本发明涉及卡琳娜动力循环系统，具体为一种应用于卡琳娜动力循环系统的透平轴端密封装置。
背景技术：
卡琳娜低品位热源发电系统以氨水混合物代替传统的水或水蒸汽作为循环工质，将低品位热能转化为高品位电能。卡琳娜低品位热源发电系统主要由蒸发器，分离器，透平，发电机，冷凝器和增压泵组成。
目前，限制卡琳娜循环发电技术推广的一大因素便是其工质泄漏问题。氨水具有毒性、腐蚀性和强挥发性，一旦发生泄漏，会极大影响系统的安全性。因此，卡琳娜动力循环对密封有着非常严苛的要求：能保持较低的泄漏量甚至零泄漏以及更长的使用寿命。传统的刷式密封、机械密封、迷宫密封都无法保障零泄漏，且会腐蚀密封结构。与传统机械密封相比，螺旋密封具有非接触型的特点，它通过在轴或静套上开矩形、三角形或圆形等规则与不规则槽来实现非接触性。采用螺旋密封结构时，主轴的高速旋转会带动动静套之间毫米甚至微米量级厚度的粘性流体一同旋转，由于粘性力的存在，不仅能在间隙间产生一定的液膜加强端面间的润滑和密封，更重要的是产生泵送效应，当泵送效应等于被密封介质的压力时，则实现了密封的效果。螺旋密封的非接触特点使其工作寿命大大延长，特别适用于易燃、易爆、剧毒、有腐蚀性工质的密封。在卡琳娜动力循环系统实际运行过程中，由于透平发生变工况运行会使得螺旋密封无法跟踪汽缸内压力变化。螺旋密封由于工作条件等因素的影响会使其密封能力降低甚至失效，导致氨水工质泄漏造成经济损失和环境污染等。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种应用于卡琳娜动力循环系统的透平轴端密封装置，结构简单，设计合理，不仅能依靠主轴的高速旋转产生泵送效应，并且其利用水作为密封介质，避免了富氨蒸汽与机械结构接触导致的腐蚀。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种应用于卡琳娜动力循环系统的透平轴端密封装置，包括螺旋密封系统和水密封系统；
所述的螺旋密封系统包括螺旋轴套、静套、集漏腔、密封腔和机械密封；螺旋轴套嵌在卡琳娜动力循环透平的主轴上，静套与螺旋轴套呈间隙套设在主轴的同一端形成螺旋密封，静套密封端与主轴端部形成密封腔，静套开口端内与主轴形成一个空腔作为集漏腔，静套和主轴之间设置的机械密封位于集漏腔内；主轴转动时，螺旋轴套转动向密封腔加压；
所述的水密封系统包括增压泵、调节阀和水箱；水箱的输入端与集漏腔连通，输出端依次经增压泵和调节阀连通设置在螺旋轴套和静套间隙末端。
优选的，还包括增压泵伺服控制系统，其包括压力传感器和pi控制器；pi控制器用于根据压力传感器的测量值控制调节阀的开度，使螺旋密封的泵送压力与伺服增压泵的泵送压力之和等于密封腔压力。
进一步，压力传感器包括设置在密封腔和螺旋套尾端的第一、二压力传感器，分别输出的压力信号传输给pi控制器得到补偿压力对调节阀的开度进行调节控制。
再进一步，当密封腔压力变化时，第一压力传感器接收密封腔的压力变化，并与密封压力进行比较得到压差信号，pi控制器接收压差信号来调节调节阀开度，通过调节流量，维持系统压力达到稳定；密封压力为螺旋密封的泵送压力与伺服增压泵的泵送压力之和。
进一步，当密封腔压力升高时，pi控制器控制调节阀开度逐渐减小，流量降低，增压泵动作增压，螺旋密封的泵送压力保持不变。
再进一步，当密封腔压力保持不变，螺旋密封转速增大时，螺旋密封泵送压力突然升高，在pi控制器的控制的作用下调节阀开度增大，流量增大，增压泵供压减小。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明所述的轴端密封装置不仅能依靠主轴的高速旋转通过螺旋密封产生泵送效应，并且其利用水作为密封介质实现水密封，由于水路由螺旋轴套和静套间隙末端开始，一部分经过螺旋泵送到达密封腔，另一部分经集液腔后流回到水箱，能够将集漏腔中经机械密封渗漏出的部分氨水通过水密封系统稀释并排出，从而使得后端的螺旋密封均处在水密封状态，不会被氨水腐蚀，从而通过机械密封、水密封和螺旋密封三级密封，避免了富氨蒸汽与机械结构接触导致腐蚀的问题。
