在其它方面控制在工作流體的臨界壓力下或者大于該臨界壓力。在工作流體回路202的低壓側(cè)內(nèi)，可以使工作流體保持在液體類或者超臨界狀態(tài)下，并且沒有或者大體上沒有氣態(tài)。因此，包括渦輪泵260和/或啟動泵280的泵系統(tǒng)可以避免在相應(yīng)泵部262和282內(nèi)的泵空穴現(xiàn)象。

在一些實(shí)施例中，可以在熱機(jī)系統(tǒng)200的工作流體回路202中循環(huán)的、流動的、或者在其它方面使用的工作流體的類型包括：碳氧化物、烴類、醇類、酮類、鹵代烴、氨、胺類、含水物、或者其組合。熱機(jī)系統(tǒng)200中使用的示例性工作流體包括：二氧化碳、氨氣、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯、丙烯、丁烯、乙炔、甲醇、乙醇、丙酮、甲乙酮、水、其派生物、或者其混合物。鹵代烴可以包括：氫氯氟烴（hcfc）、氫氟烴（hfc）（例如，1,1,1,3,3-五氟丙烷（r245fa））、碳氟化合物、其派生物、或者其混合物。

在本文描述的許多實(shí)施例中，在熱機(jī)系統(tǒng)200的工作流體回路202（或者在本文公開的其它示例性回路）中循環(huán)的、流動的、或者在其它方面使用的工作流體可以是或者可以包含二氧化碳（co2）和包含二氧化碳的混合物。通常，工作流體回路202的至少一部分包括處于超臨界狀態(tài)下的工作流體（例如，sc-co2）。由于二氧化碳具有無毒和不易燃燒的性質(zhì)并且還容易得到且相當(dāng)便宜，所以與通常用作工作流體的其它化合物相比，將二氧化碳用作工作流體或者在工作流體中包括二氧化碳以進(jìn)行發(fā)電循環(huán)具有許多優(yōu)點(diǎn)。這部分地是由于二氧化碳的相當(dāng)高的工作壓力，二氧化碳系統(tǒng)可以比使用其它工作流體的系統(tǒng)緊湊得多。二氧化碳比其它工作流體具有更高的密度和容積熱容量，這使得二氧化碳更加的“能量密集”，這意味著所有系統(tǒng)部件的大小都可以在不損失性能的情況下大大地減小。應(yīng)注意，術(shù)語二氧化碳（co2）、超臨界二氧化碳（sc-co2）、或者次臨界二氧化碳（sub-co2）的使用不意在限制于任何特定類型、源、純度、或者等級的二氧化碳。例如，在不背離本公開的范圍的情況下，可以在工作流體中包括工業(yè)等級的二氧化碳以及/或者將工業(yè)等級的二氧化碳用作工作流體。

在其它示例性實(shí)施例中，工作流體回路202中的工作流體可以是二元、三元、或者其它工作流體共混物。工作流體共混物或者組合物可以是針對熱量回收系統(tǒng)內(nèi)的流體組合物所擁有的獨(dú)特屬性來進(jìn)行選擇，如本文所描述的。例如，一種這種流體組合物包括液體吸收劑和二氧化碳混合物，使得能夠在比壓縮二氧化碳所需要的能量輸入更少的能量輸入的情況下在液態(tài)下將組合的流體泵送至高壓。在另一個示例性實(shí)施例中，工作流體可以是超臨界二氧化碳（sc-co2）、次臨界二氧化碳（sub-co2）、以及/或者一種或多種其它混溶流體或者化合物的組合。在其它示例性實(shí)施例中，在不背離本公開的范圍的情況下，工作流體可以是二氧化碳和丙烷、或者二氧化碳和氨的組合物。

工作流體回路202通常具有高壓側(cè)、低壓側(cè)、以及在工作流體回路202內(nèi)循環(huán)的工作流體。術(shù)語“工作流體”的使用不意在限制工作流體的物質(zhì)的狀態(tài)或者相。例如，在熱機(jī)系統(tǒng)200或者熱力學(xué)循環(huán)內(nèi)的任何一個或多個點(diǎn)處，工作流體或者工作流體的一部分可以處于流體相、氣相、超臨界狀態(tài)、次臨界狀態(tài)、或者任何其它相或者狀態(tài)下。在一個或多個實(shí)施例中，工作流體在熱機(jī)系統(tǒng)200的工作流體回路202的某些部分上（例如，高壓側(cè)）處于超臨界狀態(tài)下，并且在熱機(jī)系統(tǒng)200的工作流體回路202的其它部分上（例如，低壓側(cè)）處于次臨界狀態(tài)下。

