專利名稱：徑向氣體膨脹機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具有在單個軸上設置成多級的葉輪葉片的徑向氣體膨脹機。
背景技術：
氣體膨脹機用于下述目的吸入從工廠排出的高壓氣體，并使它膨脹已將氣體的壓力能轉化成速度能(機械能)，從而回收能量，并降低驅動電動機等的功率。這是從專利文獻1等中已知的可能存在的情況是氣體膨脹機需要設置成多級，以適應(吸收)高壓力比或實現(xiàn)高性能。在該情況中，例如，如圖4所示的齒輪型(加速齒輪型)徑向氣體膨脹機是可能的 (參見專利文獻2)。根據(jù)這種徑向氣體膨脹機，膨脹機輪軸102經由軸承IOlA由齒輪箱100支撐。同樣，平行于膨脹機輪軸102的多個膨脹機小齒輪軸(葉輪軸)103經由軸承IOlB由齒輪箱 100支撐。高壓級A、B和C、D的膨脹機葉輪(葉輪葉片)104布置在圖示的膨脹機小齒輪軸103中的一個的兩端處，而低壓級E和F的膨脹機葉輪(葉輪葉片)104布置在另一膨脹機小齒輪軸103的兩端處。在每一級中，從工廠排放的高溫高壓氣體從構造成蝸殼的流入殼體105和設置在盤形環(huán)狀空間106中的導流葉片(噴嘴葉片)107被朝向膨脹機葉輪104抽吸。因此，氣體膨脹，并從出口錐形擴散器108排出。通過抽吸和膨脹氣體回收的功率經由齒輪系傳遞至膨脹機輪軸102，以降低驅動電動機等(未示出)的功率。在所述一個膨脹機小齒輪軸103 上，從第一級膨脹機葉輪104流出的氣體經由返回環(huán)(回轉彎頭)109被吸入第二級膨脹機葉輪104，以便在所述兩級中重復氣體的吸入和膨脹過程?，F(xiàn)有技術文獻專利文獻專利文獻1 日本專利No. 3457828 (第2頁，圖6)專利文獻2 JP-A-6-193585 (第 7 頁，圖 24)專利文獻3 :JP-A-3-168304(第 1 頁，圖 1)

發(fā)明內容
發(fā)明要解決的技術問題然而，采用如圖4所示的齒輪型的徑向氣體膨脹機，膨脹機小齒輪軸(葉輪軸)103 的數(shù)量隨著級數(shù)的增加而增加。需要多個高壓密封件和多個高壓殼體。因此，存在多個因素引起對處于高壓和高壓比條件下的機器的可靠性的擔憂，如氣體泄漏或軸振動，因此造成難以確?？煽啃缘膯栴}。關于圖4中示出的徑向氣體膨脹機，高壓兩級A、B和C、D的徑向氣體膨脹機設置在一個膨脹機小齒輪軸103的兩端處。它們都被以所謂的懸臂方式支撐在膨脹機小齒輪軸 103的位于軸承IOlB以外的自由端側上。因此，軸振動增加，并且兩級是可接受的極限。由于更多級是不可接受的，因此該徑向氣體膨脹機具有的缺點在于，它不能承受高壓、高壓比條件下的使用。因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種高度可靠的單個軸(或單軸)多級徑向氣體膨脹機，其能夠承受高壓、高壓比條件下的使用。專利文獻3披露了具有在轉子上設置成多級的氣體膨脹機的發(fā)電設備。該設備是軸向氣體膨脹機，其與徑向氣體膨脹機在壓力水平方面不同，并且根本不能在高壓、高壓比條件下應用。 技術方案根據(jù)本發(fā)明的用于實現(xiàn)上述目的的徑向氣體膨脹機包括容納在單個殼體中的徑向氣體膨脹機分段，該徑向氣體膨脹機分段包括在單個軸上的軸承之間以兩級或更多級布置的葉輪葉片。該徑向氣體膨脹機分段可以設置為包括沿軸向方向連接的多個隔板，每個隔板具有形成為連接相鄰級的回轉彎頭，每個回轉彎頭裝配有用于形成對應于葉輪葉片的輪廓的氣流的噴嘴葉片和用于將至下一級的入口的氣流調節(jié)成有效的氣流的返回葉片?？梢栽O置有兩個或更多個所述徑向氣體膨脹機分段，并且每個分段具有與所述單個殼體的吸入口連通的進氣口和與所述單個殼體的輸出端口連通的出氣口。有益效果根據(jù)本發(fā)明的上述徑向氣體膨脹機，雖然采用了多級，但單個軸即足夠。因此，與常規(guī)齒輪型徑向氣體膨脹機等相比，可以最小化高壓密封件和高壓殼體的數(shù)量。而且，所述徑向氣體膨脹機分段可以設置在單個軸上的軸承之間。因此，與多個軸相比，容易考慮軸對準，并且與懸臂式徑向氣體膨脹機分段相比，軸振動的設計也容易。此外，單個殼體是足夠的，并且因此可以被容易地支撐在軸中心線的位置處。因此，消除了引起對處于高壓和高壓比條件下的機器的可靠性的擔憂的因素，如氣體泄漏或軸振動，并且實現(xiàn)了更加可靠的單個軸(或單軸)多級徑向氣體膨脹機。


