液化天然氣降壓工況用LNG液力透平的軸向力平衡系統的制作方法

本發明涉及一種液化天然氣降壓工況用lng液力透平的軸向力平衡系統。

背景技術：

目前，在液化石油天然氣接收站及浮式生產儲存卸貨裝置(lng-fpso)對于lng降壓的裝置，由于介質低溫、易爆、易燃、易汽化。因此，對于介質低溫保冷、密封性、安全可靠性、降低汽化量有很高的要求。

傳統液化石油天然氣接收站及浮式生產儲存卸貨裝置(lng-fpso)多用j-t閥來降壓，初期投入成本高，且汽化氣化量很大，介質浪費量很大。采用帶有真空保冷結構的lng液力透平可完全代替j-t閥，應用高壓的lng介質帶動多級減壓葉輪，為lng介質降壓，避免多級減壓孔板節流帶來的高熱量，造成介質汽化，產生浪費。于此同時透平發出電能，采用四象限變頻回收并入電網。lng液力透平有利于國內液化石油天然氣接收站及浮式生產儲存卸貨裝置(lng-fpso)降低運送lng流程中的浪費，提高產能。

現有技術中，該工位多用閥門實現，lng液力透平為全新技術。lng液力透平介質進入對平衡系統沖擊性很大，軸向力平衡系統穩定很困難，造成透平運行不穩定；lng液力透平為液化石油天然氣接收站及浮式生產儲存卸貨裝置(lng-fpso)關鍵設備，維護時間及便捷性非常關鍵。

技術實現要素：

根據上述提出的技術問題，而提供一種液化天然氣降壓工況用lng液力透平的軸向力平衡系統，用于解決lng液力透平軸向力平衡問題，解決lng液力透平介質進入對平衡系統沖擊性很大問題，解決軸向力平衡系統穩定困難問題。本發明采用的技術手段如下：

一種液化天然氣降壓工況用lng液力透平的軸向力平衡系統，包括：平衡盤、平衡盤耐磨板、葉輪口環和殼體口環；所述的平衡盤耐磨板設置于液力透平首級葉輪的軸向端部，所述的平衡盤設置于液力透平的軸承盒內壁，并且使平衡盤耐磨板和平衡盤上下設置，間隙配合，形成平衡盤機構；所述的葉輪口環設置于液力透平首級葉輪的徑向外側，所述的殼體口環設置于液力透平的軸承盒內壁，并且使葉輪口環位于殼體口環內側，間隙配合，形成平衡鼓結構；所述的平衡盤上加工有多個連通液力透平發電機腔體的導流槽。

當葉輪口環沖入高壓介質，通過葉輪口環和殼體口環的間隙，進入首級葉輪和平衡盤形成的平衡腔，最后通過平衡盤的導流槽進入發電機室，形成平衡回路。

作為優選所述的殼體口環上加工有用于減壓的抗沖擊槽，所述的抗沖擊槽為徑向條形槽。

作為優選所述的平衡盤為正三角形平衡盤結構。

作為優選所述的導流槽包括徑向的多點泄流槽和軸向的平衡孔。

作為優選所述的液化天然氣降壓工況用lng液力透平的軸向力平衡系統設置于液力透平的首級葉輪和發電機室之間；所述的液力透平包括：設置于液力透平出口吐出段處的平衡回路出口、設置于發電機室內部的平衡回路入口和平衡管路；所述的平衡管路用于連通平衡回路入口和平衡回路出口。

當高壓介質從首級中段和首級導葉沖入葉輪口環，依次通過軸向力平衡系統的平衡鼓結構和平衡盤機構，進入發電機室內，并穿過發電機定子與轉子間隙，通過平衡回路入口進入平衡管路，最終于平衡回路出口進入液力透平出口的吐出段，形成平衡回路。

與現有技術相比較，本發明所述的液化天然氣降壓工況用lng液力透平的軸向力平衡系統，軸向力平衡系統位于首級葉輪與發電機中間，lng液力透平入口高壓介質通過平衡鼓結構、平衡盤機構，進入發電機內部，通過發電機定子與轉子間隙引入平衡管路，通過平衡管路流入液力透平入口，通過平衡鼓與平衡盤結合的方法進行軸向力平衡，能夠動態的、完全的平衡液力透平軸向力；全新設計平衡盤耐磨板，耐磨板為平衡裝置易損件，更換快捷方便，成本低廉，有效保護平衡盤及葉輪；液力透平高壓介質來流快速沖入平衡鼓、平衡盤內，為降低該沖擊，平衡鼓結構開設減壓抗沖擊凹槽結構，并適當加長平衡鼓軸向尺寸，有效避液力透平高壓介質進入平衡系統，對平衡系統造成沖擊，增強平衡系統及液力透平的穩定性。

本發明所述的軸向力平衡系統及液化天然氣降壓工況用lng液力透平，是一種工況液化石油天然氣接收站及浮式生產儲存卸貨裝置(lng-fpso)lng液力透平平衡系統，解決了lng液力透平平衡系統對透平運行安全穩定性的限制等問題，同時提高lng液力透平維護的便捷，低成維護維修成本。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。

圖1是本發明透平整體結構示意圖。

圖2是本發明軸向力平衡系統示意圖(圖1的i處局部放大視圖)。

其中：1、吐出段，2、平衡管路，3、發電機室，4、首級葉輪，5、平衡盤耐磨板，6、葉輪口環，7、殼體口環，8、平衡盤，9、多點泄流槽，10、平衡孔，11、軸承盒，12、首級中段，13、首級導葉。

