CN104612760A - 一种能量回收尾气透平 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种能量回收尾气透平，为轴向或径向进气，径向向上或向下排气，包括底座（1）、进气壳体（2）、一级静叶组件（3）、二级静叶组件（4）、排气机壳（6）、转子（7）、轴承系统（8）以及气封组件（19），其中转子（7）是由主轴（9）、一级轮盘（10）、二级轮盘（11）、一级动叶（12）和二级动叶（13）组成，所述一级轮盘（10）的背向所述主轴（9）的一侧设置前多级串联径向密封（14），所述二级轮盘（11）的面向所述主轴（9）的一侧设置后多级串联径向密封（15），所述前多级串联径向密封（14）与后多级串联径向密封（15）组成复合密封。本发明能确保透平稳定运行，可用于双压法硝酸装置。
Description
技术领域
本发明涉及炼油、化工和冶金装置的能量回收尾气透平，尤其是能够适应高出入口压差的硝酸装置中的硝酸尾气透平。
背景技术
硝酸尾气透平是硝酸装置中的关键设备，目前双压法硝酸尾气透平通常工作压力9～12Bar，入口温度360～400℃，这种透平多数采用多级（3～4级）结构，两端支撑整锻转子，壳体为水平剖分结构。如图1所示，这种尾气透平结构复杂、体积大、重量也较重。
另外一种是高压法硝酸尾气透平，比如中国发明专利CN101906994A所公开的一种高温轴流式尾气透平，如图2所示，其工作压力6～7Bar，入口温度达到500～600℃，这种硝酸尾气透平采用盘轴的机构，结构简单、重量轻、可靠性也高。但是由于高压法硝酸尾气透平适用的入口压力相对于双压法硝酸尾气透平的入口压力要低，适用的出入口差压相对也较小，因此，整个转子的轴向推力依然较小，虽然没有采用平衡盘来平衡轴向推力，转子的轴向推力可以由止推轴承全部承担。但是这种盘轴式结构的轴流式尾气透平并不能适用于出入口压差较高的双压法硝酸装置中。
发明内容
本发明针对上述两种硝酸尾气透平的不足开发了一种新型的盘轴式轴流透平，在一级轮盘前端和二级轮盘后端增设了呈同心圆结构的多级串联径向密封，并通过联通管路，平衡了一半以上的轴向推力，特别适用于双压法硝酸装置中高温、高压并且具有腐蚀性的硝酸尾气的能量回收，并且联通管路平衡轴向推力，能确保透平稳定运行。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种能量回收尾气透平，为轴向或径向进气并且径向向上或向下排气的结构，包括底座1、进气壳体2、一级静叶组件3、二级静叶组件4、过渡衬环5、排气机壳6、转子7、轴承系统8以及气封组件19，底座1位于底部以支承进气壳体2、排气机壳6以及轴承系统8，进气壳体2和排气机壳6之间固定装配过渡衬环5，一级静叶组件3紧固在进气壳体2尾部，二级静叶组件4与排气机壳6固定，气封组件19和排气机壳6连接固定，其中转子7是由主轴9、一级轮盘10、二级轮盘11、一级动叶12和二级动叶13组成，其特征在于：
所述一级轮盘10的前端，即其背向所述主轴9的一侧设置前多级串联径向密封14，所述二级轮盘11的后端，即其面向所述主轴9的一侧设置后多级串联径向密封15，所述前多级串联径向密封14与后多级串联径向密封15组成复合密封。
所述主轴9、一级轮盘10、二级轮盘11之间通过拉杆拉紧固定，所述一级轮盘10和二级轮盘11的轮缘开枞树形叶根槽以装入带枞树形叶根的动叶，其中一级轮盘10装入一级动叶12，二级轮盘11装入二级动叶13，各轮盘和动叶之间通过锁紧销锁紧定位。
