【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超临界二氧化碳压缩机，更具体的说是涉及一种超临界二氧化碳压缩机低泄漏密封系统及控制方法。
技术介绍
1、超临界二氧化碳在其临界点（31.1℃和7.38mpa）以上的状态下具有气体的扩散性和液体的高密度特性，适用于高效能的热循环系统，超临界二氧化碳（sco2）压缩机广泛应用于二氧化碳发电系统，其具有转速高、工质压力高、密封压差大等特点，使得压缩机的轴系设计、密封问题变得尤为复杂。
2、现有技术中超临界二氧化碳压缩机通常采用油润滑的滑动轴承，密封则通常采用干气密封技术或梳齿密封技术。干气密封为一种无接触式密封，通过气膜隔离密封面，适用于高压工况，具有密封效果好但价格较高的特点。梳齿密封为一种多级阶梯式密封结构，适合初步泄压应用，结构简单但密封性能相对较差。
3、对于轴承技术：
4、油润滑的滑动轴承：需要一套复杂的润滑油供给和冷却系统，实现油压、油温的监测和控制。并且该轴承的间隙较大、振动高，在与碳环密封这类高精度密封配合使用时，高振动会破坏密封的贴合效果，从而降低密封效果和使用寿命。
5、而脂润滑角接触球轴承虽然轴承间隙小、精度高、振动低、可承受载荷高，非常适合超临界二氧化碳压缩机的高转速、高压力工况，但由于其在高速条件下发热量显著增加，且常常无法实现轴承的冷却，导致润滑脂失效甚至轴承损坏，使其尚未在超临界二氧化碳压缩机中得到广泛应用。
6、对于密封技术：
7、梳齿密封：该密封技术简单、成本低，但是由于在高转速时密封效果不佳，造成的泄漏量较大。p>
8、干气密封：虽然能够实现较低的泄漏量，但其价格昂贵，且需要复杂的干气密封控制系统，这增加了设备的整体成本和维护难度。
9、而碳环密封可以实现较低的泄漏量，但由于其耐压差能力较低，轴系精度要求高，易在高压环境下损坏，尚未在超临界二氧化碳压缩机中得到广泛应用。
10、因此，如何整合轴承和密封的功能，在保障压缩机稳定运行的同时降低密封的泄漏量和解决现有密封方案的不足，是超临界二氧化碳压缩机设计时亟待解决的问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种超临界二氧化碳压缩机低泄漏密封系统及控制方法，适用于高转速、高压差工况下的超临界二氧化碳压缩机，旨在解决现有技术中轴承冷却困难、密封效果差以及密封控制系统复杂性高的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供的超临界二氧化碳压缩机低泄漏密封系统，包括压缩机本体和压温控制模块，所述压缩机本体内设有与压温控制模块相连通的压温控制腔和与大气环境相连通的泄漏气排放腔，所述压温控制腔和泄漏气排放腔之间设有碳环密封，所述压温控制腔的前端设有梳齿密封，所述梳齿密封、压温控制腔以及碳环密封组成多级密封组合结构；
3、所述压温控制模块用于控制压温控制腔内工质压力和温度。
4、优选的，所述压缩机本体包括机匣和设于机匣中轴处的转轴，所述碳环密封设于机匣的内部并套接于轴承上，所述梳齿密封设于机匣的前端，所述梳齿密封的前端设有前侧盖板。
5、优选的，所述梳齿密封安装于前侧盖板上，所述前侧盖板安装于机匣上，所述机匣与前侧盖板、梳齿密封之间形成所述的压温控制腔。
6、优选的，所述机匣的后端设有后轴承座，所述后轴承座的后端设有端盖，所述端盖与后轴承座之间形成所述的泄漏气排放腔，所述端盖上设有与泄漏气排放腔相连通的排气孔。
7、优选的，所述转轴上设有前轴承和后轴承，所述前轴承位于转轴和机匣之间并通过前锁紧螺母安装于转轴上，所述后轴承位于转轴和后轴承座之间并通过后锁紧螺母安装于转轴上，所述排气孔与后轴承相连通。
8、优选的，所述前侧盖板的前端设有套接于转轴上的叶轮。
9、优选的，所述压温控制模块包括与压温控制腔相连通的加热器，所述加热器的出口连通有co2储罐，所述加热器与co2储罐相连通的管路上设有压力控制阀。
10、优选的，所述泄漏气排放腔与大气环境相连通的管路上设有排气阀。
