專利名稱：氣體軸承后增壓透平膨脹機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種增壓透平膨脹機(jī)，尤其是一種氣體軸承后增壓透平膨脹機(jī)。
背景技術(shù)：
增壓透平膨脹機(jī)是空氣分離設(shè)備及天然氣石油氣液化分離設(shè)備和低溫粉碎設(shè)備等獲取冷量所必須的關(guān)鍵部機(jī)，是保證整套空氣分離設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的心臟。其主要原理是利用有一定壓力的氣體在透平膨脹機(jī)內(nèi)進(jìn)行絕熱膨脹對(duì)外做功而消耗氣體本身的內(nèi)能，從而使氣體自身強(qiáng)烈地冷卻而達(dá)到制冷的目的。透平膨脹機(jī)輸出的能量由同軸壓縮機(jī)回收或制動(dòng)風(fēng)機(jī)消耗。隨著小型空分設(shè)備向大型空分設(shè)備的轉(zhuǎn)型發(fā)展，現(xiàn)有的透平膨脹機(jī)開始無法滿足大型空分設(shè)備需求，表現(xiàn)出了處理氣量較小，效率較低，可靠性較低等技術(shù)問題。有鑒于此，本實(shí)用新型提供了一種改進(jìn)的氣體軸承透平膨脹機(jī)。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型解決的技術(shù)問題是提供一種可避免上述問題的氣體軸承后增壓透平膨脹機(jī)，以提高氣體軸承透平膨脹機(jī)的性能。本實(shí)用新型的目的通過提供以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)—種氣體軸承后增壓透平膨脹機(jī)，包括一個(gè)中間殼體，所述中間殼體的左端安裝透平蝸殼、右端安裝有增壓機(jī)蝸殼，所述中間殼體內(nèi)可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置有轉(zhuǎn)子，在所述轉(zhuǎn)子的兩端分別在透平蝸殼和增壓機(jī)蝸殼內(nèi)設(shè)置有膨脹輪和增壓輪，在所述轉(zhuǎn)子上套設(shè)有左氣體軸承和右氣體軸承，所述左氣體軸承用于支撐膨脹輪，所述右氣體軸承用于支撐增壓輪，在所述左氣體軸承和所述右氣體軸承之間設(shè)有軸承限位套，所述的軸承限位套套設(shè)在所述轉(zhuǎn)子外，并與所述中間殼體固定，其中，所述膨脹輪為徑軸流向心反動(dòng)型膨脹輪，所述增壓輪為前傾后彎式三元流閉式輪型增壓輪。進(jìn)一步地，所述徑軸流向心反動(dòng)型膨脹輪的葉片在外圓處沿徑向均布，在內(nèi)徑處葉片采用圓柱拋物曲面。進(jìn)一步地，所述前傾后彎式三元流閉式輪型增壓輪采取軸向進(jìn)氣，外圓排氣的流動(dòng)方式，葉片在外圓處彎曲方向與葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，并將后彎葉輪在出口處沿葉片高度方向再向前傾斜放置，所述葉片輪頂處用釬接方式焊接有一個(gè)輪蓋。進(jìn)一步地，所述的左氣體軸承與所述膨脹輪之間設(shè)有密封套。進(jìn)一步地，所述右氣體軸承與所述增壓輪之間設(shè)有隔熱套和限位密封板。進(jìn)一步地，所述左氣體軸承和右氣體軸承內(nèi)設(shè)有8只軸向排氣孔。本實(shí)用新型的有益效果主要體現(xiàn)在處理氣量大，而且效率、可靠性高。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明[0015]圖1為本實(shí)用新型的氣體軸承后增壓透平膨脹機(jī)的縱剖示意圖。圖2為本實(shí)用新型的氣體軸承后增壓透平膨脹機(jī)的膨脹輪的主視圖。圖3為本實(shí)用新型的氣體軸承后增壓透平膨脹機(jī)的膨脹輪的縱剖示意圖。圖4為本實(shí)用新型的氣體軸承后增壓透平膨脹機(jī)的增壓輪的主視圖。圖5為本實(shí)用新型的氣體軸承后增壓透平膨脹機(jī)的增壓輪的縱剖示意圖。
具體實(shí)施方式
以下參照
