阅读说明：本技术 一种可自动悬叠的超临界二氧化碳透平保温装置及控制方法 (Supercritical carbon dioxide turbine heat preservation device capable of being automatically suspended and overlapped and control method ) 是由 宋晓辉 张明理 伍刚 李晓飞 刘岗 高景辉 辛志波 王林 李昭 王阳 牛坤 孟 于 2021-09-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种可自动悬叠的超临界二氧化碳透平保温装置及控制方法,包括CO-(2)透平本体,CO-(2)透平本体的外壁附着有保温层,所述附着有保温层采用百叶片式保温材料,保温材料采用固定支架和可动支架双层支架支撑,所述保温材料上分布有大小形状不等的预留孔,预留孔用于安装CO-(2)本体的信号测量元件。本发明既能够满足二氧化碳透平在启动升温阶段保温严密、又能够满足高参数下二氧化碳透平跳机后外缸壁温度可快速冷却的保温装置,可以有效解决背景技术中的问题。(The invention discloses a supercritical carbon dioxide turbine heat preservation device capable of automatically suspending and overlapping and a control method thereof, wherein the supercritical carbon dioxide turbine heat preservation device comprises CO 2 Turbine body, CO 2 The outer wall of turbine body adheres to there is the heat preservation, it adopts the shutter piece formula insulation material to adhere to there is the heat preservation, and insulation material adopts fixed bolster and movable support double-deck support to support, it has the unequal preformed hole of size shape to distribute on the insulation material, and the preformed hole is used for installing CO 2 A signal measuring element of the body. The invention can not only meet the requirement that the temperature of the carbon dioxide turbine is tightly preserved in the starting and temperature rising stage, but also meet the requirement that the temperature of the outer cylinder wall of the carbon dioxide turbine after tripping can be rapidly cooled under high parameters, and canEffectively solves the problems in the background technology.)

一种可自动悬叠的超临界二氧化碳透平保温装置及控制方法

技术领域

本发明属于超临界二氧化碳透平保温技术领域，具体涉及一种可自动悬叠的超临界二氧化碳透平保温装置及控制方法。

背景技术

由于二氧化碳与水蒸汽物性不同，因此超临界二氧化碳透平与水蒸汽为工质的汽轮机表现出迥异的特性。目前MW级别的超临界二氧化碳透平做功级数少，转子短，气缸体积小。当二氧化碳透平在启动阶段，气缸内壁金属温度随CO₂工质做功上升较快，而靠热传导加热的气缸外壁金属温度上升较慢，这就导致二氧化碳透平在启动、升负荷阶段出现较大的内外缸温差，进而限制透平的升负荷速率。而当二氧化碳透平在高参数下跳机后，随着气缸内CO₂工质的快速排放及干气密封气体的强制冷却，气缸内壁金属温度下降速率较快，而气缸外壁金属温度只能通过热辐射自然冷却，同样造成二氧化碳透平内外缸温差超过限制，甚至气缸发生拱背变形、气缸内部动静部分发生径向碰摩，具有很高的风险。

目前针对这种新型CO₂工质的透平保温材料通常采用两种形式。一种是常见的将保温材料铺叠在透平外壁之上，形成紧密包裹，防止在透平升温阶段的高温散热；另一种是保温材料整体悬空于透平外壁，中间形成整体空腔，用于在透平跳闸后通过空腔的空气对流尽快降低透平外壁温度，进而降低内外壁温差。而这两种形式均无法兼顾到透平在全工况下的运行需求。

因此，需要设计一种既能够满足超临界二氧化碳透平启动升温阶段保温严密、又能够满足高参数下二氧化碳透平跳机后外缸壁温度可快速冷却的保温装置，以解决现有的问题。

发明内容

为了克服以上技术问题，本发明提供了一种可自动悬叠的超临界二氧化碳透平保温装置及控制方法，既能够满足二氧化碳透平在启动升温阶段保温严密、又能够满足高参数下二氧化碳透平跳机后外缸壁温度可快速冷却的保温装置，可以有效解决背景技术中的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种可自动悬叠的超临界二氧化碳透平保温装置，包括CO₂透平本体1，CO₂透平本体1的外壁附着有保温层2，所述保温层2采用百叶片式分布的保温材料3，保温材料3采用固定支架4和可动支架18双层支架支撑，所述保温材料3上分布有大小形状不等的预留孔9，预留孔9用于安装CO₂本体1的信号测量元件。

