[发明专利]一种应用于超临界二氧化碳透平的双阀控制系统及方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及超临界二氧化碳透平技术领域，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。

背景技术

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。

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。

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。

本发明的目的是这样实现的：

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；