CN210003336U - 一种兆瓦级超临界二氧化碳向心透平密封结构 - Google Patents

Abstract

一种兆瓦级超临界二氧化碳向心透平密封结构，涉及透平密封技术领域，具体包括密封静子和密封转子，其特征在于，所述密封静子和密封转子零间隙密封连接，所述密封静子和密封转子构成阶梯迷宫式密封；本实用新型密封的性能良好，泄漏量小于总流量的2％；通过减小轮背处的承压面积平衡一部分叶轮的轴向推力，降低轴向推力，便于轴承选型与设计；并且便于加工，可实现与轴承的兼容性。

Description

一种兆瓦级超临界二氧化碳向心透平密封结构

技术领域

本实用新型涉及透平密封技术领域，尤其涉及一种兆瓦级超临界二氧化碳向心透平密封结构。

背景技术

超临界二氧化碳布雷顿循环发电技术具有良好的发展潜力，在核能发电、船舶动力***、工业废热发电等领域均具有广阔的应用前景。超临界二氧化碳向心透平是影响超临界二氧化碳布雷顿循环机组的核心部件，是目前国内外都在竞相研发的新型动力装置，其内部工质二氧化碳往往在高温高压条件下工作，对轴端密封的性能提出了很高的要求；同时，兆瓦级超临界二氧化碳向心透平的进出口工质具有很大的压力差，泄露流体以较高的压力作用于叶轮轮背侧，与叶轮出口侧压力的巨大压力差，产生很大的轴向推力，对轴承的设计造成较大的困难。因此，性能良好、设计合理的密封结构对超临界二氧化碳向心透平的整体性能至关重要，研发设计一种用于兆瓦级超临界二氧化碳向心透平的密封结构已成为急待解决的技术问题。

发明内容

本实用新型克服了上述现有技术的不足，提供了一种兆瓦级超临界二氧化碳向心透平密封结构。本实用新型密封的性能良好，泄漏量小于总流量的2％；通过减小轮背处的承压面积平衡一部分叶轮的轴向推力，降低轴向推力，便于轴承选型与设计；并且便于加工，可实现与轴承的兼容性。

本实用新型的技术方案：

一种兆瓦级超临界二氧化碳向心透平密封结构，包括密封静子和密封转子，其特征在于，所述密封静子和密封转子零间隙密封连接，所述密封静子和密封转子构成阶梯迷宫式密封；所述阶梯迷宫式密封的各封腔中点连线M与叶轮轴线S所形成的夹角为锥角为β，且5°<β<30°；

所述阶梯迷宫式密封的密封齿数为8～12。

进一步的，所述密封转子气流入口处与叶轮轴线的距离为H；叶轮外径为L；且H/L<0.3。

进一步的，所述密封静子为耐高温石墨密封静子。

进一步的，所述密封转子在叶轮上车出，密封转子与叶轮形成一体化结构。

本实用新型相对于现有技术具有以下有益效果：

本实用新型密封静子和密封转子的交界处采用零间隙、可磨损的结构形式，使密封中的泄露面积最小化，可有效降低密封泄漏量，密封的泄漏量小于总流量的2％。可实现与轴承的兼容性。密封块部分质量较轻，便于转子动力学设计。通过采用具有一定锥度的一体式密封叶轮结构，减小了轮背处的承压面积，降低高压超临界二氧化碳作用在轮背处的压力，起到平衡叶轮轴向推力的作用。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的局部放大图；。

图中1-叶轮；2-密封转子；3-密封静子。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型进行详细说明。

结合图1和图2所示，本实施例公开的一种兆瓦级超临界二氧化碳向心透平密封结构，包括密封静子3和密封转子2，所述密封静子3和密封转子2零间隙密封连接，所述密封静子3和密封转子2构成阶梯迷宫式密封；所述阶梯迷宫式密封的各封腔中点连线M与叶轮1轴线S所形成的夹角为锥角为β，且5°<β<30°；密封静子3选用耐高温石墨材料，保证静子3在工作时的强度与耐磨能力。转子会对密封静子进行磨损，从而产生自适应间隙。密封静子3和密封转子2的交界处采用零间隙、可磨损的结构形式，使密封中的泄露面积最小化，可有效降低密封泄漏量。

所述阶梯迷宫式密封的密封齿数为8～12。

具体的，所述密封转子2气流入口处与叶轮1轴线的距离为H；叶轮1外径为L；且H/L<0.3；保证密封转子面至叶轮轴线所包围的叶轮实体部分质量不至于过大。

具体的，所述密封静子3为耐高温石墨密封静子3。

具体的，所述密封转子2在叶轮1上车出，密封转子2与叶轮1形成一体化结构；

叶轮入口处泄露的超临界二氧化碳具有非常高的压力，并且全部作用于轮背侧，在轮背表面产生非常大的轴向推力；通过H/L与锥度β的设计，密封静子3和密封转子2构成阶梯迷宫式密封；相比于传统锥度为0°的密封结构，减小了轮背处的承压面积，降低了高压超临界二氧化碳工质而产生的轴向推力，起到了平衡轴向推力的作用。

实施例二：

利用本实用新型结构的密封结构提供了如下实施例：工质为超临界二氧化碳，向心透平进口总压为14.6MPa，进口总温为873K，质量流量为81.94kg/s，转速为18000r/min。经过热力计算，密封的泄漏量小于总流量的2％，轴向推力为7800N。

本实用新型所提到的连接分为固定连接和拆卸连接，所述固定连接(即为不可拆卸连接)包括但不限于折边连接、铆钉连接、粘结连接和焊接连接等常规固定连接方式，所述可拆卸连接包括但不限于螺纹连接、卡扣连接、销钉连接和铰链连接等常规拆卸方式，未明确限定具体连接方式时，默认为总能在现有连接方式中找到至少一种连接方式能够实现该功能，本领域技术人员可根据需要自行选择。例如：固定连接选择焊接连接，可拆卸连接选择铰链连接。

以上实施例只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。

Claims (4)

1.一种兆瓦级超临界二氧化碳向心透平密封结构，包括密封静子(3)和密封转子(2)，其特征在于，所述密封静子(3)和密封转子(2)零间隙密封连接，所述密封静子(3)和密封转子(2)构成阶梯迷宫式密封；所述阶梯迷宫式密封的各封腔中点连线M与叶轮(1)轴线S所形成的夹角为锥角为β，且5°<β<30°；

所述阶梯迷宫式密封的密封齿数为8～12。

2.根据权利要求1所述的一种兆瓦级超临界二氧化碳向心透平密封结构，其特征在于，所述密封转子(2)气流入口处与叶轮(1)轴线的距离为H；叶轮(1)外径为L；且H/L<0.3。

3.根据权利要求1所述的一种兆瓦级超临界二氧化碳向心透平密封结构，其特征在于，所述密封静子(3)为耐高温石墨密封静子(3)。

4.根据权利要求1所述的一种兆瓦级超临界二氧化碳向心透平密封结构，其特征在于，所述密封转子(2)在叶轮(1)上车出，密封转子(2)与叶轮(1)形成一体化结构。

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