膨胀机轴封泄漏监测预警方法、装置及轴封与流程

1.本发明涉及透平膨胀机领域，具体而言，涉及一种膨胀机轴封泄漏监测预警方法、装置及轴封。


背景技术：

2.透平膨胀机广泛应用于空分、煤化工等行业，通过膨胀降温降压，为系统提供冷能并满足后续工艺要求；在内压缩流程中，膨胀机膨胀前介质压力通常都超过2.5mpa，而在液体空分或液化装置中，一些膨胀机膨胀前压力已接近6.0mpa，同时，膨胀发电的工质本身处于低温（≤-50℃）状态；因此，这对轴封提出了相当苛刻的要求，若轴封性能不好或不能及时发现轴封故障，自膨胀端泄漏过来的低温介质量会非常大，并可能冻住附近的轴承，导致转子卡死，引发停机甚至毁机，同时，该低温气还可能大量进入润滑油箱，引发油箱喷油事故。
3.发明专利申请cn115773417a公开了一种超低温介质输送用旋转接头装置，其提到了“由于超低温工况环境(例如lng工况温度为-163℃，液氢工况温度为-253℃)，过流部件的内外温差大，使得旋转接头的外部冷凝结冻等现象突显，时常发生外部结冰而导致旋转接头部件机械故障(即外部冰冻导致旋转接头装置卡死，不能正常工作)”，但其采用的是在旋转接头本体的外壳之间设置绝热填充层的技术手段，显然地，膨胀机工况中还存在高压情况，该类技术手段仍然难以解决轴封泄漏跑冷的问题。
4.基于上述原因，申请人转换思路，从轴封的泄漏预警方面出发，提供一种膨胀机轴封泄漏监测预警方法、装置及轴封，以期在轴封因失效导致泄漏前进行预警。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服背景技术的缺点，提供一种膨胀机轴封泄漏监测预警方法、装置及轴封。
6.本发明的实施例通过以下技术方案实现：第一方面，本发明提供一种膨胀机轴封泄漏监测预警方法，包括如下步骤：s1、沿膨胀机的冷量传递方向，于轴封上先后设置进气通道和排气通道，其中，进气通道和排气通道均延伸至膨胀机的主轴与轴封之间的间隙内；s2、于进气通道内通入气体，且气体沿排气通道排出；s3、测量气体在进入轴封前后的温差或测量气体通过排气通道的温度，将温差/温度与设定值比较，当温差/温度超出预定值时进行预警。
7.进一步地，在步骤s1中，在膨胀机的主轴的轴向上，轴封具有相对的第一侧和第二侧，其中，轴封第一侧的主轴上设置有叶轮,轴封第二侧的主轴上设置有轴承;进气通道开设于轴封的第一侧上，且排气通道开设于轴封的第二侧上。
8.进一步地，排气通道开设于轴封正下方的侧壁上。
9.进一步地，在步骤s3中，还测量气体在进入轴封前后的压差，并与设定值比较，当
压差超出预定值时进行预警。
10.进一步地，在步骤s3中，还测量气体在通过排气通道的气压，并与设定值比较，当压力超出预定值时进行预警。
11.第二方面，本发明还提供一种轴封，所述轴封上开设有进气通道和排气通道，且进气通道和排气通道均延伸至轴封的内孔中。
12.进一步地，所述进气通道和排气通道均沿轴封的径向延伸地开设在轴封的侧壁上。
13.进一步地，在轴封的轴线方向上，进气通道和排气通道之间留有一定间距，以使进气通道输入的气体在进入排气通道前，需沿轴封的轴线方向上移动。
14.第三方面，本发明还提供一种膨胀机轴封泄漏监测预警方法的监测预警装置，包括：轴封，其上开设有进气通道和排气通道，且进气通道和排气通道均延伸至轴封的内孔中；所述轴封的内孔穿套在膨胀机的主轴上，进气通道靠近膨胀机的叶轮一侧，且排气通道靠近膨胀机的轴承一侧；气源，用于向轴封的进气通道输入气体；温度/温差传感器，用于检测气源输出气体通过排气通道后的温度/温差；以及预警模块，其与温度/温差传感器连接，用于将气体通过排气通道后的温度/温差与设定值比较，且当超出设定值范围后进行预警。
15.进一步地，所述预警模块还连接有压力/压差传感器，所述压力/压差传感器用于检测气源输出气体通过排气通道后的压力/压差。
16.本发明的膨胀机轴封泄漏监测预警装置和方法具有如下有益效果：通过在轴封上设置进气和排气通道，使进气通道输入的气体在排出过程中，需要经过轴封发生泄漏的间隙内，通过测量气体通过该间隙后的温度，可及时地发现膨胀机的冷量向轴承方向的传递（跑冷）情况，可对轴封的失效实现预警，避免轴承结冰封冻造成事故，提升膨胀机运行的安全性。
附图说明
17.图1为本发明的膨胀机轴封泄漏监测预警装置的结构示意图；图标：10-叶轮，11-主轴，12-轴承，20-轴封，200-进气通道，201-排气通道，21-排气管，210-管阀，30-预警模块，31-温度/温差传感器，32-压力/压差传感器。
具体实施方式
18.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