本實(shí)用新型的最佳實(shí)施方式。如圖1所示，本實(shí)用新型涉及的氣體軸承后增壓透平膨脹機(jī)包括一個(gè)中間殼體2， 所述中間殼體2的左端安裝透平蝸殼1、右端安裝有增壓機(jī)蝸殼3，所述中間殼體2內(nèi)可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置有轉(zhuǎn)子8，在所述轉(zhuǎn)子8的兩端分別在透平蝸殼1和增壓機(jī)蝸殼3內(nèi)設(shè)置有膨脹輪 4和增壓輪12。需要說明的是在所述轉(zhuǎn)子8上套設(shè)有左氣體軸承6和右氣體軸承9，所述左氣體軸承6用于支撐膨脹輪4，所述右氣體軸承9用來支撐增壓輪12。所述膨脹輪4為高效率的徑軸流向心反動(dòng)型式；所述增壓輪為高效率的前傾后彎式三元流閉式輪型式。在增壓透平膨脹機(jī)運(yùn)行時(shí)，很容易發(fā)生增壓輪背的高壓高溫氣體沿著主軸向軸承處流動(dòng)，從而使軸承受熱膨脹，使其與主軸的斷面間隙變小，發(fā)生抱軸或卡死現(xiàn)象，本實(shí)用新型在左氣體軸承6和右氣體軸承9之間設(shè)有軸承限位套7，所述的軸承限位套7套設(shè)在轉(zhuǎn)子8外，并與中間殼體2固定。這樣的設(shè)計(jì)提高了軸承的承載能力，它可以強(qiáng)迫抑制軸承端面的膨脹，以保證裝配間隙。所述的左氣體軸承6與膨脹輪4之間設(shè)有密封套5，所述的右氣體軸承9與增壓輪 12之間設(shè)有隔熱套10和限位密封板11。這樣，使得氣體外漏量控制在最小范圍內(nèi)，在密封套5和限位密封板11內(nèi)還可以充入常溫密封氣以阻止流經(jīng)膨脹機(jī)的低溫氣體外泄。如圖所示，在中間殼體2上還設(shè)有兩個(gè)軸承氣輸入端，分別為左、右氣體軸承供氣。由于氣體軸承的潤(rùn)滑劑為空氣，所以不用擔(dān)心是否會(huì)燃燒的問題。另外，氣體軸承還有以下特點(diǎn)1.摩擦阻力低，由于氣體粘度比液體低很多，在室溫下空氣粘度僅為10號(hào)機(jī)械油的五千分之一，而軸承的摩擦阻力與粘度成正比，所以氣體軸承的摩擦阻力比液體潤(rùn)滑軸承低；2.使用速度范圍大，氣體軸承的摩擦阻力低，溫升低；3.適用溫度范圍大，氣體能在極大的溫度范圍內(nèi)保持氣態(tài)，其粘度受溫度影響很因此，在使用氣體軸承后，能量能利用得更為徹底。本實(shí)用新型的膨脹機(jī)最大的特點(diǎn)就是采用該種先進(jìn)的工藝流程，主要目的是可以將產(chǎn)品氮?dú)庠鰤?，從而可以降低原料空壓機(jī)的排氣壓力，并可以回收膨脹機(jī)的能量，達(dá)到節(jié)能減排和提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的目的。值得一提的是為提高該膨脹機(jī)的效率和運(yùn)行可靠性，該套膨脹機(jī)采用了很多技術(shù)創(chuàng)新之處，主要有下列幾個(gè)方面1、膨脹輪采用了高效率的徑軸流向心反動(dòng)型式；2、增壓輪采用高效率的前傾后彎式三元流閉式輪型式；[0033]3、噴嘴(圖中未示出)采用高效率的氣動(dòng)TC-3P超音速葉型；4、采用具有高穩(wěn)定性靜壓氣體切向供氣帶0型圈支撐的氣體軸承；5、轉(zhuǎn)子的主軸端面與軸承端面之間加限位套，以提高軸承的承載能力；6、為密封膨脹端和增壓端的低溫或高溫輪背氣體，以防軸承受冷收縮或受熱膨脹而破壞配合間隙，采用了在膨脹端和增壓端均設(shè)置了密封氣；7、為提高軸承的承載能力，對(duì)左右氣體軸承分別設(shè)置了單獨(dú)的供氣壓力不同的軸承儀表氣管道，根據(jù)軸承計(jì)算，確定了轉(zhuǎn)子的總的軸向力，再設(shè)置軸承的供氣壓力數(shù)值；8、為避免增壓輪后的高溫高壓氣體向軸承方向流動(dòng)，采用了增壓蝸殼帶高翅片的換熱結(jié)構(gòu)，以冷卻增壓輪中的高溫氣體，同時(shí)還提高了增壓效率；9、增壓輪密封副采用輪蓋齒迷宮密封，以減少內(nèi)漏，提高效率；10、膨脹機(jī)一用一備，采用整體軸向裝配結(jié)構(gòu)，不要成套設(shè)備停車扒珠光砂，就可以從冷箱外拆卸修理膨脹機(jī)，而不影響成套設(shè)備的運(yùn)行；11、將原測(cè)速位置從增壓端進(jìn)口管處移至轉(zhuǎn)子中部，從而消除了因測(cè)速信號(hào)線引出而造成的氣體外漏而造成污染；12、為減少增壓后的高壓高溫氣體通過熱傳導(dǎo)使軸承膨脹，影響運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性，在增壓后設(shè)置了環(huán)氧玻璃布板制成的隔熱板。