在其它實(shí)施例中，整個熱力學(xué)循環(huán)可以操作為使得在熱機(jī)系統(tǒng)200的整個工作流體回路202上將工作流體維持在超臨界狀態(tài)下或者次臨界狀態(tài)下。在不同的操作階段期間，熱機(jī)系統(tǒng)200的工作流體回路202的高壓側(cè)和低壓側(cè)可以包含處于超臨界和/或次臨界狀態(tài)下的工作流體。例如，工作流體回路202的高壓側(cè)和低壓側(cè)在啟動過程期間均可以包括處于超臨界狀態(tài)下的工作流體。然而，一旦系統(tǒng)進(jìn)行同步、負(fù)載上升、以及/或者完全負(fù)載，工作流體回路202的高壓側(cè)就可以使工作流體保持在超臨界狀態(tài)下，而工作流體回路202的低壓側(cè)則可以調(diào)節(jié)為包含處于次臨界狀態(tài)或者其它液體類狀態(tài)下的工作流體。

通常，工作流體回路202的高壓側(cè)包含處于約15mpa或者更大的壓力下的工作流體（例如，sc-co2），諸如，約17mpa或者更大、或者約20mpa或者更大。在一些示例中，工作流體回路202的高壓側(cè)可以具有在約15mpa至約30mpa的范圍內(nèi)的壓力，更加狹窄地在約16mpa至約26mpa的范圍內(nèi)，并且更加狹窄地在約17mpa至約25mpa的范圍內(nèi)，并且更加狹窄地在約17mpa至約24mpa的范圍內(nèi)，諸如，約23.3mpa。在其它示例中，工作流體回路202的高壓側(cè)可以具有在約20mpa至約30mpa的范圍內(nèi)的壓力，更加狹窄地在約21mpa至約25mpa的范圍內(nèi)，并且更加狹窄地在約22mpa至約24mpa的范圍內(nèi)，諸如，約23mpa。

工作流體回路202的低壓側(cè)包含在小于15mpa的壓力下的工作流體（例如，co2或者sub-co2），諸如，約12mpa或者更小、或者約10mpa或者更小。在一些示例中，工作流體回路202的低壓側(cè)可以具有在約4mpa至約14mpa的范圍內(nèi)的壓力，更加狹窄地在約6mpa至約13mpa的范圍內(nèi)，更加狹窄地在約8mpa至約12mpa的范圍內(nèi)，并且更加狹窄地在約10mpa至約11mpa的范圍內(nèi)，諸如，約10.3mpa。在其它示例中，工作流體回路202的低壓側(cè)可以具有在約2mpa至約10mpa的范圍內(nèi)的壓力，更加狹窄地在約4mpa至約8mpa的范圍內(nèi)，并且更加狹窄地在約5mpa至約7mpa的范圍內(nèi)，諸如，約6mpa。

在一些示例中，工作流體回路202的高壓側(cè)可以具有在約17mpa至約23.5mpa的范圍內(nèi)的壓力，更加狹窄地在約23mpa至約23.3mpa的范圍內(nèi)，而工作流體回路202的低壓側(cè)可以具有在約8mpa至約11mpa的范圍內(nèi)的壓力，并且更加狹窄地在約10.3mpa至約11mpa的范圍內(nèi)。

大體上參照圖1，熱機(jī)系統(tǒng)200包括動力渦輪228，該動力渦輪228設(shè)置在工作流體回路202的高壓側(cè)與低壓側(cè)之間，設(shè)置在熱交換器120的下游，并且流體地聯(lián)接至工作流體且與工作流體熱連通。動力渦輪228構(gòu)造為將工作流體中的壓力下降轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，從而將工作流體的吸收熱能轉(zhuǎn)化為動力渦輪228的機(jī)械能。因此，動力渦輪228是擴(kuò)張裝置，該擴(kuò)張裝置能夠?qū)⒓訅毫黧w轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，將高溫和高壓流體轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，諸如，使軸（例如，傳動軸230）旋轉(zhuǎn)。

