一種提高透平膨脹機動壓氣體軸承承載能力的裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種提高透平膨脹機動壓氣體軸承承載能力的裝置及方法，屬于氣體軸承技術(shù)領(lǐng)域。該裝置中間殼體的左端安裝增壓機蝸殼，增壓機蝸殼連有蝸殼出氣緩沖器，中間殼體內(nèi)設(shè)置有透平膨脹機轉(zhuǎn)子，在透平膨脹機轉(zhuǎn)子的左端設(shè)置有增壓輪，右端設(shè)置有工作輪，透平膨脹機轉(zhuǎn)子上裝有軸向氣體軸承、左動壓氣體軸承和右動壓氣體軸承。該裝置通過增壓葉輪從大氣中吸入空氣，對氣體進(jìn)行增壓，增壓后的氣體經(jīng)擴(kuò)壓器將一部分動能轉(zhuǎn)為靜壓能，引出氣體到蝸殼；蝸殼收集從擴(kuò)壓器引出的氣體；氣體輸送管道將增壓后的部分氣體輸送到動壓氣體軸承端部。該方法提高了動壓氣體軸承的承載能力，減少了能量的浪費，提高氣體軸承運行的穩(wěn)定性。
【專利說明】
一種提高透平膨脹機動壓氣體軸承承載能力的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及氣體軸承技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種提高透平膨脹機動壓氣體軸承承載能力的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為了達(dá)到較高的絕熱效率，膨脹機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速都較高，一般大于104r/min。在這種高轉(zhuǎn)速下，油潤滑軸承很難達(dá)到設(shè)備的運轉(zhuǎn)要求。目前，透平膨脹機中應(yīng)用較多的是氣體軸承。氣體軸承具有重量輕、轉(zhuǎn)速高、無摩擦、無污染等優(yōu)點，得到了廣泛的應(yīng)用。但是，它的致命弱點是氣膜剛度低，承載能力小，只局限于小型透平膨脹機。通過增加動壓氣體軸承的環(huán)境壓力可以提高動壓氣體軸承的承載能力。對于一些采用風(fēng)機制動的透平膨脹機來說，例如小型低溫透平膨脹機，為了不影響工藝流程的穩(wěn)定工作，風(fēng)機直接從大氣中吸入空氣，提高壓力后仍直接排入大氣，使膨脹機發(fā)出的功率全部浪費掉。因此，急需一種新的裝置來回收這部分能量，從而提高動壓氣體軸承的承載能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種提高透平膨脹機動壓氣體軸承承載能力的裝置及方法。
[0004]該裝置包括機殼、蝸殼、蝸殼出氣緩沖器、增壓輪、擴(kuò)壓器、流量控制閥、排氣管道A、輸氣管道B、支路輸氣管道、軸向氣體軸承、工作輪、右動壓氣體軸承、左動壓氣體軸承和透平膨脹機轉(zhuǎn)子，其中，機殼左端安裝蝸殼，蝸殼上方裝有蝸殼出氣緩沖器，蝸殼出氣緩沖器上部通過流量控制閥與排氣管道A連接，機殼內(nèi)設(shè)置有透平膨脹機轉(zhuǎn)子，透平膨脹機轉(zhuǎn)子左端設(shè)有增壓輪，透平膨脹機轉(zhuǎn)子右端設(shè)有工作輪，透平膨脹機轉(zhuǎn)子中段自右向左依次裝有軸向氣體軸承、右動壓氣體軸承和左動壓氣體軸承，增壓輪通過擴(kuò)壓器與蝸殼相連，蝸殼出氣緩沖器側(cè)面與輸氣管道B相連。輸氣管道B分支為支路輸氣管道C和支路輸氣管道D，支路輸氣管道C和支路輸氣管道D均與機殼連通。左動壓氣體軸承與增壓輪之間設(shè)有密封套；右動壓氣體軸承與工作輪之間設(shè)有密封套。支路輸氣管道C用于輸送增壓氣體到透平膨脹機的左動壓氣體軸承的左端部;所述支路輸氣管道D用于輸送增壓氣體到透平膨脹機的右動壓氣體軸承的右端部。
[0005]在該裝置中，增壓輪替換現(xiàn)有透平膨脹機的制動風(fēng)機輪，消耗透平膨脹機輸出功率，通過擴(kuò)壓器與蝸殼連接。
[0006]該裝置既可應(yīng)用于動壓氣體軸承，又可應(yīng)用于磁氣混合軸承。
[0007]該裝置通過透平膨脹機增壓輪提高動壓氣體軸承端部的環(huán)境壓力，實現(xiàn)提高氣體軸承承載能力的目的。
[0008]應(yīng)用該裝置提高透平膨脹機動壓氣體軸承承載能力的方法，包括如下步驟:
[0009]—、增壓輪從大氣中吸入空氣，對空氣進(jìn)行壓縮，消耗透平膨脹機的輸出功率；
[0010]二、增壓后的氣體流入擴(kuò)壓器，通過擴(kuò)壓器將一部分動能轉(zhuǎn)化為壓力能，提高氣體的壓力；