如圖2、圖3所示，徑軸流向心反動(dòng)型式膨脹輪是指膨脹輪葉片在外圓處沿徑向均布，達(dá)到徑向進(jìn)氣目的，在內(nèi)徑處葉片采用圓柱拋物曲面，可以通過速度三角形空間矢量合成，達(dá)到軸向排氣目的，減少氣流對(duì)管道壁面的沖擊，提高了效率。同時(shí)通過葉片結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，可以使氣流在膨脹輪中進(jìn)一步膨脹，達(dá)到制取冷量的目的。如圖4、圖5所示，增壓輪一般均采取軸向進(jìn)氣，外圓排氣的流動(dòng)方式，葉片在外圓處彎曲方向與葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，稱為后彎式。葉片型式中，只有后彎型式效率最高，若將后彎葉輪在出口處沿葉片高度方向再向前傾斜放置，則成為前傾后彎式，將葉片從進(jìn)口到出口按照流體動(dòng)力學(xué)采取計(jì)算機(jī)三元流場(chǎng)分析軟件計(jì)算出葉片的空間曲面，再在葉片輪頂處用釬接方式焊接一個(gè)輪蓋，這樣就減少了氣流從輪頂處短流的目的，從而進(jìn)一步提高了效率。為提高該膨脹機(jī)的效率，在膨脹輪采用了輪背密封，輪背密封外圓的尺寸根據(jù)轉(zhuǎn)子的軸向力計(jì)算決定，以保證轉(zhuǎn)子具有較小的軸向力。為提高增壓端儀表廢氣的排放能力， 在殼體上鉆了三個(gè)Φ 10孔。在增壓膨脹機(jī)運(yùn)行時(shí)，很容易發(fā)生增壓輪背的高壓高溫氣體沿著主軸向軸承處流動(dòng)，從而使軸承受熱膨脹，使其與主軸的端面間隙變小，發(fā)生抱軸或卡死現(xiàn)象，當(dāng)在軸承端面與主軸端面增加了一個(gè)限位套以后，它可以強(qiáng)迫抑制端面的膨脹，以保證裝配間隙。為提高膨脹機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性，采用了雙密封氣和雙軸承氣，可以調(diào)節(jié)密封氣和軸承氣的壓力，以平衡轉(zhuǎn)子的軸向力。為提高該機(jī)的可靠性，特從增壓并經(jīng)冷卻后的氮?dú)庵幸宦返獨(dú)庾鳛閮x表氣，該氮?dú)鈮毫^高，作為軸承氣可以提高軸承的承載能力，而且該氣體作為密封氣，不會(huì)污染增壓氮?dú)?，并可以平衡轉(zhuǎn)子軸向力。在膨脹機(jī)運(yùn)行時(shí)，經(jīng)常會(huì)發(fā)生葉輪與密封蓋接觸摩擦的故障，這時(shí)就必須將膨脹機(jī)機(jī)芯拆卸下來進(jìn)行修理，在設(shè)計(jì)本膨脹機(jī)時(shí)，已考慮到修理的需要，特將膨脹機(jī)設(shè)計(jì)成可以從常溫端進(jìn)行拆卸的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)流器端面一面固定在蝸殼端面，另一端面由密封套端面壓緊，端面圓環(huán)上攻了兩個(gè)螺孔，可以用螺釘擰入后進(jìn)行拆卸。[0046]通過采用上述諸多的創(chuàng)新設(shè)計(jì)思路和結(jié)構(gòu)，既保證了整臺(tái)機(jī)器的高效率，又保證了運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的高穩(wěn)定性。該膨脹機(jī)與油軸承膨脹機(jī)相比，其設(shè)計(jì)更優(yōu)化，軸損耗更小，能量利用更徹底，而且該機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn)是由于不采用油潤(rùn)滑，不會(huì)造成油帶入工藝氣體中而造成嚴(yán)重的安全事故。該機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格只有同樣參數(shù)油軸承膨脹機(jī)的1/6-1/8左右，今后在設(shè)計(jì)膨脹量為3000Nm3/h以下的膨脹機(jī)時(shí)，可以考慮用氣體軸承增壓膨脹機(jī)取代油軸承增壓膨脹機(jī)， 不但節(jié)省了成本和節(jié)能，而且可以消除油軸承膨脹機(jī)中油汽對(duì)大氣的排放而污染空氣的現(xiàn)象，消除對(duì)環(huán)境的污染。盡管為示例目的，已經(jīng)公開了本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將意識(shí)到，在不脫離由所附的權(quán)利要求書公開的本實(shí)用新型的范圍和精神的情況下，各種改進(jìn)、增加以及取代是可能的。