圖1是單個軸(或單軸)多級徑向氣體膨脹機的正面截面圖，示出了本發(fā)明的一個實施例。圖2是沿箭頭A截取的圖1中的擴散器的視圖。圖3是沿箭頭B截取的圖1中的擴散器的視圖。圖4是常規(guī)齒輪型徑向氣體膨脹機的正面截面圖。
具體實施例方式以下，將參照附圖通過實施例詳細描述根據(jù)本發(fā)明的徑向氣體膨脹機。實施例圖1是單軸多級徑向氣體膨脹機的正面截面圖，示出了本發(fā)明的一個實施例。圖 2是沿箭頭A截取的圖1中的擴散器的視圖。圖3是沿箭頭B截取的圖1中的擴散器的視圖。
如圖1所示，兩個徑向氣體膨脹機分段IlA和IlB容納在單個殼形(管狀)殼體 10中，這兩個徑向氣體膨脹機分段IlA和IlB的氣流方向沿轉子軸的方向彼此相反。與一個徑向氣體膨脹機分段IlA的進氣口(端口)12a連通的吸入口 IOa和與另一個徑向氣體膨脹機分段IlB的進氣口(端口)12b連通的吸入口 IOb形成在殼形殼體10中。并且，與所述一個徑向氣體膨脹機分段IlA的出氣口(端口)12c連通的輸出端口 IOc和與所述另一個徑向氣體膨脹機分段IlB的出氣口(端口)12d連通的輸出端口 IOd形成在殼形殼體 10中。這兩個徑向氣體膨脹機分段IlA和IlB具有沿殼形殼體10的縱向方向可拆卸地連接的多個(在圖示的實施方式中為11個)隔板(環(huán)形盤狀分隔板)15、16a、16b、17a、 17b、18a、18b、19a、19b、20a和20b。中央隔板15和位于其一側(附圖中的左側)的5個隔板16a、17a、18a、19a和20a構成所述一個徑向氣體膨脹機分段11A，而中央隔板15和位于其另一側(附圖中的右側)的5個隔板16b、17b、18b、19b和20b構成所述另一個徑向氣體膨脹機分段IlB。也就是說，由單個軸構成的轉子軸13穿透隔板15、16a、16b、17a、17b、18a、18b、 19a、19b、20a和20b中的每一個的中心，并且轉子軸13的兩端經由軸承21a和21b由兩個隔板20a和20b可轉動地支撐，隔板20a和20b同時用作這兩個徑向氣體膨脹機分段IlA 和IlB中的端板。干氣體密封件22a和22b裝配在隔板20a和20b的位于軸承21a和21b 之內的內周部分中。在轉子軸13上，設置有用于所述一個徑向氣體膨脹機分段IlA的成多級(在圖示的實施方式中為四級)的葉輪葉片14a_14d和用于所述另一個徑向氣體膨脹機分段IlB的成多級(在圖示的實施方式中為四級)的葉輪葉片14e-14h，前者葉片的方向和后者葉片的方向彼此相反。而且，與上述吸入口 10a、IOb連通的進氣口 12a、12b形成在中央隔板15和位于其兩側的隔板16a、16b的接觸面之間，而與上述輸出端口 10c、10d連通的出氣口 12c，12d形成在作為端板的兩個隔板20a、20b和與其相鄰的隔板19a、19b的接觸面之間。連接所述各級的U形截面形狀的回轉彎頭(中間通道)23形成在徑向氣體膨脹機分段IlAUlB中的中間隔板17a、18a、19a和17b、18b、19b中，如圖2和3所示。這些回轉彎頭23裝配有用于形成對應于葉輪葉片14b-14d和14f-14h的輪廓的氣流的多個(在圖示的實施方式中為17個)噴嘴葉片24，以及用于將至下一級的入口的氣流調節(jié)成有效的氣流的多個(在圖示的實施方式中為17個)返回葉片25。不用說，前述進氣口 12a、12b也裝配有用于形成對應于葉輪葉片14a、14e的輪廓的氣流的噴嘴葉片24。在如上構造的徑向氣體膨脹機中，當從工廠排出的高溫高壓氣體供給至單個殼體10的吸入口 10a、10b時，例如，徑向氣體膨脹機分段IlAUlB允許四級中的葉輪葉片 14a-14d和14e-14h在整個四級中都重復氣體的吸入和膨脹，從而回收功率，并降低用于驅動轉子軸13的驅動電動機等的功率。在本實施方式中，由于存在兩個徑向氣體膨脹機分段 IlA和11B，因此獲得了對應于它們的效果之和的功率降低效應。而且，在本實施例中，雖然采用多級(嚴格地說，8級)，但單個軸足以作為轉子軸 13。因此，與常規(guī)齒輪型徑向氣體膨脹機等相比，最小數(shù)量的干氣體密封件是足夠的(即， 兩個干氣體密封件22a和22b)，并且殼體10可為能夠容易地被支撐的單個殼體。