[0011]三、擴(kuò)壓器中的氣體匯集到蝸殼，蝸殼對氣體進(jìn)一步降速擴(kuò)壓；
[0012]四、蝸殼內(nèi)的增壓氣體流入蝸殼出氣緩沖器，降低氣體速度，減小氣流脈動；
[0013]五、蝸殼出氣緩沖器內(nèi)的平穩(wěn)氣體通過輸氣管道B經(jīng)兩并聯(lián)支路輸氣管道C支路輸氣管道D，將增壓氣體分別輸送到左動壓氣體軸承端部和右動壓氣體軸承端部；
[0014]六、在不產(chǎn)生喘振的前提下，控制排氣管道A上的流量控制閥開度，使輸氣管道B內(nèi)的氣體壓力達(dá)到最大值，同時，多余氣體通過排氣管道A排至外界。
[0015]本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下:
[0016]上述方案中，將所述透平膨脹機制動風(fēng)機輪改為增壓輪，將增壓后的氣體供給到氣體軸承，增加氣體軸承端部的環(huán)境壓力，將制動風(fēng)機的無收益消耗用于提高動壓氣體軸承的承載能力，減少能量的浪費。在相同工作載荷下，動壓氣體軸承的承載力增加，可減小動壓氣體軸承偏心率，提高氣體軸承運行的穩(wěn)定性；同時，動壓氣體軸承的承載力增加，可減小動壓氣體軸承的寬度，從而減小軸長度，進(jìn)一步降低動壓氣體軸承負(fù)載。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的提高透平膨脹機動壓氣體軸承承載能力的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]其中:1-增壓輪;2-擴(kuò)壓器;3-蝸殼;4-蝸殼出氣緩沖器;5-流量控制閥；6_排氣管道A ； 7-輸氣管道B; 8-支路輸氣管道C; 9-支路輸氣管道D; 10-軸向氣體軸承；11-工作輪;12-右動壓氣體軸承;13-機殼;14-左動壓氣體軸承;15-透平膨脹機轉(zhuǎn)子。
【具體實施方式】
[0019]為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0020]本發(fā)明針對現(xiàn)有的透平膨脹機動壓氣體軸承承載力低的問題，提供一種提高透平膨脹機動壓氣體軸承承載能力的裝置及方法。
[0021]如圖1所示，該裝置機殼13的左端安裝蝸殼3，蝸殼3連有蝸殼出氣緩沖器4，蝸殼出氣緩沖器4設(shè)有輸氣管道A6，機殼13內(nèi)設(shè)置有透平膨脹機轉(zhuǎn)子15，在透平膨脹機轉(zhuǎn)子15的左端設(shè)置有增壓輪I，在透平膨脹機轉(zhuǎn)子15的右端設(shè)置有工作輪11，在透平膨脹機轉(zhuǎn)子15中段上套有軸向氣體軸承10、左動壓氣體軸承14和右動壓氣體軸承12;
[0022]其中，增壓輪I替換現(xiàn)有透平膨脹機的制動風(fēng)機輪，消耗所述透平膨脹機輸出功率，通過擴(kuò)壓器2與蝸殼3連接;蝸殼3連接蝸殼出氣緩沖器4，蝸殼出氣緩沖器4上設(shè)置有排氣管道A6和輸氣管道B7;排氣管道A6上設(shè)置有流量控制閥5，輸氣管道B7分支成兩個并聯(lián)支路輸氣管道CS和支路輸氣管道D9;支路輸氣管道CS和支路輸氣管道D9分別與左動壓氣體軸承14的左端部和右動壓氣體軸承12的右端部連接。
[0023]應(yīng)用該裝置時，通過增壓輪I從大氣中吸入空氣，消耗透平膨脹機的輸出功率，對空氣進(jìn)行壓縮;增壓后的氣體流入擴(kuò)壓器2，通過擴(kuò)壓器2將一部分動能轉(zhuǎn)化為壓力能，以提高氣體的壓力;擴(kuò)壓器2中的氣體匯集到蝸殼3，蝸殼3對氣流進(jìn)一步降速擴(kuò)壓;蝸殼3內(nèi)的增壓氣體流入蝸殼出氣緩沖器4，以降低氣體速度，減小氣流脈動;蝸殼出氣緩沖器4內(nèi)的平穩(wěn)氣體通過輸氣管道B7，經(jīng)兩個并聯(lián)支路輸氣管道CS、支路輸氣管道D9分別將增壓氣體輸送到左動壓氣體軸承14的左端部和右動壓氣體軸承12的右端部;在保證透平膨脹機轉(zhuǎn)子15不產(chǎn)生喘振的前提下，控制排氣管道A6上的流量控制閥5的開度，使輸氣管道B7內(nèi)的氣體壓力達(dá)到最大值，同時，多余氣體通過排氣管道A6排至外界。
[0024]在前述提高透平膨脹機動壓氣體軸承承載能力的系統(tǒng)的【具體實施方式】中，進(jìn)一步地，軸向氣體軸承1控制透平膨脹機轉(zhuǎn)子15軸向方向的位移。
[0025]以下為一個示例具體描述本發(fā)明提供的提高透平膨脹機動壓氣體軸承承載能力的方法的可行性。
