CN112304775A - 一种超临界二氧化碳透平壳体压力试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超临界二氧化碳透平壳体压力试验装置及方法,可保障壳体耐压试验安全可靠性。包括粗加工壳体件,所述粗加工壳体件具有大轴向开口、小轴向开口、进口、出口,大轴向开口的端面高于壳体件成品的对应端面,形成凸台,小轴向开口、进口、出口的口径小于壳体件成品的对应口径;所述小轴向开口、进口、出口内分别轴向定位安装有堵头,堵头外侧通过螺栓固定有固定板;大轴向开口内设有卡槽,大轴向开口内装有端面封板和分段式挡环,所述分段式挡环具有凸缘,凸缘卡入卡槽内,分段式挡环的外侧设有连接板,连接板与端面封板通过螺栓固定;壳体端面封板上开有注液孔、压力表安装孔。
Description
技术领域
本发明涉及透平技术领域,特别是涉及一种超临界二氧化碳透平壳体压力试验装置及方法。
背景技术
临界二氧化碳发电系统效率高、体积小、热源适应性广,被认为是未来电力系统的最佳解决方案,因此成为全世界的研究热点。其中超临界二氧化碳透平是系统中的核心动力部件,工作在高温高压工况下,为了达到较高效率,现在开展的验证系统透平进口压力20~30MPa,温度500~600℃,未来将进行更高压力和温度参数的系统验证。透平的壳体在制造过程中须进行压力试验,以验证壳体强度,试验压力:P=1.5ηP0
其中:P—试验压力;
P0—工作压力;
η—材料高温许用应力与常温许用应力的比值,最大取1.8;
以6MW透平机组为例,进口温度压力20MPa,600℃,壳体采用耐热钢,其试验压力可达54MPa。
透平壳体采用非径向剖分结构,有两端轴向大开口和进出两个小开口,其中两端大轴向开口设有一圈螺纹孔,用于与法兰相连,进出口无螺纹孔,通过焊接与进出口管道相连。压力试验前,将壳体毛坯进行粗加工,保留一定加工余量,试验完成后再精加工到位,为了形成封闭腔体,传统方法是在两端轴向大开口和进、出口从外侧加装封板,封板与壳体间装有密封圈,通过拧紧紧固件将封板压紧在壳体上,通过控制紧固件预紧力保证工作状态下密封圈的压缩量符合许用值,从而保证密封。传统方法完全依靠紧固件的预紧力及封板厚度保证密封圈的压缩量,确保试验时不发生泄露。
传统方法存在三个问题:
(1)试验压力高,单个螺栓承受工作拉力大;
(2)封板变形大,封板与壳体间密封面张开较多,密封圈易失效;
(3)进出口为了加工出螺纹孔需延伸出较长距离,增加毛坯成本,并且加工量大,紧固件数量多,拧紧工作操作繁琐。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种超临界二氧化碳透平壳体压力试验装置及方法,可保障壳体耐压试验安全可靠性,操作简便,减小毛坯成本和加工工作量,以及大直径紧固件用量。
本发明的目的是这样实现的:
一种超临界二氧化碳透平壳体压力试验装置,
包括粗加工壳体件,所述粗加工壳体件具有大轴向开口、小轴向开口、进口、出口,大轴向开口的端面高于壳体件成品的对应端面,形成凸台,小轴向开口、进口、出口的口径小于壳体件成品的对应口径;
所述小轴向开口、进口、出口内分别装有堵头,所述堵头呈阶梯状,堵头的大端位于粗加工壳体件内,堵头大端的直径小于大轴向开口的口径,所述小轴向开口、进口、出口内对应设置止口与堵头的台阶面配合定位,台阶面上设置轴向密封圈进行密封,堵头外侧通过螺栓固定有固定板,固定板压在粗加工壳体件上,形成堵头的密封、定位;
大轴向开口内设有呈环形的卡槽,卡槽与凸台对应,大轴向开口内从内到外依次装有端面封板和分段式挡环,所述端面封板的外周面上套有径向密封圈与大轴向开口配合密封,所述分段式挡环具有凸缘,凸缘卡入卡槽内,形成轴向定位,分段式挡环的外侧设有连接板,连接板与端面封板通过螺栓固定,将连接板与端面封板夹持固定在分段式挡环上;
壳体端面封板上开有注液孔用于注入试验介质,壳体端面封板上开有压力表安装孔用于排气和安装压力表。
优选地,所述分段式挡环分为四段,其中两段为拼合段,两拼合段、对称设置,且具有平行的侧边,用于水平移动拼合出圆环状分段式挡环。
一种超临界二氧化碳透平壳体压力试验方法,方法包括以下步骤:
S1、装配
S11、分别从大轴向开口将堵头和轴向密封圈装至小轴向开口、进口、出口,并拧紧对应的螺栓,形成对粗加工壳体件的小轴向开口、进口、出口的密封;
S12、从大轴向开口将端面封板和径向密封圈、推入大轴向开口内侧;
S13、将分段式挡环装入卡槽内;
S14、通过螺栓将连接板和端面封板夹紧固定在分段式挡环上;
S2、试验
S21、将在大轴向开口朝上,通过注液孔注入试验介质,通过压力表安装孔排尽空气,再安装压力表;