所述前多级串联径向密封14与后多级串联径向密封15各由2～6组以轮盘中心为轴心同心的环形密封体组合而成，其中组和成前多级串联径向密封14的环形密封体为前环形密封体，组和成后多级串联径向密封15的环形密封体为后环形密封体；
各组前环形密封体插入所述一级静叶组件3后侧面；
各组后环形密封体插入所述气封组件19前侧面。
各组前环形密封体由前密封环齿14-1、前内密封环片14-2、前外密封环片14-3组成，所述前密封环齿14-1位于所述前内密封环片14-2与所述前外密封环片14-3之间；
各组后环形密封体由后密封环齿15-1、后内密封环片15-2、后外密封环片15-3组成，所述后密封环齿15-1位于所述后内密封环片15-2与所述后外密封环片15-3之间。
所述前密封环齿14-1与一级轮盘10形成一体式结构，所述后密封环齿15-1与二级轮盘11形成一体式结构。
所述前密封环齿14-1与前内密封环片14-2及前外密封环片14-3之间留有的间隙构成前端平衡气流通通道，所述后密封环齿15-1与后内密封环片15-2及后外密封环片15-3之间留有的间隙构成后端平衡气流通通道，所述前端平衡气流通通道与后端平衡气流通通道之间连接管路，管路前端与进气壳体2连接，管路后端与气封组件19连接，所述管路上设有流量孔板20，压力表21和调节阀22。
所述流量孔板20与所述调节阀22相连接以构成平衡气的流量调节，以通过平衡气流量调节来实时控制尾气透平轴向推力。
如图5所示，少量尾气流入前端平衡气流通通道后成为平衡气，平衡气通过高压的一级轮盘10前端由外向内沿径向流动，然后经过流量孔板20和调节阀22后流入二级轮盘11后端，在二级轮盘11后端由内向外沿径向流动，沿后端平衡气流通通道流入尾气通道。
各内密封环片以及外密封环片的材料为高温Ni基合金。所述轮盘材料为耐腐蚀耐高温材料，优选GH2132。
具体而言，本发明的上述部件一般采用如下固定连接方式，底座1采用碳钢组焊结构，用于支承进气壳体2、排气机壳6以及轴承系统8，进气壳体2和排气机壳6之间装配过渡衬环5，过渡衬环5与进气壳体2的配合面以止口定位，螺栓连接固定，过渡衬环5与排气机壳6的配合面以止口定位，螺栓连接固定，一级静叶组件3用螺栓紧固在进气壳体尾部2，二级静叶组件4通过螺栓固定在排气机壳6上，气封组件19用螺栓和排气机壳6连接固定。
本发明所提供的一种能量回收尾气透平，在一级轮盘前端和二级轮盘后端增设了呈同心圆结构的多级串联径向密封，并通过联通管路，平衡了一半以上的轴向推力，能确保透平稳定运行，使盘轴式的能量回收尾气透平可以在双压法硝酸装置中得到实施。
附图说明
图1是现有技术的双压法硝酸尾气透平结构图。
图2是现有技术的高压法硝酸尾气透平结构图。
图3是本发明提供的一种能量回收尾气透平结构图。
图4是图3的局部结构放大图。
图5是本发明提供的一种能量回收尾气透平流程示意图。
附图标记说明：
1：底座、2：进气壳体、3：一级静叶组件、4：二级静叶组件、5：过渡衬环、6：排气机壳、7：转子、8：轴承系统、9：主轴、10：一级轮盘、11：二级轮盘、12：一级动叶、13：二级动叶、14：前多级串联径向密封、14-1：前密封环齿、14-2：前内密封环片、14-3：前外密封环片、15：后多级串联径向密封、15-1：后密封环齿、15-2：后内密封环片、15-3：后外密封环片、19：气封组件、20：流量孔板、21：压力表、22：调节阀。
具体实施方式
下面结合实施例，进一步说明本发明。
实施例1