具體實施方式

如圖1和圖2所示，一種液化天然氣降壓工況用lng液力透平的軸向力平衡系統，包括：平衡盤8、平衡盤耐磨板5、葉輪口環6和殼體口環7；所述的平衡盤耐磨板5設置于液力透平首級葉輪4的軸向端部，所述的平衡盤8設置于液力透平的軸承盒11內壁，并且使平衡盤耐磨板5和平衡盤8上下設置，間隙配合，形成平衡盤機構，相對轉動時，平衡盤耐磨板5和平衡盤8的間隙形成平衡液膜；平衡盤耐磨板5與平衡盤8形成平衡間隙，平衡盤耐磨板5為易損件，能夠有效的保護了平衡盤5及首級葉輪4，更換方便、價格低。

所述的平衡盤8為正三角形平衡盤結構。采用正三角形平衡盤8，當介質從葉輪口環6與多槽降壓殼體口環7中間流過后，需要足夠的緩沖腔，正三角形平衡盤8能夠在滿足較小的徑向尺寸情況下，形成更大的緩沖腔，即減小了徑向尺寸，并提高平衡盤系統的穩定性，提高透平運行可靠性。

所述的平衡盤8上加工有多個連通液力透平發電機腔體的導流槽。所述的導流槽包括徑向的多點泄流槽9和軸向的平衡孔10，將平衡腔與發電機腔體聯通，形成平衡回路。

所述的葉輪口環6設置于液力透平首級葉輪4的徑向外側，所述的殼體口環7設置于液力透平的軸承盒11內壁，并且使葉輪口環6位于殼體口環7內側，間隙配合，形成平衡鼓結構，建立第一級平衡機構；所述的殼體口環7上加工有用于減壓的抗沖擊槽，所述的抗沖擊槽為徑向條形槽，在殼體口環7上開設減壓抗沖擊槽，并加長軸向尺寸，降低液力透平來流沖擊，多槽降壓。

當葉輪口環6沖入高壓介質，通過葉輪口環6和殼體口環7的間隙，進入首級葉輪4和平衡盤8形成的平衡腔，最后通過平衡盤8的導流槽進入發電機室3，形成平衡回路。

本發明所述的液化天然氣降壓工況用lng液力透平的軸向力平衡系統，是一種工況液化石油天然氣接收站及浮式生產儲存卸貨裝置(lng-fpso)lng液力透平的軸向力平衡系統，采用多泄流槽及軸向加長型平衡鼓，緩解透平介質來流沖擊平衡機構造成透平系統不穩定。

優選的，所述的液化天然氣降壓工況用lng液力透平的軸向力平衡系統設置于液力透平的首級葉輪4和發電機室3之間；所述的液力透平包括：設置于液力透平出口吐出段1處的平衡回路出口、設置于發電機室3內部的平衡回路入口和平衡管路2；所述的平衡管路2用于連通平衡回路入口和平衡回路出口；所述首級葉輪4位于發電機上部，同軸布置。

高壓介質從lng液力透平入口進入，當高壓介質從首級中段12和首級導葉13沖入葉輪口環6，依次通過軸向力平衡系統的平衡鼓結構和平衡盤機構，進入發電機室3內，并穿過發電機定子與轉子間隙，通過平衡回路入口進入平衡管路2，最終于平衡回路出口進入液力透平出口的吐出段1，形成平衡回路。

本發明所述的液力透平，是一種lng液力透平為低溫多級減壓透平，主要結構包括：真空保溫承壓結構外殼體、內部承壓殼體、主降壓葉輪導葉部分、潛液發電機、軸向力平衡系統和多點支撐軸承系統。

前道工藝系統的高壓介質，從液力透平入口進入透平外殼內部，高壓介質從首級中段12和首級導葉13處進入，再經過本發明所述的液化天然氣降壓工況用lng液力透平的軸向力平衡系統，進入透平出口，從透平出口流出，進入儲罐或下一道工序的入口，從而形成流動的回路。

本發明所述的液化天然氣降壓工況用lng液力透平的軸向力平衡系統，應用于低溫潛液式立式多級減壓透平，能夠有效降低lng液力透平關鍵零件(葉輪、平衡盤)的損壞率，提高液化石油天然氣接收站及浮式生產儲存卸貨裝置(lng-fpso)lng降壓液力透平的裝置維護簡便性。

本發明所述的液化天然氣降壓工況用lng液力透平的軸向力平衡系統，應用于lng潛液式離心液力透平，透平平衡系統采用小的平衡鼓間隙，在透平開啟前，調整平衡盤8與平衡盤耐磨板5之間的較小間隙，保證透平開啟瞬間平衡盤8與平衡盤耐磨板5能夠有介質流過，形成液膜，平衡軸向力。

本發明所述的液化天然氣降壓工況用lng液力透平的軸向力平衡系統，應用葉輪口環6、平衡盤8、多點泄流槽9及平衡孔10實現透平軸向力動態平衡，在透平運轉時，該平衡系統能夠基本完成平衡轉子軸向力，保證透平運轉安全、穩定。

液化天然氣接收站及浮式生產儲存卸貨裝置(lng-fpso)降壓裝置中，傳統液化天然氣接收站及浮式生產儲存卸貨裝置(lng-fpso)降壓裝置采用j-t閥門降壓，采用孔板節流降壓，壓力能全部轉化為熱能，該部分熱能全部傳遞給介質，使介質大量汽化，造成介質汽化浪費。采用lng液力透平，高壓介質通過透平降低壓力，lng液力透平將壓力能轉化為電能，并回收電網。能夠降低lng氣化率至少5％左右，另外每年能夠回收電能至少17.5萬千瓦時。

以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。