專利名稱：高爐同軸等速透平機組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及余壓余熱回收領(lǐng)域，尤其涉及一種高爐同軸等速透平機組(Blast furance Equal Speed turbine Train, BEST)0
背景技術(shù)：
在傳統(tǒng)的高爐工藝系統(tǒng)中，為了提高能量的利用率通常是將高爐煤氣引出，經(jīng)過入口蝶閥、插板閥等閥門后進入高爐煤氣余壓透平機入口，然后高爐煤氣在靜葉片和動葉片組成的流道中不斷膨脹做功，并轉(zhuǎn)化為動能作用于工作輪使之旋轉(zhuǎn)，工作輪通過聯(lián)軸器帶動發(fā)電機一起轉(zhuǎn)動而發(fā)電。在該系統(tǒng)中，高爐煤氣余壓透平機將煤氣的壓力能和熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，然后傳遞給發(fā)電機轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芩腿腚娋W(wǎng)。電動機再將電能從電網(wǎng)上獲取轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能驅(qū)動高爐鼓風機。為了避免發(fā)電機的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芎碗妱訖C的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的兩次能量轉(zhuǎn)變過程所產(chǎn)生的損失，以及電能傳輸過程中的線路損失，設(shè)計出將高爐煤氣余壓透平機與高爐鼓風機作為同一系統(tǒng)的煤氣透平與電機同軸驅(qū)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(zhuǎn)變?yōu)闄C械能后直接驅(qū)動高爐鼓風機工作?，F(xiàn)有的BPRT機組是將電動機和高爐煤氣余壓透平機布置在高爐鼓風機的兩側(cè)， 共同為高爐鼓風機提供所需的能量。電動機通過變速器與高爐鼓風機連接，且高爐煤氣余壓透平機也通過變速箱或變速離合器與高爐鼓風機連接。這種BPRT機組由于采用兩臺變速器，經(jīng)過兩次變速轉(zhuǎn)換，因此軸系設(shè)計難度較大，對設(shè)備的制造和安裝要求較高。并且，兩次變速轉(zhuǎn)換導致系統(tǒng)構(gòu)成復雜、故障點較多且設(shè)備維護工作量較大，增加了能量損耗、降低了 BPRT機組的效率。此外，該BPRT機組設(shè)備較多、占地面積較大，因此增加了 BPRT機組的造價。因此，需要一種高爐同軸等速透平機組以解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種高爐同軸等速透平機組，所述高爐同軸等速透平機組包括電動機、變速器、高爐鼓風機和高速高爐煤氣余壓透平機，所述電動機通過所述變速器連接在所述高爐鼓風機的一側(cè)，所述高速高爐煤氣余壓透平機同軸地連接在所述高爐鼓風機的另一側(cè)，所述高速高爐煤氣余壓透平機與所述高爐鼓風機的工作轉(zhuǎn)速相同。優(yōu)選地，所述高爐鼓風機與所述高速高爐煤氣余壓透平機之間還連接有離合器。優(yōu)選地，所述高爐同軸等速透平機組的布置方式為雙層布置。優(yōu)選地，所述高爐鼓風機采用徑向下進氣-下排氣的進排氣結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，所述高速高爐煤氣余壓透平機采用軸向進氣-徑向下排氣的進排氣結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，所述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(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子包括主軸、設(shè)置在所述主軸一端的輪盤以及設(shè)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(shè)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(zhuǎn)地設(shè)置在所述第一軸承內(nèi)和所述第二軸承內(nèi)；靜葉片，所述靜葉片設(shè)置在所述外殼的內(nèi)表面上且與所述動葉片相對地設(shè)置，以與所述動葉片相配合；和氣封組件，所述氣封組件設(shè)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(huán)密封件。