專利名稱：氣體軸承后增壓透平膨脹機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種增壓透平膨脹機，尤其是一種氣體軸承后增壓透平膨脹機。
背景技術：
增壓透平膨脹機是空氣分離設備及天然氣石油氣液化分離設備和低溫粉碎設備等獲取冷量所必須的關鍵部機，是保證整套空氣分離設備穩定運行的心臟。其主要原理是利用有一定壓力的氣體在透平膨脹機內進行絕熱膨脹對外做功而消耗氣體本身的內能，從而使氣體自身強烈地冷卻而達到制冷的目的。透平膨脹機輸出的能量由同軸壓縮機回收或制動風機消耗。隨著小型空分設備向大型空分設備的轉型發展，現有的透平膨脹機開始無法滿足大型空分設備需求，表現出了處理氣量較小，效率較低，可靠性較低等技術問題。有鑒于此，本實用新型提供了一種改進的氣體軸承透平膨脹機。
實用新型內容針對現有技術的不足，本實用新型解決的技術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，以提高氣體軸承透平膨脹機的性能。本實用新型的目的通過提供以下技術方案實現—種氣體軸承后增壓透平膨脹機，包括一個中間殼體，所述中間殼體的左端安裝透平蝸殼、右端安裝有增壓機蝸殼，所述中間殼體內可轉動地設置有轉子，在所述轉子的兩端分別在透平蝸殼和增壓機蝸殼內設置有膨脹輪和增壓輪，在所述轉子上套設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有軸承限位套，所述的軸承限位套套設在所述轉子外，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。進一步地，所述徑軸流向心反動型膨脹輪的葉片在外圓處沿徑向均布，在內徑處葉片采用圓柱拋物曲面。進一步地，所述前傾后彎式三元流閉式輪型增壓輪采取軸向進氣，外圓排氣的流動方式，葉片在外圓處彎曲方向與葉輪轉動方向相反，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輪蓋。進一步地，所述的左氣體軸承與所述膨脹輪之間設有密封套。進一步地，所述右氣體軸承與所述增壓輪之間設有隔熱套和限位密封板。進一步地，所述左氣體軸承和右氣體軸承內設有8只軸向排氣孔。本實用新型的有益效果主要體現在處理氣量大，而且效率、可靠性高。
以下結合附圖對本實用新型作進一步說明[0015]圖1為本實用新型的氣體軸承后增壓透平膨脹機的縱剖示意圖。圖2為本實用新型的氣體軸承后增壓透平膨脹機的膨脹輪的主視圖。圖3為本實用新型的氣體軸承后增壓透平膨脹機的膨脹輪的縱剖示意圖。圖4為本實用新型的氣體軸承后增壓透平膨脹機的增壓輪的主視圖。圖5為本實用新型的氣體軸承后增壓透平膨脹機的增壓輪的縱剖示意圖。
具體實施方式
以下參照
本實用新型的最佳實施方式。如圖1所示，本實用新型涉及的氣體軸承后增壓透平膨脹機包括一個中間殼體2， 所述中間殼體2的左端安裝透平蝸殼1、右端安裝有增壓機蝸殼3，所述中間殼體2內可轉動地設置有轉子8，在所述轉子8的兩端分別在透平蝸殼1和增壓機蝸殼3內設置有膨脹輪 4和增壓輪12。需要說明的是在所述轉子8上套設有左氣體軸承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。在增壓透平膨脹機運行時，很容易發生增壓輪背的高壓高溫氣體沿著主軸向軸承處流動，從而使軸承受熱膨脹，使其與主軸的斷面間隙變小，發生抱軸或卡死現象，本實用新型在左氣體軸承6和右氣體軸承9之間設有軸承限位套7，所述的軸承限位套7套設在轉子8外，并與中間殼體2固定。這樣的設計提高了軸承的承載能力，它可以強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之間設有密封套5，所述的右氣體軸承9與增壓輪 12之間設有隔熱套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，在密封套5和限位密封板11內還可以充入常溫密封氣以阻止流經膨脹機的低溫氣體外泄。如圖所示，在中間殼體2上還設有兩個軸承氣輸入端，分別為左、右氣體軸承供氣。由于氣體軸承的潤滑劑為空氣，所以不用擔心是否會燃燒的問題。另外，氣體軸承還有以下特點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號機械油的五千分之一，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保持氣態，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。本實用新型的膨脹機最大的特點就是采用該種先進的工藝流程，主要目的是可以將產品氮氣增壓，從而可以降低原料空壓機的排氣壓力，并可以回收膨脹機的能量，達到節能減排和提高產品競爭力的目的。值得一提的是為提高該膨脹機的效率和運行可靠性，該套膨脹機采用了很多技術創新之處，主要有下列幾個方面1、膨脹輪采用了高效率的徑軸流向心反動型式；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TC-3P超音速葉型；4、采用具有高穩定性靜壓氣體切向供氣帶0型圈支撐的氣體軸承；5、轉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置了密封氣；7、為提高軸承的承載能力，對左右氣體軸承分別設置了單獨的供氣壓力不同的軸承儀表氣管道，根據軸承計算，確定了轉子的總的軸向力，再設置軸承的供氣壓力數值；8、為避免增壓輪后的高溫高壓氣體向軸承方向流動，采用了增壓蝸殼帶高翅片的換熱結構，以冷卻增壓輪中的高溫氣體，同時還提高了增壓效率；9、增壓輪密封副采用輪蓋齒迷宮密封，以減少內漏，提高效率；10、膨脹機一用一備，采用整體軸向裝配結構，不要成套設備停車扒珠光砂，就可以從冷箱外拆卸修理膨脹機，而不影響成套設備的運行；11、將原測速位置從增壓端進口管處移至轉子中部，從而消除了因測速信號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使軸承膨脹，影響運轉穩定性，在增壓后設置了環氧玻璃布板制成的隔熱板。