如图3～5所示的一种能量回收尾气透平的优选实施方式，为轴向或径向进气并且径向向上或向下排气的结构，包括底座1、进气壳体2、一级静叶组件3、二级静叶组件4、过渡衬环5、排气机壳6、转子7、轴承系统8以及气封组件19，底座1位于底部以支承进气壳体2、排气机壳6以及轴承系统8，进气壳体2和排气机壳6之间固定装配过渡衬环5，一级静叶组件3紧固在进气壳体2尾部，二级静叶组件4与排气机壳6固定，气封组件19和排气机壳6连接固定，其中转子7是由主轴9、一级轮盘10、二级轮盘11、一级动叶12和二级动叶13组成，其特征在于：
所述一级轮盘10的前端，即其背向所述主轴9的一侧设置前多级串联径向密封14，所述二级轮盘11的后端，即其面向所述主轴9的一侧设置后多级串联径向密封15，所述前多级串联径向密封14与后多级串联径向密封15组成复合密封。
上述部件一般采用如下固定连接方式，底座1采用碳钢组焊结构，用于支承进气壳体2、排气机壳6以及轴承系统8，进气壳体2和排气机壳6之间装配过渡衬环5，过渡衬环5与进气壳体2的配合面以止口定位，螺栓连接固定，过渡衬环5与排气机壳6的配合面以止口定位，螺栓连接固定，一级静叶组件3用螺栓紧固在进气壳体尾部2，二级静叶组件4通过螺栓固定在排气机壳6上，气封组件19用螺栓和排气机壳6连接固定。
所述主轴9、一级轮盘10、二级轮盘11之间通过拉杆拉紧固定，所述一级轮盘10和二级轮盘11的轮缘开枞树形叶根槽以装入带枞树形叶根的动叶，其中一级轮盘10装入一级动叶12，二级轮盘11装入二级动叶13，各轮盘和动叶之间通过锁紧销锁紧定位。
所述前多级串联径向密封14与后多级串联径向密封15各由2～6组以轮盘中心为轴心同心的环形密封体组合而成，其中组和成前多级串联径向密封14的环形密封体为前环形密封体，组和成后多级串联径向密封15的环形密封体为后环形密封体；
各组前环形密封体插入所述一级静叶组件3后侧面；
各组后环形密封体插入所述气封组件19前侧面。
各组前环形密封体由前密封环齿14-1、前内密封环片14-2、前外密封环片14-3组成，所述前密封环齿14-1位于所述前内密封环片14-2与所述前外密封环片14-3之间；
各组后环形密封体由后密封环齿15-1、后内密封环片15-2、后外密封环片15-3组成，所述后密封环齿15-1位于所述后内密封环片15-2与所述后外密封环片15-3之间。
所述前密封环齿14-1与一级轮盘10形成一体式结构，所述后密封环齿15-1与二级轮盘11形成一体式结构。
所述前密封环齿14-1与前内密封环片14-2及前外密封环片14-3之间留有的间隙构成前端平衡气流通通道，所述后密封环齿15-1与后内密封环片15-2及后外密封环片15-3之间留有的间隙构成后端平衡气流通通道，所述前端平衡气流通通道与后端平衡气流通通道之间连接管路，管路前端与进气壳体2连接，管路后端与气封组件19连接，所述管路上设有流量孔板20，压力表21和调节阀22。
所述流量孔板20与所述调节阀22相连接以构成平衡气的流量调节，以通过平衡气流量调节来实时控制尾气透平轴向推力。
各内密封环片以及外密封环片，即前内密封环片14-2、前外密封环片14-3、后内密封环片15-2、后外密封环片15-3的材料为高温Ni基合金。所述轮盘材料为耐腐蚀耐高温材料，优选GH2132。
如图5所示，少量尾气流入前端平衡气流通通道后成为平衡气，平衡气通过高压的一级轮盘10前端由外向内沿径向流动，然后经过流量孔板20和调节阀22后流入二级轮盘11后端，在二级轮盘11后端由内向外沿径向流动，沿后端平衡气流通通道流入尾气通道。
上述管路结构能够带走轮盘与气体摩擦产生热量并同时起到平衡轴向推力的作用。
Claims (8)