優(yōu)選地，所述主軸與所述輪盤為分體結(jié)構(gòu)，所述主軸與所述輪盤通過拉桿連接。優(yōu)選地，所述動葉片為一級動葉片結(jié)構(gòu)，且所述靜葉片為一級靜葉片結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，所述動葉片為二級動葉片結(jié)構(gòu)，且所述靜葉片為二級靜葉片結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，所述高速高爐煤氣余壓透平機還包括靜葉片驅(qū)動裝置，用于改變所述靜葉片的角度。優(yōu)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。本發(fā)明通過選擇與高爐鼓風機轉(zhuǎn)速相同的高速高爐煤氣余壓透平機(例如，4800 轉(zhuǎn)/分鐘)使高速高爐煤氣余壓透平機與高爐鼓風機同軸地連接，避免在高速高爐煤氣余壓透平機與高爐鼓風機之間連接變速器，以降低軸系設(shè)計難度、提高能量利用效率并降低對設(shè)備制造和安裝的要求。此外，與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于減少一臺變速器，因此能減少還能設(shè)備維護工作量、降低機組造價并減少占地面積等。在發(fā)明內(nèi)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(fā)明內(nèi)容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護的技術(shù)方案的關(guān)鍵特征和必要技術(shù)特征，更不意味著試圖確定所要求保護的技術(shù)方案的保護范圍。以下結(jié)合附圖，詳細說明本發(fā)明的優(yōu)點和特征。


本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實施例及其描述，用來解釋本發(fā)明的原理。在附圖中，
圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的高爐同軸等速透平機組的示意圖； 圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的高速高爐煤氣余壓透平機的剖面圖； 圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的轉(zhuǎn)子的示意圖； 圖4是根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的氣封組件的放大視圖；以及圖5是根據(jù)本發(fā)明另一個實施方式的高速高爐煤氣余壓透平機的剖面圖。
具體實施例方式接下來，將結(jié)合附圖更加完整地描述本發(fā)明，附圖中示出了本發(fā)明的實施例。但是，本發(fā)明能夠以不同形式實施，而不應(yīng)當解釋為局限于這里提出的實施例。相反地，提供這些實施例將使公開徹底和完全，并且將本發(fā)明的范圍完全地傳遞給本領(lǐng)域技術(shù)人員。在附圖中，為了清楚，層和區(qū)的尺寸以及相對尺寸可能被夸大。自始至終相同附圖標記表示相同的元件。
應(yīng)當明白，當部件被稱為“與...相鄰”或“連接到”其它部件時，其可以直接地與其它部件相鄰或連接，或者可以存在居間的部件。相反，當部件被稱為“與...直接相鄰” 或“直接連接到”其它部件時，則不存在居間的部件。圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的高爐同軸等速透平機組的示意圖。如圖1所示， 高爐同軸等速透平機組100包括電動機101、變速器102、高爐鼓風機103和高速高爐煤氣余壓透平機105。電動機101連接在高爐鼓風機103的一側(cè)，為高爐鼓風機103提供一部分能量，高爐鼓風機103所需的另一部分能量則由高速高爐煤氣余壓透平機105來提供。通常，電動機101的工作轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分鐘(電網(wǎng)50Hz)或3600轉(zhuǎn)/分鐘(電網(wǎng)60Hz)，而高爐鼓風機103的工作轉(zhuǎn)速較高(例如，4800轉(zhuǎn)/分鐘)，因此需要在電動機101和高爐鼓風機103 之間連接變速器102。變速器102例如是齒輪箱或其它能夠具有變速功能的裝置。高速高爐煤氣余壓透平機105同軸地連接在高爐鼓風機103的另一側(cè)。