一种应用于超临界二氧化碳透平的双阀控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种应用于超临界二氧化碳透平的双阀控制系统及方法，减少干气密封进气及干气密封壳体的预热时间，降低透平低速启动时透平内部气流对转子影响，维持转子在紧急停机时轴向力的稳定。干气密封进气腔室上游端连接有干气密封进气阀门，还包括碳环排空管道、透平排空管道，碳环排空管道与冷却气腔室连通，透平排空管道与排气腔体连通，碳环排空管道下游端连接有碳环保护阀，透平排空管道下游端连接有透平排空阀，进气腔体上游端连接有调节阀，排气腔体下游端连接有关断阀。排气腔体下游端连接有关断阀。排气腔体下游端连接有关断阀。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于超临界二氧化碳透平的双阀控制系统及方法


[0001]本专利技术涉及超临界二氧化碳透平
，特别是涉及一种应用于超临界二氧化碳透平的双阀控制系统及方法。

技术介绍

[0002]以超临界二氧化碳为介质的循环发电系统效率高，可替代传统发电循环系统，并且系统体积小，为提高效率，系统热力循环的温度(550℃以上)、压力(15
‑
32MPA)较高,由于其压力较高，传统的疏齿等密封已不能满足该使用要求；为了更好地对机组进行密封，提高机组效率，超临界二氧化碳透平密封一般选取干气密封作为密封组件。
[0003]超临界二氧化碳透平介质为处于超临界的二氧化碳，在该状态下的二氧化碳密度高，接近液体，但其流动性又跟气体相似，化学性质稳定且价格便宜，不污染环境，因此，干气密封气则选用透平一样介质的二氧化碳。二氧化碳在低温高压下会形成液体乃至固体，如果控制不好温度和压力，会对干气密封造成损坏，为解决该问题，透平启动前会对干气密封壳体及进入的密封气进行预热升温，待温度上升到安全值后，方可启动盘车，冲转透平；但是温度预热过程中，起初干气密封预热压力不能太高(温度低、压力高密封气会形成液体或固体)，密封气通过透平机组阻尼大，因此，起初干气密封通入的流量非常小，在阀门、碳环密封等零部件的截流影响下，干气密封气温度会进一步降低，这样一来，干气密封进气及壳体预热的时间会比较久，给企业带来不同程度损失；在透平盘车启动时，由于透平为低转速，转子、轴承油膜形成还不稳定，而且转速低时推力轴承承受能力也较低，为了尽量减少气流对转子的影响，此时需保证透平内部气流稳定；在透平紧急打闸停机时，透平进、出口阀门瞬间关闭，阻止了透平气流正向流动，由于碳环密封间隙较小，阻尼较大，碳环密封前后建立压力平衡需要一定时间，干气密封气一直在通入，碳环密封前后的压差会瞬间增大，此时转子容易产生较大轴向力，导致转子轴向窜动，破坏机组。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种应用于超临界二氧化碳透平的双阀控制系统及方法，减少干气密封进气及干气密封壳体的预热时间，降低透平低速启动时透平内部气流对转子影响，维持转子在紧急停机时轴向力的稳定。
[0005]本专利技术的目的是这样实现的：
[0006]一种应用于超临界二氧化碳透平的双阀控制系统，包括外缸体，所述外缸体具有进气腔体、排气腔体，所述外缸体内固定有内缸体，所述内缸体与进气腔体、排气腔体连通，外缸体内设有主轴，所述主轴与内缸体之间设置叶片，所述叶片位于进气腔体、排气腔体之间，所述外缸体的两端固定有透平端盖，所述主轴的第一端与对应的透平端盖之间从内到外依次设有碳环密封、第一疏齿密封、第一干气密封组件，所述碳环密封与内缸体相邻，透平端盖、碳环密封与内缸体之间具有间隙，主轴的第二端与对应的透平端盖之间从内到外依次设有第二疏齿密封、第二干气密封组件，主轴的第二端与外缸体之间设有密封件，主轴
的两端通过推力及径向轴承支撑于透平架，其特征在于：
[0007]所述主轴的第一端设有台阶面一，所述主轴的第二端设有台阶面二，所述台阶面一与内缸体配合轴向定位，所述台阶面二与第二疏齿密封之间形成容纳腔，所述第一干气密封组件、第一疏齿密封之间，以及第二疏齿密封、第二干气密封组件之间留有干气密封进气腔室，第一疏齿密封、碳环密封之间留有冷却气腔室，用于通入冷却气，所述冷却气腔室通过平衡管与容纳腔连通，使冷却气腔室、容纳腔压力相等，碳环密封前压力与台阶面二压力相等，所述内缸体和主轴之间具有间隙，内缸体、主轴之间的间隙与碳环密封、内缸体之间的间隙连通，使台阶面一、碳环密封后压力相等；
[0008]干气密封进气腔室上游端连接有干气密封进气阀门，还包括碳环排空管道、透平排空管道，碳环排空管道与冷却气腔室连通，透平排空管道与排气腔体连通，碳环排空管道下游端连接有碳环保护阀，透平排空管道下游端连接有透平排空阀，进气腔体上游端连接有调节阀，排气腔体下游端连接有关断阀。
[0009]优选地，所述透平端盖上设有前气压检测通道、后气压检测通道，前气压检测通道与冷却气腔室连通，前气压检测通道端部安装前压力传感器，后气压检测通道与透平端盖、内缸体之间的间隙连通，后气压检测通道端部安装后压力传感器；
