CN212428958U - 带有轴承箱冷却的透平膨胀机用氮气密封系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带有轴承箱冷却的透平膨胀机用氮气密封系统，包括总管路、静叶调节腔A密封管路、静叶调节腔B密封管路、进气侧碳环密封管路、进气侧迷宫密封管路、排气侧碳环密封管路、排气侧迷宫密封管路和排气侧轴承箱冷却管路。本实用新型的系统兼具密封功能和轴承箱的冷却功能，可保证TRT长期高效运行，减少泄漏面，减小损失，使得机组公辅系统的氮气耗量也会大大降低，降低设备运行成本。本实用新型对透平膨胀机的静叶调节腔、进气侧充氮口和排气侧充氮口采用氮气进行联合密封，可更进一步确保透平膨胀机运行时煤气不泄漏，使操作员在现场安全操作，同时可避免环境污染。

Description

带有轴承箱冷却的透平膨胀机用氮气密封系统

技术领域

本实用新型属于冶金领域，涉及透平膨胀机，具体涉及一种带有轴承箱冷却的透平膨胀机用氮气密封系统。

背景技术

在冶金行业中，高炉炼铁产生的高炉煤气先经过除尘设备后，再通过减压阀组，供给用户，大大浪费了高炉煤气中原有的压力能和热能。为了回收高炉煤气中损失的能量，需要增加高炉煤气余压透平发电装置(TRT)。在干、湿法除尘TRT，干湿两用型TRT，共用型TRT、高炉鼓风与能量回收机组(BPRT)、烧结余热与高炉顶压能量回收联合发电机组(STRT)中，都要用到透平膨胀机，是高炉节能环保必备装置。

现有技术中公开了一些氮气密封系统，例如，碳环密封体设置在气封体的外侧；碳环密封体与气封体均设有氮气接口，多个碳环分别设置在碳环密封体与透平转子的接触处；氮气接管与氮气接口相连；氮气接管与止回阀相连，止回阀的与截止阀相连；截止阀与球阀相连；球阀的进口端与气动薄膜调节阀的出气口相连；气动薄膜调节阀的进气口与球阀的出口端相连；球阀的进口端与止回阀的出气口相连；止回阀的进气口通入氮气。

现有技术中的密封系统的在一定程度上解决高炉煤气透平机组煤气向外泄漏的问题，保证了环境安全，但是设备内部泄漏导致的设备安全问题未被充分考虑。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于，提供一种带有轴承箱冷却的透平膨胀机用氮气密封系统，解决现有技术中难以兼顾煤气透平机的密封和轴承箱的冷却的技术问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案予以实现：

一种带有轴承箱冷却的透平膨胀机用氮气密封系统，包括透平膨胀机，所述的透平膨胀机上设置有静叶调节腔充氮口、进气侧碳环密封充氮口、进气侧迷宫密封充氮口、排气侧碳环密封充氮口、排气侧迷宫密封充氮口和排气侧轴承箱充氮口；

还包括总管路、静叶调节腔A密封管路、静叶调节腔B密封管路、进气侧碳环密封管路、进气侧迷宫密封管路、排气侧碳环密封管路、排气侧迷宫密封管路和排气侧轴承箱冷却管路；

所述的静叶调节腔A密封管路的出气端与静叶调节腔充氮口相连通，静叶调节腔B密封管路的出气端与静叶调节腔充氮口相连通，进气侧碳环密封管路出气端与进气侧碳环密封充氮口相连通，进气侧迷宫密封管路出气端与进气侧迷宫密封充氮口相连通，排气侧碳环密封管路出气端与排气侧碳环密封充氮口相连通，排气侧迷宫密封管路出气端与排气侧迷宫密封充氮口相连通；排气侧轴承箱冷却管路出气端与排气侧轴承箱充氮口相连通；

