CN111577399A - 双干气密封的超临界二氧化碳涡轮轴端密封方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了双干气密封的超临界二氧化碳涡轮轴端密封方法及装置，装置包括两道干气密封单元，第一干气密封单元靠近高压侧设置并且能够实现压气机和透平的轴端密封，第二干气密封单元靠近低压侧设置并且能够在第一干气密封单元失效时实现压气机和透平的轴端补充密封。方法采用双道干气密封，第一道干气密封失效后第二道干气密封作为备用密封，提高干气密封可靠性。本发明利用双干气密封提高的干气密封的可靠性，显著增加了机组安全性，通过在两级干气密封间设置二氧化碳抽气增压单元，能够明显降低了干气密封的总体泄漏量，解决大功率超临界二氧化碳压气机和透平轴端干气密封泄漏量偏大的问题。
Description
技术领域
本发明涉及先进涡轮设备的技术领域，更具体地讲，涉及一种双干气密封的超临界二氧化碳涡轮轴端密封方法及装置。
背景技术
超临界二氧化碳动力转换系统是一种革新性的动力转换技术概念，压气机和透平是该系统的核心设备。
压气机和透平属于高转速涡轮设备，相对于传统的空气工质，超临界二氧化碳压气机和透平需要解决高转速、高压下超临界二氧化碳的密封问题，密封效果的好坏直接影响到系统的安全性和经济性。
传统的迷宫密封、机械密封等存在泄漏量大、无法实现高转速运行等问题，不适用于大功率高转速超临界二氧化碳压气机和透平。干气密封可靠性相对较低，大功率压气机和透平由于轴径较大，干气密封泄漏量仍然较大。目前还没有公开超临界二氧化碳压气机和透平轴端高效可靠的密封技术。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种双干气密封的超临界二氧化碳涡轮轴端密封方法及装置，可实现大功率高转速超临界二氧化碳压气机和透平轴端的高效可靠密封。
本发明的一方面提供了双干气密封的超临界二氧化碳涡轮轴端密封装置，所述轴端密封装置包括两道干气密封单元，其中，第一干气密封单元靠近高压侧设置并且能够实现压气机和透平的轴端密封，第二干气密封单元靠近低压侧设置并且能够在第一干气密封单元失效时实现压气机和透平的轴端补充密封。
根据本发明双干气密封的超临界二氧化碳涡轮轴端密封装置的一个实施例，所述第一干气密封单元包括设置在压气机/透平转子与压气机/透平气缸之间且互相配合的第一干气密封动环和第一干气密封静环；所述第二干气密封单元包括设置在压气机/透平转子与压气机/透平气缸之间且互相配合的第二干气密封动环和第二干气密封静环。
根据本发明双干气密封的超临界二氧化碳涡轮轴端密封装置的一个实施例，所述第一干气密封静环或第二干气密封静环设置在压气机/透平气缸内壁上，所述第一干气密封动环或第二干气密封动环设置在压气机/透平转子上。
根据本发明双干气密封的超临界二氧化碳涡轮轴端密封装置的一个实施例，所述第一干气密封单元与第二干气密封单元之间设置抽气增压单元，抽气增压单元将第一干气密封泄漏的大部分二氧化碳增压后回收以降低两道干气密封的综合泄漏量。
根据本发明双干气密封的超临界二氧化碳涡轮轴端密封装置的一个实施例，所述抽气增压单元包括抽气口和增压泵，抽气口位于压气机/透平气缸内壁上并通过管线与增压泵的进口连接，增压泵的出口与实验回路或二氧化碳存储设备连接。
根据本发明双干气密封的超临界二氧化碳涡轮轴端密封装置的一个实施例，所述压气机/透平气缸上设置有干气密封注气口，通过干气密封注气口注入的超临界二氧化碳能够在第一干气密封单元处形成干气密封气膜，由第一干气密封单元泄漏的少量超临界二氧化碳能够在第二干气密封单元处也形成干气密封气膜。