動力渦輪228可以包括或者可以是渦輪、渦輪增壓器、擴(kuò)張器、或者用于接收熱交換器120排放的工作流體且使該工作流體擴(kuò)張的另一種裝置。動力渦輪228可以具有軸向構(gòu)造或者徑向構(gòu)件并且可以是單級裝置或者多級裝置?？梢杂迷趧恿u輪228中的示例性渦輪裝置包括：擴(kuò)張裝置、geroler、內(nèi)齒輪油泵（gerotor）、閥、其它類型的正位移裝置，諸如，壓力轉(zhuǎn)變器、渦輪、渦輪增壓器、或者能夠?qū)⒐ぷ髁黧w中的壓力或者壓力/焓降轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的任何其它裝置。多種擴(kuò)張裝置能夠在發(fā)明性系統(tǒng)內(nèi)工作并且實(shí)現(xiàn)不同的性能屬性，該不同的性能屬性可以用作動力渦輪228。

動力渦輪228大體上通過傳動軸230聯(lián)接至動力發(fā)電機(jī)240。齒輪箱232大體上設(shè)置在動力渦輪228與動力發(fā)電機(jī)240之間并且鄰近或者圍繞傳動軸230。傳動軸230可以是單個件或者可以包括聯(lián)接在一起的兩個或者更多個件。在一個示例中，如在圖2中描繪的，傳動軸230的第一部段從動力渦輪228延伸至齒輪箱232，傳動軸230的第二部段從齒輪箱232延伸至動力發(fā)電機(jī)240，并且多個齒輪設(shè)置在齒輪箱232內(nèi)的傳動軸230的兩個部段之間且聯(lián)接至該兩個部段。

在一些構(gòu)造中，熱機(jī)系統(tǒng)200還提供成將工作流體的一部分、密封氣體、軸承氣體、空氣、或者其它氣體遞送到腔室或者殼體中，諸如，發(fā)電系統(tǒng)220內(nèi)的殼體238，目的在于冷卻動力渦輪228的一個或多個部分。在其它構(gòu)造中，傳動軸230包括密封組件（未示出），該密封組件設(shè)計(jì)為防止或者捕獲從動力渦輪228泄漏出的任何工作流體。此外，工作流體再循環(huán)系統(tǒng)可以與密封組件一起實(shí)施，以便將密封氣體再循環(huán)回到熱機(jī)系統(tǒng)200的工作流體回路202中。

動力發(fā)電機(jī)240可以是發(fā)電機(jī)、交流發(fā)電機(jī)（例如，永磁交流發(fā)電機(jī)）、或者用于生成電能的其它裝置，諸如，將來自傳動軸230和動力渦輪228的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。電力出口242可以電氣地聯(lián)接至動力發(fā)電機(jī)240并且構(gòu)造為將來自動力發(fā)電機(jī)240的生成電能傳遞至電網(wǎng)244。電網(wǎng)244可以是或者包括電網(wǎng)、電氣總線（例如，電廠總線）、電力電子裝置、其它電路、或者其組合。電網(wǎng)244大體上包括至少一個交流電總線、交流電網(wǎng)、交流電路、或者其組合。在一個示例中，動力發(fā)電機(jī)240是發(fā)電機(jī)并且經(jīng)由電力出口242電氣地且在操作上連接至電網(wǎng)244。在另一個示例中，動力發(fā)電機(jī)240是交流發(fā)電機(jī)并且經(jīng)由電力出口242電氣地且在操作上連接至電力電子裝置（未示出）。在另一個示例中，動力發(fā)電機(jī)240電氣地連接至電力電子裝置，該電力電子裝置電氣地連接至電力出口242。

電力電子裝置可以構(gòu)造為：通過修改諸如電壓、電流、或者頻率等電氣性質(zhì)，將電功率轉(zhuǎn)換為期望形式的電力。電力電子裝置可以包括：變流器或者整流器、換流器、變壓器、穩(wěn)壓器、控制器、開關(guān)、電阻器、儲存裝置、以及其它電力電子部件和裝置。在其它實(shí)施例中，電力發(fā)電器240可以包含其它類型的負(fù)載接收設(shè)備、可以與該其它類型的負(fù)載接收設(shè)備聯(lián)接、或者可以是該其它類型的負(fù)載接收設(shè)備，諸如，其它類型的發(fā)電設(shè)備、旋轉(zhuǎn)設(shè)備、齒輪箱（例如，齒輪箱232）、或者構(gòu)造為修改或者轉(zhuǎn)換動力渦輪228引起的軸向功的其它裝置。在一個實(shí)施例中，動力發(fā)電機(jī)240與冷卻環(huán)路流體連通，該冷卻環(huán)路具有散熱器和泵，該泵用于使冷卻流體循環(huán)，諸如，水、熱油、以及/或者其它合適的制冷劑。冷卻環(huán)路可以構(gòu)造為：通過使冷卻流體循環(huán)以引開所生成的熱量來調(diào)控動力發(fā)電機(jī)240和電力電子裝置的溫度。