所述CO₂透平本体1上设置有进气通道6与排气通道7，进气通道6连接冷却风机10出口，所述冷却风机10与进气通道6之间设置有隔离阀11和进气控制阀5，排气通道7通过管线连接消音器13，管线上设置有逆止阀挡板12。

所述固定支架4为耐高温的金属条，沿着透平径向附着于外壁，间隔布置，环绕透平外壁一周，固定支架4和保温材料3之间采用牵引轴8固定，所述可动支架18用于将保温材料3撑起，保温材料下边缘面与透平外壁之间可最大撑起45°，在保温材料3和CO₂透平本体1外壁之间形成层层环绕的气体流动空腔。

所述可动支架18为耐高温金属条，沿着透平轴向间隔布置，通过牵引绳16连接至滚动轴15，滚动轴15由电动马达14驱动，可动支架18可活动的最大距离为与限位开关触点17接触，此时可动支架18与保温材料3的夹角最大为45°。

所述进气控制阀5采用气动阀。

一种可自动悬叠的超临界二氧化碳透平保温装置的控制方法，包括以下步骤；

保温装置通过PLC控制器控制，PLC控制器包括三组输入信号和三组输出信号，分别为CO₂透平本体1的跳闸信号(in1)、CO₂透平本体1的内外壁缸温差ΔT(in2)及限位开关触点(in3)；电动马达14的运行/停止(out1)、冷却风机14的运行/停止(out2)及进气控制阀5的开/关(out3)；

CO₂透平本体1的内外壁缸温差ΔT(in2)由透平内壁金属温度T2与透平外壁金属T1做差取得，即ΔT＝T2-T1；

在CO₂透平本体1启动阶段，即透平跳闸信号(in1)未发的情况下，无论透平内外壁缸温差ΔT(in2)多大，均不会触发电动马达14运行；

所述PLC控制器同时接收到透平跳闸信号(in1)与透平内外缸壁温差ΔT＞35℃(in2)时，触发电动马达14运行；当可动支架18上的限位开关触点17闭合时，可动支架18滑动到位，电动马达14停止；

可动支架18上的限位开关触点17闭合时，冷却风机10自动启动；冷却风机10自动启动后，进气控制阀5连锁打开，在机组正常运行过程中，所述的冷却风机10的出口隔离阀11保持常开状态。

本发明的有益效果：

1)本发明结构简单，稳定可靠，通过固定支架与可动支架的双支撑设计，可将百叶片式保温材料最大悬叠起45°角，有效的形成冷却风腔室，整体方便调整，安装简单，易于操作。

2)通过设计开关限位触点，一方面可限制可动支架的伸缩位置，另一方面可控制电动马达的启停。

3)利用PLC控制器可实现整个保温装置的全自动运行，通过PLC控制器输入信号的综合判断，可依次实现电动马达的启动、冷却风机的运行及进气控制阀的开启。

4)利用CO₂透平内外壁温度的精准测量与温差计算作为PLC控制器输入信号的判据，在温差大于35℃时实现信号触发，小于5℃时信号复位。

5)通过限位开关触点实现冷却风机的自动启停，而冷却风机启停则连锁开关进气控制阀，各设备之间逻辑清晰、层次分明，形成全工况下的闭环控制。

6)本发明不仅可以满足超临界CO₂透平在启动升温阶段的保温性要求，而且还能够满足机组在高负荷阶段事故停机后快速冷却透平外壁缸温、降低内外壁缸温差的要求，提高了机组整体运行的安全性。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明运行流程示意图。

图3是本发明保温装置铺叠状态时结构示意图。

图4是本发明保温装置悬空状态时结构示意图。

图5是本发明保温装置的双支撑及驱动装置结构示意图。

图6是本发明转轴A处放大示意图。

图7是本发明的PLC控制器的系统框图。

图中标号：1、CO₂透平本体；2、保温层；3、保温材料(百叶片)；4、固定支架；5、进气控制阀；6、进气通道；7、排气通道；8、牵引轴；9、预留孔；10、冷却风机、11、隔离阀；12、逆止阀挡板；13、消音器；14、电动马达；15、滚动轴；16、牵引绳；17、限位开关触点；18、可动支架。