S22、进行压力试验,验证粗加工壳体件的强度。
由于采用了上述技术方案,本发明螺栓不承受工作拉力,密封可靠,可保障壳体耐压试验安全可靠性,操作简便,减小毛坯成本和加工工作量,以及大直径紧固件用量。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2为图1的A-A剖视示意图;
图3为分段式挡环的结构示意图;
图4为图3的B-B剖视示意图。
附图标记
附图中,1—粗加工壳体件;1-1—大轴向开口;1-1-1—大轴向开口端面;1-1-2—壳体精加工后大轴向端面;1-2—小轴向开口;1-2-1—壳体精加工后小轴向开口;1-3—进口;1-3-1—壳体精加工后进口;1-4—出口;1-4-1—壳体精加工后出口;1-5—卡槽;2、3、4—堵头;5、6、7—轴向密封圈;8—端面封板;8-1—注液孔,8-2—压力表安装孔;9—分段式挡环;9-1—挡环一;9-2—挡环二;9-3—挡环三;9-4—挡环四;10、11—径向密封圈;12、14、16—固定板;18—连接板;13、15、17、19—螺栓。
具体实施方式
参见图1-图3,为一种超临界二氧化碳透平壳体压力试验装置,包括粗加工壳体件1,粗加工壳体件1包含大轴向开口1-1、小轴向开口1-2、进口1-3、出口1-4,大轴向开口端面1-1-1相比壳体精加工后大轴向端面1-1-2向外延伸一段距离,试验完成后可加工掉,小轴向开口1-2相比壳体精加工后小轴向开口1-2-1小,试验完成后可加工掉,进口1-3相比壳体精加工后进口1-3-1小,试验完成后可加工掉,出口1-4相比壳体精加工后出口1-4-1小,试验完成后可加工掉。
为形成封闭腔体,在小轴向开口1-2、进口1-3、出口1-4上分别装有堵头2、堵头3、堵头4,堵头2上设有轴向密封圈6进行密封,堵头3上设有轴向密封圈5进行密封,堵头4上设有轴向密封圈7进行密封;在大轴向开口1-1内装有端面封板8和分段式挡环9,端面封板8在粗加工壳体件1内侧,分段式挡环9在粗加工壳体件1外侧,壳体端面封板8上设有径向密封圈10和径向密封圈11进行密封,壳体端面封板8上开有注液孔8-1用于注入试验介质,压力表安装孔8-2用于排气和安装压力表,分段式挡环9分为四段挡环:9-1、9-2、9-3和9-4都装入卡槽1-5内。其中两段为拼合段9-2、9-4,两拼合段9-2、9-4对称设置,且具有平行的侧边,用于水平移动拼合出圆环状分段式挡环9。
堵头2外侧设有固定板12,螺栓13将堵头2和固定板12压紧在粗加工壳体件1上,堵头3外侧设有固定板14,螺栓15将堵头3和固定板14压紧在粗加工壳体件1上,堵头4外侧设有固定板16,螺栓17将堵头4和固定板16压紧在粗加工壳体件1上,分段式挡环9外侧设有连接板18,4颗螺栓19将连接板18和挡板8压紧在分段式挡环9上,防止粗加工壳体件1内部未加压时,堵头2、3、4,和挡板8掉入粗加工壳体件1内部。
一种超临界二氧化碳透平壳体压力试验方法
其装配过程为:
一、从大轴向开口1-1将堵头2和轴向密封圈5装至小轴向开口1-2,拧紧螺栓13,将堵头2和固定板12压紧在粗加工壳体件1上;
二、从大轴向开口1-1将堵头3和轴向密封圈6装至进口1-3,拧紧螺栓15,将堵头3和固定板14压紧在粗加工壳体件1上;
三、从大轴向开口1-1将堵头4和轴向密封圈7装至出口1-4,拧紧螺栓17,将堵头4和固定板16压紧在粗加工壳体件1上;
以上步骤一~三顺序不限;
四、从大轴向开口1-1将端面封板8和径向密封圈10、11推入粗加工壳体件1内部;
五、将分段式挡环9装入卡槽1-5内:首先从径向将挡环一9-1和挡环三9-3卡入卡槽1-5,再径向装入挡环二9-2和挡环四9-4,将挡环9整体径向楔紧。分段式挡环9设计新颖巧妙,解决了封板8受压力向外时轴向定位的问题,并且将紧固件的受力转换为分段式挡环9和卡槽1-5受力,增加了受力面积,减小了应力,并且减小了封板8在受压时的径向变形,保证了密封圈10和密封圈11的密封能力。
六、拧紧4颗螺栓19,将连接板18和封板8压紧在分段式挡环9上;
试验时将在大轴向开口1-1朝上,便于排除空气和安装压力表,以及读取压力表数值。压力实验可以采用常规的各种实验方法。
本发明装置通过仿真计算,发现最大应力出现在卡槽1-5上,且远小于材料许用应力,封板径向变形小,满足径向密封圈10和径向密封圈11的变形要求,说明本发明装置密封可靠。
最后说明的是,以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述,但本领域技术人员应当理解,可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变,而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (3)