權(quán)利要求1.一種氣體軸承后增壓透平膨脹機(jī)，包括一個(gè)中間殼體，所述中間殼體的左端安裝透平蝸殼、右端安裝有增壓機(jī)蝸殼，所述中間殼體內(nèi)可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置有轉(zhuǎn)子，在所述轉(zhuǎn)子的兩端分別在透平蝸殼和增壓機(jī)蝸殼內(nèi)設(shè)置有膨脹輪和增壓輪，在所述轉(zhuǎn)子上套設(shè)有左氣體軸承和右氣體軸承，所述左氣體軸承用于支撐膨脹輪，所述右氣體軸承用于支撐增壓輪，在所述左氣體軸承和所述右氣體軸承之間設(shè)有軸承限位套，所述的軸承限位套套設(shè)在所述轉(zhuǎn)子外，并與所述中間殼體固定，其特征在于，所述膨脹輪為徑軸流向心反動(dòng)型膨脹輪，所述增壓輪為前傾后彎式三元流閉式輪型增壓輪。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體軸承后增壓透平膨脹機(jī)，其特征在于，所述徑軸流向心反動(dòng)型膨脹輪的葉片在外圓處沿徑向均布，在內(nèi)徑處葉片采用圓柱拋物曲面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體軸承后增壓透平膨脹機(jī)，其特征在于，所述前傾后彎式三元流閉式輪型增壓輪采取軸向進(jìn)氣，外圓排氣的流動(dòng)方式，葉片在外圓處彎曲方向與葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，并將后彎葉輪在出口處沿葉片高度方向再向前傾斜放置，所述葉片輪頂處用釬接方式焊接有一個(gè)輪蓋。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體軸承后增壓透平膨脹機(jī)，其特征在于，所述的左氣體軸承與所述膨脹輪之間設(shè)有密封套。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體軸承后增壓透平膨脹機(jī)，其特征在于，所述右氣體軸承與所述增壓輪之間設(shè)有隔熱套和限位密封板。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體軸承后增壓透平膨脹機(jī)，其特征在于，所述左氣體軸承和右氣體軸承內(nèi)設(shè)有8只軸向排氣孔。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種氣體軸承后增壓透平膨脹機(jī)，包括一個(gè)中間殼體，所述中間殼體的左端安裝透平蝸殼、右端安裝有增壓機(jī)蝸殼，所述中間殼體內(nèi)可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置有轉(zhuǎn)子，在所述轉(zhuǎn)子的兩端分別在透平蝸殼和增壓機(jī)蝸殼內(nèi)設(shè)置有膨脹輪和增壓輪，在所述轉(zhuǎn)子上套設(shè)有左氣體軸承和右氣體軸承，所述左氣體軸承用于支撐膨脹輪，所述右氣體軸承用于支撐增壓輪，在所述左氣體軸承和所述右氣體軸承之間設(shè)有軸承限位套，所述的軸承限位套套設(shè)在所述轉(zhuǎn)子外，并與所述中間殼體固定，其中，所述膨脹輪為徑軸流向心反動(dòng)型膨脹輪，所述增壓輪為前傾后彎式三元流閉式輪型增壓輪。本實(shí)用新型的有益效果主要體現(xiàn)在處理氣量大，而且效率、可靠性高。
文檔編號(hào)F01D25/16GK202100282SQ201020608068
公開日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2010年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月16日
發(fā)明者徐友亮 申請(qǐng)人:蘇州制氧機(jī)有限責(zé)任公司