熱機(jī)系統(tǒng)200還提供用于將工作流體的一部分遞送到動力渦輪228的腔室或者殼體中，目的在于冷卻動力渦輪228的一個或多個部分。在一個實(shí)施例中，由于動力發(fā)電機(jī)240內(nèi)對于動態(tài)壓力平衡的潛在需要，所以在熱機(jī)系統(tǒng)200內(nèi)選擇用于獲取工作流體的一部分的地點(diǎn)是很關(guān)鍵的，這是因?yàn)閷⒐ぷ髁黧w的該部分引入到動力發(fā)電機(jī)240中在操作期間應(yīng)該遵循或者不會擾亂動力發(fā)電機(jī)240的壓力平衡和穩(wěn)定性。因此，遞送到動力發(fā)電機(jī)240中以進(jìn)行冷卻的工作流體的壓力與動力渦輪228的進(jìn)口處的工作流體的壓力相同或者大體上相同。工作流體的條件設(shè)置為：在引入到動力渦輪228中之前，處于期望溫度和壓力下。工作流體的一部分（諸如，用過的工作流體）在動力渦輪228的出口處離開動力渦輪228并且引導(dǎo)至一個或多個熱交換器或者換熱器，諸如，換熱器216和218。換熱器216和218可以彼此串聯(lián)地流體地聯(lián)接至工作流體回路202。換熱器216和218可操作用于在工作流體回路202的高壓側(cè)和低壓側(cè)之間傳遞熱能。

在一個實(shí)施例中，換熱器216流體地聯(lián)接至工作流體回路202的低壓側(cè)，設(shè)置在動力渦輪228上的工作流體進(jìn)口的下游，并且設(shè)置在換熱器218和/或冷凝器274的上游。換熱器216構(gòu)造為將從動力渦輪228排放出的工作流體的熱能的至少一部分移除。此外，換熱器216還流體地聯(lián)接至工作流體回路202的高壓側(cè)，設(shè)置在熱交換器120和/或動力渦輪228上的工作流體進(jìn)口的上游，并且設(shè)置在熱交換器130的下游。換熱器216構(gòu)造為：在工作流體流到熱交換器120和/或動力渦輪228中之前，使工作流體中的熱能的量增加。因此，換熱器216可操作用于在工作流體回路202的高壓側(cè)與低壓側(cè)之間傳遞熱能。在一些示例中，換熱器216可以是熱交換器，該熱交換器構(gòu)造為：冷卻動力渦輪228排放出的或者其下游的低加壓工作流體，同時加熱進(jìn)入到熱交換器120和/或動力渦輪228中的或者其上游的高加壓工作流體。

類似地，在另一個實(shí)施例中，換熱器218流體地聯(lián)接至工作流體回路202的低壓側(cè)，設(shè)置在動力渦輪228和/或換熱器216上的工作流體進(jìn)口的下游，并且設(shè)置在冷凝器274的上游。換熱器218構(gòu)造為將來自動力渦輪228和/或換熱器216排放出的工作流體的熱能的至少一部分移除。此外，換熱器218還流體地聯(lián)接至工作流體回路202的高壓側(cè)，設(shè)置在熱交換器150和/或渦輪泵260的驅(qū)動渦輪264上的工作流體進(jìn)口的上游，并且設(shè)置在渦輪泵260的泵部262上的工作流體出口的下游。換熱器218構(gòu)造為：在工作流體流到熱交換器150和/或驅(qū)動渦輪264中之前，使工作流體中的熱能的量增加。因此，換熱器218可操作用于在工作流體回路202的高壓側(cè)與低壓側(cè)之間傳遞熱能。在一些示例中，換熱器218可以是熱交換器，該熱交換器構(gòu)造為：冷卻動力渦輪228和/或換熱器216排放出的或者其下游的低加壓工作流體，同時加熱進(jìn)入到熱交換器150和/或驅(qū)動渦輪264中的或者其上游的高加壓工作流體。

