專利名稱：高速高爐煤氣余壓透平機的制作方法
技術領域：
本發明涉及動力機械工程技術領域，尤其涉及一種高速高爐煤氣余壓透平機。
背景技術：
高爐煤氣余壓透平機是利用高爐冶煉的副產品，即高爐爐頂煤氣具有的壓力能和熱能，經過透平膨脹做功來輸出機械能的裝置，是一種能起到環保節能作用的二次能量回收裝置，不僅能回收能量、保護環境，還能為鋼鐵企業降低成本。目前，通常采用將高爐煤氣余壓透平機與高爐鼓風機作為同一系統來設計的煤氣透平與電機同軸驅動的高爐鼓風能量回收機組(BPRT)，將高爐煤氣的壓力能和熱能轉變為機械能后直接驅動高爐鼓風機工作。然而，由于現有的高爐煤氣余壓透平機的結構限制，其工作轉速通常為3000轉/分鐘(電網50Hz )或3600轉/分鐘(電網60Hz )。對于BPRT機組來說，由于現有的高爐煤氣余壓透平機的轉速低于高爐鼓風機的工作轉速(例如，4800轉/分鐘)，因此無法與高爐鼓風機直接相連，必須在現有的高爐煤氣余壓透平機與高爐鼓風機之間連接變速箱，以將轉速提升至滿足高爐鼓風機要求的較高轉速。為BPRT機組增加一臺變速箱會帶來以下缺點一、BPRT機組配置不合理、系統構成復雜、故障點多、設備維護工作量大；二、軸系設計難度大，對設備的制造、安裝要求高；三、經變速箱傳遞會損失機械能，使整個BPRT機組效率降低；四、BPRT機組設備多、占地面積大， 增加了 BPRT機組造價。因此，需要一種高速高爐煤氣余壓透平機，以解決上述問題。
發明內容
為了克服上述現有技術的不足，本發明提供了一種高速高爐煤氣余壓透平機，包括底座；外殼，所述外殼連接在所述底座上，且所述外殼包括進氣端和排氣端；轉子，所述轉子包括主軸、設置在所述主軸一端的輪盤以及設置在所述輪盤的外圓周的動葉片；軸承組件，所述軸承組件包括設置在所述外殼上的第一軸承和第二軸承，所述主軸的兩個端部分別可旋轉地設置在所述第一軸承內和所述第二軸承內；靜葉片，所述靜葉片設置在所述外殼的內表面上且與所述動葉片相對地設置，以與所述動葉片相配合；和氣封組件，所述氣封組件設置在所述主軸的靠近所述輪盤的一端與所述外殼之間，所述氣封組件包括靠近所述輪盤的迷宮密封件和遠離所述輪盤的碳環密封件。優選地，所述碳環密封件為多級碳環密封件，且在所述多級碳環密封件之間填充氮氣。優選地，所述主軸與所述輪盤為分體結構，所述主軸與所述輪盤通過拉桿連接。優選地，所述動葉片為一級動葉片結構，且所述靜葉片為一級靜葉片結構。優選地，所述動葉片為二級動葉片結構，且所述靜葉片為二級靜葉片結構。優選地，所述動葉片是通過縱樹形葉根固定在所述輪盤上的。優選地，所述高速高爐煤氣余壓透平機還包括靜葉片驅動裝置，用于改變所述靜葉片的角度。優選地，所述靜葉片和所述動葉片的葉片高度與所述主軸的直徑的比值小于等于 0. 2。優選地，所述高速高爐煤氣余壓透平機的進氣端采用軸向進氣結構、徑向下進氣結構或徑向上進氣結構。優選地，所述高速高爐煤氣余壓透平機的排氣端采用徑向下排氣結構或徑向上排氣結構。本發明的高速高爐煤氣余壓透平機由于采用雙徑向支撐的懸臂轉子結構，因此具有設備結構簡單、轉速高等優點，進而使高速高爐煤氣余壓透平機能夠與高爐鼓風機的轉速相匹配。這樣，高速高爐煤氣余壓透平機可以與高爐鼓風機直接相連，不僅節省了變速箱的能量耗損，也使得整個機組的軸系變得簡單合理。此外，采用雙徑向支撐的懸臂轉子結構，僅需在低壓端設置氣封組件，省去了高壓端的密封，因此降低了出現事故的幾率，保證設備的可靠性。進一步，由于高速高爐煤氣余壓透平機可以具有較高的轉速，葉柵中的氣體流速較高，因此可以緩解積灰問題。在發明內容部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實施方式
