一种适应450℃排气的CO2离心压缩机及其轴封系统的制作方法

本发明涉及压缩机设计领域，具体涉及一种适应450℃排气的co2离心压缩机及其轴封系统。

背景技术：

1、超临界co2发电、压缩co2储能作为当前能源领域的高效技术方向，凭借能量转换效率高、系统结构紧凑、环境友好等优势，成为新能源产业升级与储能技术发展的核心研究方向，而co2离心压缩机作为该类系统中的核心动力设备，其运行性能直接决定了整个系统的效率、稳定性与运营成本。随着行业对系统能量密度和工作效率的要求不断提升，co2离心压缩机的工作工况持续向高温、高压方向发展，排气温度逐步突破400℃甚至达到450℃，这对压缩机的结构强度、热稳定性、密封性能等核心指标提出了严苛要求

2、在高温排气工况下，co2离心压缩机的核心部件易受温度应力、高压介质作用产生变形，其中离心叶轮与蜗壳之间的动静间隙是影响压缩机效率的关键因素，高温下的部件轴向、径向变形易导致动静间隙偏离最优值，若间隙过大则会造成介质回流，大幅降低压缩效率；若间隙过小又存在部件摩擦、碰撞的安全风险，如何在450℃高温排气条件下兼顾压缩机的高效运行与结构安全，成为行业内亟待解决的技术难题。同时，压缩机的高速轴与机匣之间的轴封结构，作为阻止co2工质泄漏的关键部件，其密封性能直接关系到系统的运行成本与工质利用率。

3、目前行业内co2离心压缩机普遍采用单端面干气密封作为核心轴封结构，该结构虽具备密封可靠性高、摩擦损耗小等优点，但其密封端面仍存在不可避免的工质泄漏，常规泄漏量可达25~40nm³/h，经24小时持续运行后，累积泄漏量将达到600-960 nm³。超临界co2发电、压缩co2储能系统为维持正常运行，需要持续向系统内补充大量co2工质，不仅大幅增加了系统的日常运营成本，还存在工质泄漏造成的介质浪费与环境问题。此外，现有轴封系统缺乏针对性的泄漏气回收利用机制，泄漏的co2工质大多直接放空，既降低了工质利用率，又无法适配高温高压工况下的密封气供应与调节需求，难以满足 450℃排气条件下co2离心压缩机的长期稳定运行要求。

4、与此同时，现有co2离心压缩机的结构设计未充分考虑高温工况下的部件刚度强化与间隙可调性设计，离心叶轮在高温高压作用下易发生轴向变形，进一步加剧动静间隙的偏差；蜗壳与机匣的连接结构缺乏灵活的间隙调节手段，无法根据高温工况下的部件变形量实时调整动静间隙，导致压缩机在高温工况下的效率与安全性能难以兼顾。

5、综上，现有co2离心压缩机在 450℃高温排气工况下，面临着轴封泄漏量大、工质利用率低、运营成本高、动静间隙不可调、高温结构稳定性不足等多重技术问题，严重制约了其在超临界co2发电、压缩co2储能等高端能源领域的规模化应用，亟需研发一种适配高温排气工况、密封性能优异、结构可调且效率与安全性兼顾的co2离心压缩机及其配套轴封系统。

技术实现思路

1、本发明为了解决现有co2离心压缩机轴封泄漏量在时间累积下过大，同时在450℃排气温度条件下高效与安全运行难以兼顾的问题，提出了一种适应450℃排气的co2离心压缩机及其轴封系统。

2、一种适应450℃排气的co2离心压缩机，它包括蜗壳、机匣、气封体、增速箱壳体、离心叶轮、高速轴和轴封结构，蜗壳设置在机匣的一端上并通过紧固螺栓与机匣拆卸连接，机匣设置在增速箱壳体一端的外部并通过法兰盘与增速箱壳体拆卸连接，高速轴的一端插设在增速箱壳体中并与位于增速箱壳体内的动力源相连，高速轴的另一端延伸至增速箱壳体外并通过轴封结构与机匣转动连接，气封体嵌入在机匣靠近蜗壳的一端上并通过紧固螺栓与机匣拆卸连接，离心叶轮设置在蜗壳与机匣之间并通过安装螺栓固定在高速轴的端部，且离心叶轮与蜗壳之间设有动静间隙；

3、进一步地，蜗壳与机匣之间设有密封垫片，通过更换不同厚度的密封垫片，调整蜗壳与离心叶轮之间动静间隙的尺寸；

4、进一步地，离心叶轮与轴封结构之间设有用于对轴封结构进行轴向限位的锁紧螺母，锁紧螺母套设在高速轴上并与高速轴螺纹连接；

5、进一步地，高速轴与增速箱壳体之间设有轴承并通过轴承与增速箱壳体转动连接；

6、进一步地，离心叶轮包括轮盘，轮盘通过安装螺栓固定在高速轴的端部，轮盘朝向蜗壳的一侧上沿周向等距加工有多个叶片，轮盘朝向高速轴的一侧由内至外同轴安装有一号加强环和二号加强环；

7、进一步地，轴封结构包括干气密封结构和单级碳环密封结构，机匣上加工有主密封气进气孔道、泄漏气回收孔道和隔离气进气孔道，主密封气进气孔道、泄漏气回收孔道和隔离气进气孔道均与轴封结构连通设置；