冷卻器或者冷凝器274可以流體地聯(lián)接至工作流體回路202的低壓側(cè)且與該低壓側(cè)熱連通，并且可以構(gòu)造為或者可操作用于控制工作流體回路202的低壓側(cè)中的工作流體的溫度。冷凝器274可以設(shè)置在換熱器216和218的下游、以及啟動泵280和渦輪泵260的上游。冷凝器274接收來自換熱器218的冷卻后的工作流體，并且進(jìn)一步冷卻和/或冷凝可以再循環(huán)通過工作流體回路202的工作流體。在許多示例中，冷凝器274是冷卻器，并且可以構(gòu)造為控制工作流體回路202的低壓側(cè)中的工作流體的溫度，這是通過將來自低壓側(cè)中的工作流體的熱能傳遞至冷卻環(huán)路或者工作流體回路202的系統(tǒng)側(cè)。

冷凝器274通常在冷卻環(huán)路或者系統(tǒng)中使用冷卻介質(zhì)或者流體來冷卻工作流體并且移除工作流體回路202外部的熱能。冷卻介質(zhì)或者流體在與冷凝器274熱連通的同時流過冷凝器274、在冷凝器274上流動、或者在冷凝器274周圍流動。工作流體中的熱能經(jīng)由冷凝器274傳遞至冷卻流體。因此，冷卻流體與工作流體回路202熱連通，但不流體地聯(lián)接至工作流體回路202。冷凝器274可以流體地聯(lián)接至工作流體回路202并且獨(dú)立地流體地聯(lián)接至冷卻流體。冷卻流體可以包括一種或多種化合物，并且可以處于一種或者多種物質(zhì)狀態(tài)下。冷卻流體可以是介質(zhì)或者流體，該介質(zhì)或者流體處于氣態(tài)、液態(tài)、次臨界狀態(tài)、超臨界狀態(tài)、懸液、溶液、其派生物、或者其組合物下。

在許多示例中，冷凝器274大體上流體地聯(lián)接至冷卻環(huán)路或者系統(tǒng)（未示出），該冷卻環(huán)路或者系統(tǒng)接收來自冷卻流體回流278a的冷卻流體并且經(jīng)由冷卻流體供應(yīng)278b將加溫后的冷卻流體返回至冷卻環(huán)路或者系統(tǒng)。冷卻流體可以是：水、二氧化碳、或者其它含水和/或有機(jī)流體（例如，乙醇和/或甘醇）、空氣或者其它氣體、或者其多種混合物，該多種混合物維持在低于工作流體的溫度的溫度下。在其它示例中，冷卻介質(zhì)或者流體包含暴露至冷凝器274的空氣或者其它氣體，諸如，由機(jī)動化風(fēng)扇或者鼓風(fēng)機(jī)吹出的空氣蒸汽。過濾器276可以沿著在冷卻流體供應(yīng)278b下游且在冷凝器274上游的點(diǎn)處的冷卻流體線路設(shè)置并且與該冷卻流體線路流體連通。在一些示例中，過濾器276可以流體地聯(lián)接至過程系統(tǒng)210內(nèi)的冷卻流體線路。

現(xiàn)在來看圖2a和圖2b，其中示出的是渦輪泵260的泵部262和驅(qū)動渦輪264的實(shí)施例的截面圖，該渦輪泵260構(gòu)造為經(jīng)由傳動軸267進(jìn)行聯(lián)接。在所示出的實(shí)施例中，驅(qū)動渦輪264包括殼體308以及設(shè)置在殼體308內(nèi)的渦輪葉輪310。進(jìn)一步地，圖2a中示出的渦輪葉輪310圍繞傳動軸267設(shè)置并且包括后側(cè)312。然而，應(yīng)注意，在其它實(shí)施例中，驅(qū)動渦輪264易于發(fā)生特定實(shí)施方式變化并且不限于本文示出的那些驅(qū)動渦輪。