部分中進一步詳細說明。本發明內容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護的技術方案的關鍵特征和必要技術特征，更不意味著試圖確定所要求保護的技術方案的保護范圍。以下結合附圖，詳細說明本發明的優點和特征。
本發明的下列附圖在此作為本發明的一部分用于理解本發明。附圖中示出了本發明的實施例及其描述，用來解釋本發明的原理。在附圖中，
圖1是根據本發明一個實施方式的高速高爐煤氣余壓透平機的剖面圖； 圖2是根據本發明一個實施方式的轉子的示意圖； 圖3是根據本發明一個實施方式的氣封組件的放大視圖； 圖4是根據本發明另一個實施方式的高速高爐煤氣余壓透平機的剖面圖； 圖5A是根據本發明一個實施方式的高速高爐煤氣余壓透平機的示意圖； 圖5B是根據本發明一個實施方式的高速高爐煤氣余壓透平機的示意圖；以及圖5C是根據本發明一個實施方式的高速高爐煤氣余壓透平機的示意圖。
具體實施例方式在下文的描述中，給出了大量具體的細節以便提供對本發明更為徹底的理解。然而，對于本領域技術人員來說顯而易見的是，本發明可以無需一個或多個這些細節而得以實施。在其他的例子中，為了避免與本發明發生混淆，對于本領域公知的一些技術特征未進行描述。為了徹底了解本發明，將在下列的描述中提出詳細的結構。顯然，本發明的施行并不限定于本領域的技術人員所熟習的特殊細節。本發明的較佳實施例詳細描述如下，然而除了這些詳細描述外，本發明還可以具有其他實施方式。圖1是根據本發明一個實施方式的高速高爐煤氣余壓透平機的剖面圖，圖2是根據本發明一個實施方式的轉子的示意圖，圖3是根據本發明一個實施方式的氣封組件的放大視圖。在圖1-3中相同的部件使用相同的附圖標記。下面將結合圖1-3對根據本發明的高速高爐煤氣余壓透平機進行詳細描述。如圖1所示，高速高爐煤氣余壓透平機100包括底座110、外殼120、轉子130、軸承組件、靜葉片150和氣封組件160。外殼120連接在底座110上，用于容納轉子130、軸承組件和靜葉片150等。外殼 120包括進氣端121和排氣端122，其中，進氣端121用于接收來自高爐的具有較高壓力能和熱能的高爐煤氣，排氣端122用于排放已經完成做功且具有較低的壓力和溫度的高爐煤氣。如圖2所示，轉子130包括主軸131、輪盤132和動葉片133。輪盤132設置在主軸131的一端。優選地，主軸131與輪盤132為分體結構，且主軸131與輪盤132通過拉桿 134連接。將主軸131與輪盤132設置為分體結構可以便于各部件的制造，且能保證兩者的強度。動葉片133設置在輪盤132的外圓周上。可以理解的是，動葉片133可以采用現有技術常用的動葉片結構，因此不再詳述。為了使轉子具有良好的強度儲備并適用于高速的工作環境，優選地，動葉片133是通過縱樹形葉根固定在輪盤132上的。參照圖1和圖2，軸承組件包括第一軸承141和第二軸承142。第一軸承141和第二軸承142設置在外殼120上，具體地，第一軸承141和第二軸承142可以直接地設置在外殼120上，也可以通過支撐件設置在外殼120上。主軸131的兩個端部分別可旋轉地設置在第一軸承141內和第二軸承142內，以對主軸131進行雙徑向支撐。靜葉片150設置在外殼120的內表面上且與動葉片133相對地設置，用于與動葉片133相配合。