1.一种能量回收尾气透平，为轴向或径向进气并且径向向上或向下排气的结构，包括底座（1）、进气壳体（2）、一级静叶组件（3）、二级静叶组件（4）、过渡衬环（5）、排气机壳（6）、转子（7）、轴承系统（8）以及气封组件（19），底座（1）位于底部以支承进气壳体（2）、排气机壳（6）以及轴承系统（8），进气壳体（2）和排气机壳（6）之间固定装配过渡衬环（5），一级静叶组件（3）紧固在进气壳体（2）尾部，二级静叶组件（4）与排气机壳（6）固定，气封组件（19）和排气机壳（6）连接固定，其中转子（7）是由主轴（9）、一级轮盘（10）、二级轮盘（11）、一级动叶（12）和二级动叶（13）组成，其特征在于：
所述一级轮盘（10）的前端，即其背向所述主轴（9）的一侧设置前多级串联径向密封（14），所述二级轮盘（11）的后端，即其面向所述主轴（9）的一侧设置后多级串联径向密封（15），所述前多级串联径向密封（14）与后多级串联径向密封（15）组成复合密封。
2.根据权利要求1所述的一种能量回收尾气透平，其特征在于：
所述主轴（9）、一级轮盘（10）、二级轮盘（11）之间通过拉杆拉紧固定，所述一级轮盘（10）和二级轮盘（11）的轮缘开枞树形叶根槽以装入带枞树形叶根的动叶，其中一级轮盘（10）装入一级动叶（12），二级轮盘（11）装入二级动叶（13），各轮盘和动叶之间通过锁紧销锁紧定位。
3.根据权利要求1所述的一种能量回收尾气透平，其特征在于：
所述前多级串联径向密封（14）与后多级串联径向密封（15）各由2～6组以轮盘中心为轴心同心的环形密封体组合而成，其中组和成前多级串联径向密封（14）的环形密封体为前环形密封体，组和成后多级串联径向密封（15）的环形密封体为后环形密封体；
各组前环形密封体插入所述一级静叶组件（3）后侧面；
各组后环形密封体插入所述气封组件（19）前侧面。
4.根据权利要求3所述的一种能量回收尾气透平，其特征在于：
各组前环形密封体由前密封环齿（14-1）、前内密封环片（14-2）、前外密封环片（14-3）组成，所述前密封环齿（14-1）位于所述前内密封环片（14-2）与所述前外密封环片（14-3）之间；
各组后环形密封体由后密封环齿（15-1）、后内密封环片（15-2）、后外密封环片（15-3）组成，所述后密封环齿（15-1）位于所述后内密封环片（15-2）与所述后外密封环片（15-3）之间。
5.根据权利要求4所述的一种能量回收尾气透平，其特征在于：
所述前密封环齿（14-1）与一级轮盘（10）形成一体式结构，所述后密封环齿（15-1）与二级轮盘（11）形成一体式结构。
6.根据权利要求1～5之一所述的一种能量回收尾气透平，其特征在于：
所述前密封环齿（14-1）与前内密封环片（14-2）及前外密封环片（14-3）之间留有的间隙构成前端平衡气流通通道，所述后密封环齿（15-1）与后内密封环片（15-2）及后外密封环片（15-3）之间留有的间隙构成后端平衡气流通通道，所述前端平衡气流通通道与后端平衡气流通通道之间连接管路，管路前端与进气壳体（2）连接，管路后端与气封组件（19）连接，所述管路上设有流量孔板（20），压力表（21）和调节阀（22）。
7.根据权利要求6所述的一种能量回收尾气透平，其特征在于：
所述流量孔板（20）与所述调节阀（22）相连接以构成平衡气的流量调节。
8.根据权利要求4所述的一种能量回收尾气透平，其特征在于：
各内密封环片以及外密封环片的材料，即前内密封环片（14-2）、前外密封环片（14-3）、后内密封环片（15-2）、后外密封环片（15-3）的材料为高温Ni基合金。
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