類似地，圖2b中示出的泵部262包括：圍住凹腔337的殼體335、以及圍繞傳動軸267設(shè)置的且具有背面316的葉輪314。在一些實(shí)施方式中，泵部262的葉輪314的背面316可以面朝渦輪葉輪310的后側(cè)312。在操作期間，驅(qū)動渦輪264可以由加熱后的工作流體來提供動力，例如，從熱交換器150下游的點(diǎn)處進(jìn)行提供，并且渦輪葉輪310旋轉(zhuǎn)以生成驅(qū)動泵部262的葉輪314的動力。泵部262的葉輪314的旋轉(zhuǎn)使工作流體循環(huán)通過工作流體回路202。然而，在渦輪葉輪310的后側(cè)312面朝葉輪314（例如，在渦輪增壓器中）的背面316的實(shí)施例中，可以令人期望的是，使渦輪葉輪310生成的推力與葉輪314（或者，在其它實(shí)施方式中為其它壓縮器葉輪）生成的推力平衡，尤其是在使用超臨界二氧化碳的實(shí)施方式中，在該實(shí)施方式中，機(jī)器功率密度、壓力升高，并且旋轉(zhuǎn)速度在操作期間使得標(biāo)準(zhǔn)推力軸承設(shè)計(jì)技術(shù)不可以提供充足的負(fù)載能力。

渦輪泵260中可以存在的高推力負(fù)載可以使得在泵部262和/或渦輪葉輪310上產(chǎn)生壓力，并且系統(tǒng)中存在的壓力可以是渦輪泵260操作的速度的函數(shù)。例如，如在圖2b中示出的，在一些實(shí)施例中，壓力可以展示為沿著葉輪314的前部和后部的梯度318、320和322，并且可以在葉輪314旋轉(zhuǎn)的速度在操作期間增加時導(dǎo)致推力負(fù)載增加。此外，進(jìn)入和離開渦輪泵260的工作流體的動量可以生成增加的軸向負(fù)載。相應(yīng)地，當(dāng)前公開的實(shí)施例可以提供如下系統(tǒng)和方法：該系統(tǒng)和方法能夠使泵部262生成的推力負(fù)載減小、以及/或者使驅(qū)動渦輪264和泵部262生成的推力負(fù)載平衡。例如，在一些實(shí)施例中，泵部262的前側(cè)上存在的壓力與葉輪314的背面316上的壓力相比可以存在重大差異，并且在試圖減小背面316上的壓力以抵消前側(cè)上的壓力時，可能出現(xiàn)困難。因此，某些當(dāng)前公開的實(shí)施例可以使得壓力能夠從靠近葉輪314的背面316的位置處滲出或者釋放。

例如，在一個實(shí)施例中，如在圖3中示出的，壓力釋放通道300可以設(shè)置在葉輪314的背面316處或者接近該背面316。更加具體地，在一個或多個實(shí)施例中，壓力釋放通道300可以設(shè)置在靠近葉輪314的尖端315的背面316處或者接近該背面316。這樣，壓力釋放通道300流體地聯(lián)接至凹腔337，該凹腔337大體上設(shè)置在葉輪314的背面316與殼體335之間。在操作期間，壓力釋放通道300可以用于排放來自凹腔337的壓力，例如，經(jīng)由對泄壓閥302的定位進(jìn)行選擇性的控制，以便減小渦輪泵260在操作期間生成的推力。進(jìn)一步地，在一些實(shí)施例中，壓力釋放通道300可以例如經(jīng)由圖1中示出的線路304和306流體地聯(lián)接至工作流體回路202的低壓側(cè)，目的在于將來自凹腔337的壓力排放至工作流體回路202的低壓側(cè)。然而，在其它實(shí)施例中，壓力釋放通道300可以取決于特定實(shí)施方式考量因素而聯(lián)接至工作流體回路202內(nèi)的任何期望位置或者工作流體回路202的外部。

壓力釋放通道300可以設(shè)置在泵部262中，并且取決于給定的應(yīng)用以多種合適的方式形成。在一些實(shí)施例中，壓力釋放通道300可以例如在制造期間整體地形成在泵部262中，或者可以在使用位置處設(shè)置在泵部262中。例如，在一個實(shí)施例中，可以將壓力釋放通道300鉆孔到泵部262的殼體335中。在其它實(shí)施例中，可以在另一個合適的位置處將壓力釋放通道300鉆孔到泵部262的殼體335中或者在其它方面將其形成在該殼體335中。例如，壓力釋放通道300的位置可以選擇為使得減少或者消除對泄壓閥302的需要。即是說，如果例如在泵部262的測試或者操作之前將壓力釋放通道300進(jìn)行合適地定位，則可以對推力負(fù)載進(jìn)行直接測量，并且在一些實(shí)施例中可以消除對泄壓閥302的需要。

