本发明专利技术公开了一种透平膨胀机自循环干气密封装置，包括迷宫密封圈、密封腔、前置排气口、前置碳浮环及干气密封本体，用于高转速中小功率等级径流式透平膨胀机等流体机械的动密封。各部件位置从高压侧到低压侧依次为迷宫密封、密封腔、前置排气口、前置碳浮环及干气密封本体；其中，迷宫密封作为首级密封结构，能显著降低排入密封腔的工艺气压力；前置排气口则与透平膨胀机进、出口的低压节点连接并形成回路，不仅将密封腔内的高压工艺气回收至循环系统，更以回路的负反馈作用显著降低了密封腔内部的温度和压力；前置碳浮环及干气密封本体则用来抑制密封腔内的工艺气向大气侧泄漏，改善了透平膨胀机干气密封装置的工作环境，显著降低了密封系统的技术要求和建造成本，提高了中小规模应用场景下干气密封技术的效费比。小规模应用场景下干气密封技术的效费比。小规模应用场景下干气密封技术的效费比。
【技术实现步骤摘要】
一种透平膨胀机自循环干气密封装置
[0001]本专利技术涉及动密封
，具体为一种透平膨胀机自循环干气密封装置，主要适用于高负荷透平膨胀机、径流式压缩机、径流式透平的旋转动密封系统，特别适用于高温高压高负荷紧凑式闭式动力循环。
技术介绍
[0002]干气密封是在气体动压轴承的基础上发展起来的一种新型非接触式密封。干气密封利用流体动压效应，使旋转的两个密封端面之间不接触，从而实现既可以密封气体又能进行干运转操作。从制造方式的角度来说，干气密封装置就是通过在机械密封动环上设置动压槽以及相应的辅助系统，实现了密封端面的非接触运行。上世纪七十年代末，英国的约翰克兰公司率先将干气密封应用到海洋平台的气体输送设备上，并获得巨大成功。根据2010年美国桑迪亚国家实验室(SNL)发布的评估报告，干气式密封能够将泄流工质的质量流量控制在迷宫密封的1/10左右，是一种非常理想的密封方式。时至今日，干气密封已经成为大型流体机械、大型过程装备、大功率蒸汽/燃气轮机中最常用的动密封技术。
[0003]虽然干气密封相较于机械密封、齿腔密封等传统密封技术具有显著的优势，能够实现更好的封严性、更长的运行寿命和更低的激振扰动，但是在大压差、高温、高转速等恶劣工况下，由于部件强度(承压>15MPa)、加工精度和耐热水平(>350℃)等技术要求大幅提高，密封件的技术要求和制造成本飞速增长。对于小功率超临界流体动力循环、高负荷紧凑式透平膨胀机、间歇式余热回收系统、武器动力平台等中小规模的应用场景，传统干气密封的效费比处于较低水平。为了促进干气密封技术更广泛的应用，不仅要对密封装置的封严性提出较高要求，更需要将密封装置/系统的总体成本控制在合理水平。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于为小功率超临界流体动力循环、高负荷紧凑式透平膨胀机武器动力平台等中小功率等级的透平膨胀机等流体机械，提供一种透平膨胀机自循环干气密封装置，提高干气密封技术在中小规模应用场景中的效费比。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0006]一种透平膨胀机自循环干气密封装置，包括蜗壳、叶轮组件、迷宫密封圈、密封腔、前置碳浮环和干气密封本体；
[0007]所述叶轮组件设置在母机的蜗壳中，迷宫密封、前置碳浮环和干气密封本体同轴套设在叶轮组件上，并沿工质侧到大气侧依次排布，迷宫密封圈和前置碳浮环之间设置有密封腔，叶轮组件与蜗壳的间隙与迷宫密封圈的进口连通，迷宫密封圈的迷宫出口与密封腔连通，蜗壳上设置有密封气泵气孔，通过泵气孔将密封气加压注入干气密封本体的外环面，干气密封本体的内环面通过前置碳浮环与密封腔连通，密封腔通过自循环回路连接母机的低压节点。
[0008]优选的，所述叶轮组件包括叶轮鼻锥、透平膨胀机主轴和径流式叶轮；
[0009]所述叶轮组件包括叶轮鼻锥、透平膨胀机主轴和径流式叶轮，叶轮鼻锥位于径流式叶轮的端部，并且靠近母机的进气口，叶轮鼻锥和径流式叶轮通过透平膨胀机主轴同轴连接，透平膨胀机主轴伸出径流式叶轮的端部通过传动轴与电机的主轴连接。
[0010]优选的，所述透平膨胀机主轴的端部通过传动轴与发电机的主轴连接，传动轴设置在蜗壳中，所述传动轴靠近大气侧的一端设置有大气侧刷式密封。
[0011]优选的，所述径流式叶轮包括叶轮本体和定位柱，叶轮本体的一端连接轮鼻锥，定位柱设置在叶轮本体的另一端，蜗壳上设置有密封槽，迷宫密封圈套设在定位柱上并位于密封槽中，叶轮本体与蜗壳和迷宫密封圈的冷端面之间设置有优选的，所述密封腔为环形腔，所述密封腔位于前置碳浮环的外部，前置碳浮环与密封腔连通。
[0012]优选的，所述蜗壳上设置有前置排气口，前置排气口的一端与密封腔连通，前置排气口的另一端通过自循环回路连接母机的低压节点。
[0013]优选的，当母机为径流式压缩机，则所述前置排气口与压缩机的入口连接，压缩机的入口作为自循环回路的低压节点；
[0014]当母机为径流式透平机，所述前置排气口与径流式透平机的出口连接，径流式透平机的出口作为自循环回路的低压节点。
