專利名稱：一種高壓液體節(jié)流用膨脹機(jī)轉(zhuǎn)子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種節(jié)流降壓用液體膨脹機(jī)裝置，特別涉及一種液體膨脹機(jī) 轉(zhuǎn)子。
背景技術(shù)：
在空分液化裝置工藝流程中，需要將高壓液化氣體節(jié)流降壓以滿足后續(xù) 流程的要求，通常要將幾十個(gè)大氣壓的壓力降至幾個(gè)大氣壓。目前普遍采用 傳統(tǒng)的焦一湯液體節(jié)流閥來完成降壓，造成液體高壓能量不可逆損失，并誘 發(fā)汽化，導(dǎo)致氣體提取率降低和氣蝕損壞。以內(nèi)壓縮空分流程為例，高壓液體通過焦—湯閥節(jié)流到下塔后汽化率達(dá)10—20%，節(jié)流到上塔后汽化率甚至 超過30%，造成氣體萃取率降低，單位產(chǎn)品能耗增大。全液體膨脹機(jī)是空分、 LNG (液化天然氣)等低溫循環(huán)裝置中液體節(jié)流閥替代產(chǎn)品，它在實(shí)現(xiàn)降壓的 同時(shí)，能有效抑制汽化，并回收利用液體高壓能量發(fā)電。它的使用可使一套 空分或液化天然氣裝置總能耗降低3—6%。近年來，世界上少數(shù)幾家公司開發(fā)出了液體膨脹機(jī)產(chǎn)品。日本Ebara公 司在上世紀(jì)90年代研制出用于液化天然氣降壓的浸沒式液體透平發(fā)電機(jī)，該 項(xiàng)技術(shù)在US2006/0186671A1專利說明書中有詳細(xì)描述。產(chǎn)品主要特點(diǎn)是膨脹 機(jī)轉(zhuǎn)輪與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子共軸連接，透平膨脹機(jī)和發(fā)電機(jī)作為一個(gè)整體浸沒在低 溫液體介質(zhì)中，高壓液體既是工作介質(zhì)同時(shí)用于冷卻電機(jī)和潤滑軸承。主軸 轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)輪進(jìn)口介質(zhì)參數(shù)的變化自動調(diào)整，以適應(yīng)變工況運(yùn)行。但Ebara 公司的液體膨脹機(jī)存在如下缺點(diǎn)l)采用了轉(zhuǎn)輪和發(fā)電機(jī)同軸同殼體的結(jié)構(gòu)， 轉(zhuǎn)輪需要與發(fā)電機(jī)尺寸相當(dāng)，液體膨脹機(jī)體積較大，僅適用于大流量的應(yīng)用場合(譬如大型天然氣液化裝置的節(jié)流降壓)；2)發(fā)電機(jī)需要浸沒于液化氣 體中，對發(fā)電機(jī)材料、制造技術(shù)等有很高要求；3)不適合其它形式的制動， 如風(fēng)機(jī)、泵等。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種全液體膨脹機(jī)的核心部件一轉(zhuǎn)子，根據(jù)此項(xiàng)技 術(shù)，專業(yè)人員可以方便地生產(chǎn)制造出具備能量回收功能的高壓液體節(jié)流用膨 脹機(jī)，可解決現(xiàn)有液體膨脹機(jī)對介質(zhì)流量及制動發(fā)電機(jī)的苛刻要求，并可匹 配普通發(fā)電機(jī)、泵或風(fēng)機(jī)等，適用于任意大小流量的介質(zhì)降壓，產(chǎn)生顯著的 節(jié)能降耗收益。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的一種高壓液體節(jié)流用膨脹機(jī)轉(zhuǎn)子，包括有葉輪和主軸，其特征在于，轉(zhuǎn) 子采用葉輪懸臂臥式結(jié)構(gòu)，所述主軸一端為葉輪端，另一端為齒輪箱端。