在所示出的實(shí)施例中，壓力釋放通道300靠近由護(hù)圈332包圍的迷宮式（labyrinth）密封件330。在某些實(shí)施例中，迷宮式密封件330可以由比用于形成葉輪314的材料更軟的材料形成。例如，在一個實(shí)施例中，迷宮式密封件330可以由塑料形成。進(jìn)一步地，護(hù)圈332可以由比用于形成迷宮式密封件330的材料更硬的材料形成。這在工作流體是超臨界二氧化碳的實(shí)施例中可以是令人期望的，這是因?yàn)楣ぷ髁黧w可以有研磨作用，從而導(dǎo)致更軟材料的護(hù)圈的磨損更大。在一些實(shí)施例中，附加迷宮式密封件334也可以設(shè)置在葉輪314的鼻部336處或者接近該鼻部336。

在操作期間，當(dāng)葉輪314旋轉(zhuǎn)以將工作流體泵送通過工作流體回路202時，壓力在葉輪314的正面和背面上進(jìn)行積累，并且前表面和后表面上的壓力失衡可以導(dǎo)致軸向負(fù)載。此外，在泵部262的葉輪314與渦輪葉輪310相對的實(shí)施例中，驅(qū)動渦輪264也生成軸向負(fù)載。進(jìn)一步地，當(dāng)葉輪314和/或渦輪葉輪310的速度增加時，所生成的推力負(fù)載也增加。因此，當(dāng)前公開的實(shí)施例可以提供一種方式以經(jīng)由壓力釋放通道300來釋放壓力，以便使所生成的推力負(fù)載的至少一部分平衡。例如，在一個實(shí)施例中，在泵部262內(nèi)生成的推力負(fù)載可以獨(dú)立于驅(qū)動渦輪264達(dá)到平衡（例如，通過使葉輪314的前表面和后表面上的壓力平衡）。然而，在其它實(shí)施例中，可以使整個渦輪泵260（例如，形成渦輪泵260的組件，如上文所討論的）的推力負(fù)載達(dá)到平衡。例如，驅(qū)動渦輪264生成的推力負(fù)載可以與泵部262生成的推力負(fù)載相比達(dá)到平衡。然而，應(yīng)注意，在許多應(yīng)用中，與渦輪機(jī)械裝置相關(guān)聯(lián)的操作可變性可以使得在操作期間大體上難以實(shí)現(xiàn)凈零推力。相應(yīng)地，在某些實(shí)施例中，使推力負(fù)載平衡可以包括：在某一范圍內(nèi)達(dá)到平衡的推力負(fù)載之間維持差異。在該實(shí)施例中，過程控制系統(tǒng)204可以操作用于控制經(jīng)由壓力釋放通道300進(jìn)行的壓力釋放以便使系統(tǒng)中的推力最小化，從而使推力軸承負(fù)載能力最小化并且提高系統(tǒng)效率。

圖4是流程圖，示出了推力平衡方法340的實(shí)施例。在所示出的實(shí)施例中，推力平衡方法340包括：測量泵部的進(jìn)口處的壓力（框342）；測量泵部的出口處的壓力（框344）；以及測量由泵部的殼體限定出的或者由該殼體形成的壓力釋放通道位置處的壓力（框346）。然而，在其它實(shí)施例中，可以測量在多個合適的位置處的任何期望數(shù)量的壓力。例如，可以取決于給定的應(yīng)用以及需要被平衡的推力來在渦輪泵260的進(jìn)口和出口處、以及在泵部262的進(jìn)口和出口處測量壓力。一旦被測量，壓力就可以直接地或者間接地用于使一個或多個推力負(fù)載平衡，并且測量出的值可以作為第一數(shù)據(jù)組、第二數(shù)據(jù)組和第三數(shù)據(jù)組傳達(dá)至過程控制系統(tǒng)204。為此，推力平衡方法340還包括：確定測量出的壓力、或者從該測量出的壓力推導(dǎo)出的一個或多個參數(shù)是否超過一個或多個閾值（框348）。例如，過程控制系統(tǒng)204可以使用測量出的壓力來獲得壓力曲線、或者與系統(tǒng)中的推力負(fù)載相對應(yīng)的其它參數(shù)。進(jìn)一步地，在一些實(shí)施例中，與測量出的或者推導(dǎo)出的值進(jìn)行比較的閾值可以是可允許值的范圍，而不是單個固定值，以便適應(yīng)給定應(yīng)用中的渦輪機(jī)械裝置的操作可變性。

