[发明专利]一种超临界二氧化碳透平干气密封失效保护装置及方法

说明书

本发明提供了一种超临界二氧化碳透平干气密封失效保护装置及方法，保护装置包括：气缸冷却结构，对透平气缸中干气密封附近区域的缸体进行冷却；二氧化碳保护单元，具有向气缸冷却结构提供二氧化碳冷却气的冷却支路，同时具有向透平轴承附近区域提供二氧化碳保护气的保护支路。方法将壁温超限与透平停机和引入二氧化碳冷却气启动联锁控制，通过外接二氧化碳冷却气对透平气缸中干气密封的附近区域缸体进行冷却；将泄漏压力超限与透平停机和引入二氧化碳保护气启动联锁控制，通过外接二氧化碳保护气对失效干气密封失效时的透平轴承进行喷气保护。本发明确保干气密封不被高温损坏，还可防止透平干气密封实现后泄漏的高温气体引燃轴承处的润滑油。

技术领域

本发明涉及先进涡轮设备的技术领域，更具体地讲，涉及一种超临界二氧化碳透平干气密封失效保护装置及方法。

背景技术

超临界二氧化碳动力转换技术具有系统简化、效率高、体积小、易于实现模块建设等技术优势，超临界二氧化碳透平是该系统的核心设备之一，该透平与常规蒸汽轮机的明显区别在于透平运行工质为高温高压二氧化碳，且出口压力高。

超临界二氧化碳透平轴端密封采用干气密封，轴承采用滑动轴承是目前超临界二氧化碳透平采用的技术方案。但由于现阶段已有的干气密封主要针对中低温应用场景，干气密封的密封圈通常为橡胶材质，无法满足温度300℃以上工况的要求，因此透平气缸需设置冷却结构以将干气密封结构处的气缸温度降至300℃以下。透平停机时透平气缸冷却结构仍需持续冷却，若冷却失效将导致干气密封损坏。此外，干气密封密封端面磨损、外界异物坠入等均可能导致干气密封损坏，冷却失效或其他原因导致的干气密封损坏，将导致透平端部密封失效，透平内高温高压二氧化碳喷放至现场，可能引燃透平轴承箱内润滑油，危急现场安全。

目前超临界二氧化碳透平尚处于研发阶段，还未见到超临界二氧化碳透平干气密封失效时透平停机保护设施，相关保护方法对于超临界二氧化碳透平性能测试至关重要。鉴于此，本发明提出一种超临界二氧化碳透平干气密封失效保护装置，为超临界二氧化碳透平运行提供危急保护。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种能够为超临界二氧化碳透平运行提供危急保护的超临界二氧化碳透平干气密封失效保护装置及方法。

本发明的一方面提供了一种超临界二氧化碳透平干气密封失效保护装置，所述保护装置包括：

气缸冷却结构，对透平气缸中干气密封附近区域的缸体进行冷却；

二氧化碳保护单元，具有向气缸冷却结构提供二氧化碳冷却气的冷却支路，同时具有向透平轴承附近区域提供二氧化碳保护气的保护支路。

根据本发明超临界二氧化碳透平干气密封失效保护装置的一个实施例，所述冷却支路包括通过管路相连的二氧化碳储罐、二氧化碳泵、加热器和电动截止阀，所述冷却支路的出口与气缸冷却结构的进气口相连。

根据本发明超临界二氧化碳透平干气密封失效保护装置的一个实施例，所述保护支路包括通过管路相连的二氧化碳储罐和气动截止阀，所述保护支路的出口设置在透平轴承附近区域。

根据本发明超临界二氧化碳透平干气密封失效保护装置的一个实施例，所述冷却支路与保护支路并联设置并与同一个二氧化碳储罐相连。

根据本发明超临界二氧化碳透平干气密封失效保护装置的一个实施例，所述保护装置包括实时监测干气密封泄漏压力的压力变送器、实时监测气缸冷却结构壁温的温度变送器和控制单元，所述压力变送器和温度变送器与控制单元电连接。

根据本发明超临界二氧化碳透平干气密封失效保护装置的一个实施例，当所述温度变送器的检测温度值超限时，控制单元控制透平停机并自动接通冷却支路对透平气缸中干气密封的附近区域进行冷却；当所述压力变送器的检测压力值超限时，控制单元控制透平停机并自动接通保护支路对透平轴承附近区域进行喷气保护。