进一步的，通过监测密封装置内测点压力和应用可控增压泵伺服控制系统实现卡琳娜动力循环系统变工况下透平轴端的有效密封，满足工质零泄漏的要求，可以有效保障卡琳娜动力循环系统的安全服役，对于工程应用具有重要的现实意义。
进一步的，通过压力传感器对压力的感知，能够使得pi控制器立即对系统扰动后的动态偏差作出反应，减小了系统的稳态偏差和过调量，满足密封要求。
附图说明
图1为本发明实例中所述轴端密封装置的结构示意图。
图2为本发明实例中所述轴端密封装置中增压泵的调节原理框图。
图3为本发明实例中所述轴端密封装置中螺旋轴套的几何尺寸示意图。
图中：1为主轴；2为螺旋轴套；3为静套；4为集漏腔；5为密封腔；6为机械密封；7为增压泵；8为调节阀；9为水箱；p为压力传感器。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明一种应用于卡琳娜动力循环系统的透平轴端密封装置，如图1所示，包括螺旋密封系统、水密封系统和增压泵伺服控制系统。其中：螺旋密封系统包括螺旋轴套2、静套3、集漏腔4、密封腔5和机械密封6。水密封系统包括增压泵7、调节阀8和水箱9；增压泵伺服控制系统包括压力传感器和pi控制器。
螺旋轴套2嵌在卡琳娜动力循环透平的主轴1上，静套3与螺旋轴套2保持一定间隙套设在主轴1的同一端形成螺旋密封，静套3与主轴端部形成密封腔5。静套3内与密封腔5相对一端设置一个空腔形成集漏腔4，在主密封即螺旋密封的作用下，集漏腔4所需承受的密封压力小，集漏腔4与轴间隙处安装机械密封6作为次密封。如图1所示，从次级密封侧观测，也就是从图1的左侧看，主轴顺时针旋转，螺旋轴套为右旋槽；螺旋轴套2上刻有旋向固定的螺旋槽，使主轴1在高速旋转时产生泵送作用，螺旋密封几何结构如图3所示。采用克里斯公式作为该装置密封能力的计算公式，其表达式如下：
式中：δp为密封压差/pa，μ为液体动力粘度/pa·s，l为螺旋长度/m，v为泵送速度/m·s-1，c为动静套3间隙/mm，k称之为密封系数，其表达式如下：
式中：α为螺旋角，k1和k2的计算分别如下所示：
式中be和bg等参数均为螺旋密封几何尺寸。
增压泵7的调节目的是使螺旋密封的泵送压力与伺服增压泵7的泵送压力之和等于密封腔5压力，从而实现螺旋密封的完全密封和零泄漏，通过调节阀8门开度来实现对增压泵7的压力调节，如图2所示。
如图1所示，其中p为压力传感器，增压泵伺服控制系统通过第一、二压力传感器将密封腔5和螺旋套尾端压力信号传输给增压泵伺服控制系统，求得补偿压力，最后通过pi控制器对增压泵7进行调节控制。水密封系统中由增压泵7抽取水箱9中的水，经过增压泵7的泵体、管路和调节阀8进入动静套3间隙末端处，然后一部分水会进入集漏腔4，流回水箱9，构成一个闭合密封水循环系统。
当密封腔5压力变化时，第一压力传感器接受密封腔5的压力变化，并与密封压力(螺旋密封的泵送压力与伺服增压泵7的泵送压力之和)进行比较，pi控制器通过接受压差信号来调节调节阀8开度，通过调节流量，维持系统压力达到稳定。当密封腔5压力升高后，在pi控制器的控制作用下调节阀8开度逐渐减小，流量降低，增压泵7动作增压，螺旋密封的泵送压力保持不变。
当密封腔5压力保持不变，螺旋密封转速增大时，螺旋密封泵送压力突然升高，而此时密封腔5压力不变，在pi控制器的控制的作用下调节阀8开度增大，流量增大，增压泵7供压减小。pi控制器立即对系统扰动后的动态偏差作出反应，减小了系统的稳态偏差和过调量，满足密封要求。