[0015]优选的，所述自循环回路上设置有流量控制器，用于控制工质的回流量调节密封腔的压力。
[0016]优选的，所述气泵气孔连接气源，气源产生的密封气体的温度低于进气口的工质温度。
[0017]优选的，所述密封气体的压力大于密封腔的压力。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0019]本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：
[0020]本专利技术提供的一种透平膨胀机自循环干气密封装置，包括迷宫密封圈、密封腔、前置排气口、前置碳浮环及干气密封本体，用于高转速中小功率等级径流式透平膨胀机等流体机械的动密封。各部件位置从高压侧(工艺气)到低压侧(大气侧)依次为迷宫密封、密封腔、前置排气口、前置碳浮环及干气密封本体；其中，迷宫密封作为首级密封结构，能显著降低排入密封腔的工艺气压力；前置排气口则与透平膨胀机进、出口的低压节点连接并形成回路，不仅将密封腔内的高压工艺气回收至循环系统，更以回路的负反馈作用显著降低了密封腔内部的温度和压力；前置碳浮环及干气密封本体则用来抑制密封腔内的工艺气向大气侧泄漏，改善了透平膨胀机干气密封装置的工作环境，显著降低了密封系统的技术要求和建造成本，提高了中小规模应用场景下干气密封技术的效费比。
附图说明
[0021]图1是本专利技术的一种透平膨胀机自循环干气密封装置的内部结构示意图。
[0022]图中：1.迷宫密封圈、2.密封腔、3.前置排气口、4.前置碳浮环、5.干气密封本体、6.密封气泵气孔、7.大气侧刷式密封、8.叶轮鼻锥、9.透平膨胀机主轴、10.径流式叶轮。
具体实施方式
[0023]下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限
定。
[0024]参阅图1，一种透平膨胀机自循环干气密封装置，包括蜗壳、叶轮组件、迷宫密封圈1、密封腔2、前置排气口3、前置碳浮环4和干气密封本体5；
[0025]所述叶轮组件设置在母机的蜗壳中，迷宫密封1、前置碳浮环4和干气密封本体5同轴套设在叶轮组件上，并沿工质侧到大气侧依次排布，迷宫密封圈1和前置碳浮环4之间设置有密封腔2，叶轮组件与蜗壳的转动间隙和迷宫密封圈1的迷宫进口连通，迷宫密封圈1的出口与密封腔2连通，蜗壳上设置有密封气泵气孔6，通过密封气泵气孔6将密封气加压注入干气密封本体5的外环面，干气密封本体5的内环面通过前置碳浮环4与密封腔2连通，密封腔2通过自循环回路连接到母机的低压节点的通气孔，构成工质(工艺气)的自循环回路。
[0026]所述叶轮组件包括叶轮鼻锥8、透平膨胀机主轴9和径流式叶轮10，叶轮鼻锥8位于径流式叶轮10的端部，并且靠近母机的进气口，叶轮鼻锥8和径流式叶轮10通过透平膨胀机主轴9同轴连接，透平膨胀机主轴9伸出径流式叶轮10的端部通过传动轴与电机的主轴连接，传动轴上设置有大气侧刷式密封7本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种透平膨胀机自循环干气密封装置，其特征在于，包括蜗壳、叶轮组件、迷宫密封圈(1)、密封腔(2)、前置碳浮环(4)和干气密封本体(5)；所述叶轮组件设置在母机的蜗壳中，迷宫密封(1)、前置碳浮环(4)和干气密封本体(5)同轴套设在叶轮组件上，并沿工质侧到大气侧依次排布，迷宫密封圈(1)和前置碳浮环(4)之间设置有密封腔(2)，叶轮组件与蜗壳的间隙与迷宫密封圈(1)的进口连通，迷宫密封圈(1)的迷宫出口与密封腔(2)连通，蜗壳上设置有密封气泵气孔(6)，通过泵气孔(6)将密封气加压注入干气密封本体(5)的外环面，干气密封本体(5)的内环面通过前置碳浮环(4)与密封腔(2)连通，密封腔(2)通过自循环回路连接母机的低压节点。2.根据权利要求1所述的一种透平膨胀机自循环干气密封装置，其特征在于，所述叶轮组件包括叶轮鼻锥(8)、透平膨胀机主轴(9)和径流式叶轮(10)；所述叶轮组件包括叶轮鼻锥(8)、透平膨胀机主轴(9)和径流式叶轮(10)，叶轮鼻锥(8)位于径流式叶轮(10)的端部，并且靠近母机的进气口，叶轮鼻锥(8)和径流式叶轮(10)通过透平膨胀机主轴(9)同轴连接，透平膨胀机主轴(9)伸出径流式叶轮(10)的端部通过传动轴与电机的主轴连接。3.根据权利要求2所述的一种透平膨胀机自循环干气密封装置，其特征在于，所述透平膨胀机主轴(9)的端部通过传动轴与发电机的主轴连接，传动轴设置在蜗壳中，所述传动轴靠近大气侧的一端设置有大气侧刷式密封(7)。4.根据权利要求2所述的一种透平膨胀机自循环干气密封装置，其特征在于，所述径...
【专利技术属性】
技术研发人员：白博峰，李煜喆，张恩搏，吴东坡，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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