[發明專利]一種超臨界二氧化碳透平干氣密封失效保護裝置及方法

有效

• 申請號: 202010427942.3
• 申請日: 2020-05-20
• 公開（公告）號: CN111749736B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 劉光旭;黃彥平;王俊峰
• 申請（專利權）人: 中國核動力研究設計院
• 主分類號: F01D21/14
• 分類號: F01D21/14;F01D21/12;F01D11/00;F01D25/12;F01K7/32;F01K25/10
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 梁田

本發明提供了一種超臨界二氧化碳透平干氣密封失效保護裝置及方法，保護裝置包括：氣缸冷卻結構，對透平氣缸中干氣密封附近區域的缸體進行冷卻；二氧化碳保護單元，具有向氣缸冷卻結構提供二氧化碳冷卻氣的冷卻支路，同時具有向透平軸承附近區域提供二氧化碳保護氣的保護支路。方法將壁溫超限與透平停機和引入二氧化碳冷卻氣啟動聯鎖控制，通過外接二氧化碳冷卻氣對透平氣缸中干氣密封的附近區域缸體進行冷卻；將泄漏壓力超限與透平停機和引入二氧化碳保護氣啟動聯鎖控制，通過外接二氧化碳保護氣對失效干氣密封失效時的透平軸承進行噴氣保護。本發明確保干氣密封不被高溫損壞，還可防止透平干氣密封實現后泄漏的高溫氣體引燃軸承處的潤滑油。

技術領域

本發明涉及先進渦輪設備的技術領域，更具體地講，涉及一種超臨界二氧化碳透平干氣密封失效保護裝置及方法。

背景技術

超臨界二氧化碳動力轉換技術具有系統簡化、效率高、體積小、易于實現模塊建設等技術優勢，超臨界二氧化碳透平是該系統的核心設備之一，該透平與常規蒸汽輪機的明顯區別在于透平運行工質為高溫高壓二氧化碳，且出口壓力高。

超臨界二氧化碳透平軸端密封采用干氣密封，軸承采用滑動軸承是目前超臨界二氧化碳透平采用的技術方案。但由于現階段已有的干氣密封主要針對中低溫應用場景，干氣密封的密封圈通常為橡膠材質，無法滿足溫度300℃以上工況的要求，因此透平氣缸需設置冷卻結構以將干氣密封結構處的氣缸溫度降至300℃以下。透平停機時透平氣缸冷卻結構仍需持續冷卻，若冷卻失效將導致干氣密封損壞。此外，干氣密封密封端面磨損、外界異物墜入等均可能導致干氣密封損壞，冷卻失效或其他原因導致的干氣密封損壞，將導致透平端部密封失效，透平內高溫高壓二氧化碳噴放至現場，可能引燃透平軸承箱內潤滑油，危急現場安全。

目前超臨界二氧化碳透平尚處于研發階段，還未見到超臨界二氧化碳透平干氣密封失效時透平停機保護設施，相關保護方法對于超臨界二氧化碳透平性能測試至關重要。鑒于此，本發明提出一種超臨界二氧化碳透平干氣密封失效保護裝置，為超臨界二氧化碳透平運行提供危急保護。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提出一種能夠為超臨界二氧化碳透平運行提供危急保護的超臨界二氧化碳透平干氣密封失效保護裝置及方法。

本發明的一方面提供了一種超臨界二氧化碳透平干氣密封失效保護裝置，所述保護裝置包括：

氣缸冷卻結構，對透平氣缸中干氣密封附近區域的缸體進行冷卻；

二氧化碳保護單元，具有向氣缸冷卻結構提供二氧化碳冷卻氣的冷卻支路，同時具有向透平軸承附近區域提供二氧化碳保護氣的保護支路。

根據本發明超臨界二氧化碳透平干氣密封失效保護裝置的一個實施例，所述冷卻支路包括通過管路相連的二氧化碳儲罐、二氧化碳泵、加熱器和電動截止閥，所述冷卻支路的出口與氣缸冷卻結構的進氣口相連。

根據本發明超臨界二氧化碳透平干氣密封失效保護裝置的一個實施例，所述保護支路包括通過管路相連的二氧化碳儲罐和氣動截止閥，所述保護支路的出口設置在透平軸承附近區域。

根據本發明超臨界二氧化碳透平干氣密封失效保護裝置的一個實施例，所述冷卻支路與保護支路并聯設置并與同一個二氧化碳儲罐相連。

根據本發明超臨界二氧化碳透平干氣密封失效保護裝置的一個實施例，所述保護裝置包括實時監測干氣密封泄漏壓力的壓力變送器、實時監測氣缸冷卻結構壁溫的溫度變送器和控制單元，所述壓力變送器和溫度變送器與控制單元電連接。

根據本發明超臨界二氧化碳透平干氣密封失效保護裝置的一個實施例，當所述溫度變送器的檢測溫度值超限時，控制單元控制透平停機并自動接通冷卻支路對透平氣缸中干氣密封的附近區域進行冷卻；當所述壓力變送器的檢測壓力值超限時，控制單元控制透平停機并自動接通保護支路對透平軸承附近區域進行噴氣保護。