根据本发明双干气密封的超临界二氧化碳涡轮轴端密封装置的一个实施例，所述压气机/透平气缸上的抽气口处还设置有干气密封泄漏检测点，所述干气密封泄漏检测点上设置有压力传感器并用于检测第一干气密封单元的运行状态。
本发明的另一方面提供了一种双干气密封的超临界二氧化碳涡轮轴端密封方法，利用上述双干气密封的超临界二氧化碳涡轮轴端密封装置进行压气机和透平的轴端密封。
本发明的再一方面提供了一种双干气密封的超临界二氧化碳涡轮轴端密封方法，采用两道干气密封进行压气机和透平的轴端密封
与常规方案相比，本发明提供了一种双干气密封的超临界二氧化碳涡轮轴端密封技术，通过采用双重干气密封解决了一旦干气密封失效后超临界二氧化碳大量泄漏的问题，提升了干气密封可靠性。此外，通过在第一干气密封和第二干气密封间设立抽气增压单元，能够显著降低两道干气密封的综合泄漏量，解决了大功率压气机/透平干气密封泄漏较大的问题，能够加快大功率高转速超临界二氧化碳压气机和透平设备研制。
附图说明
图1示出了根据本发明示例性实施例的双干气密封的超临界二氧化碳涡轮轴端密封装置的结构示意图。
附图标记说明：
1-压气机/透平转子、2-第一干气密封动环、3-第一干气密封静环、4-第二干气密封动环、5-第二干气密封静环、6-压气机/透平气缸、7-干气密封注气口、8-压力传感器、9-抽气口、10-增压泵。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
本发明基于现有技术中的问题提出一种基双干气密封的超临界二氧化碳涡轮轴端密封方法，采用两道干气密封进行压气机和透平的轴端密封。也即，本发明以第一道干气密封作为主密封，当第一道干气密封失效后将第二道干气密封作为备用密封。
下面具体对本发明双干气密封的超临界二氧化碳涡轮轴端密封装置进行说明。
图1示出了根据本发明示例性实施例的双干气密封的超临界二氧化碳涡轮轴端密封装置的结构示意图。
如图1所示，根据本发明的示例性实施例，所述双干气密封的超临界二氧化碳涡轮轴端密封装置包括两道干气密封单元。其中，第一干气密封单元靠近高压侧设置并且能够实现压气机和透平的轴端密封，第二干气密封单元靠近低压侧设置并且能够在第一干气密封单元失效时实现压气机和透平的轴端补充密封。
具体地，本发明的第一干气密封单元包括设置在压气机/透平转子1与压气机/透平气缸6之间且互相配合的第一干气密封动环2和第一干气密封静环3；第二干气密封单元包括设置在压气机/透平转子1与压气机/透平气缸6之间且互相配合的第二干气密封动环4和第二干气密封静环5。并且，该第一干气密封单元和第二干气密封单元按照预定的位置设置在气缸中。
其中，第一干气密封静环3或第二干气密封静环5设置在压气机/透平气缸6内壁上，第一干气密封动环2或第二干气密封动环4设置在压气机/透平转子1上。
压气机/透平气缸6上设置有干气密封注气口7，通过干气密封注气口7注入的超临界二氧化碳能够在第一干气密封单元处形成干气密封气膜，有效阻挡二氧化碳向外泄露。由第一干气密封单元泄漏的少量超临界二氧化碳能够在第二干气密封单元处也形成干气密封气膜，当第一道干气密封失效后，第二干气密封单元形成的第二道干气密封能够补充密封超临界二氧化碳。
为了提高干气密封整体可靠性，本发明还在第一干气密封单元与第二干气密封单元之间设立抽气口9，将第一道干气密封泄漏的大部分二氧化碳抽出并增压后回收利用，同时降低了第二道干气密封进口侧的压力，密封泄漏量大大降低.