所述“同軸地連接”可以理解為高速高爐煤氣余壓透平機105和高爐鼓風機103之間未設(shè)置有變速器。高速高爐煤氣余壓透平機105可以將高爐煤氣的壓力能和熱能轉(zhuǎn)化為機械能提供給高爐鼓風機103，以起到回收高爐煤氣的余壓和余熱的作用。其中，高速高爐煤氣余壓透平機 105與高爐鼓風機103的工作轉(zhuǎn)速相同。本發(fā)明通過選擇與高爐鼓風機103轉(zhuǎn)速相同的高速高爐煤氣余壓透平機105 (例如，4800轉(zhuǎn)/分鐘)使高速高爐煤氣余壓透平機105與高爐鼓風機103同軸地連接，以避免在高速高爐煤氣余壓透平機105與高爐鼓風機103之間連接變速器，進而降低軸系設(shè)計難度、提高能量利用效率且降低機組造價等。優(yōu)選地，高爐鼓風機103與高速高爐煤氣余壓透平機105之間還連接有離合器 104，以根據(jù)需要切斷或傳遞高速高爐煤氣余壓透平機105向高爐鼓風機103傳遞的動力。優(yōu)選地，高爐同軸等速透平機組100的布置方式為雙層布置，即，電動機101、變速器102、高爐鼓風機103和高速高爐煤氣余壓透平機105等布置在距離地面一定距離的運轉(zhuǎn)層，而輸送管道等布置在地面層。將高爐同軸等速透平機組100布置為雙層結(jié)構(gòu)可以便于維修。作為示例，高爐鼓風機103采用徑向下進氣-下排氣的進排氣結(jié)構(gòu)，以便于布置高爐鼓風機103的輸送管道。作為示例，高速高爐煤氣余壓透平機105采用軸向進氣-徑向下排氣的進排氣結(jié)構(gòu)，以提高能量轉(zhuǎn)換效率的同時方便布置高速高爐煤氣余壓透平機105 的輸送管道?？梢岳斫獾氖?，高爐鼓風機103也可以采用徑向上進氣-上排氣、徑向上進氣-下排氣或徑向下進氣-上排氣的進排氣結(jié)構(gòu)，高速高爐煤氣余壓透平機105也可以采用其它進排氣結(jié)構(gòu)，例如徑向下進氣-下排氣、徑向上進氣-下排氣或軸向進氣-徑向上排氣等，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)實際需要來選擇高爐鼓風機103和高速高爐煤氣余壓透平機105的進排氣結(jié)構(gòu)。圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的高速高爐煤氣余壓透平機的剖面圖，圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的轉(zhuǎn)子的示意圖，圖4是根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的氣封組件的放大視圖。下面將結(jié)合圖2-4對根據(jù)本發(fā)明的高速高爐煤氣余壓透平機進行詳細描述。如圖2所示，高速高爐煤氣余壓透平機105包括底座210、外殼220、轉(zhuǎn)子230、軸承組件、靜葉片250和氣封組件沈0。外殼220連接在底座210上，用于容納轉(zhuǎn)子230、軸承組件和靜葉片250等。外殼 220包括進氣端221和排氣端222，其中，進氣端221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222用于排放已經(jīng)完成做功且具有較低的壓力和溫度的高爐煤氣。如圖3所示，轉(zhuǎn)子230包括主軸231、輪盤232和動葉片233。輪盤232設(shè)置在主軸231的一端。優(yōu)選地，主軸231與輪盤232為分體結(jié)構(gòu)，且主軸231與輪盤232通過拉桿 234連接。將主軸231與輪盤232設(shè)置為分體結(jié)構(gòu)可以便于各部件的制造，且能保證兩者的強度。動葉片233設(shè)置在輪盤232的外圓周上。可以理解的是，動葉片233可以采用現(xiàn)有技術(shù)常用的動葉片結(jié)構(gòu)，因此不再詳述。為了使轉(zhuǎn)子具有良好的強度儲備并適用于高速的工作環(huán)境，優(yōu)選地，動葉片233是通過縱樹形葉根固定在輪盤232上的。參照圖2和圖3，軸承組件包括第一軸承241和第二軸承M2。第一軸承241和第二軸承242設(shè)置在外殼220上，具體地，第一軸承241和第二軸承242可以直接地設(shè)置在外殼220上，也可以通過支撐件設(shè)置在外殼220上。主軸231的兩個端部分別可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在第一軸承Ml內(nèi)和第二軸承M2內(nèi)，以對主軸231進行雙徑向支撐。靜葉片250設(shè)置在外殼220的內(nèi)表面上且與動葉片233相對地設(shè)置，用于與動葉片233相配合。