11、优选的，还包括检测模块，所述检测模块包括压力传感器和温度传感器，所述温度传感器分别安装在机匣和后轴承座上,用于监测前轴承和后轴承的温度以及压温控制腔的温度，所述压力传感器通过引压管连接至压温控制腔，用于监测压温控制腔的压力。
12、一种如上所述的超临界二氧化碳压缩机低泄漏密封系统的控制方法，包括：
13、超临界二氧化碳压缩机叶轮出口高压的co2工质经过梳齿密封降压后进入压温控制腔，通过与压温控制腔相连的压温控制模块实现压温控制腔中压力和温度的控制，将压温控制腔的工质压力控制在2-4mpa的范围；并在2-4mpa的压力范围内，根据监测的前轴承和后轴承温度，动态调节压温控制腔内工质的压力和温度，确保冷却效果适应前轴承和后轴承的热负荷变化，2-4mpa的工质通过碳环密封进行密封，将泄漏量控制在0.5%主流流量以内；密封泄漏气冷却前轴承和后轴承后通过端盖上的排气孔进入泄漏气排放腔，之后通过排气阀进入大气环境。
14、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供的超临界二氧化碳压缩机低泄漏密封系统,实现了在高压、高转速工况下对超临界二氧化碳压缩机的稳定支撑和密封，为超临界二氧化碳压缩机的轴系支撑和密封提供了低成本、高可靠性的解决方案，满足了该设备高压差、高转速运行工况的实际需求，并具有以下有益效果：
15、1、成本低、效率高、泄漏少：通过梳齿密封、压力温度控制腔、碳环密封的多级密封组合，可以将泄漏量控制在≤0.5%的较低水平，密封系统简单、高效；
16、2、提高轴系稳定性和轴承寿命：利用低温的密封泄漏气实现轴承的冷却，并通过监测轴承温度，利用组合密封设计中的压力、温度可调节技术，实现轴承温度的动态调节，使得脂润滑角接触球轴承可以应用于高转速的超临界二氧化碳压缩机中，确保脂润滑角接触球轴承在高转速工况下稳定运行，省去了复杂的润滑油供给系统，并提高了轴承的稳定性和轴承寿命；
17、3、提升密封性能和稳定性：通过高精度角接触球轴承与碳环密封的组合应用，利用该轴承的高精度和精准定位特性，减少转轴偏移和振动对碳环密封的影响，进一步降低泄漏量。
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1.一种超临界二氧化碳压缩机低泄漏密封系统，其特征在于，包括压缩机本体（1）和压温控制模块（2），所述压缩机本体（1）内设有与压温控制模块（2）相连通的压温控制腔（1.3）和与大气环境（6）相连通的泄漏气排放腔（1.7），所述压温控制腔（1.3）和泄漏气排放腔（1.7）之间设有碳环密封（1.5），所述压温控制腔（1.3）的前端设有梳齿密封（1.2），所述梳齿密封（1.2）、压温控制腔（1.3）以及碳环密封（1.5）组成多级密封组合结构；
2.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳压缩机低泄漏密封系统，其特征在于，所述压缩机本体（1）包括机匣（1.4）和设于机匣（1.4）中轴处的转轴（1.9），所述碳环密封（1.5）设于机匣（1.4）的内部并套接于轴承（1.9）上，所述梳齿密封（1.2）设于机匣（1.4）的前端，所述梳齿密封（1.2）的前端设有前侧盖板（1.15）。
3.根据权利要求2所述的超临界二氧化碳压缩机低泄漏密封系统，其特征在于，所述梳齿密封（1.2）安装于前侧盖板（1.15）上，所述前侧盖板（1.15）安装于机匣（1.4）上，所述机匣（1.4）与前侧盖
4.根据权利要求2所述的超临界二氧化碳压缩机低泄漏密封系统，其特征在于，所述机匣（1.4）的后端设有后轴承座（1.6），所述后轴承座（1.6）的后端设有端盖（1.10），所述端盖（1.10）与后轴承座（1.6）之间形成所述的泄漏气排放腔（1.7），所述端盖（1.10）上设有与泄漏气排放腔（1.7）相连通的排气孔（1.8）。
5.根据权利要求2所述的超临界二氧化碳压缩机低泄漏密封系统，其特征在于，所述转轴（1.9）上设有前轴承（1.13）和后轴承（1.12），所述前轴承（1.13）位于转轴（1.9）和机匣（1.4）之间并通过前锁紧螺母（1.14）安装于转轴（1.9）上，所述后轴承（1.12）位于转轴（1.9）和后轴承座（1.6）之间并通过后锁紧螺母（1.11）安装于转轴（1.9）上，所述排气孔（1.8）与后轴承（1.12）相连通。
