[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

权利要求书

1.一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；

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。

2.根据权利要求1所述的一种应用于超临界二氧化碳透平的双阀控制系统，其特征在于：所述透平端盖上设有前气压检测通道、后气压检测通道，前气压检测通道与冷却气腔室连通，前气压检测通道端部安装前压力传感器，后气压检测通道与透平端盖、内缸体之间的间隙连通，后气压检测通道端部安装后压力传感器；

干气密封气进入干气密封进气腔室，冷却气进入冷却气腔室，干气密封气的压力大于冷却气腔室的压力，冷却气腔室的压力大于透平内部介质压力，干气密封气的一部分透过第一疏齿密封与冷却气腔室内的冷却气混合，混合后冷却气的一部分再透过碳环密封、内缸体与主轴之间的间隙进入透平内部，混合后冷却气的另一部分通过平衡管进入容纳腔，再通过密封件、主轴之间的间隙进入透平内部，混合气体经过的部位均得到冷却作用。

3.根据权利要求1所述的一种应用于超临界二氧化碳透平的双阀控制系统，其特征在于：所述碳环保护阀采用气动调节阀，气动调节阀能够从开度0到开度100进行调节，所述透平排空阀采用气动关断阀。

4.根据权利要求1所述的一种应用于超临界二氧化碳透平的双阀控制系统，其特征在于：干气密封组件的壳体表面、干气密封进气管道上分别安装有温度传感器。

5.一种应用于超临界二氧化碳透平的双阀控制方法，其特征在于：在透平未启动时，干气密封组件通入干气密封气，此时全开碳环保护阀及透平排空阀，逐渐增加干气密封进气阀门开度，将干气密封进气量逐渐增大，干气密封进气量增大过程中需保证干气密封进气压力低于二氧化碳液化及固化压力，干气密封进气及干气密封壳体逐渐升温，当干气密封进气温度大于80℃且干气密封壳体表面温度大于60℃时，此时关闭透平排空阀，逐渐关闭碳环保护阀，观察干气密封进气压力,当压力在1.6MPa-2MPa之间时，停止关闭碳环保护阀，并维持其开度，再启动透平盘车电机，使透平达到稳定转速900RPM，并稳定10min，此时逐渐关闭透平排空阀，直至透平内部压力维持在6MPa，再次维持碳环保护阀开度，打开透平出口关断阀，逐渐增加透平进口调节阀开度，使二氧化碳介质进入透平，冲转透平，此时将碳环保护阀全关，调节干气密封进气阀门开度，维持干气密封运行时所需流量。

6.根据权利要求5所述的一种应用于超临界二氧化碳透平的双阀控制方法，其特征在于：在紧急停机时，将透平进出口的关断阀及调节阀关闭，由于透平停机时存在惯性，在转子未完全停止下来前，干气密封一直通入干气密封气，并将碳环保护阀打开，将其开度维持在25％，保证碳环前压力与碳环后压力差值小于0.8MPa,如果该压力差有上升趋势，将碳环排空阀开度逐渐增大，直至其压差小于0.8MPa，同时开启透平排空阀，排出透平二氧化碳介质，逐渐降低透平内部压力至大气压。