[发明专利]一种超临界二氧化碳透平膨胀机多段碳环迷宫密封结构

说明书

本发明公开了一种超临界二氧化碳透平膨胀机多段碳环迷宫密封结构，在超临界二氧化碳透平膨胀机的主轴与喷嘴环座和喷嘴之间形成密封腔体，包括轴套和多个碳环密封组件；所述轴套采用间歇式凸台结构，在所述密封腔体的内壁面与凸台式轴套之间形成多个间隔式凹槽，多个内径不同的碳环密封组件安装于间隔式凹槽内，通过不同内径的碳环密封体形成多段碳环迷宫密封结构进行密封。本发明将径向密封与轴向密封相结合，针对对应的轴套加工为间隔凸台式，防止了密封气体沿光滑轴套直接溢出，可减少气体泄漏量从而实现有效的动密封。

技术领域

本发明涉及透平膨胀机碳环密封技术，特别涉及一种超临界二氧化碳透平膨胀机多段碳环迷宫密封结构。

背景技术

跨临界二氧化碳动力循环及二氧化碳布雷顿循环因为较高的系统效率，清洁安全的工质及良好的动态响应在核能、太阳能、地热、发动机余热及工业余热的回收利用领域得到广泛应用。透平膨胀机作为二氧化碳动力循环热功转换的核心部件其性能严重影响系统效率，泄漏作为影响透平效率的一个主要因素尤其对于流量较小的小功率量级的超临界CO₂透平膨胀机影响尤为严重。对于MW及百kW功率量级透平膨胀机动密封可以采用成熟的干气密封方案，但是由于kW级别轴系过细不适用干气密封只能采用机械密封。

传统的篦齿或者胀圈等密封不适用于高速旋转机械，尤其是二氧化碳透平膨胀机这种超高速透平机械，碳环密封为浮环密封气体节流式非接触密封，它的密封原理是靠密封气体在浮环与轴套之间形成气膜，产生节流降压，阻止高压侧气体流向低压侧。达到密封目的。

对于直通型碳环密封，因存在直通效应，气体泄漏量较大，部分动能未能转变为热能，从而影响生产效率，而且目前的多数迷宫碳环密封结构复杂，需要对密封腔体进行结构改造，耗时耗力而密封效果不佳。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种多组碳环组件内孔高低错落的迷宫式碳环密封，将径向密封与轴向密封相结合，针对对应的轴套加工为间隔凸台式，防止了密封气体沿光滑轴套直接溢出，可减少气体泄漏量从而实现有效的动密封。

本发明所采用的技术方案是：一种超临界二氧化碳透平膨胀机多段碳环迷宫密封结构，在超临界二氧化碳透平膨胀机的主轴与喷嘴环座和喷嘴之间形成密封腔体，包括：

轴套，所述轴套套设于所述主轴上，并位于所述喷嘴与所述主轴之间的所述密封腔体内；所述轴套采用间歇式凸台结构，并包括第一台阶面和第二台阶面；

第一碳环密封组件，所述第一碳环密封组件套设于所述轴套的第一台阶面外，所述第一碳环密封组件的内壁面与所述轴套的第一台阶面配合，所述第一碳环密封组件的外壁面与所述密封腔体的内壁面配合；

第二碳环密封组件，所述第二碳环密封组件套设于所述轴套的第二台阶面外，并紧邻所述第一碳环密封组件布置；所述第二碳环密封组件的内壁面与所述轴套的第二台阶面配合，所述第二碳环密封组件的外壁面与所述密封腔体的内壁面配合；

第三碳环密封组件，所述第三碳环密封组件套设于所述主轴上，并紧邻所述轴套和套设于所述轴套的第二台阶面上的所述第二碳环密封组件布置；所述第三碳环密封组件的内壁面与所述主轴配合，所述第三碳环密封组件的外壁面与所述密封腔体的内壁面配合；以及，

第四碳环密封组件，所述第四碳环密封组件套设于所述主轴上，并紧邻所述喷嘴环座和膨胀机机体的连接处布置；所述第四碳环密封组件的内壁面与所述主轴配合，所述第四碳环密封组件的外壁面与所述密封腔体的内壁面配合。

进一步地，所述密封腔体的内壁为光滑壁面。

进一步地，所述轴套采用1Cr13不锈钢制成。

进一步地，所述第一碳环密封组件、所述第二碳环密封组件、第三碳环密封组件和所述第四碳环密封组件均采用碳精制成。