氨水透平膨胀机的密封系统的制作方法

[0001]
本发明涉及氨水透平膨胀机技术。


背景技术：

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随着船舶节能减排需求日益紧迫和船舶能效运营指标要求逐渐提高，船舶主机余热发电受到广泛关注。在船舶柴油机余热回收利用中，以水为介质的常规发电系统难以体现优势，而以氨水为工作介质的发电逐渐得到研究者的青睐。在以氨水为工质的船舶余热发电系统中，由于热源变化范围大，氨水透平膨胀机应满足氨水介质带液的工况运行要求；同时氨水透平膨胀机在运行时，还应避免氨水工质从气缸与主轴之间的间隙向外泄露，否则不仅会导致余热利用效率降低，甚至造成严重的安全隐患。因此，为推动船舶主机余热发电技术的应用，设计一种安全可靠的氨水透平膨胀机的密封控制系统显得尤为重要。


技术实现要素：

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本发明所要解决的技术问题在于提供一种氨水透平膨胀机的密封系统，其可实现氨水介质带液运行以及介质气零泄漏，保证氨水透平膨胀机安全可靠运行。
[0004]
本发明实施例提供了一种氨水透平膨胀机的密封系统，包括安装在氨水透平膨胀机的转轴上的轴封，轴封包括串联式干气密封，串联式干气密封包括第一级干气密封和第二级干气密封；在串联式干气密封的侧壁上设有贯穿串联式干气密封侧壁的一级密封气入口、二级密封气入口和泄漏口，一级密封气入口通过第一管道与氨水透平膨胀机的入口工艺气管道连通，二级密封气入口通过第二管道与氮气容器连通，泄露口通过第三管道与排污收集容器连通；其特点在于，第一管道上设有工艺气控制阀、工艺气压力变送器、工艺气加热器、工艺气温度变送器和工艺气流量变送器；第二管道上设有氮气控制阀、氮气压力变送器、氮气加热器、氮气温度变送器和氮气流量变送器；第三管道上设有泄露气温度变送器、泄露气压力变送器和泄露气流量变送器；氨水透平膨胀机的密封系统包括控制器，控制器用于接收工艺气压力变送器、工艺气流量变送器、工艺气温度变送器、氮气压力变送器、氮气温度变送器、氮气流量变送器、泄露气温度变送器、泄露气压力变送器及泄露气流量变送器的输出信号，控制工艺气控制阀和氮气控制阀的开度以及工艺气加热器和氮气加热器的启停。
[0005]
本发明至少包括以下优点和特点：1、本实施例的密封系统可分别监测一级密封气、二级密封气以及泄露气的压力、温度及流量，所有的监测仪表均采用远传形式，可将数据和信号送至发电系统中控中心的控制器，通过控制器控制设于第一管道和第二管道上的控制阀、加热器，实现了对一级密封气和二级密封气的流量和温度等参数的远程控制，从而避免了现场操作，降低了安全隐患；2、本实施例的密封系统以氨水透平膨胀机的入口工艺气作为一级密封气，以氮气作为二级密封气，泄露的一级密封气和二级密封气的混合气体通过泄漏口排至排污收集容器，能够有效避免密封气污染氨水透平膨胀机内的工作介质，同时避免了氨水透平膨胀机内部
的氨水工质向外泄露，提高了透平效率，降低了工质损失，保证了氨水发电系统运行的安全性及可靠性；3、本实施例的串联式干气密封以氨水透平膨胀机的入口工艺气（饱和氨水蒸汽）作为一级密封气，一级密封气通过第一管道接入轴封主体，第一管道上设有工艺气控制阀、工艺气压力变送器、工艺气除液器、工艺气过滤器、工艺气加热器（含温度变送）以及工艺气流量变送器，在控制一级密封气的压力、温度、流量的同时，保证送至轴封中的一级密封气为干燥气体，避免干气密封中进入液滴；工艺气控制阀采用流量调节阀，用于精确控制第一级密封气的流量；氮气控制阀采用压力调节阀，用于控制二级密封气的进气压力，并进一步控制二级密封气的进气流量；4、本实施例的串联式干气密封以氮气作为二级密封气，进一步防止工艺气漏入大气；二级密封气通过第二管道接入轴封主体，第二管道上设有氮气过滤器、氮气控制阀、氮气压力变送器、氮气加热器（含温度变送）和氮气流量变送器，可控制二级密封气的压力、温度、流量。
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5、本实施例的串联式干气密封设有泄漏口，泄漏口位于氨水透平膨胀机下方，方便漏气和凝液排出。泄漏口通过第三管道沿一定的管道坡度接至排污收集容器，引导泄露的一级密封气和二级密封气送至排污收集容器。第三管道中上设有泄露气温度变送器、压力变送器和流量变送器，用于检测泄露气的温度、压力和流量，从而调整密封气进气状态；6、本实施例的氨水透平膨胀机采用离心氨水透平膨胀机，带液能力强，对工艺气品质要求低，入口氨水蒸汽无需过热仍能保证氨水透平膨胀机高效稳定运行，从而降低了余热回收系统的设计难度；7、本实施例的氨水透平膨胀机采用悬臂设计，无需单独设置轴承，能够减小尺寸，降低功耗，且布置方便，运维简单，降低了故障率；8、本实施例的轴封设置在氨水透平膨胀机的叶轮背面，可防止膨胀后带压气体沿轴间向外泄露。
附图说明
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图1示出了根据本发明一实施例的氨水透平膨胀机的密封系统的原理示意图。
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图2示出了根据本发明一实施例的串联式干气密封的结构示意图。
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图3示出了根据本发明实施例的氨水透平膨胀机的密封系统的控制原理图。
具体实施方式
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下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
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请参考图1和图2。根据本发明一实施例的氨水透平膨胀机的密封系统，包括安装在氨水透平膨胀机100的转轴1上的轴封，该轴封包括串联式干气密封2，该串联式干气密封包括第一级干气密封和第二级干气密封。图2中示出了第一级干气密封的动环211和静环212、以及第二级干气密封的动环221和静环222。