如果測量出的或者推導(dǎo)出的值超過閾值，則實(shí)施推力平衡方法340的過程控制系統(tǒng)204通過如下方式繼續(xù)進(jìn)行：控制閥以便經(jīng)由壓力釋放通道來釋放壓力（框350）。例如，過程控制系統(tǒng)204可以控制泄壓閥302以便經(jīng)由設(shè)置在泵部262中的壓力釋放通道300來將壓力釋放到工作流體回路202的低壓側(cè)中。通過檢查如果推力負(fù)載已經(jīng)達(dá)到平衡，則實(shí)施推力平衡方法340的過程控制系統(tǒng)204繼續(xù)進(jìn)行（框352），并且如果推力負(fù)載還未達(dá)到平衡，則該過程控制系統(tǒng)204繼續(xù)進(jìn)行釋放附加壓力（框350）。在此，再次應(yīng)注意，使推力負(fù)載平衡可以包括：將系統(tǒng)中的推力負(fù)載和/或壓力的差異保持在預(yù)定范圍內(nèi)。

應(yīng)理解，本公開描述了用于實(shí)施本發(fā)明的不同特征、結(jié)構(gòu)或者功能的多個示例性實(shí)施例。本文描述了部件、布置、以及構(gòu)造的示例性實(shí)施例以便精簡本公開，然而，這些示例性實(shí)施例僅僅提供用作示例并且不意在限制本發(fā)明的范圍。此外，本公開可以在多個示例性實(shí)施例中以及在本文提供的附圖中重復(fù)附圖數(shù)字和/或字母。該重復(fù)的目的在于簡化和清楚，并且其本身不會指示在多個附圖中討論的多個示例性實(shí)施例和/或構(gòu)造之間存在關(guān)系。此外，在本公開中，第一特征形成在第二特征上方或者之上可以包括：第一特征和第二特征形成為直接接觸的實(shí)施例，并且還可以包括：可以形成介于第一特征與第二特征間的附加特征從而使第一特征和第二特征可以不直接接觸的實(shí)施例。最后，本文描述的示例性實(shí)施例可以以任何組合方式進(jìn)行組合，即，來自一個示例性實(shí)施例的任何元件都可以在不背離本公開的范圍的情況下用在任何其它示例性實(shí)施例中。

此外，某些術(shù)語在本公開和權(quán)利要求書中用于指特定部件。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解的，多個實(shí)體可以指由不同名稱表示的同一部件，并且由此，用于本文描述的元件的命名慣例不意在限制本發(fā)明的范圍，除非本文另外明確地定義。進(jìn)一步地，本文所使用的命名慣例不意在在名稱不同而功能相同的部件之間進(jìn)行區(qū)別。進(jìn)一步地，在本公開中以及在權(quán)利要求書中，術(shù)語“包含”、“含有”、以及“包括”是以開放式方式進(jìn)行使用，并且應(yīng)理解為意味著“包括，但不限于”。除非另外明確地闡明，本公開中的所有數(shù)值均可以是準(zhǔn)確值或者近似值。相應(yīng)地，在不背離預(yù)期范圍的情況下，本公開的多個實(shí)施例可以與本文公開的數(shù)字、值、以及范圍有偏差。此外，如在權(quán)利要求書或者說明書中使用的，術(shù)語“或者”意在涵蓋排它性情況和包容性情況兩者，即，“a或者b”意在與“a和b中的至少一個”同義，除非本文另外清楚地規(guī)定。

上文概述了多個實(shí)施例的特征，以便使本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更好地理解本公開。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，他們可以容易地將本公開用作基礎(chǔ)來設(shè)計(jì)或者修改其它過程或者結(jié)構(gòu)，以便執(zhí)行與本文引入的實(shí)施例相同的目的和/或?qū)崿F(xiàn)相同的優(yōu)點(diǎn)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員還應(yīng)意識到，這些等效構(gòu)造并不背離本公開的精神和范圍，并且他們可以在不背離本公開的精神和范圍的情況下在本文做出多種改變、替換、以及變型。