1.一种超临界二氧化碳透平壳体压力试验装置,其特征在于:
包括粗加工壳体件,所述粗加工壳体件具有大轴向开口、小轴向开口、进口、出口,大轴向开口的端面高于壳体件成品的对应端面,形成凸台,小轴向开口、进口、出口的口径小于壳体件成品的对应口径;
所述小轴向开口、进口、出口内分别装有堵头,所述堵头呈阶梯状,堵头的大端位于粗加工壳体件内,堵头大端的直径小于大轴向开口的口径,所述小轴向开口、进口、出口内对应设置止口与堵头的台阶面配合定位,台阶面上设置轴向密封圈进行密封,堵头外侧通过螺栓固定有固定板,固定板压在粗加工壳体件上,形成堵头的密封、定位;
大轴向开口内设有呈环形的卡槽,卡槽与凸台对应,大轴向开口内从内到外依次装有端面封板和分段式挡环,所述端面封板的外周面上套有径向密封圈与大轴向开口配合密封,所述分段式挡环具有凸缘,凸缘卡入卡槽内,形成轴向定位,分段式挡环的外侧设有连接板,连接板与端面封板通过螺栓固定,将连接板与端面封板夹持固定在分段式挡环上;
壳体端面封板上开有注液孔用于注入试验介质,壳体端面封板上开有压力表安装孔用于排气和安装压力表。
2.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳透平壳体压力试验装置,其特征在于:所述分段式挡环分为四段,其中两段为拼合段,两拼合段、对称设置,且具有平行的侧边,用于水平移动拼合出圆环状分段式挡环。
3.一种超临界二氧化碳透平壳体压力试验方法,其特征在于,方法包括以下步骤:
S1、装配
S11、分别从大轴向开口将堵头和轴向密封圈装至小轴向开口、进口、出口,并拧紧对应的螺栓,形成对粗加工壳体件的小轴向开口、进口、出口的密封;
S12、从大轴向开口将端面封板和径向密封圈、推入大轴向开口内侧;
S13、将分段式挡环装入卡槽内;
S14、通过螺栓将连接板和端面封板夹紧固定在分段式挡环上;
S2、试验
S21、将在大轴向开口朝上,通过注液孔注入试验介质,通过压力表安装孔排尽空气,再安装压力表;
S22、进行压力试验,验证粗加工壳体件的强度。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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CN202011307350.4A CN112304775A (zh) | 2020-11-20 | 2020-11-20 | 一种超临界二氧化碳透平壳体压力试验装置及方法 |
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CN202011307350.4A CN112304775A (zh) | 2020-11-20 | 2020-11-20 | 一种超临界二氧化碳透平壳体压力试验装置及方法 |
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Family
ID=74336001
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CN202011307350.4A Pending CN112304775A (zh) | 2020-11-20 | 2020-11-20 | 一种超临界二氧化碳透平壳体压力试验装置及方法 |
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CN (1) | CN112304775A (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113953784A (zh) * | 2021-11-13 | 2022-01-21 | 中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司 | 一种空腔结构零件的压力渗透检测方法 |
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2020
- 2020-11-20 CN CN202011307350.4A patent/CN112304775A/zh active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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