CN109057887B - 超临界工质透平壳体保温及内外对流冷却装置及其工作方法 - Google Patents

超临界工质透平壳体保温及内外对流冷却装置及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了超临界工质透平壳体保温及内外对流冷却装置及其工作方法，该装置包括透平本体、主轴、主轴支座、支撑板、保温层、肋片、外冷进排气管道、内冷和外冷进气风机、主流进排气管道、内冷进排气支路、阀门，可实现在非事故工况通过保温层对透平本体进行保温，在事故工况通过关闭主流进出管路的阀门，打开外冷进排气管道和内冷进排气支路的阀门，通过风机将一部分冷气送入肋片与透平本体之间的细小间隙，从透平本体的外表面带走热量，将另一部分冷气送入透平本体的腔室从透平本体内表面带走热量，两部分冷气分别流至厂房外侧，本发明采用外部肋片冷却配合内部通风冷却实现从透平本体的内部和外部同时带走热量，使超临界工质透平本体的冷却时间更短。

Description

超临界工质透平壳体保温及内外对流冷却装置及其工作方法
技术领域
本发明涉及超临界工质透平机组壳体保温和冷却技术领域，具体涉及一种超临界工质透平壳体保温及内外对流冷却装置及其工作方法。
背景技术
在超临界二氧化碳布雷顿循环或Allam循环系统中，设计工况的温度通常在600至1300℃之间，设计压力在20至32MPa之间。对于上述高设计参数的先进循环系统，透平机组能量密度极高，为保证透平机组设计寿命在20年以上，透平机组本体的壳体的设计厚度值比传统汽轮机组的厚度大，透平机组本体的蓄热量十分巨大，使透平机组在紧急停机过程中壳体的热量很难散去，如果壳体长时间热量不能散去，不但会延长机组的检修时间，还会损伤壳体中的干气密封静子件结构，还增大了发生转子主轴高温弯曲变形的故障发生率。同时,在透平正常运行工况需要对透平机组本体进行保温，可以降低系统的热量向环境的散失，提高系统运行工况热效率。这样就带来一个问题：如何实现超临界工质透平机组壳体在启动过程、设计工况和变工况过程、正常停机过程，对壳体进行保温，在事故工况紧急停机过程中加快壳体散热。目前，尚无技术方案既能对超临界工质透平机组壳体进行保温又能实现在紧急事故时促进壳体散热。
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超临界工质透平壳体保温及内外对流冷却装置及其工作方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
超临界工质透平壳体保温及内外对流冷却装置，包括透平本体1、主轴2、主轴支座3、支撑板4、保温层5、肋片6、外冷进气管道7、截止阀8、外冷进气风机9、外冷排气管道10、单向阀11、主流进气管道12、主流进气关断阀13、主流排气管道14、主流排气关断阀15、内冷进气支路16、内冷进气关断阀17、内冷进气风机18、内冷排气支路19和内冷排气关断阀20，其中主轴2位于透平本体1中部，主轴2两端由其两侧的主轴支座3支撑，支撑板4固定于两侧的主轴支座3端部并将透平本体1置于其内，保温层5固定于支撑板4的外侧，肋片6固定于支撑板4的内侧，外冷进气管道7固定在支撑板4上，外冷进气管道7的进口端设置有外冷进气风机9，外冷进气管道7依次穿过保温层5和支撑板4，外冷进气管道7出口与支撑板4、透平底座及两个主轴支座3所围成的空间连通，在外冷进气管道7上设置截止阀8，外冷排气管道10固定在支撑板4上，外冷排气管道10的进口和支撑板4、透平底座及两个主轴支座3所围成的空间连通，在外冷排气管道10上设置有单向阀11，外冷排气管道10出口依次穿过支撑板4和保温层5与厂房外界大气连通，主流进气管道12依次穿过保温层5和支撑板4与透平本体1的腔室连通，在主流进气管道12上设置有主流进气关断阀13，主流排气管道14进口与透平本体1的腔室连通，主流排气管道14出口依次穿过支撑板4和保温层5向透平系统外侧伸出，在主流排气管道14上设置有主流排气关断阀15，内冷进气支路16的一端与主流进气管道12相连通，内冷进气支路16与主流进气管道12的连接点在主流进气关断阀13和保温层5之间，内冷进气支路16的另一端设置有内冷进气风机18，内冷进气支路16上设置有内冷进气关断阀17，内冷排气支路19的一端与主流排气管道14相连，内冷排气支路19与主流排气管道14的连接点在主流排气关断阀15和保温层5之间，内冷排气支路19上设置有内冷排气关断阀20，另一端与厂房外界大气连通。
所述内冷进气支路16中的内冷却工质和外冷进气管道7中的外部冷却工质均为空气。
所述肋片6与透平本体1之间的间隙为0.5cm至2.0cm。
所述支撑板4、保温层5、肋片6均为整体式或多块组合式。