所述的总管路上设置有气动薄膜调节阀，气动薄膜调节阀进气端的总管路为总管路进气段，气动薄膜调节阀出气端的总管路为总管路出气段；

所述的总管路出气段分别与静叶调节腔A密封管路的进气端、进气侧碳环密封管路的进气端、进气侧迷宫密封管路的进气端、排气侧碳环密封管路的进气端、排气侧迷宫密封管路的进气端和排气侧轴承箱冷却管路的进气端相连通；总管路进气段与静叶调节腔B密封管路的进气端相连通。

本实用新型还具有如下技术特征：

所述的静叶调节腔B密封管路的进气端上游的总管路进气段上设置有第一截止阀；所述的第一截止阀进气端上游的总管路进气段上设置有气源压力调节机构，所述的气源压力调节机构包括安装在总管路进气段上的自力式调节阀，设置在自力式调节阀进气端的第四球阀，设置在自力式调节阀出气端的第五球阀，还包括与自力式调节阀并联的第六球阀，第四球阀的进气端与第六球阀的进气端相连，第五球阀的出气端与第六球阀的出气端相连。

所述的静叶调节腔A密封管路上设置有第二截止阀；静叶调节腔B密封管路上设置有第三截止阀；进气侧碳环密封管路上从进气端至出气端依次设置有第四截止阀和第一止回阀；进气侧迷宫密封管路上从进气端至出气端依次设置有第五截止阀和第二止回阀；排气侧碳环密封管路上从进气端至出气端依次设置有第六截止阀和第三止回阀；排气侧迷宫密封管路上从进气端至出气端依次设置有第七截止阀和第四止回阀；所述的排气侧轴承箱冷却管路从进气端至出气端依次设置有第八截止阀和第五止回阀。

所述的气动薄膜调节阀上设置有三阀组保护机构，所述的三阀组保护机构包括设置在气动薄膜调节阀进气端的第一球阀，设置在气动薄膜调节阀出气端的第二球阀，还包括与气动薄膜调节阀并联的第三球阀，第一球阀的进气端与第三球阀的进气端相连，第二球阀的出气端与第三球阀的出气端相连。

所述的透平膨胀机为焊接机壳型式透平膨胀机。

本实用新型还保护一种带有轴承箱冷却的透平膨胀机用氮气密封方法，该方法采用如上所述的带有轴承箱冷却的透平膨胀机用氮气密封系统对透平膨胀机的静叶调节腔、进气侧碳环密封、进气侧迷宫密封、排气侧碳环密封和排气侧迷宫密封进行充氮气密封，对透平膨胀机的排气侧轴承箱进行充氮气冷却。

具体的，该方法中，调节阀后压力为0.4～0.6MPa；保持调节阀后压力高于被密封的煤气压力20～30kPa，根据调节阀后压力和被密封的煤气压力的实时检测值对气动薄膜调节阀进行实时调节，经过气动薄膜调节阀调压后的氮气输送至静叶调节腔充氮口、进气侧碳环密封充氮口、进气侧迷宫密封充氮口和排气侧碳环密封充氮口、排气侧迷宫密封充氮口和排气侧轴承箱充氮口)进行密封及冷却；

当透平膨胀机的排气侧轴承温度≥90℃或排气侧轴承温度比进气侧轴承温度高10℃以上时，开启排气侧轴承箱冷却管路对排气侧轴承箱充氮口进行冷却。

具体的，调节阀后压力为以总管出气段为采集点采集的氮气压力；被密封的煤气压力为以透平膨胀机的排气侧的排气管道或以透平膨胀机的平衡管道为采集点采集的煤气压力。

具体的，当静叶调节腔内压力小于50kPa时，则采用静叶调节腔A密封管路对静叶调节腔进行密封，静叶调节腔B密封管路关闭；当静叶调节腔内压力大于等于50kPa时，则采用静叶调节腔B密封管路对静叶调节腔进行密封，静叶调节腔A密封管路关闭。

本实用新型与现有技术相比，具有如下技术效果：

(Ⅰ)本实用新型的系统兼具密封功能和轴承箱的冷却功能，可保证TRT 长期高效运行，减少泄漏面，减小损失，使得机组公辅系统的氮气耗量也会大大降低，降低设备运行成本。