19.参照图1，在透平膨胀机中，从左往右依次设置有叶轮10、轴封20和轴承12；其中，叶轮10上安装有主轴11,主轴11的另一端连接变速箱(未示出)，变速箱的输出端连接负载，轴封20和轴承12依次穿套在主轴11上，且轴封20位于叶轮10与轴承12之间，当轴封20失效
时，叶轮10所在的膨胀端内的冷气流会沿着轴封20与主轴11之间的间隙进入轴颈区域，从而引发轴颈部位结冰，进而导致轴承12和主轴11卡死，造成危险,实施例一：本实施例提供一种膨胀机轴封20的泄漏监测预警方法， 包括如下步骤：s1、沿着膨胀机的冷量传递方向，即叶轮10所在的膨胀端至主轴11另一端所在的变速箱方向，在轴封20上先后设置进气通道200和排气通道201，进气通道200和排气通道201均延伸至膨胀机的主轴11与轴封20之间的间隙内，换而言之，进气通道200和排气通道201均贯穿至轴封20的内孔中；s2、通过往进气通道200内通入气体，气体通过主轴11与轴封20之间的间隙后会沿着气体沿排气通道201排出；s3、测量气体在进入轴封20前后的温差或测量气体通过排气通道201的温度，将温差/温度与设定值比较，当温差/温度超出预定值时进行预警。
20.本实施例中，在步骤s1中，在膨胀机的主轴11的轴向上，定义轴封20具有相对的第一侧和第二侧，其中，轴封20第一侧的主轴11上设置有叶轮10,轴封20第二侧的主轴11上设置有轴承12，那么，进气通道200开设于轴封20的第一侧上，且排气通道201开设于轴封20的第二侧上；进气通道200进入的气体在沿排气通道201排出时，会沿着主轴11的轴线方向在主轴11与轴封20之间的间隙内移动一定距离。
21.过程中，进气通道200进入的气体在主轴11与轴封20之间的间隙内被冷却降温，如若轴封20即将发生泄露，那么主轴11与轴封20之间的间隙内会出现较大的跑冷现象，会导致通过主轴11与轴封20之间的间隙内的气体发生较大的降温现象。
22.因而，通过判断气体在进入轴封20前后的温差或测量气体通过排气通道201的温度，如若温差超过一定预设值或温度下降值超过预定值，即判断为轴封20失效，存在泄露风险。
23.鉴于在自然规律中，冷空气具有向下流动的现象，本实施例中，排气通道201开设于轴封20下方的侧壁上，可在侧下方或正下方，其中，优先在轴封20正下方的侧壁上。
24.进气通道200可位于轴封20的侧壁上任意位置，优选开设在轴封20的正上方侧壁上。
25.进气通道200通入的气体可以是热空气、冷空气或其他气体介质。
26.由于进气通道200进入的气体在经过主轴11与轴封20之间的间隙后会发生降温现象，其压强会跟随产生变化，因此，在一些实施例中，还可测量气体在进入轴封20前后的压差，或测量气体在通过排气通道201的气压，并与设定值比较，当压差/压强超出预定值时进行预警。
27.实施例二：本实施例提供一种轴封20，该轴封20可在如实施例一中的轴封泄漏监测预警中使用。
28.该轴封20上开设有进气通道200和排气通道201，且进气通道200和排气通道201均延伸至轴封20的内孔中。
29.进气通道200和排气通道201可开设在轴封20上的任意端面或侧面上，优选地，进气通道200和排气通道201均沿轴封20的径向延伸地开设在轴封20的侧壁上。
30.优选地，在轴封20的轴线方向上，进气通道200和排气通道201之间留有一定间距，以使进气通道200输入的气体在进入排气通道201前，需沿轴封20的轴线方向上移动一定的距离。
31.优选地，轴封20上的进气通道200和排气通道201关于轴封20的轴线上的一点呈旋转对称状态。
32.实施例三：本实施例提供一种如实施例一种的膨胀机轴封20泄漏监测预警方法所使用的监测预警装置，该监测预警装置包括：轴封20，其上开设有进气通道200和排气通道201，且进气通道200和排气通道201均延伸至轴封20的内孔中；所述轴封20的内孔穿套在膨胀机的主轴11上，进气通道200靠近膨胀机的叶轮10一侧，且排气通道201靠近膨胀机的轴承12一侧；气源，用于向轴封20的进气通道200输入气体；温度/温差传感器31，用于检测气源输出气体通过排气通道201后的温度/温差；以及预警模块30，其与温度/温差传感器31连接，用于将气体通过排气通道201后的温度/温差与设定值比较，且当超出设定值范围后进行预警；具体，采用现有技术的是：其包括了逻辑单元和预警单元，逻辑单元用于比对和判断预设值和温度/温差实测值,并在超出预测值时，向预警单元发出预警信号，预警单元可发出声、光信号和/或通过有线/无线通讯协议将上述预警信封发送至相关终端上。