图中T1为透平外缸壁金属温度；T2为透平内缸壁金属温度。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1-图5所示，一种可自动悬叠的超临界二氧化碳透平保温装置及控制方法包括CO₂透平本体1，CO₂透平本体1外壁附着有保温层2，保温层2采用百叶片式保温材料3，保温材料3采用固定支架4和可动支架18双层支架支撑；保温材料3上分布有大小形状不等的预留孔9，用于安装CO₂本体的信号测量元件；该保温装置还包含外部附属设备冷却风机10，冷却风机10配置一个隔离阀11及一个进气控制阀5；隔离阀11为常开阀门，只在检修及长期停机时关闭，进气控制阀5采用气动阀，具有快速启闭功能；冷却风机10出口与CO₂透平本体1之间通过进气通道6与排气通道7相连，从排气通道7排出后经过逆止阀挡板12进入消音器13，最终排至大气。

在本实施例中，如图5和图6所示，固定支架4和百叶片式保温材料3之间采用牵引轴8固定，牵引轴8的局部放大细节如图6中A所示。且可动支架18允许将百叶片式保温材料3撑起45°角，在保温材料3和CO₂透平本体1外壁之间形成一圈一圈的气体流动空腔。

在本实例中，如图5所示，可动支架18通过牵引绳16连接至滚动轴15，滚动轴15由电动马达14驱动，可动支架18可活动的最大距离为与限位开关触点17接触，此时可动支架18与保温材料3的夹角最大，为45°。

在本实施例中，如图7所示，所述的一种自动悬叠的超临界CO₂保温装置由PLC控制器控制，PLC控制器包括三组输入信号(分别为透平跳闸信号、透平内外壁缸温差ΔT及限位开关触点)和三组输出信号(分别为电动马达的运行/停止、冷却风机的运行/停止及进气控制阀开/关)。

控制方法：

在CO₂透平本体1启动初期前，按照阀门检查卡要求，首先确认图2中冷却风机10出口隔离阀11处于全开位置，然后检查逆止阀挡板12方向正确，最后对CO₂透平本体1内外壁金属温度T1和T2进行传动，确保温度原点进准可靠。

CO₂透平本体1跳闸信号通过硬接线直接送至PLC控制器，该信号采用脉冲信号。

透平内外缸壁缸温差ΔT控制：

透平内外壁缸温差ΔT由透平内壁金属温度T2与透平外壁金属T1做差取得，即ΔT＝T2-T1。

当ΔT＞35℃时，“透平内外壁缸温差ΔT”信号触发，即硬接线传输至PLC控制器信号为“1”；

当ΔT＜5℃时，“透平内外壁缸温差ΔT”信号复位，即通过硬接线传输至PLC控制器信号为“0”。

电动马达14运行状态控制：

在CO₂透平本体1的启动阶段，即透平跳闸信号未发的情况下，无论透平内外壁缸温差ΔT多大，均不会触发电动马达14运行。

当且仅当PLC控制器同时接收到透平跳闸信号与透平内外壁缸温差ΔT＞35℃时，触发电动马达14运行；

电动马达14运行后保温百叶片的可动支架18在牵引绳16的拉力下开始沿滚动轴15转动，当可动支架18上的限位开关触点17闭合时，可动支架18滑动到位，电动马达14停止。此时可动支架18与保温材料3的夹角最大，为45°。

冷却风机10的运行状态控制：

当可动支架18上的限位开关触点17闭合时，冷却风机10自动启动；

当可动支架18上的限位开关触点17闭合信号消失时，冷却风机10自动停止。百叶片式保温材料在重力的作用下逐渐恢复至铺叠状态。

进气控制阀5的开关状态控制：

当冷却风机10启动后，延时2s自动开启进气控制阀5；

当冷却风机10停止后，延时2s自动关闭进气控制阀5。

冷却风机10出口隔离阀的开关状态控制：

冷却风机10出口隔离阀采用手动截止阀。

在机组启动前应按照检查卡手动置全开位；

当机组处于大修期间或者长期停运时，按照检查卡手动置全关位。

以上所述仅为发明的优选实施例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实施例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在发明的保护范围之内。