(Ⅱ)本实用新型对透平膨胀机的静叶调节腔、进气侧充氮口和排气侧充氮口采用氮气进行联合密封，可更进一步确保透平膨胀机运行时煤气不泄漏，使操作员在现场安全操作，同时可避免环境污染。

(Ⅲ)本实用新型首次对透平膨胀机的静叶调节腔采用氮气进行密封。在静叶调节腔设置氮气密封，能够带来以下效果：

透平膨胀机静叶承缸与机壳间为密封腔体，增加氮气密封可避免煤气向调节腔泄漏。

可保证静叶调节腔的清洁度，可避免由于煤气泄漏而造成的静叶曲柄摩擦力增大，静叶转动困难问题，可保证和延长静叶调节机构使用寿命。

可缓解静叶调节卡滞、两侧静叶调节油缸不同步的问题。

通过静叶调节腔氮气密封系统的设计，可以有效优化透平膨胀机的静叶调节腔内的运行环境，有效保证和延长静叶、调节机构、透平膨胀机密封环的使用寿命。

(Ⅳ)在实现煤气不泄漏的情况下，调节腔的氮气密封采用两路密封管路，根据静叶调节腔的实际压力消耗氮气，大大节约氮气消耗量。

附图说明

图1为带有冷却的氮气密封系统的整体结构示意图。

图中各个标号的含义为：1-透平膨胀机，2-总管路，3-静叶调节腔A密封管路，4-静叶调节腔B密封管路，5-进气侧碳环密封管路，6-进气侧迷宫密封管路，7-排气侧碳环密封管路，8-排气侧迷宫密封管路，9-气动薄膜调节阀， 10-第一截止阀，11-第二截止阀，12-第三截止阀，13-第四截止阀，14-第一止回阀，15-第五截止阀，16-第二止回阀，17-第六截止阀，18-第三止回阀， 19-第七截止阀，20-第四止回阀，21-第一球阀，22-第二球阀，23-第三球阀，24-压力传感器，25-流量传感器，26-温度传感器，27-压力表，28-压力表，29-压力差变送器，30-第一引压管，31-第二引压管，32-隔离器，33-控制器，34-阀门自带定位器；35-排气侧轴承箱冷却管路，36-第八截止阀，37- 第五止回阀，38-自力式调节阀，39-第四球阀，40-第五球阀，41-第六球阀；

101-静叶调节腔充氮口，102-进气侧碳环密封充氮口，103-进气侧迷宫密封充氮口，104-排气侧碳环密封充氮口，105-排气侧迷宫密封充氮口，106-排气侧轴承箱充氮口；

201-总管路进气段，202-总管路出气段；

P1为被密封的煤气压力采集点，P2为调节阀后压力采集点。

以下结合实施例对本实用新型的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

本实用新型中的透平膨胀机主要是指高炉煤气透平膨胀机。高炉煤气透平膨胀机的工作介质为高炉煤气，属于可燃有毒气体。为了防止煤气泄漏，除了采用迷宫式+端面碳环密封型式外，必须设置氮气密封系统,氮气密封系统可有效防止TRT轴端、静叶调节腔等部位的煤气泄漏。

TRT装置是利用高炉冶炼的副产品—高炉炉顶煤气具有的压力能和热能，使煤气通过透平膨胀机膨胀作功，驱动发电机发电或驱动其它设备，进行能量回收的一种装置。TRT装置不消耗任何燃料，不改变原煤气品质，是无污染无公害的最经济的设备，可替代减压阀组调节稳定炉顶压力。TRT工质为高炉煤气、属于可燃有毒气体，绝对不能让其外泄，故需要使用氮气密封系统，实现轴端、调节腔的密封。轴端密封采用迷宫式+端面碳环的密封型式，加设氮气密封,提高了运行安全性。

需要说明的是，本实用新型中的所有零部件，在没有特殊说明的情况下，均采用本领域已知的零部件。

以下给出本实用新型的具体实施例，需要说明的是本实用新型并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本实用新型的保护范围。

