[发明专利]一种干气密封自冷却结构及方法

说明书

本发明提供了干气密封自冷却结构及方法，包括互相配合的动环、静环、推环和弹簧座，所述弹簧座沿径向从内至外开设有若干列内冷却微环孔，每一列内冷却微环孔包括沿着弹簧座宽度方向设置的若干排内冷却微环孔，所述若干列内冷却微环孔与若干排内冷却微环孔在弹簧座内部相互连通并构成内冷却微环孔矩阵，其中，所述内冷却微环孔矩阵的入口与上游高压密封隔离气相连通且出口与下游大气相连通，形成贯通干气密封上下游的微孔冷却通道。方法采用上述干气密封自冷却结构进行干气密封的冷却。本发明完全利用干气密封正常工作过程中自身的工艺过程和条件，有效控制干气密封关键密封垫圈的工作温度，将干气密封的使用温度提高至600℃以上。

技术领域

本发明涉及密封装置结构的技术领域，更具体地讲，涉及一种干气密封自冷却结构及方法。

背景技术

超临界二氧化碳发电系统是一种以超临界状态的二氧化碳为工质的布雷顿循环系统，其循环过程是：首先，超临界二氧化碳经过压缩机升压；然后，利用换热器将工质等压加热；其次，工质进入涡轮机推动涡轮做功，涡轮带动电机发电；最后，工质进入冷却器恢复到初始状态，再进入压气机形成闭式循环。其中，当二氧化碳的温度达到31.10C，压力达到7.38MPa时将变为超临界状态，其气体粘性小和液体密度大的特殊物理特性，使其具有流动性好、传热效率高、可压缩等特点。

超临界二氧化碳发电系统是一种传统蒸汽发电技术的替代方案，具有效率高、简单低成本、起停快等优势。透平是超临界二氧化碳发电系统最为核心的设备之一，通常运行在600℃以上的高温、20兆帕以上的压力、12兆帕以上的压差的极端条件下，对动密封技术提出了严峻挑战，目前能满足超临界二氧化碳透平要求的动密封只有干气密封技术。但现有干气密封受限于其关键部件表面之间采用的柔性塑料密封圈的耐受温度问题，只能在300℃以下的中低温环境使用，无法满足超临界二氧化碳透平高温工况的应用需求。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出了一种能够提高干气密封使用温度并满足超临界二氧化碳透平对动密封的要求的干气密封自冷却结构及方法。

本发明提供了一种干气密封自冷却结构，包括互相配合的动环、静环、推环和弹簧座，所述弹簧座沿径向从内至外开设有若干列内冷却微环孔，每一列内冷却微环孔包括沿着弹簧座宽度方向设置的若干排内冷却微环孔，所述若干列内冷却微环孔与若干排内冷却微环孔在弹簧座内部相互连通并构成内冷却微环孔矩阵，其中，所述内冷却微环孔矩阵的入口与上游高压密封隔离气相连通且出口与下游大气相连通，形成贯通干气密封上下游的微孔冷却通道。

根据本发明干气密封自冷却结构的一个实施例，动环与静环之间能够相对运动，静环与推环之间设置有第一密封垫圈，推环与弹簧座之间设置有第二密封垫圈，推环与固定的弹簧座之间通过弹簧相连并且推环能够随静环移动。

根据本发明干气密封自冷却结构的一个实施例，所述内冷却微环孔的孔径为0.1mm～0.3mm，所述若干列内冷却微环孔的数量为3～5列，所述每一列内冷却微环孔中若干排内冷却微环孔的数量为4～6排。

根据本发明干气密封自冷却结构的一个实施例，所述内冷却微环孔矩阵的入口与最内侧列内冷却微环孔中靠近上游高压密封隔离气的第一排内冷却微环孔相连通，所述内冷却微环孔矩阵的的出口与最外侧列内冷却微环孔中靠近下游大气的第一排内冷却微环孔相连通。

根据本发明干气密封自冷却结构的一个实施例，所述若干列内冷却微环孔采用等距排布、间距递增排布或间距递减排布的设置方式，所述每一列内冷却微环孔中的若干排内冷却微环孔采用等距排布、间距递增排布或间距递减排布的设置方式。

根据本发明干气密封自冷却结构的一个实施例，所述弹簧座内部的内冷却微环孔矩阵采用3D打印加工形成。

本发明的另一方面提供了一种干气密封自冷却方法，采用上述干气密封自冷却结构进行干气密封的冷却。