高爐煤氣從外殼120的進氣端進入，通過外殼導流使高爐煤氣轉成軸向進入靜葉片和動葉片組成的葉柵中，氣體在葉柵的流道中不斷膨脹做功，壓力和溫度逐漸降低，并轉化為動能作用于轉子使之旋轉，進而將高爐煤氣的壓力能和熱能轉化為機械能。優選地，高速高爐煤氣余壓透平機100還包括靜葉片驅動裝置(未示出)，用于改變靜葉片的角度，使流量和壓力可以在較寬的范圍內調節，進而控制爐頂壓力的誤差在士5Kpa以內。作為示例，靜葉片驅動裝置可以為電液執行機構或電動執行機構，其能夠帶動靜葉片150旋轉，以調整靜葉片150的角度，進而控制流量和壓力改變。優選地，靜葉片150和動葉片133的葉片高度與主軸131的直徑的比值小于等于 0. 2。本發明的動葉片和靜葉片采用短葉片設計，可以使葉片的自振頻率遠高于工作轉速下的激振頻率，避免共振導致葉片斷裂。此外，還可以降低動葉片在高速旋轉下的離心拉應力，提高葉片的強度。氣封組件160設置在主軸131的靠近輪盤132的一端與外殼120之間。如圖3所示，氣封組件160包括靠近輪盤132的迷宮密封件161和遠離輪盤的碳環密封件162。迷宮密封件161和碳環密封件162可以具有現有技術中常用的結構，因此不再詳述。將氣封組件160設置為包括迷宮密封件161和碳環密封件162可以降低可燃性氣體的泄漏量。優選地，碳環密封件162為多級碳環密封件，且在多級碳環密封件之間填充氮氣，以進一步降低泄漏量、保證設備的安全性。本發明的高速高爐煤氣余壓透平機100由于采用雙徑向支撐的懸臂轉子結構，因此具有設備結構簡單、轉速高等優點，進而使高速高爐煤氣余壓透平機100能夠與高爐鼓風機的轉速相匹配。這樣，高速高爐煤氣余壓透平機100可以與高爐鼓風機直接相連，不僅節省了變速箱的能量耗損，也使得整個機組的軸系變得簡單合理。此外，采用雙徑向支撐的懸臂轉子結構，僅需在低壓端設置氣封組件，省去了高壓端的密封，因此降低了出現事故的幾率，保證設備的可靠性。進一步，由于高速高爐煤氣余壓透平機100可以具有較高的轉速，葉柵中的氣體流速較高，因此可以緩解積灰問題。根據本發明一個實施方式，如圖1和圖2所示，動葉片133為一級動葉片結構，且靜葉片150為一級靜葉片結構。采用單級結構不僅使高速高爐煤氣余壓透平機100具有較高的轉速，以適合于與高爐鼓風機同轉速的高速場合，而且還具有較高的絕熱效率。根據本發明另一個實施方式，如圖4所示，動葉片133為二級動葉片結構(即包括動葉片133A和13!3B)，且靜葉片150為二級靜葉片結構(即包括靜葉片150A和150B)。采用雙級結構使高速高爐煤氣余壓透平機100既可以工作在與高爐鼓風機同轉速的高速工況， 又可以工作在與發電機或電機相同轉速的工況，還使高速高爐煤氣余壓透平機100具有較高的絕熱效率。圖5A是根據本發明一個實施方式的高速高爐煤氣余壓透平機的示意圖，圖5B是根據本發明一個實施方式的高速高爐煤氣余壓透平機的示意圖，圖5C是根據本發明一個實施方式的高速高爐煤氣余壓透平機的示意圖。高速高爐煤氣余壓透平機500的進氣端可以采用軸向進氣結構(如圖5A所示)、徑向下進氣結構(如圖5B所示)或徑向上進氣結構(如圖5C所示)。高速高爐煤氣余壓透平機500的排氣端可以采用徑向下排氣結構(如圖5A所示) 或徑向上排氣結構(如圖5B所示)。高速高爐煤氣余壓透平機500采用的進氣和排氣方式多變，因此可以根據現場的情況，進行單層布置或雙層布置，以使管線方位和結構布置都十分靈活。本發明已經通過上述實施例進行了說明，但應當理解的是，上述實施例只是用于舉例和說明的目的，而非意在將本發明限制于所描述的實施例范圍內。此外本領域技術人員可以理解的是，本發明并不局限于上述實施例，根據本發明的教導還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發明所要求保護的范圍以內。本發明的保護范圍由附屬的權利要求書及其等效范圍所界定。