所述超临界工质透平壳体保温及内外对流冷却装置的工作方法可具体描述为两个工作状态，第一工作状态，在非事故工况，截止阀8、单向阀11、内冷进气关断阀17和内冷排气关断阀20均处于关断状态，超临界工质透平壳体保温及内外对流冷却装置对透平本体1进行保温和隔热；第二工作状态，在事故工况，主流进气关断阀13和主流排气关断阀15处于关闭状态，截止阀8、单向阀11、内冷进气关断阀17和内冷排气关断阀20均处于开启状态，一部分外侧空气通过外冷进气风机9升压后进入外冷进气管道7，流经肋片6与透平本体1之间的间隙后，从外冷排气管道10流至厂房外界，另一部分外侧空气通过内冷进气风机18升压后进入内冷进气支路16和主流进气管道12，穿过透平本体1的内部腔室后，经过主流排气管道14和内冷排气支路19流至厂房外界，此状态中，超临界工质透平壳体保温及内外对流冷却装置对透平本体1进行快速冷却。
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，既能对超临界工质透平机组壳体进行保温又具有在紧急事故时促进壳体散热的功能的可靠解决方案。本发明提出了一种造价低、可操作性高的超临界工质透平壳体保温及内外对流冷却装置，本发明通过设计固定于支座和透平基座上的支撑板，将正常工作状态的透平本体罩在内侧，在支撑板外侧设置保温层，可以实现在正常工作状态对透平本体进行保温，在支撑板内侧设置有与透平机组本体一定间隙的多个肋片结构，在主流进出口管路上设置有可进入透平本体内侧冷却的内冷管路，在紧急事故工况时，通过风机将送来的一部分低温空气进入肋片与透平本体的间隙内，气体流经肋片与透平本体之间的细小间隙，快速从透平本体的外表面带走透平本体的热量，另一部分低温空气通过风机加压后直接送入透平本体的内腔，从内侧带走透平本体热量，两股气体最终道流至厂房外侧，通过在透平本体的内部和外部同时带走透平的热量来实现在紧急事故工况对透平机组本体进行快速冷却。本发明采用外部肋片冷却结构配合内部通风冷却，可使超临界工质透平本体事故工况的冷却时间更短。
附图说明
图1是本发明超临界工质透平壳体保温及内外对流冷却装置的示意图。
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所示，超临界工质透平壳体保温及内外对流冷却装置，包括透平本体1、主轴2、主轴支座3、支撑板4、保温层5、肋片6、外冷进气管道7、截止阀8、外冷进气风机9、外冷排气管道10、单向阀11、主流进气管道12、主流进气关断阀13、主流排气管道14、主流排气关断阀15、内冷进气支路16、内冷进气关断阀17、内冷进气风机18、内冷排气支路19和内冷排气关断阀20，其中主轴2位于透平本体1中部，主轴2两端由两侧的主轴支座3支撑，支撑板4固定于两侧的主轴支座3端部并将透平本体1置于其内，保温层5固定于支撑板4的外侧，肋片6固定于支撑板4的内侧，外冷进气管道7固定在支撑板4上，外冷进气管道7的进口端设置有外冷进气风机9，外冷进气管道7依次穿过保温层5和支撑板4，外冷进气管道7出口与支撑板4、透平底座及两个主轴支座3所围成的空间连通，在外冷进气管道7上设置截止阀8，外冷排气管道10固定在支撑板4上，外冷排气管道10的进口和支撑板4、透平底座及两个主轴支座3所围成的空间连通，在外冷排气管道10上设置有单向阀11，外冷排气管道10依次穿过支撑板4和保温层5，外冷排气管道10的出口与厂房外界大气连通，主流进气管道12依次穿过保温层5和支撑板4与透平本体1的腔室连通，在主流进气管道12上设置有主流进气关断阀13，主流排气管道14进口与透平本体1的腔室连通，主流排气管道14出口依次穿过支撑板4和保温层5向透平系统外侧伸出，在主流排气管道14上设置有主流排气关断阀15，内冷进气支路16的一端与主流进气管道12相连通，内冷进气支路16与主流进气管道12的连接点在主流进气关断阀13和保温层5之间，内冷进气支路16的另一端设置有内冷进气风机18，内冷进气支路16上设置有内冷进气关断阀17，内冷排气支路19的一端与主流排气管道14相连，内冷排气支路19与主流排气管道14的连接点在主流排气关断阀15和保温层5之间，内冷排气支路19上设置有内冷排气关断阀20，另一端与厂房外界大气连通。
作为本发明的优选实施方式，所述内冷进气支路16中的内冷却工质和外冷进气管道7中的外部冷却工质均为空气。
作为本发明的优选实施方式，所述肋片6与透平本体1之间的间隙为0.5cm至2.0cm。
作为本发明的优选实施方式，所述支撑板4、保温层5、肋片6均为整体式或多块组合式。
作为本发明的优选实施方式，所述单向阀11的许可通流方向的压力损失小于150Pa。
所述超临界工质透平壳体保温及内外对流冷却装置的工作方法可具体描述为两个工作状态，第一工作状态，在非事故工况，截止阀8、单向阀11、内冷进气关断阀17和内冷排气关断阀20均处于关断状态，超临界工质透平壳体保温及内外对流冷却装置对透平本体1进行保温和隔热；第二工作状态，在事故工况，主流进气关断阀13和主流排气关断阀15处于关闭状态，截止阀8、单向阀11、内冷进气关断阀17和内冷排气关断阀20均处于开启状态，一部分外侧空气通过外冷进气风机9升压后进入外冷进气管道7，流经肋片6与透平本体1之间的间隙后，从外冷排气管道10流至厂房外界，另一部分外侧空气通过内冷进气风机18升压后进入内冷进气支路16和主流进气管道12，穿过透平本体1的内部腔室后，经过主流排气管道14和内冷排气支路19流至厂房外界，此状态中，超临界工质透平壳体保温及内外对流冷却装置对透平本体1进行快速冷却。

