CN108894832B - 超临界工质旋转机械本体侧面的外冷装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了超临界工质旋转机械本体侧面的外冷装置及方法，该装置包括超临界工质旋转机械本体、对流冷却板、主轴、主轴支座、对流冷却板支座、对流冷却板进口、对流冷却板出口、对流冷却板腔室，该装置通过在超临界工质旋转机械本体轴端侧面附近设置对流冷却板，将风机送来的低温空气送入主轴与对流冷却板的间隙和超临界工质旋转机械本体与对流冷却板的间隙，带走了超临界工质旋转机械本体轴端的两个侧面的热量，有效降低超临界工质旋转机械本体轴端侧面干气密封静子件位置处温度在许用温度以下，同时设置风机为高中低三个送风量，在不同情况下送不同风量，可以在保证干气密封静子件安全可靠的同时降低风机的功耗，节约整个系统的能耗。
Description
技术领域
本发明涉及采用干气密封的超临界工质涡轮和压缩机本体轴端侧面进行外部冷却技术领域，具体涉及一种采用干气密封的超临界工质旋转机械本体轴端侧面的径向外冷装置及控制方法。
背景技术
在新型中小功率等级的超临界二氧化碳布雷顿循环或Allam循环系统中，为了提高循环效率，在超临界工质涡轮和压缩机本体的轴端位置需要采用泄漏量最低的干气密封。干气密封正常工作时，其静子件位置处温度需要低于200℃，否则可能失效，造成生产事故。然而，干气密封的静子件需固定超临界工质旋转机械本体两端，如果没有有效的冷却措施，中小功率等级的超临界二氧化碳布雷顿循环或Allam循环系统中的旋转机械本体侧面温度一般在200至1300℃之间，干气密封的静子件必然受损。故需要对上述循环系统中的采用干气密封的超临界工质涡轮和压缩机本体轴端侧面进行外部冷却，以确保干气密封的静子位置处不超温，干气密封在设计工况、变工况和紧急事故工况正常工作。尚无现有技术可以解决超临界二氧化碳布雷顿循环或Allam循环系统中的采用干气密封的超临界工质旋转机械本体轴端侧面冷却的难题。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种采用干气密封的超临界工质旋转机械本体侧面的外冷装置及方法，通过在采用干气密封的超临界工质旋转机械本体轴端的两个侧面附近设置对流冷却板，将风机送来的低温空气送入对流冷却板，然后使冷气通过对流冷却板的出口，流向主轴与对流冷却板的间隙和本体与对流冷却板的间隙，冷气在流动过程中带走了旋转机械本体轴端的两个侧面的热量，通过风速的调节可将旋转机械本体轴端侧面干气密封静子件位置处温度控制在200℃以下。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
超临界工质旋转机械本体侧面的外冷装置，包括超临界工质旋转机械本体1、对流冷却板2、主轴3、主轴支座4、对流冷却板支座5、对流冷却板进口6、对流冷却板出口7和对流冷却板腔室8，其中，设置在超临界工质旋转机械本体1中部的主轴3由超临界工质旋转机械本体1两侧的主轴支座4支撑，在超临界工质旋转机械本体1的两侧和两侧的主轴支座4支撑之间分别设置有套接于主轴3上的对流冷却板2，对流冷却板2通过一个或若干个对流冷却板支座5固定于主轴支座4上，所述对流冷却板2为中空薄板状，包括对流冷却板腔室8，设置在对流冷却板腔室8径向侧面的一个或多个对流冷却板进口6，设置在对流冷却板腔室8一端面上的对流冷却板出口7；所述对流冷却板进口6与风机出口相连通，对流冷却板出口7朝向超临界工质旋转机械本体1的轴端侧面，对流冷却板腔室8为对流冷却板2内的连接对流冷却板进口6和对流冷却板出口7的通道；对流冷却板2中间的通孔内径大于主轴3的外径。
所述对流冷却板2的内径与主轴3的外径之差为5cm。
冷却气体从对流冷却板出口7流出与超临界工质旋转机械本体1的轴端侧面进行对流换热后，经主轴3与对流冷却板2之间的间隙或者经超临界工质旋转机械本体1的轴端侧面与对流冷却板2的外部边缘间隙流出。