而且，這兩個徑向氣體膨脹機分段IlA和IlB設置在單個轉子軸13上的軸承22a 和22b之間。因此，與多個軸相比，容易考慮軸對準，并且與懸臂式徑向氣體膨脹機分段相比，軸振動的設計也容易。此外，這兩個徑向氣體膨脹機分段IlA和IlB設置為具有沿軸向方向連接的所述多個隔板15、16a、16b、17a、17b、18a、18b、19a、19b,20a和20b (其中形成連接各級 的回轉彎頭23等)。因此，徑向氣體膨脹機分段IlAUlB可以牢固且容易地組裝在單個殼體10中。進一步，這兩個徑向氣體膨脹機分段IlA和IlB允許氣體沿彼此相反的方向流動。 因此，它們可以消除彼此的壓力，使作用在轉子軸13上的推力被非常好地平衡。此外，這兩個徑向氣體膨脹機分段IlA和IlB分別具有與單個殼體10的吸入口 IOa和IOb連通的進氣口 12a和12b，以及與單個殼體10的輸出端口 IOc和IOd連通的出氣口 12c和12d。因此，容易改變所述分段的數(shù)量。因此，消除了對處于高壓和高壓比條件下的機器的可靠性的擔憂的因素，如氣體泄漏或軸振動，并且因此實現(xiàn)更加可靠的單軸多級徑向氣體膨脹機。不用說，本發(fā)明不限于上述實施例，并且在不偏離本發(fā)明的要旨的情況下，可以進行多種改變和修改，如徑向氣體膨脹機分段的數(shù)量的改變，以及徑向氣體膨脹機的級數(shù)的改變。工業(yè)應用性根據(jù)本發(fā)明的徑向氣體膨脹機可以應用于工廠等，其吸入從工廠排出的高壓氣體、使氣體膨脹以回收功率，并利用溫度在膨脹之后已經變低的廢氣，用于再熱冷卻器。附圖標記說明10單個殼體10a, IOb 吸入口10c，IOd 輸出端口11A，IlB徑向氣體膨脹機分段12a，12b 進氣口13轉子軸14a-14h 葉輪葉片15中央隔板16a, 16b, 17a, 17b, 18a, 18b, 19a, 19b 中間隔板20a, 20b作為端板的隔板21a，21b 軸 22a，22b干氣體密封件23回轉彎頭(中間通道)24噴嘴葉片25返回葉片
權利要求
1.一種徑向氣體膨脹機，包括容納在單個殼體中的徑向氣體膨脹機分段，該徑向氣體膨脹機分段包括在單個軸上的軸承之間以兩級或更多級布置的葉輪葉片。
2.根據(jù)權利要求1所述的徑向氣體膨脹機，其中該徑向氣體膨脹機分段設置為包括沿軸向方向連接的多個隔板， 每個隔板具有形成為連接相鄰級的回轉彎頭，每個回轉彎頭裝配有用于形成對應于葉輪葉片的輪廓的氣流的噴嘴葉片和用于將至下一級的入口的氣流調節(jié)成有效的氣流的返回葉片。
3.根據(jù)權利要求1所述的徑向氣體膨脹機，其中設置有兩個或更多個所述徑向氣體膨脹機分段，并且每個分段具有與所述單個殼體的吸入口連通的進氣口和與所述單個殼體的輸出端口連通的出氣口。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種單軸多級徑向氣體膨脹機，其具有高度的可靠性并且其可以充分地處理高壓和高壓比條件。由設置在由單個軸構成的轉子軸(13)上的軸承(21a，21b)之間的兩級或更多級葉輪葉片(14a to 14h)形成的兩個或更多個徑向氣體膨脹機分段(11A，11B)容納在單個殼體(10)中。
文檔編號F01D25/24GK102421991SQ20108001908
公開日2012年4月18日 申請日期2010年7月28日 優(yōu)先權日2009年8月19日
發(fā)明者東森弘高, 八木克記, 小林雅博, 山下勝也, 毛利靖, 永尾英樹 申請人:三菱重工壓縮機有限公司