实施例1：

本实施例给出一种带有轴承箱冷却的透平膨胀机用氮气密封系统，如图 1所示，包括透平膨胀机1，透平膨胀机1上设置有静叶调节腔充氮口101、进气侧碳环密封充氮口102、进气侧迷宫密封充氮口103、排气侧碳环密封充氮口104、排气侧迷宫密封充氮口105和排气侧轴承箱充氮口106；

还包括总管路2、静叶调节腔A密封管路3、静叶调节腔B密封管路4、进气侧碳环密封管路5、进气侧迷宫密封管路6、排气侧碳环密封管路7、排气侧迷宫密封管路8和排气侧轴承箱冷却管路35；

静叶调节腔A密封管路3的出气端与静叶调节腔充氮口101相连通，静叶调节腔B密封管路4的出气端与静叶调节腔充氮口101相连通，进气侧碳环密封管路5出气端与进气侧碳环密封充氮口102相连通，进气侧迷宫密封管路6出气端与进气侧迷宫密封充氮口103相连通，排气侧碳环密封管路7出气端与排气侧碳环密封充氮口104相连通，排气侧迷宫密封管路8出气端与排气侧迷宫密封充氮口105相连通；排气侧轴承箱冷却管路35出气端与排气侧轴承箱充氮口106相连通；

总管路上设置有气动薄膜调节阀9，气动薄膜调节阀9进气端的总管路2 为总管路进气段201，气动薄膜调节阀9出气端的总管路2为总管路出气段 202；

总管路出气段202分别与静叶调节腔A密封管路3的进气端、进气侧碳环密封管路5的进气端、进气侧迷宫密封管路6的进气端、排气侧碳环密封管路7的进气端、排气侧迷宫密封管路8的进气端和排气侧轴承箱冷却管路35 的进气端相连通；总管路进气段201与静叶调节腔B密封管路4的进气端相连通。

作为本实施例的一种优选方案，静叶调节腔B密封管路4的进气端上游的总管路进气段201上设置有第一截止阀10；第一截止阀10进气端上游的总管路进气段201上设置有气源压力调节机构，气源压力调节机构包括安装在总管路进气段201上的自力式调节阀38，设置在自力式调节阀38进气端的第四球阀39，设置在自力式调节阀38出气端的第五球阀40，还包括与自力式调节阀38并联的第六球阀41，第四球阀39的进气端与第六球阀41的进气端相连，第五球阀40的出气端与第六球阀41的出气端相连。总管路进气端的气源压力为0.4～0.7MPa、0.4～0.9MPa，或者更高。当氮气总管处的压力高于 0.6MPa时，需要在氮气总管处再设置气源压力调节机构进行压力调节，使其压力调整到0.4～0.6MPa。

进一步地，与第一截止阀10进气端相连的总管路进气段201上还安装有压力传感器24、流量传感器25和温度传感器26；第一截止阀10出气端相连的总管路进气段201上还安装有压力表27；静叶调节腔充氮口101、进气侧碳环密封充氮口102、进气侧迷宫密封充氮口103、排气侧碳环密封充氮口104、排气侧迷宫密封充氮口105和排气侧轴承箱充氮口106上均安装有压力表 28。流量传感器25可进行氮气耗量测量，并传至中控室。优选的，压力传感器24采用能够现场显示氮气压力且能够传输信号至控制中心的压力表，流量传感器25采用现场能够显示氮气流量且能够传输信号至控制中心的流量传感器。温度传感器26采用现场能够显示氮气温度且能够传输信号至控制中心的温度传感器。压力表27和压力表28采用只能够现场显示氮气压力的压力指示表。

作为本实施例的一种优选方案，静叶调节腔A密封管路3上设置有第二截止阀11；静叶调节腔B密封管路4上设置有第三截止阀12；进气侧碳环密封管路5上从进气端至出气端依次设置有第四截止阀13和第一止回阀14；进气侧迷宫密封管路6上从进气端至出气端依次设置有第五截止阀15和第二止回阀16；排气侧碳环密封管路7上从进气端至出气端依次设置有第六截止阀 17和第三止回阀18；排气侧迷宫密封管路8上从进气端至出气端依次设置有第七截止阀19和第四止回阀20；排气侧轴承箱冷却管路35从进气端至出气端依次设置有第八截止阀36和第五止回阀37。