該 主軸的葉輪端采用三角軸連接方式與葉輪聯(lián)接產(chǎn)生軸功，而齒輪箱端主軸通 過一個(gè)高速傳輸機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)功率傳遞；所述主軸兩端軸肩處設(shè)有軸向力平衡機(jī) 構(gòu)；所述主軸兩端軸肩處外側(cè)的軸頸設(shè)有支承機(jī)構(gòu)。上述方案中，所述軸向力平衡機(jī)構(gòu)包括分別設(shè)置在主軸兩端軸肩處的固 定瓦式推力軸承。所述支承機(jī)構(gòu)包括分別設(shè)置在主軸兩端軸肩處外側(cè)軸頸的 可傾瓦式滑動軸承。所述高速傳動機(jī)構(gòu)包括一個(gè)與齒輪箱連接的膜片式聯(lián)軸 器，該聯(lián)軸器通過三角軸或鍵連接方式與主軸齒輪箱端聯(lián)接。所述葉輪采用 徑流向心閉式結(jié)構(gòu)、半開式結(jié)構(gòu)、或全開式結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是(1)與現(xiàn)有液體膨脹機(jī)技術(shù)相比，本發(fā)明轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)制 動方式靈活它可以匹配普通發(fā)電機(jī)、風(fēng)機(jī)、泵等。該轉(zhuǎn)子采用葉輪懸臂臥 式結(jié)構(gòu)，其葉輪端置于珠光砂冷箱中保溫，其余結(jié)構(gòu)無需放入冷箱，主軸齒 輪箱端通過聯(lián)軸器與齒輪減速箱連接，實(shí)現(xiàn)軸功的傳輸，并與齒輪箱等置于 大氣環(huán)境中，因此齒輪減速箱輸出的軸功可以用來驅(qū)動普通發(fā)電機(jī)發(fā)電，也可以直接拖動風(fēng)機(jī)或泵。(2)與現(xiàn)有液體膨脹機(jī)技術(shù)相比，本發(fā)明轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) 的葉輪設(shè)計(jì)只需獨(dú)立考慮節(jié)流介質(zhì)流量等參數(shù)，而不用考慮和電機(jī)或其它制 動設(shè)備的尺寸匹配，因此適用于任意大小流量的介質(zhì)降壓。(3)本發(fā)明轉(zhuǎn)子 葉輪和主軸之間采用三角軸連接可實(shí)現(xiàn)大功率高速傳輸。(4)主軸與膜片式 聯(lián)軸器之間采用三角軸或鍵連接，不但可實(shí)現(xiàn)高速傳輸，且軸功的利用可以 采用不同的形式。(5)基于本發(fā)明轉(zhuǎn)子技術(shù)制造出的液體膨脹機(jī)，可用于替 代低溫循環(huán)裝置中的節(jié)流閥，在實(shí)現(xiàn)降壓的同時(shí)，回收液體的節(jié)流能量。可 使一套空分或液化天然氣裝置總能耗降低3—6%。


圖1為本發(fā)明齒輪箱端采用三角軸連接的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖。 圖2為本發(fā)明齒輪箱端采用鍵連接的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖。 圖3為本發(fā)明半開式葉輪示意圖。 圖4為本發(fā)明全開式葉輪示意圖。 圖5為圖1連接方式的主軸結(jié)構(gòu)圖。 圖6為圖2連接方式的主軸結(jié)構(gòu)圖。圖1到圖6中，1、主軸；2、葉輪；3、甩油環(huán)；4、甩油環(huán)擋板；5、內(nèi) 六方沉頭螺釘；6、葉輪定位螺釘；7、膜片式聯(lián)軸器；8、緊固螺母；9、鍵； 10、可傾瓦式滑動軸承；11、固定瓦式推力軸承。圖7為圖5的G-G面主軸齒輪箱端三角軸頸示意圖。 圖8為圖6的H-H面主軸齒輪箱端鍵槽示意圖。 圖9為圖5、圖6的B-B面主軸葉輪端三角軸頸示意圖。 