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在串联式干气密封2的侧壁2a上设有贯穿串联式干气密封侧壁2a的一级密封气入口21、二级密封气入口22和泄漏口23，泄漏口23位于一级密封气入口21与二级密封气入口22之间。一级密封气入口21通过第一管道31与氨水透平膨胀机100的入口工艺气管道（图中
未示出）连通，二级密封气入口22通过第二管道32与氮气容器41连通，泄露口23通过第三管道33与排污收集容器42连通。
[0013]
在本实施例中，第三管道33具有坡度，且第三管道33连接泄漏口23的一端高于第三管道33连接排污收集容器42的一端。可选地，氮气容器41为氮气罐，排污收集容器42为排污收集罐。
[0014]
图中仅示出了一个一级密封气入口21、一个二级密封气入口22和一个泄漏口23，在实际的应用中，通常会设置多个一级密封气入口21、多个二级密封气入口22和多个泄漏口23，多个一级密封气入口21、多个二级密封气入口22和多个泄漏口23分别沿周向间隔设置在串联式干气密封2的侧壁2a上，且多个一级密封气入口21均连通于第一管道31，多个二级密封气入口22均连通于第二管道32，多个泄漏口23均连通于第三管道33。
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进一步地，串联式干气密封2的侧壁2a位于二级密封气入口22与转轴1的轴承(图中未示出)之间的位置设有贯穿串联式干气密封侧壁的放空口24和排凝口25，以便于来自轴承一侧的油气的漏气和凝液的排出。
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第一管道31上沿着从第一管道入口至第一管道出口的方向依次设有工艺气控制阀51、工艺气压力变送器52、工艺气除液器53、工艺气过滤器54、工艺气加热器55和工艺气流量变送器57。在本实施例中，工艺气控制阀51为流量调节阀，其可控制工艺气的进气流量，保证该流量值在设计的正常工况范围内。工艺气加热器7用于控制工艺气的进气温度，保证工艺气在进入轴封的密封腔时不带液。在图1的示例中，在工艺气加热器55中集成了工艺气温度变送器，以测量第一管道中的工艺气的温度，在其它的实施方式中，也可以单独设置一工艺气温度变送器56（如图3所示）。
[0017]
第二管道上32上沿着从第二管道入口至第二管道出口的方向依次设有氮气过滤器61、氮气控制阀62、氮气压力变送器63、氮气加热器64和氮气流量变送器66。在本实施例中，氮气控制阀61采用了压力调节阀（例如自力式压力调节阀），以控制二级密封进气的压力。氮气加热器64用于控制二级密封气的温度，保证氮气的进入不会造成一级密封气产生大量凝液。在图1的示例中，在氮气加热器64中集成了氮气温度变送器，在其它的实施方式中，也可以单独设置一氮气温度变送器65（如图3所示）。
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第三管道33上设有泄露气温度变送器71、泄露气压力变送器72和泄露气流量变送器73。
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请参阅图3。根据本发明一实施例的氨水透平膨胀机的密封系统还包括控制器8，控制器8用于接收工艺气压力变送器52、工艺气温度变送器56、工艺气流量变送器57、氮气压力变送器63、氮气温度变送器65、氮气流量变送器66、泄露气温度变送器71、泄露气压力变送器72及泄露气流量变送器73的输出信号，控制工艺气控制阀51和氮气控制阀62的开度以及工艺气加热器55和氮气加热器64的启停。
[0020]
其中，控制器8用于根据工艺气流量变送器57检测到的工艺气流量控制工艺气控制阀51的开度，以使输入一级密封气入口21的工艺气流量达到预设的工艺气流量值，根据氮气压力变送器63检测到的氮气压力控制氮气控制阀62的开度，以使输入二级密封气入口22的氮气压力达到预设的氮气压力值。
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控制器8用于在工艺气温度变送器56检测到的工艺气温度低于预设的工艺气温度下限值时，控制工艺气加热器55启动加热，在工艺气温度变送器检测到的工艺气温度高于
预设的工艺气温度上限值时，控制工艺气加热器55停止加热。
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可选地，控制器8为plc控制器。
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在氨水透平膨胀机100开机之前，控制器8根据实际工况开启工艺气加热55和氮气加热器64，并控制工艺气控制阀51和氮气控制阀62的开度，以确保工艺气的进气流量以及氮气的进气压力大于工艺气的进气压力，并将管道内及主轴密封处的凝液汽化，保证轴封的运行安全可靠。在氨水透平膨胀机100开机后，在泄露气流量变送器73检测到的泄漏气流量大于等于预设的泄漏气流量阈值时，控制器8会向外发送停机启动信号，以使氨水透平膨胀机100停止工作，从而确保运行安全。当泄露气温度变送器71检测到的泄漏气温度低于预设的泄漏气温度下限值时，控制器8还会控制氮气加热器64启动加热，以确保泄漏气处于气态，避免凝液。当泄露气温度变送器71检测到的泄漏气温度高于预设的泄漏气温度上限值时，控制器8控制氮气加热器64停止加热。
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本发明实施例的氨水透平膨胀机的密封系统可实现船舶主机余热回收发电过程中，氨水介质带液运行以及介质气零泄漏，保证氨水透平膨胀机安全可靠运行，提升船舶能效水平，进一步降低船舶eedi指数。