作为本实施例的一种优选方案，气动薄膜调节阀9上设置有三阀组保护机构，三阀组保护机构包括设置在气动薄膜调节阀9进气端的第一球阀21，设置在气动薄膜调节阀9出气端的第二球阀22，还包括与气动薄膜调节阀9 并联的第三球阀23，第一球阀21的进气端与第三球阀23的进气端相连，第二球阀22的出气端与第三球阀23的出气端相连。在气动薄膜调节阀处设置三阀组保护机构，便于气动薄膜调节阀检修，提升系统的可靠性。

作为本实施例的一种优选方案，透平膨胀机1为焊接机壳型式透平膨胀机。焊接机壳型式透平膨胀机具有进气侧轴承箱和排气侧轴承箱。

实施例2：

本实施例给出一种带有轴承箱冷却的透平膨胀机用氮气密封方法，该方法采用实施例1中的带有轴承箱冷却的透平膨胀机用氮气密封系统对透平膨胀机1的静叶调节腔、进气侧碳环密封、进气侧迷宫密封、排气侧碳环密封和排气侧迷宫密封进行充氮气密封，对透平膨胀机1的排气侧轴承箱进行充氮气冷却。

具体的，该方法中，调节阀后压力为0.4～0.6MPa；保持调节阀后压力高于被密封的煤气压力20～30kPa，根据调节阀后压力和被密封的煤气压力的实时检测值对气动薄膜调节阀9进行实时调节，经过气动薄膜调节阀9调压后的氮气输送至静叶调节腔充氮口101、进气侧碳环密封充氮口102、进气侧迷宫密封充氮口103和排气侧碳环密封充氮口104、排气侧迷宫密封充氮口105 和排气侧轴承箱充氮口106)进行密封及冷却；

当透平膨胀机1的排气侧轴承温度≥90℃或排气侧轴承温度比进气侧轴承温度高10℃以上时，开启排气侧轴承箱冷却管路35对排气侧轴承箱充氮口 106进行冷却。

作为本实施例的一种优选方案，调节阀后压力为以总管出气段202为采集点采集的氮气压力；被密封的煤气压力为以透平膨胀机1的排气侧的排气管道或以透平膨胀机1的平衡管道为采集点采集的煤气压力。

作为本实施例的一种优选方案，当静叶调节腔内压力小于50kPa时，则采用静叶调节腔A密封管路3对静叶调节腔进行密封，静叶调节腔B密封管路4关闭；当静叶调节腔内压力大于等于50kPa时，则采用静叶调节腔B密封管路4对静叶调节腔进行密封，静叶调节腔A密封管路3关闭。

作为本实施例的一种优选方案，气动薄膜调节阀9的调节可以通过调节单元实现，调节单元包括压力差变送器29，压力差变送器29的一端通过第一引压管30与被密封的煤气压力采集点P1相连通，压力差变送器29的另一端通过第二引压管31与调节阀后压力采集点P2相连通。压力差变送器29还依次与隔离器32、控制器33和阀门自带定位器34通过电缆连接，阀门自带定位器34与气动薄膜调节阀9相连，用于控制调节气动薄膜调节阀9。

Claims (5)

1.一种带有轴承箱冷却的透平膨胀机用氮气密封系统，包括透平膨胀机(1)，其特征在于，所述的透平膨胀机(1)上设置有静叶调节腔充氮口(101)、进气侧碳环密封充氮口(102)、进气侧迷宫密封充氮口(103)、排气侧碳环密封充氮口(104)、排气侧迷宫密封充氮口(105)和排气侧轴承箱充氮口(106)；