6.根据权利要求2所述的超临界二氧化碳压缩机低泄漏密封系统，其特征在于，所述前侧盖板（1.15）的前端设有套接于转轴（1.9）上的叶轮（1.1）。
7.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳压缩机低泄漏密封系统，其特征在于，所述压温控制模块（2）包括与压温控制腔（1.3）相连通的加热器，所述加热器的出口连通有CO2储罐（3），所述加热器与CO2储罐（3）相连通的管路上设有压力控制阀（2.2）。
8.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳压缩机低泄漏密封系统，其特征在于，所述泄漏气排放腔（1.7）与大气环境（6）相连通的管路上设有排气阀（1.5）。
9.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳压缩机低泄漏密封系统，其特征在于，还包括检测模块（4），所述检测模块（4）包括压力传感器和温度传感器，所述温度传感器分别安装在机匣（1.4）和后轴承座（1.6）上,用于监测前轴承（1.13）和后轴承（1.12）的温度，所述压力传感器通过引压管连接至压温控制腔（1.13），用于监测压温控制腔（1.3）的压力。
10.一种超临界二氧化碳压缩机低泄漏密封系统的控制方法，应用于如上述权利要求1-9任意一项所述的超临界二氧化碳压缩机低泄漏密封系统，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种超临界二氧化碳压缩机低泄漏密封系统，其特征在于，包括压缩机本体（1）和压温控制模块（2），所述压缩机本体（1）内设有与压温控制模块（2）相连通的压温控制腔（1.3）和与大气环境（6）相连通的泄漏气排放腔（1.7），所述压温控制腔（1.3）和泄漏气排放腔（1.7）之间设有碳环密封（1.5），所述压温控制腔（1.3）的前端设有梳齿密封（1.2），所述梳齿密封（1.2）、压温控制腔（1.3）以及碳环密封（1.5）组成多级密封组合结构；
2.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳压缩机低泄漏密封系统，其特征在于，所述压缩机本体（1）包括机匣（1.4）和设于机匣（1.4）中轴处的转轴（1.9），所述碳环密封（1.5）设于机匣（1.4）的内部并套接于轴承（1.9）上，所述梳齿密封（1.2）设于机匣（1.4）的前端，所述梳齿密封（1.2）的前端设有前侧盖板（1.15）。
3.根据权利要求2所述的超临界二氧化碳压缩机低泄漏密封系统，其特征在于，所述梳齿密封（1.2）安装于前侧盖板（1.15）上，所述前侧盖板（1.15）安装于机匣（1.4）上，所述机匣（1.4）与前侧盖板（1.15）、梳齿密封（1.2）之间形成所述的压温控制腔（1.3）。
4.根据权利要求2所述的超临界二氧化碳压缩机低泄漏密封系统，其特征在于，所述机匣（1.4）的后端设有后轴承座（1.6），所述后轴承座（1.6）的后端设有端盖（1.10），所述端盖（1.10）与后轴承座（1.6）之间形成所述的泄漏气排放腔（1.7），所述端盖（1.10）上设有与泄漏气排放腔（1.7）相连通的排气孔（1.8）。
5.根据权利要求2所述的超临界二氧化碳压缩机低泄漏密...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨康，秦政，乔信起，李新宇，李振华，方振昌，吕钊，闫超，赵新宇，胡航领，张纳新，陈来杰，杜柯江，徐一鸣，赵冬蕾，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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