權利要求
1.一種高速高爐煤氣余壓透平機，其特征在于，包括底座；外殼，所述外殼連接在所述底座上，且所述外殼包括進氣端和排氣端；轉子，所述轉子包括主軸、設置在所述主軸一端的輪盤以及設置在所述輪盤的外圓周的動葉片；軸承組件，所述軸承組件包括設置在所述外殼上的第一軸承和第二軸承，所述主軸的兩個端部分別可旋轉地設置在所述第一軸承內和所述第二軸承內；靜葉片，所述靜葉片設置在所述外殼的內表面上且與所述動葉片相對地設置，以與所述動葉片相配合；和氣封組件，所述氣封組件設置在所述主軸的靠近所述輪盤的一端與所述外殼之間，所述氣封組件包括靠近所述輪盤的迷宮密封件和遠離所述輪盤的碳環密封件。
2.按照權利要求1所述的高速高爐煤氣余壓透平機，其特征在于，所述碳環密封件為多級碳環密封件，且在所述多級碳環密封件之間填充氮氣。
3.按照權利要求1所述的高速高爐煤氣余壓透平機，其特征在于，所述主軸與所述輪盤為分體結構，所述主軸與所述輪盤通過拉桿連接。
4.按照權利要求1所述的高速高爐煤氣余壓透平機，其特征在于，所述動葉片為一級動葉片結構，且所述靜葉片為一級靜葉片結構。
5.按照權利要求1所述的高速高爐煤氣余壓透平機，其特征在于，所述動葉片為二級動葉片結構，且所述靜葉片為二級靜葉片結構。
6.按照權利要求1所述的高速高爐煤氣余壓透平機，其特征在于，所述動葉片是通過縱樹形葉根固定在所述輪盤上的。
7.按照權利要求1所述的高速高爐煤氣余壓透平機，其特征在于，所述高速高爐煤氣余壓透平機還包括靜葉片驅動裝置，用于改變所述靜葉片的角度。
8.按照權利要求1所述的高速高爐煤氣余壓透平機，其特征在于，所述靜葉片和所述動葉片的葉片高度與所述主軸的直徑的比值小于等于0. 2。
9.按照權利要求1所述的高速高爐煤氣余壓透平機，其特征在于，所述高速高爐煤氣余壓透平機的進氣端采用軸向進氣結構、徑向下進氣結構或徑向上進氣結構。
10.按照權利要求1所述的高速高爐煤氣余壓透平機，其特征在于，所述高速高爐煤氣余壓透平機的排氣端采用徑向下排氣結構或徑向上排氣結構。
全文摘要
本發明公開一種高速高爐煤氣余壓透平機，包括底座；連接在底座上且包括進氣端和排氣端的外殼；包括主軸、輪盤和動葉片的轉子；包括設置在所述外殼上的第一軸承和第二軸承的軸承組件，主軸的兩個端部分別可旋轉地設置在第一軸承內和第二軸承內；在所述外殼的內表面上且與動葉片相對地設置的靜葉片；設置在所述主軸的靠近所述輪盤的一端與所述外殼之間的氣封組件，氣封組件包括靠近輪盤的迷宮密封件和遠離輪盤的碳環密封件。本發明的高速高爐煤氣余壓透平機具有設備結構簡單、轉速高等優點，進而使高速高爐煤氣余壓透平機能夠與高爐鼓風機的轉速相匹配，以與高爐鼓風機直接相連，不僅節省了變速箱的能量耗損，也使得整個機組的軸系變得簡單合理。
文檔編號C21B5/06GK102363821SQ201110341040
公開日2012年2月29日 申請日期2011年11月2日 優先權日2011年11月2日
發明者丁勤, 史曉云, 李洪平, 邢玉民 申請人:蘭州長城機械工程有限公司, 思安新能源股份有限公司