还包括总管路(2)、静叶调节腔A密封管路(3)、静叶调节腔B密封管路(4)、进气侧碳环密封管路(5)、进气侧迷宫密封管路(6)、排气侧碳环密封管路(7)、排气侧迷宫密封管路(8)和排气侧轴承箱冷却管路(35)；

所述的静叶调节腔A密封管路(3)的出气端与静叶调节腔充氮口(101)相连通，静叶调节腔B密封管路(4)的出气端与静叶调节腔充氮口(101)相连通，进气侧碳环密封管路(5)出气端与进气侧碳环密封充氮口(102)相连通，进气侧迷宫密封管路(6)出气端与进气侧迷宫密封充氮口(103)相连通，排气侧碳环密封管路(7)出气端与排气侧碳环密封充氮口(104)相连通，排气侧迷宫密封管路(8)出气端与排气侧迷宫密封充氮口(105)相连通；排气侧轴承箱冷却管路(35)出气端与排气侧轴承箱充氮口(106)相连通；

所述的总管路上设置有气动薄膜调节阀(9)，气动薄膜调节阀(9)进气端的总管路(2)为总管路进气段(201)，气动薄膜调节阀(9)出气端的总管路(2)为总管路出气段(202)；

所述的总管路出气段(202)分别与静叶调节腔A密封管路(3)的进气端、进气侧碳环密封管路(5)的进气端、进气侧迷宫密封管路(6)的进气端、排气侧碳环密封管路(7)的进气端、排气侧迷宫密封管路(8)的进气端和排气侧轴承箱冷却管路(35)的进气端相连通；总管路进气段(201)与静叶调节腔B密封管路(4)的进气端相连通。

2.如权利要求1所述的带有轴承箱冷却的透平膨胀机用氮气密封系统，其特征在于，所述的静叶调节腔B密封管路(4)的进气端上游的总管路进气段(201)上设置有第一截止阀(10)；所述的第一截止阀(10)进气端上游的总管路进气段(201)上设置有气源压力调节机构，所述的气源压力调节机构包括安装在总管路进气段(201)上的自力式调节阀(38)，设置在自力式调节阀(38)进气端的第四球阀(39)，设置在自力式调节阀(38)出气端的第五球阀(40)，还包括与自力式调节阀(38)并联的第六球阀(41)，第四球阀(39)的进气端与第六球阀(41)的进气端相连，第五球阀(40)的出气端与第六球阀(41)的出气端相连。

3.如权利要求1所述的带有轴承箱冷却的透平膨胀机用氮气密封系统，其特征在于，所述的静叶调节腔A密封管路(3)上设置有第二截止阀(11)；静叶调节腔B密封管路(4)上设置有第三截止阀(12)；进气侧碳环密封管路(5)上从进气端至出气端依次设置有第四截止阀(13)和第一止回阀(14)；进气侧迷宫密封管路(6)上从进气端至出气端依次设置有第五截止阀(15)和第二止回阀(16)；排气侧碳环密封管路(7)上从进气端至出气端依次设置有第六截止阀(17)和第三止回阀(18)；排气侧迷宫密封管路(8)上从进气端至出气端依次设置有第七截止阀(19)和第四止回阀(20)；所述的排气侧轴承箱冷却管路(35)从进气端至出气端依次设置有第八截止阀(36)和第五止回阀(37)。

4.如权利要求1所述的带有轴承箱冷却的透平膨胀机用氮气密封系统，其特征在于，所述的气动薄膜调节阀(9)上设置有三阀组保护机构，所述的三阀组保护机构包括设置在气动薄膜调节阀(9)进气端的第一球阀(21)，设置在气动薄膜调节阀(9)出气端的第二球阀(22)，还包括与气动薄膜调节阀(9)并联的第三球阀(23)，第一球阀(21)的进气端与第三球阀(23)的进气端相连，第二球阀(22)的出气端与第三球阀(23)的出气端相连。

5.如权利要求1所述的带有轴承箱冷却的透平膨胀机用氮气密封系统，其特征在于，所述的透平膨胀机(1)为焊接机壳型式透平膨胀机。

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