如圖2、圖3所示，徑軸流向心反動型式膨脹輪是指膨脹輪葉片在外圓處沿徑向均布，達到徑向進氣目的，在內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，達到軸向排氣目的，減少氣流對管道壁面的沖擊，提高了效率。同時通過葉片結構的設計，可以使氣流在膨脹輪中進一步膨脹，達到制取冷量的目的。如圖4、圖5所示，增壓輪一般均采取軸向進氣，外圓排氣的流動方式，葉片在外圓處彎曲方向與葉輪轉動方向相反，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，將葉片從進口到出口按照流體動力學采取計算機三元流場分析軟件計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輪蓋，這樣就減少了氣流從輪頂處短流的目的，從而進一步提高了效率。為提高該膨脹機的效率，在膨脹輪采用了輪背密封，輪背密封外圓的尺寸根據轉子的軸向力計算決定，以保證轉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Φ 10孔。在增壓膨脹機運行時，很容易發生增壓輪背的高壓高溫氣體沿著主軸向軸承處流動，從而使軸承受熱膨脹，使其與主軸的端面間隙變小，發生抱軸或卡死現象，當在軸承端面與主軸端面增加了一個限位套以后，它可以強迫抑制端面的膨脹，以保證裝配間隙。為提高膨脹機運行的穩定性，采用了雙密封氣和雙軸承氣，可以調節密封氣和軸承氣的壓力，以平衡轉子的軸向力。為提高該機的可靠性，特從增壓并經冷卻后的氮氣中引一路氮氣作為儀表氣，該氮氣壓力較高，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，不會污染增壓氮氣，并可以平衡轉子軸向力。在膨脹機運行時，經常會發生葉輪與密封蓋接觸摩擦的故障，這時就必須將膨脹機機芯拆卸下來進行修理，在設計本膨脹機時，已考慮到修理的需要，特將膨脹機設計成可以從常溫端進行拆卸的結構，導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，端面圓環上攻了兩個螺孔，可以用螺釘擰入后進行拆卸。[0046]通過采用上述諸多的創新設計思路和結構，既保證了整臺機器的高效率，又保證了運轉時的高穩定性。該膨脹機與油軸承膨脹機相比，其設計更優化，軸損耗更小，能量利用更徹底，而且該機最大的優點是由于不采用油潤滑，不會造成油帶入工藝氣體中而造成嚴重的安全事故。該機結構簡單，價格只有同樣參數油軸承膨脹機的1/6-1/8左右，今后在設計膨脹量為3000Nm3/h以下的膨脹機時，可以考慮用氣體軸承增壓膨脹機取代油軸承增壓膨脹機， 不但節省了成本和節能，而且可以消除油軸承膨脹機中油汽對大氣的排放而污染空氣的現象，消除對環境的污染。盡管為示例目的，已經公開了本實用新型的優選實施方式，但是本領域的普通技術人員將意識到，在不脫離由所附的權利要求書公開的本實用新型的范圍和精神的情況下，各種改進、增加以及取代是可能的。
權利要求1.一種氣體軸承后增壓透平膨脹機，包括一個中間殼體，所述中間殼體的左端安裝透平蝸殼、右端安裝有增壓機蝸殼，所述中間殼體內可轉動地設置有轉子，在所述轉子的兩端分別在透平蝸殼和增壓機蝸殼內設置有膨脹輪和增壓輪，在所述轉子上套設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有軸承限位套，所述的軸承限位套套設在所述轉子外，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.根據權利要求1所述的氣體軸承后增壓透平膨脹機，其特征在于，所述徑軸流向心反動型膨脹輪的葉片在外圓處沿徑向均布，在內徑處葉片采用圓柱拋物曲面。
3.根據權利要求1所述的氣體軸承后增壓透平膨脹機，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氣，外圓排氣的流動方式，葉片在外圓處彎曲方向與葉輪轉動方向相反，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輪蓋。
4.根據權利要求1所述的氣體軸承后增壓透平膨脹機，其特征在于，所述的左氣體軸承與所述膨脹輪之間設有密封套。
5.根據權利要求1所述的氣體軸承后增壓透平膨脹機，其特征在于，所述右氣體軸承與所述增壓輪之間設有隔熱套和限位密封板。
6.根據權利要求1所述的氣體軸承后增壓透平膨脹機，其特征在于，所述左氣體軸承和右氣體軸承內設有8只軸向排氣孔。
專利摘要本實用新型提供了一種氣體軸承后增壓透平膨脹機，包括一個中間殼體，所述中間殼體的左端安裝透平蝸殼、右端安裝有增壓機蝸殼，所述中間殼體內可轉動地設置有轉子，在所述轉子的兩端分別在透平蝸殼和增壓機蝸殼內設置有膨脹輪和增壓輪，在所述轉子上套設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有軸承限位套，所述的軸承限位套套設在所述轉子外，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。本實用新型的有益效果主要體現在處理氣量大，而且效率、可靠性高。
文檔編號F01D25/16GK202100282SQ201020608068
公開日2012年1月4日 申請日期2010年11月16日 優先權日2010年11月16日
發明者徐友亮 申請人:蘇州制氧機有限責任公司