8、一种适应450℃排气的co2离心压缩机适配的轴封系统；

9、轴封系统包括离心压缩机入口管道、离心压缩机出口管道、主密封气进气管路、泄漏气回收管路和隔离气进气管路，离心压缩机入口管道的进气端与co2进气口连通设置，离心压缩机入口管道的出气端与压缩机的进气端连通设置，离心压缩机出口管道的进气端与压缩机的排气端连通设置，离心压缩机出口管道的出气端与co2出气口连通设置；

10、主密封气进气管路包括主密封气进气主路和回流支路，主密封气进气主路的进气端与离心压缩机入口管道连通设置，主密封气进气主路的出气端与主密封气进气孔道连通设置，回流支路的进气端与离心压缩机出口管道连通设置，回流支路的出气端与主密封气进气主路连通设置；

11、泄漏气回收管路的进气端与泄漏气回收孔道连通设置，泄漏气回收管路的出气端与离心压缩机入口管道连通设置；

12、隔离气进气管路的进气端与主密封气进气主路连通设置，隔离气进气管路的出气端与隔离气进气孔道连通设置；

13、进一步地，主密封气进气主路上由进气端至出气端依次串联有一号阀门、净化装置、增压泵单元和电加热器，回流支路上由进气端至出气端依次串联有二号阀门和冷却器；

14、增压泵单元包括三号阀门、四号阀门和增压泵，三号阀门和增压泵依次串联在主密封气进气主路，四号阀门并联在三号阀门和增压泵上；

15、进一步地，泄漏气回收管路上串联有泄漏气回收单元，泄漏气回收单元包括稳压罐、旁路放空阀、增压主气阀、增压入口冷却器、增压入口稳压罐、回收压缩机、增压出口冷却器、增压出口稳压罐和增压旁路调节阀，稳压罐、增压主气阀，增压入口冷却器，增压入口稳压罐，回收压缩机，增压出口冷却器和增压出口稳压罐沿泄漏气回收管路的气流方向依次串联在泄漏气回收管路上；

16、稳压罐上设有放空旁路，旁路放空阀串联在放空旁路上，旁路放空阀上并联有安全支路，安全支路上串联有安全阀；

17、回收压缩机和增压出口冷却器上并联有调节旁路，调节旁路的进气端与增压入口稳压罐相连，调节旁路的出气端与增压出口稳压罐相连，增压旁路调节阀串联在调节旁路上；

18、进一步地，隔离气进气管路上串联有五号阀门。

19、本发明的有益效果为：

20、1、本技术提供的一种适应450℃排气的co2离心压缩机及其轴封系统通过在蜗壳与机匣之间设置厚度可调的密封垫片，可根据高温工况下部件的热变形特性灵活更换不同厚度的垫片，精准调整蜗壳与离心叶轮之间的动静间隙，从结构上避免了高温下间隙过大导致的介质回流效率损失，也杜绝了间隙过小引发的部件摩擦、碰撞安全隐患；同时在离心叶轮背部设计加强环与周向均布的背部肋片的复合强化结构，大幅提升了轮盘的结构刚度，有效抑制了高温高压作用下轮盘向叶片方向的轴向变形，保证了动静间隙的长期稳定性。本技术的压缩机结构可稳定适配 450℃极限排气温度，在保障机组无故障安全运行的前提下，显著提升了压缩效率，解决了高温工况下效率与安全难以兼顾的行业核心问题。

21、2、本技术提供的一种适应450℃排气的co2离心压缩机及其轴封系统摒弃了传统单一的单端面干气密封结构，采用干气密封结构配合单级碳环密封结构的组合式轴封设计，配合机匣上专属布置的主密封气进气孔道、泄漏气回收孔道、隔离气进气孔道的协同作用，形成了多重密封防护体系；同时配套轴封系统根据压缩机不同运行工况设计了双取气位置的主密封气供应方案，实现了密封气压力、温度的精准调控，隔离气则针对性阻断了润滑油雾对密封结构的干扰，从密封结构与气路调控双维度提升了密封性能。实际应用中，轴端密封的co2工质泄漏量从传统的 25~40nm³/h 大幅下降至 2nm³/h 以下，工质绝对泄漏量降低 90% 以上，彻底解决了传统结构工质泄漏量随时间累积过大的问题，大幅减少了系统运行过程中co2工质的补充量。

22、3、本技术提供的一种适应450℃排气的co2离心压缩机及其轴封系统，通过泄漏量的大幅降低、泄漏气的回收再利用，从根本上减少了co2工质的采购与补充成本，这是超临界co2发电、压缩co2储能系统长期运行中的核心运营成本之一；同时压缩机在 450℃高温下的高效稳定运行，提升了整个能源系统的能量转换效率，减少了能源损耗；模块化的结构设计则降低了设备的运维与故障停机成本，实现了设备运行成本与系统运营成本的双重降低。本技术的技术方案无需对现有能源系统进行大幅改造，即可完成压缩机的替换与适配，具备良好的兼容性和推广性，为超临界co2发电、压缩co2储能等高端能源领域的规模化发展提供了核心设备技术支撑，兼具显著的经济价值与行业推动意义。