[0010]干气密封气进入干气密封进气腔室，冷却气进入冷却气腔室，干气密封气的压力大于冷却气腔室的压力，冷却气腔室的压力大于透平内部介质压力，干气密封气的一部分透过第一疏齿密封与冷却气腔室内的冷却气混合，混合后冷却气的一部分再透过碳环密封、内缸体与主轴之间的间隙进入透平内部，混合后冷却气的另一部分通过平衡管进入容纳腔，再通过密封件、主轴之间的间隙进入透平内部，混合气体经过的部位均得到冷却作用。
[0011]优选地，所述碳环保护阀采用气动调节阀，气动调节阀能够从开度0到开度100进行调节，所述透平排空阀采用气动关断阀。
[0012]优选地，干气密封组件的壳体表面、干气密封进气管道上分别安装有温度传感器。
[0013]一种应用于超临界二氧化碳透平的双阀控制方法，在透平未启动时，干气密封组件通入干气密封气，此时全开碳环保护阀及透平排空阀，逐渐增加干气密封进气阀门开度，将干气密封进气量逐渐增大，干气密封进气量增大过程中需保证干气密封进气压力低于二氧化碳液化及固化压力，干气密封进气及干气密封壳体逐渐升温，当干气密封进气温度大于80℃且干气密封壳体表面温度大于60℃时，此时关闭透平排空阀，逐渐关闭碳环保护阀，观察干气密封进气压力,当压力在1.6MPa
‑
2MPa之间时，停止关闭碳环保护阀，并维持其开度，再启动透平盘车电机，使透平达到稳定转速900RPM，并稳定10min，此时逐渐关闭透平排空阀，直至透平内部压力维持在6MPa，再次维持碳环保护阀开度，打开透平出口关断阀，逐渐增加透平进口调节阀开度，使二氧化碳介质进入透平，冲转透平，此时将碳环保护阀全关，调节干气密封进气阀门开度，维持干气密封运行时所需流量。
[0014]优选地，在紧急停机时，将透平进出口的关断阀及调节阀关闭，由于透平停机时存在惯性，在转子未完全停止下来前，干气密封一直通入干气密封气，并将碳环保护阀打开，将其开度维持在25％，保证碳环前压力与碳环后压力差值小于0.8MPa,如果该压力差有上升趋势，将碳环排空阀开度逐渐增大，直至其压差小于0.8MPa，同时开启透平排空阀，排出透平二氧化碳介质，逐渐降低透平内部压力至大气压。
[0015]由于采用了上述技术方案，本专利技术能够减少干气密封进气及干气密封壳体的预热时间，降低透平低速启动时透平内部气流对转子影响，维持转子在紧急停机时轴向力的稳定。
附图说明
[0016]图1为本专利技术的内部组成剖视图；
[0017]图2为一级静叶组件与主轴局部放大图；
[0018]图3为本专利技术的外部结构图；
[0019]图4为闭式循环冷却系统流向图。
[0020]附图标记
[0021]附图中，推力及径向轴承1、第一干气密本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于超临界二氧化碳透平的双阀控制系统，包括外缸体，所述外缸体具有进气腔体、排气腔体，所述外缸体内固定有内缸体，所述内缸体与进气腔体、排气腔体连通，外缸体内设有主轴，所述主轴与内缸体之间设置叶片，所述叶片位于进气腔体、排气腔体之间，所述外缸体的两端固定有透平端盖，所述主轴的第一端与对应的透平端盖之间从内到外依次设有碳环密封、第一疏齿密封、第一干气密封组件，所述碳环密封与内缸体相邻，透平端盖、碳环密封与内缸体之间具有间隙，主轴的第二端与对应的透平端盖之间从内到外依次设有第二疏齿密封、第二干气密封组件，主轴的第二端与外缸体之间设有密封件，主轴的两端通过推力及径向轴承支撑于透平架，其特征在于：所述主轴的第一端设有台阶面一，所述主轴的第二端设有台阶面二，所述台阶面一与内缸体配合轴向定位，所述台阶面二与第二疏齿密封之间形成容纳腔，所述第一干气密封组件、第一疏齿密封之间，以及第二疏齿密封、第二干气密封组件之间留有干气密封进气腔室，第一疏齿密封、碳环密封之间留有冷却气腔室，用于通入冷却气，所述冷却气腔室通过平衡管与容纳腔连通，使冷却气腔室、容纳腔压力相等，碳环密封前压力与台阶面二压力相等，所述内缸体和主轴之间具有间隙，内缸体、主轴之间的间隙与碳环密封、内缸体之间的间隙连通，使台阶面一、碳环密封后压力相等；干气密封进气腔室上游端连接有干气密封进气阀门，还包括碳环排空管道、透平排空管道，碳环排空管道与冷却气腔室连通，透平排空管道与排气腔体连通，碳环排空管道下游端连接有碳环保护阀，透平排空管道下游端连接有透平排空阀，进气腔体上游端连接有调节阀，排气腔体下游端连接有关断阀。2.根据权利要求1所述的一种应用于超临界二氧化碳透平的双阀控制系统，其特征在于：所述透平端盖上设有前气压检测通道、后气压检测通道，前气压检测通道与冷却气腔室连通，前气压检测通道端部安装前压力传感器，后气压检测通道与透平端盖、内缸体之间的间隙连通，后气压检测通道端部安装后压力传感器；干气密封气进入干气密封进气腔室，冷却气进入冷却气腔室，干气密封气的压力大于冷却气腔室的压力，冷却气腔室的压力大于透平内部介质压力，干气密封气的一部分透过第一疏齿密封与冷却气腔室内...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓德见，周东，文鑫，但光局，李扬，王亚，龚由春，张艳，
申请(专利权)人：重庆江增船舶重工有限公司，
类型：发明
国别省市：