Claims (3)

1.超临界工质透平壳体保温及内外对流冷却装置，其特征在于：包括透平本体(1)、主轴(2)、主轴支座(3)、支撑板(4)、保温层(5)、肋片(6)、外冷进气管道(7)、截止阀(8)、外冷进气风机(9)、外冷排气管道(10)、单向阀(11)、主流进气管道(12)、主流进气关断阀(13)、主流排气管道(14)、主流排气关断阀(15)、内冷进气支路(16)、内冷进气关断阀(17)、内冷进气风机(18)、内冷排气支路(19)和内冷排气关断阀(20)，其中主轴(2)位于透平本体(1)中部，主轴(2)两端由其两侧的主轴支座(3)支撑，支撑板(4)固定于两侧的主轴支座(3)端部并将透平本体(1)置于其内，保温层(5)固定于支撑板(4)的外侧，肋片(6)固定于支撑板(4)的内侧，外冷进气管道(7)固定在支撑板(4)上，外冷进气管道(7)的进口端设置有外冷进气风机(9)，外冷进气管道(7)依次穿过保温层(5)和支撑板(4)，外冷进气管道(7)出口与支撑板(4)、透平底座及两个主轴支座(3)所围成的空间连通，在外冷进气管道(7)上设置截止阀(8)，外冷排气管道(10)固定在支撑板(4)上，外冷排气管道(10)的进口和支撑板(4)、透平底座及两个主轴支座(3)所围成的空间连通，在外冷排气管道(10)上设置有单向阀(11)，外冷排气管道(10)出口依次穿过支撑板(4)和保温层(5)与厂房外界大气连通，主流进气管道(12)依次穿过保温层(5)和支撑板(4)与透平本体(1)的腔室连通，在主流进气管道(12)上设置有主流进气关断阀(13)，主流排气管道(14)进口与透平本体(1)的腔室连通，主流排气管道(14)出口依次穿过支撑板(4)和保温层(5)向透平系统外侧伸出，在主流排气管道(14)上设置有主流排气关断阀(15)，内冷进气支路(16)的一端与主流进气管道(12)相连通，内冷进气支路(16)与主流进气管道(12)的连接点在主流进气关断阀(13)和保温层(5)之间，内冷进气支路(16)的另一端设置有内冷进气风机(18)，内冷进气支路(16)上设置有内冷进气关断阀(17)，内冷排气支路(19)的一端与主流排气管道(14)相连，内冷排气支路(19)与主流排气管道(14)的连接点在主流排气关断阀(15)和保温层(5)之间，内冷排气支路(19)上设置有内冷排气关断阀(20)，另一端与厂房外界大气连通；
所述内冷进气支路(16)中的内冷却工质和外冷进气管道(7)中的外部冷却工质均为空气；
所述肋片(6)与透平本体(1)之间的间隙为0.5cm至2.0cm；
主轴(2)的两端在主轴支座(3)与透平本体(1)之间预留冷却空间；
所述支撑板(4)、保温层(5)、肋片(6)均为整体式或多块组合式。
2.根据权利要求1所述的超临界工质透平壳体保温及内外对流冷却装置，其特征在于：所述单向阀(11)的许可通流方向的压力损失小于150Pa。
3.一种根据权利要求1或2所述的超临界工质透平壳体保温及内外对流冷却装置的工作方法，其特征在于：包括两个工作状态，第一工作状态，在非事故工况，截止阀(8)、单向阀(11)、内冷进气关断阀(17)和内冷排气关断阀(20)均处于关断状态，超临界工质透平壳体保温及内外对流冷却装置对透平本体(1)进行保温和隔热；第二工作状态，在事故工况，主流进气关断阀(13)和主流排气关断阀(15)处于关闭状态，截止阀(8)、单向阀(11)、内冷进气关断阀(17)和内冷排气关断阀(20)均处于开启状态，一部分外侧空气通过外冷进气风机(9)升压后进入外冷进气管道(7)，流经肋片(6)与透平本体(1)之间的间隙后，从外冷排气管道(10)流至厂房外界，另一部分外侧空气通过内冷进气风机(18)升压后进入内冷进气支路(16)和主流进气管道(12)，穿过透平本体(1)的内部腔室后，经过主流排气管道(14)和内冷排气支路(19)流至厂房外界，此状态中，超临界工质透平壳体保温及内外对流冷却装置对透平本体(1)进行快速冷却。
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