高爐煤氣從外殼220的進氣端進入，通過外殼導流使高爐煤氣轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化為動能作用于轉(zhuǎn)子使之旋轉(zhuǎn)，進而將高爐煤氣的壓力能和熱能轉(zhuǎn)化為機械能。優(yōu)選地，高速高爐煤氣余壓透平機105還包括靜葉片驅(qū)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(nèi)調(diào)節(jié)，進而控制爐頂壓力的誤差在士5Kpa以內(nèi)。作為示例，靜葉片驅(qū)動裝置可以為電液執(zhí)行機構(gòu)或電動執(zhí)行機構(gòu)，其能夠帶動靜葉片250旋轉(zhuǎn)，以調(diào)整靜葉片250的角度，進而控制流量和壓力改變。優(yōu)選地，靜葉片250和動葉片233的葉片高度與主軸231的直徑的比值小于等于 0. 2。本發(fā)明的動葉片和靜葉片采用短葉片設(shè)計，可以使葉片的自振頻率遠高于工作轉(zhuǎn)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(zhuǎn)下的離心拉應(yīng)力，提高葉片的強度。氣封組件260設(shè)置在主軸231的靠近輪盤232的一端與外殼220之間。如圖4所示，氣封組件260包括靠近輪盤232的迷宮密封件和遠離輪盤的碳環(huán)密封件沈2。將氣封組件260設(shè)置為包括迷宮密封件261和碳環(huán)密封件262可以降低可燃性氣體的泄漏量。 迷宮密封件261和碳環(huán)密封件262可以具有現(xiàn)有技術(shù)中常用的結(jié)構(gòu)，因此不再詳述。本發(fā)明的高速高爐煤氣余壓透平機105由于采用雙徑向支撐的懸臂轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，因此具有設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、轉(zhuǎn)速高等優(yōu)點，進而使高速高爐煤氣余壓透平機105能夠與高爐鼓風機的轉(zhuǎn)速相匹配。這樣，高速高爐煤氣余壓透平機105可以與高爐鼓風機直接相連，不僅節(jié)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(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，僅需在低壓端設(shè)置氣封組件，省去了高壓端的密封，因此降低了出現(xiàn)事故的幾率，保證設(shè)備的可靠性。進一步，由于高速高爐煤氣余壓透平機105可以具有較高的轉(zhuǎn)速，葉柵中的氣體流速較高，因此可以緩解積灰問題。根據(jù)本發(fā)明一個實施方式，如圖2和圖3所示，動葉片233為一級動葉片結(jié)構(gòu)，且靜葉片250為一級靜葉片結(jié)構(gòu)。采用單級結(jié)構(gòu)不僅使高速高爐煤氣余壓透平機105具有較高的轉(zhuǎn)速，以適合于與高爐鼓風機同轉(zhuǎn)速的高速場合，而且還具有較高的絕熱效率。根據(jù)本發(fā)明另一個實施方式，如圖5所示，動葉片233為二級動葉片結(jié)構(gòu)(即包括動葉片233A和23!3B)，且靜葉片250為二級靜葉片結(jié)構(gòu)(即包括靜葉片250A和250B)。采用雙級結(jié)構(gòu)使高速高爐煤氣余壓透平機105既可以工作在與高爐鼓風機同轉(zhuǎn)速的高速工況， 又可以工作在與發(fā)電機或電機相同轉(zhuǎn)速的工況，還使高速高爐煤氣余壓透平機105具有較高的絕熱效率。需要說明的是，以上僅以軸向進氣-徑向上排氣結(jié)構(gòu)為例，來說明高速高爐煤氣余壓透平機105的原理。高速高爐煤氣余壓透平機105還可以設(shè)置為其它進排氣結(jié)構(gòu)，在此不再一一列舉。本發(fā)明通過選擇與高爐鼓風機轉(zhuǎn)速相同的高速高爐煤氣余壓透平機(例如，4800 轉(zhuǎn)/分鐘)使高速高爐煤氣余壓透平機與高爐鼓風機同軸地連接，避免在高速高爐煤氣余壓透平機與高爐鼓風機之間連接變速器，以降低軸系設(shè)計難度、提高能量利用效率并降低對設(shè)備制造和安裝的要求。此外，與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于減少一臺變速器，因此能減少還能設(shè)備維護工作量、降低機組造價并減少占地面積等。本發(fā)明已經(jīng)通過上述實施例進行了說明，但應(yīng)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(fā)明限制于所描述的實施例范圍內(nèi)。此外本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實施例，根據(jù)本發(fā)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(fā)明所要求保護的范圍以內(nèi)。本發(fā)明的保護范圍由附屬的權(quán)利要求書及其等效范圍所界定。