圖10為圖5、圖6的F-F面主軸的葉輪定位螺釘孔示意圖。 圖11為圖5、圖6的C和D向主軸的固定瓦推力軸承示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。如圖1和圖2所示， 一種液體膨脹機(jī)轉(zhuǎn)子的兩示范例，如圖l所示轉(zhuǎn)子 例中，齒輪箱端主軸1通過三角軸與膜片式聯(lián)軸器7連接，使用緊固螺母8 固定。如圖2所示轉(zhuǎn)子例中，主軸也可以通過鍵9與膜片式聯(lián)軸器7連接。 甩油環(huán)3和甩油環(huán)擋板4由內(nèi)六方沉頭螺釘5固定。葉輪2采用徑流向心葉輪，可以是閉式結(jié)構(gòu)，也可以是半開式結(jié)構(gòu)(圖 3)，或全開式結(jié)構(gòu)(圖4)。葉輪中心線位置開有三角孔，與主軸三角軸頸配 合連接。葉輪徑向進(jìn)液軸向出液，即在葉輪出口處實(shí)現(xiàn)零旋渦速度，降低轉(zhuǎn) 子內(nèi)流動損失。液體膨脹機(jī)轉(zhuǎn)子的兩示范例的兩種不同主軸形式如圖5、 6所示，主軸l 兩端為階梯形結(jié)構(gòu)。其主要區(qū)別在于在齒輪箱端采取的連接方式不同。主軸 齒輪箱端可以通過三角軸頸與膜片式聯(lián)軸器7連接(圖1、圖7);主軸也可 以通過鍵9與膜片式聯(lián)軸器7連接(圖2、圖8)。所述轉(zhuǎn)子l兩端軸肩處分 別設(shè)置固定瓦式推力軸承11 (圖ll)，分別承受轉(zhuǎn)子正常運(yùn)行以及啟停機(jī)等 非正常運(yùn)行時(shí)相反方向的軸向力。所述轉(zhuǎn)子兩端軸肩外側(cè)軸頸分別設(shè)置可傾 瓦式滑動軸承10以支撐轉(zhuǎn)子重量。如圖9、圖10所示，在所述轉(zhuǎn)子主軸1的葉輪端，主軸l利用三角軸頸 與葉輪2的三角軸孔配合，通過葉輪定位螺釘6定位。葉輪端置于珠光砂冷箱中保溫，實(shí)現(xiàn)冷屏障。葉輪端轉(zhuǎn)子各部件的材料 不僅要有良好的強(qiáng)度，而且要耐低溫。葉輪2、主軸1及葉輪定位螺釘6的 材料選取時(shí)需要兼顧材料的冷脆特能。葉輪最好選用LD5，主軸選用12CrNi3， 葉輪定位螺釘選用TC4。甩油環(huán)3采用12CrNi3，甩油環(huán)擋板4采用12CrNi3， 內(nèi)六方沉頭螺釘5采用12CrNi3。本發(fā)明轉(zhuǎn)子的工作原理是高壓液體通過靜止部件(蝸殼、噴嘴)獲得 加速度，然后徑向流入圖l和圖2所示的葉輪2，在葉輪內(nèi)液體壓力能和動能逐漸降低，至葉輪出口處達(dá)到工藝流程對靜壓的要求。與此同時(shí)這部分液體壓力能和動能驅(qū)動葉輪高速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。葉輪2與主軸1借助三 角軸配合，將葉輪機(jī)械能轉(zhuǎn)化成主軸的軸功。采用三角軸傳輸?shù)脑蚴撬m 合液體膨脹機(jī)功率大、速度高的特點(diǎn)，還可以保證結(jié)構(gòu)良好的應(yīng)力分布。在 主軸的另一端，主軸通過三角軸頸或鍵9與膜片式聯(lián)軸器7左半部分連接，該聯(lián)軸器右半部分連接齒輪減速箱，這樣液體的節(jié)流能量通過以下環(huán)節(jié)由葉輪2—三角軸傳輸一主軸l一三角軸或鍵一聯(lián)軸器7—齒輪減速箱，最后由 減速箱以軸功的形式輸出。軸功的利用可以采用不同的形式，可以直接用于 拖動發(fā)電機(jī)發(fā)電，也可以拖動其它耗能旋轉(zhuǎn)機(jī)械，如風(fēng)機(jī)、泵等。所述轉(zhuǎn)子的冷障問題的解決方法轉(zhuǎn)子葉輪端連同噴嘴、蝸殼以及附屬進(jìn)出液管道整體放置于珠光砂低溫冷箱保溫，可以有效地防止節(jié)流過程中的冷量損失。所述轉(zhuǎn)子同時(shí)使用可傾瓦式滑動軸承IO和固定瓦式推力軸承11，前者支撐轉(zhuǎn)子重量，后者承受轉(zhuǎn)子的軸向力，防止轉(zhuǎn)子軸向位移。