33.此外，在一些实施例中，预警模块30还连接有压力/压差传感器32，压力/压差传感器32用于检测气源输出气体通过排气通道201后的压力/压差；预警模块30通过结合温度/温差数据以及压力/压差数据，可进一步提高预警的准确性。
34.上述轴封20优选实施例二中所提到的轴封。
35.在一个实施例中，排气通道201上还连接有排气管21，排气管21上接有管阀210，压力/压差传感器32及温度/温差传感器31可测量管阀210内的气体的相关数据。
36.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.膨胀机轴封泄漏监测预警方法，其特征在于，包括如下步骤：s1、沿膨胀机的冷量传递方向，于轴封(20)上先后设置进气通道(200)和排气通道(201)，其中，进气通道(200)和排气通道(201)均延伸至膨胀机的主轴(11)与轴封(20)之间的间隙内；s2、于进气通道(200)内通入气体，且气体沿排气通道(201)排出；s3、测量气体在进入轴封(20)前后的温差或测量气体通过排气通道(201)的温度，将温差/温度与设定值比较，当温差/温度超出预定值时进行预警。2.根据权利要求1所述的膨胀机轴封泄漏监测预警方法，其特征在于：在步骤s1中，在膨胀机的主轴(11)的轴向上，轴封(20)具有相对的第一侧和第二侧，其中，轴封(20)第一侧的主轴(11)上设置有叶轮(10),轴封(20)第二侧的主轴(11)上设置有轴承(12);进气通道(200)开设于轴封(20)的第一侧上，且排气通道(201)开设于轴封(20)的第二侧上。3.根据权利要求1或2所述的膨胀机轴封泄漏监测预警方法，其特征在于：排气通道(201)开设于轴封(20)正下方的侧壁上。4.根据权利要求1或2所述的膨胀机轴封泄漏监测预警方法，其特征在于：在步骤s3中，还测量气体在进入轴封(20)前后的压差，并与设定值比较，当压差超出预定值时进行预警。5.根据权利要求1或2所述的膨胀机轴封泄漏监测预警方法，其特征在于：在步骤s3中，还测量气体在通过排气通道(201)的气压，并与设定值比较，当压力超出预定值时进行预警。6.应用于权利要求1至5任意一项所述的膨胀机轴封泄漏监测预警方法的轴封，其特征在于：所述轴封(20)上开设有进气通道(200)和排气通道(201)，且进气通道(200)和排气通道(201)均延伸至轴封(20)的内孔中。7.根据权利要求6所述的轴封，其特征在于：所述进气通道(200)和排气通道(201)均沿轴封(20)的径向延伸地开设在轴封(20)的侧壁上。8.根据权利要求6所述的轴封，其特征在于：在轴封(20)的轴线方向上，进气通道(200)和排气通道(201)之间留有一定间距，以使进气通道(200)输入的气体在进入排气通道(201)前，需沿轴封(20)的轴线方向上移动。9.采用权利要求1至5任意一项所述的膨胀机轴封泄漏监测预警方法的监测预警装置，其特征在于，包括：轴封(20)，其上开设有进气通道(200)和排气通道(201)，且进气通道(200)和排气通道(201)均延伸至轴封(20)的内孔中；所述轴封(20)的内孔穿套在膨胀机的主轴(11)上，进气通道(200)靠近膨胀机的叶轮(10)一侧，且排气通道(201)靠近膨胀机的轴承(12)一侧；气源，用于向轴封(20)的进气通道(200)输入气体；温度/温差传感器(31)，用于检测气源输出气体通过排气通道(201)后的温度/温差；以及预警模块(30)，其与温度/温差传感器(31)连接，用于将气体通过排气通道(201)后的温度/温差与设定值比较，且当超出设定值范围后进行预警。10.根据权利要求9所述的监测预警装置，其特征在于：所述预警模块(30)还连接有压力/压差传感器(32)，所述压力/压差传感器(32)用于检测气源输出气体通过排气通道
(201)后的压力/压差。

技术总结
本发明涉及膨胀机领域，提供一种膨胀机轴封泄漏监测预警方法、装置及轴封，其中，预警方法包括如下步骤：沿膨胀机的冷量传递方向，于轴封上先后设置进气通道和排气通道，其中，进气通道和排气通道均延伸至膨胀机的主轴与轴封之间的间隙内；于进气通道内通入气体，气体沿排气通道排出；测量气体在进入轴封前后的温差或测量气体通过排气通道的温度，将温差/温度与设定值比较，当温差/温度超出预定值时进行预警；由于进气通道输入的气体在排出过程中，需要经过轴封发生泄漏的间隙内，通过测量气体通过该间隙后的温度，可及时地发现膨胀机的冷量向轴承方向的传递情况，可对轴封的失效实现预警，避免轴承结冰封冻造成事故，提升膨胀机运行的安全性。胀机运行的安全性。胀机运行的安全性。


技术研发人员：谭晓军 王在君 邹云
受保护的技术使用者：四川空分设备（集团）有限责任公司
技术研发日：2023.08.16
技术公布日：2023/9/13