權(quán)利要求
1.一種高爐同軸等速透平機組，其特征在于，所述高爐同軸等速透平機組包括電動機、 變速器、高爐鼓風機和高速高爐煤氣余壓透平機，所述電動機通過所述變速器連接在所述高爐鼓風機的一側(cè)，所述高速高爐煤氣余壓透平機同軸地連接在所述高爐鼓風機的另一側(cè)，所述高速高爐煤氣余壓透平機與所述高爐鼓風機的工作轉(zhuǎn)速相同。
2.按照權(quán)利要求1所述的高爐同軸等速透平機組，其特征在于，所述高爐鼓風機與所述高速高爐煤氣余壓透平機之間還連接有離合器。
3.按照權(quán)利要求1所述的高爐同軸等速透平機組，其特征在于，所述高爐同軸等速透平機組的布置方式為雙層布置。
4.按照權(quán)利要求3所述的高爐同軸等速透平機組，其特征在于，所述高爐鼓風機采用徑向下進氣-下排氣的進排氣結(jié)構(gòu)。
5.按照權(quán)利要求3所述的高爐同軸等速透平機組，其特征在于，所述高速高爐煤氣余壓透平機采用軸向進氣-徑向下排氣的進排氣結(jié)構(gòu)。
6.按照權(quán)利要求1所述的高爐同軸等速透平機組，其特征在于，所述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(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子包括主軸、設(shè)置在所述主軸一端的輪盤以及設(shè)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(shè)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(zhuǎn)地設(shè)置在所述第一軸承內(nèi)和所述第二軸承內(nèi)；靜葉片，所述靜葉片設(shè)置在所述外殼的內(nèi)表面上且與所述動葉片相對地設(shè)置，以與所述動葉片相配合；和氣封組件，所述氣封組件設(shè)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(huán)密封件。
7.按照權(quán)利要求6所述的高爐同軸等速透平機組，其特征在于，所述主軸與所述輪盤為分體結(jié)構(gòu)，所述主軸與所述輪盤通過拉桿連接。
8.按照權(quán)利要求6所述的高爐同軸等速透平機組，其特征在于，所述動葉片為一級動葉片結(jié)構(gòu)，且所述靜葉片為一級靜葉片結(jié)構(gòu)。
9.按照權(quán)利要求6所述的高爐同軸等速透平機組，其特征在于，所述動葉片為二級動葉片結(jié)構(gòu)，且所述靜葉片為二級靜葉片結(jié)構(gòu)。
10.按照權(quán)利要求6所述的高爐同軸等速透平機組，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(qū)動裝置，用于改變所述靜葉片的角度。
11.按照權(quán)利要求6所述的高爐同軸等速透平機組，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。
全文摘要
本發(fā)明公開一種高爐同軸等速透平機組，所述高爐同軸等速透平機組包括電動機、變速器、高爐鼓風機和高速高爐煤氣余壓透平機，所述電動機通過所述變速器連接在所述高爐鼓風機的一側(cè)，所述高速高爐煤氣余壓透平機同軸地連接在所述高爐鼓風機的另一側(cè)，所述高速高爐煤氣余壓透平機與所述高爐鼓風機的工作轉(zhuǎn)速相同。本發(fā)明通過選擇與高爐鼓風機轉(zhuǎn)速相同的高速高爐煤氣余壓透平機(例如，4800轉(zhuǎn)/分鐘)使高速高爐煤氣余壓透平機與高爐鼓風機同軸地連接，避免在高速高爐煤氣余壓透平機與高爐鼓風機之間連接變速器，以降低軸系設(shè)計難度、提高能量利用效率并降低對設(shè)備制造和安裝的要求。
文檔編號F01D15/08GK102383867SQ20111034153
公開日2012年3月21日 申請日期2011年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月2日
發(fā)明者史曉云, 邢玉民, 雷琰 申請人:思安新能源股份有限公司