權(quán)利要求
1、一種高壓液體節(jié)流用膨脹機(jī)轉(zhuǎn)子，包括有葉輪和主軸，其特征在于，轉(zhuǎn)子采用葉輪懸臂臥式結(jié)構(gòu)；所述主軸一端為葉輪端，另一端為齒輪箱端；葉輪端采用三角軸連接方式與葉輪聯(lián)接產(chǎn)生軸功，齒輪箱端通過一個(gè)高速傳動機(jī)構(gòu)與齒輪箱聯(lián)接實(shí)現(xiàn)軸功的傳輸；所述主軸兩端軸肩處設(shè)有軸向力平衡機(jī)構(gòu)；所述主軸兩端軸肩處外側(cè)軸頸設(shè)有支承機(jī)構(gòu)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓液體節(jié)流用膨脹機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，所 述軸向力平衡機(jī)構(gòu)包括分別設(shè)置在主軸兩端軸肩處的固定瓦式推力軸承。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓液體節(jié)流用膨脹機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，所 述支承機(jī)構(gòu)包括分別設(shè)置在主軸兩端軸肩處外側(cè)軸頸的可傾瓦式滑動軸承。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓液體節(jié)流用膨脹機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，所 述高速傳動機(jī)構(gòu)包括一個(gè)與齒輪箱連接的膜片式聯(lián)軸器，該聯(lián)軸器通過三角 軸或鍵連接方式與主軸齒輪箱端聯(lián)接。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓液體節(jié)流用膨脹機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，所 述葉輪采用徑流向心閉式結(jié)構(gòu)、半開式結(jié)構(gòu)、或全開式結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高壓液體節(jié)流用膨脹機(jī)轉(zhuǎn)子，包括有葉輪和主軸。其特征在于，轉(zhuǎn)子采用葉輪懸臂臥式結(jié)構(gòu)；所述主軸一端為葉輪端，另一端為齒輪箱端；主軸葉輪端采用三角軸連接方式與葉輪聯(lián)接產(chǎn)生軸功，主軸齒輪箱端通過一個(gè)高速傳動機(jī)構(gòu)與齒輪箱聯(lián)接實(shí)現(xiàn)軸功的傳輸；所述主軸兩端軸肩處設(shè)有軸向力平衡機(jī)構(gòu)；所述主軸兩端軸肩處外側(cè)軸頸設(shè)有支承機(jī)構(gòu)。本發(fā)明可解決現(xiàn)有液體膨脹機(jī)對介質(zhì)流量及制動發(fā)電機(jī)的苛刻要求，可以采用普通發(fā)電機(jī)、泵或風(fēng)機(jī)制動，適用于任意大小流量的介質(zhì)降壓，節(jié)能降耗效果顯著。
文檔編號F01D5/02GK101333995SQ20081015052
公開日2008年12月31日 申請日期2008年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月1日
發(fā)明者孫金菊, 成 李, 李心偉, 蔡國成, 韓春明, 馬國紅 申請人:西安交通大學(xué)