具体地，本发明在第一干气密封单元与第二干气密封单元之间的位置设置有抽气增压单元，抽气增压单元将第一干气密封泄漏的大部分二氧化碳增压后回收以降低两道干气密封的综合泄漏量。其中，抽气增压单元包括抽气口9和增压泵10，第一道干气密封泄漏到第二道干气密封进口侧的大部分二氧化碳由抽气口9抽出，经过连接管线进入增压泵10增压后注回实验回路或二氧化碳储罐，实现二氧化碳回收利用，同时抽气降低了第二道干气密封的进口压力，干气密封综合泄漏量降低。
此外，本发明的压气机/透平气缸6上的抽气口9处还设置有干气密封泄漏检测点，该干气密封泄漏检测点上设置有压力传感器8并用于检测第一干气密封单元的运行状态。当压力传感器8实测压力超过限值时输出停机信号，能够保护涡轮系统的安全。
下面结合具体实施例进行说明。
本实施例的轴端密封装置包括由第一干气密封动环和第一干气密封静环组成的第一干气密封单元、由第二干气密封动环和第二干气密封静环组成的第二干气密封单元、干气密封注气口、压力传感器及相应的连接管道。第一干气密封单元组成第一道干气密封，第二干气密封单元组成第二道干气密封，干气密封注气口流入的超临界二氧化碳在第一道干气密封处形成刚性气膜，阻挡二氧化碳向外泄漏，压力传感器用于监测第一道干气密封的运行状态。第一道干气密封泄漏的二氧化碳大部分经由二氧化碳抽气口抽出增压后回收利用，降低了干气密封综合泄漏量，剩余的小部分二氧化碳在第二道干气密封处也形成刚性气膜，当第一道干气密封失效后，第二道干气密封能有效密封超临界二氧化碳。
综上所述，本发明采用了两道干气密封，解决了一旦干气密封失效后超临界二氧化碳大量泄漏问题，在第一道干气密封和第二到干气密封间设立抽气增压单元将第一干气密封泄漏的大部分二氧化碳抽出并增压后回收利用，显著降低两道干气密封的综合泄漏量，解决了大功率压气机/透平干气密封泄漏较大的问题，适用于超临界二氧化碳工质，有利于保证高压大功率高转速条件下的可靠密封。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (9)
1.一种双干气密封的超临界二氧化碳涡轮轴端密封装置，其特征在于，所述轴端密封装置包括两道干气密封单元，其中，第一干气密封单元靠近高压侧设置并且能够实现压气机和透平的轴端密封，第二干气密封单元靠近低压侧设置并且能够在第一干气密封单元失效时实现压气机和透平的轴端补充密封。
2.根据权利要求1所述的双干气密封的超临界二氧化碳涡轮轴端密封装置，其特征在于，所述第一干气密封单元包括设置在压气机/透平转子与压气机/透平气缸之间且互相配合的第一干气密封动环和第一干气密封静环；所述第二干气密封单元包括设置在压气机/透平转子与压气机/透平气缸之间且互相配合的第二干气密封动环和第二干气密封静环。
3.根据权利要求2所述的双干气密封的超临界二氧化碳涡轮轴端密封装置，其特征在于，所述第一干气密封静环或第二干气密封静环设置在压气机/透平气缸内壁上，所述第一干气密封动环或第二干气密封动环设置在压气机/透平转子上。
4.根据权利要求1所述的双干气密封的超临界二氧化碳涡轮轴端密封装置，其特征在于，所述第一干气密封单元与第二干气密封单元之间设置抽气增压单元，抽气增压单元将第一干气密封泄漏的大部分二氧化碳增压后回收以降低两道干气密封的综合泄漏量。
5.根据权利要求4所述的双干气密封的超临界二氧化碳涡轮轴端密封装置，其特征在于，所述抽气增压单元包括抽气口和增压泵，抽气口位于压气机/透平气缸内壁上并通过管线与增压泵的进口连接，增压泵的出口与实验回路或二氧化碳存储设备连接。
6.根据权利要求2所述双干气密封的超临界二氧化碳涡轮轴端密封装置，其特征在于，所述压气机/透平气缸上设置有干气密封注气口，通过干气密封注气口注入的超临界二氧化碳能够在第一干气密封单元处形成干气密封气膜，由第一干气密封单元泄漏的少量超临界二氧化碳能够在第二干气密封单元处也形成干气密封气膜。
7.根据权利要求5所述双干气密封的超临界二氧化碳涡轮轴端密封装置，其特征在于，所述压气机/透平气缸上的抽气口处还设置有干气密封泄漏检测点，所述干气密封泄漏检测点上设置有压力传感器并用于检测第一干气密封单元的运行状态。
8.一种双干气密封的超临界二氧化碳涡轮轴端密封方法，其特征在于，利用权利要求1至7中任一项所述双干气密封的超临界二氧化碳涡轮轴端密封装置进行压气机和透平的轴端密封。
9.一种双干气密封的超临界二氧化碳涡轮轴端密封方法，其特征在于，采用两道干气密封进行压气机和透平的轴端密封。
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