所述的超临界工质旋转机械本体侧面的外冷装置的控制方法，与对流冷却板进口6相连通的风机与控制系统相连，控制系统接收到启动采用干气密封的超临界工质旋转机械的命令时，控制系统发出启动风机为对流冷却板2提供低档位冷气风量的命令，随后打开超临界工质旋转机械的进出口快速关断阀和主调阀，使主流工质流入超临界工质旋转机械本体1，超临界工质旋转机械本体1壁面的温度缓慢升高，当超临界工质旋转机械本体1轴端的干气密封静子件附近的温度传感器监测到此处温度大于160℃时，控制系统下达风机为对流冷却板2提供中档位冷气风量的命令，如果此温度传感器监测到温度下降至155℃以下时，控制系统下达恢复风机提供低档位冷气风量的命令，如果此温度传感器监测到该处温度继续上升至180℃时，控制系统下达风机提供高档位冷气风量的命令并第一次报警，如果此温度传感器监测到温度下降至175℃以下时，控制系统下达恢复风机提供中档位冷气风量的命令，如果此温度传感器监测到温度继续上升至195℃时，控制系统第二次报警并下达关闭超临界工质旋转机械的进出口快速关断阀和主调阀的命令，此时超临界工质旋转机械进入紧急停机状态，风机继续提供高档位冷气风量，直至此温度传感器监测到该处温度至155℃以下时，控制系统下达恢复风机提供低档位冷气风量的命令，直至超临界工质旋转机械本体最高温度低于120℃时，控制系统下达停止风机提供冷气命令。
本发明的有益效果在于：
目前，尚未见到可以用于解决超临界二氧化碳布雷顿循环或Allam循环系统中采用干气密封的超临界工质旋转机械本体轴端侧面冷却难题的有效技术方案。本发明提出了采用干气密封的超临界工质旋转机械本体轴端侧面的径向外冷装置及控制方法，通过在采用干气密封的超临界工质旋转机械本体轴端的两个侧面附近设置对流冷却板，将风机送来的低温空气送入主轴与对流冷却板的间隙和本体与对流冷却板的间隙，带走了旋转机械本体轴端的两个侧面的热量，有效降低旋转机械本体轴端侧面干气密封静子件位置处温度在许用温度以下，同时设置风机为高中低三个送风量，在不同情况下送不同风量，可以在保证干气密封静子件安全可靠的同时降低风机的功耗，节约整个系统的能耗。
附图说明
图1是本发明超临界工质旋转机械本体侧面的外冷装置的示意图。
图2为对流冷却板结构示意图。
1为旋转机械本体；2为对流冷却板；3为主轴；4为主轴支座；5为对流冷却板支座；6为对流冷却板进口；7为对流冷却板出口；8为对流冷却板腔室。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1和图2所示，本发明超临界工质旋转机械本体侧面的外冷装置，包括超临界工质旋转机械本体1、对流冷却板2、主轴3、主轴支座4、对流冷却板支座5、对流冷却板进口6、对流冷却板出口7和对流冷却板腔室8，其中，设置在超临界工质旋转机械本体1中部的主轴3由超临界工质旋转机械本体1两侧的主轴支座4支撑，在超临界工质旋转机械本体1的两侧和两侧的主轴支座4支撑之间分别设置有套接于主轴3上的对流冷却板2，对流冷却板2通过一个或若干个对流冷却板支座5固定于主轴支座4上，所述对流冷却板2为中空薄板状，包括对流冷却板腔室8，设置在对流冷却板腔室8径向侧面的一个或多个对流冷却板进口6，设置在对流冷却板腔室8一端面上的对流冷却板出口7；所述对流冷却板进口6与风机出口相连通，对流冷却板出口7朝向超临界工质旋转机械本体1的轴端侧面，对流冷却板腔室8为对流冷却板2内的连接对流冷却板进口6和对流冷却板出口7的通道；对流冷却板2中间的通孔内径大于主轴3的外径。
冷却气体从对流冷却板出口7流出与超临界工质旋转机械本体1的轴端侧面进行对流换热后，经主轴3与对流冷却板2之间的间隙或者经超临界工质旋转机械本体1的轴端侧面与对流冷却板2的外部边缘间隙流出。
作为本发明的优选实施方式，所述对流冷却板2的内径与主轴3的外径之差为5cm。
本发明超临界工质旋转机械本体侧面的外冷装置的控制方法，与对流冷却板进口6相连通的风机与控制系统相连，控制系统接收到启动采用干气密封的超临界工质旋转机械的命令时，控制系统发出启动风机为对流冷却板2提供低档位冷气风量的命令，随后打开超临界工质旋转机械的进出口快速关断阀和主调阀，使主流工质流入超临界工质旋转机械本体1，超临界工质旋转机械本体1壁面的温度缓慢升高，当超临界工质旋转机械本体1轴端的干气密封静子件附近的温度传感器监测到此处温度大于160℃时，控制系统下达风机为对流冷却板2提供中档位冷气风量的命令，如果此温度传感器监测到温度下降至155℃以下时，控制系统下达恢复风机提供低档位冷气风量的命令，如果此温度传感器监测到该处温度继续上升至180℃时，控制系统下达风机提供高档位冷气风量的命令并第一次报警，如果此温度传感器监测到温度下降至175℃以下时，控制系统下达恢复风机提供中档位冷气风量的命令，如果此温度传感器监测到温度继续上升至195℃时，控制系统第二次报警并下达关闭超临界工质旋转机械的进出口快速关断阀和主调阀的命令，此时超临界工质旋转机械进入紧急停机状态，风机继续提供高档位冷气风量，直至此温度传感器监测到该处温度至155℃以下时，控制系统下达恢复风机提供低档位冷气风量的命令，直至超临界工质旋转机械本体最高温度低于120℃时，控制系统下达停止风机提供冷气命令。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.超临界工质旋转机械本体侧面的外冷装置的控制方法，所述装置包括超临界工质旋转机械本体(1)、对流冷却板(2)、主轴(3)、主轴支座(4)、对流冷却板支座(5)、对流冷却板进口(6)、对流冷却板出口(7)和对流冷却板腔室(8)，其中，设置在超临界工质旋转机械本体(1)中部的主轴(3)由超临界工质旋转机械本体(1)两侧的主轴支座(4)支撑，在超临界工质旋转机械本体(1)的两侧和两侧的主轴支座(4)支撑之间分别设置有套接于主轴(3)上的对流冷却板(2)，对流冷却板(2)通过一个或若干个对流冷却板支座(5)固定于主轴支座(4)上，所述对流冷却板(2)为中空薄板状，包括对流冷却板腔室(8)，设置在对流冷却板腔室(8)径向侧面的一个或多个对流冷却板进口(6)，设置在对流冷却板腔室(8)一端面上的对流冷却板出口(7)；所述对流冷却板进口(6)与风机出口相连通，对流冷却板出口(7)朝向超临界工质旋转机械本体(1)的轴端侧面，对流冷却板腔室(8)为对流冷却板(2)内的连接对流冷却板进口(6)和对流冷却板出口(7)的通道；对流冷却板(2)中间的通孔内径大于主轴(3)的外径；
其特征在于：所述控制方法为：与对流冷却板进口(6)相连通的风机与控制系统相连，控制系统接收到启动采用干气密封的超临界工质旋转机械的命令时，控制系统发出启动风机为对流冷却板(2)提供低档位冷气风量的命令，随后打开超临界工质旋转机械的进出口快速关断阀和主调阀，使主流工质流入超临界工质旋转机械本体(1)，超临界工质旋转机械本体(1)壁面的温度缓慢升高，当超临界工质旋转机械本体(1)轴端的干气密封静子件附近的温度传感器监测到此处温度大于160℃时，控制系统下达风机为对流冷却板(2)提供中档位冷气风量的命令，如果此温度传感器监测到温度下降至155℃以下时，控制系统下达恢复风机提供低档位冷气风量的命令，如果此温度传感器监测到该处温度继续上升至180℃时，控制系统下达风机提供高档位冷气风量的命令并第一次报警，如果此温度传感器监测到温度下降至175℃以下时，控制系统下达恢复风机提供中档位冷气风量的命令，如果此温度传感器监测到温度继续上升至195℃时，控制系统第二次报警并下达关闭超临界工质旋转机械的进出口快速关断阀和主调阀的命令，此时超临界工质旋转机械进入紧急停机状态，风机继续提供高档位冷气风量，直至此温度传感器监测到该处温度至155℃以下时，控制系统下达恢复风机提供低档位冷气风量的命令，直至超临界工质旋转机械本体最高温度低于120℃时，控制系统下达停止风机提供冷气命令。
2.根据权利要求1所述的超临界工质旋转机械本体侧面的外冷装置的控制方法，其特征在于：所述对流冷却板(2)的内径与主轴(3)的外径之差为5cm。
3.根据权利要求1所述的超临界工质旋转机械本体侧面的外冷装置的控制方法，其特征在于：冷却气体从对流冷却板出口(7)流出与超临界工质旋转机械本体(1)的轴端侧面进行对流换热后，经主轴(3)与对流冷却板(2)之间的间隙或者经超临界工质旋转机械本体(1)的轴端侧面与对流冷却板(2)的外部边缘间隙流出。
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