[0026]本發(fā)明實施例中，假設(shè)，透平膨脹機制冷量為Qo= 69684J/s，有效軸功率為66.2Kw，在膨脹機和增壓機功率耦合匹配前提下，60000r/min時，增壓機的總壓比為3.5，動壓氣體軸承的承載能力可增加20.78%； 100000r/min時，增壓機的總壓比為4.0，動壓氣體軸承的承載能力可增加91.52%； 200000r/min時，增壓機的總壓比為4.8，動壓氣體軸承的承載能力可增加308.03 %。在相同工作載荷下，動壓氣體軸承的承載力增加，可減小動壓氣體軸承偏心率，提高氣體軸承運行的穩(wěn)定性；同時，動壓氣體軸承的承載力增加，可減小動壓氣體軸承的寬度，從而減小軸長度，進(jìn)一步降低動壓氣體軸承負(fù)載。本發(fā)明提出的將制動風(fēng)機輪改為增壓器，將增壓后的氣體供給到氣體軸承，增加氣體軸承端部的環(huán)境壓力，不僅提高了動壓氣體軸承的承載能力，而且減少了能量的浪費。
[0027]以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1.一種提高透平膨脹機動壓氣體軸承承載能力的裝置，其特征在于:包括機殼(13)、蝸殼(3)、蝸殼出氣緩沖器(4)、增壓輪(I)、擴(kuò)壓器(2)、流量控制閥(5)、排氣管道A(6)、輸氣管道B(7)、支路輸氣管道、軸向氣體軸承(10)、工作輪(11)、右動壓氣體軸承(12)、左動壓氣體軸承(14)和透平膨脹機轉(zhuǎn)子(15)，其中，機殼(I3)左端安裝蝸殼(3)，蝸殼(3)上方裝有蝸殼出氣緩沖器(4)，蝸殼出氣緩沖器(4)上部通過流量控制閥(5)與排氣管道A(6)連接，機殼(13)內(nèi)設(shè)置有透平膨脹機轉(zhuǎn)子(I5)，透平膨脹機轉(zhuǎn)子(15)左端設(shè)有增壓輪(I)，透平膨脹機轉(zhuǎn)子(15)右端設(shè)有工作輪(11)，透平膨脹機轉(zhuǎn)子(15)中段自右向左依次裝有軸向氣體軸承(10)、右動壓氣體軸承(12)和左動壓氣體軸承(14)，增壓輪(I)通過擴(kuò)壓器(2)與蝸殼(3)相連，蝸殼出氣緩沖器(4)側(cè)面與輸氣管道B(7)相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高透平膨脹機動壓氣體軸承承載能力的裝置，其特征在于:所述輸氣管道B(7)分支為支路輸氣管道C(S)和支路輸氣管道D(9)，支路輸氣管道C(S)和支路輸氣管道D(9)均與機殼(13)連通。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高透平膨脹機動壓氣體軸承承載能力的裝置，其特征在于:所述左動壓氣體軸承(14)與增壓輪(I)之間設(shè)有密封套;所述右動壓氣體軸承(12)與工作輪(I I)之間設(shè)有密封套。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高透平膨脹機動壓氣體軸承承載能力的裝置，其特征在于:所述支路輸氣管道C(S)用于輸送增壓氣體到透平膨脹機的左動壓氣體軸承(14)的左端部；所述支路輸氣管道D(9)用于輸送增壓氣體到透平膨脹機的右動壓氣體軸承(12)的右端部。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高透平膨脹機動壓氣體軸承承載能力的裝置，其特征在于:該裝置用于動壓氣體軸承或磁氣混合軸承，該裝置通過增加軸承環(huán)境壓力提高軸承承載力。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高透平膨脹機動壓氣體軸承承載能力的裝置用于提高透平膨脹機動壓氣體軸承承載能力的方法，其特征在于:包括如下步驟: 一、所述增壓輪(I)從大氣中吸入空氣，對空氣進(jìn)行壓縮，消耗透平膨脹機的輸出功率； 二、增壓后的氣體流入所述擴(kuò)壓器(2)，通過擴(kuò)壓器(2)將一部分動能轉(zhuǎn)化為壓力能，提尚氣體的壓力； 三、所述擴(kuò)壓器(2)中的氣體匯集到蝸殼(3)，蝸殼(3)對氣體進(jìn)一步降速擴(kuò)壓； 四、所述蝸殼(3)內(nèi)的增壓氣體流入蝸殼出氣緩沖器(4)，降低氣體速度，減小氣流脈動； 五、所述蝸殼出氣緩沖器(4)內(nèi)的平穩(wěn)氣體通過輸氣管道B(7)經(jīng)兩并聯(lián)支路輸氣管道C(8)和支路輸氣管道D(9)，將增壓氣體分別輸送到左動壓氣體軸承(14)端部和右動壓氣體軸承(12)端部； 六、在不產(chǎn)生喘振的前提下，控制所述排氣管道A(6)上的流量控制閥(5)開度，使輸氣管道B(7)內(nèi)的氣體壓力達(dá)到最大值，同時，多余氣體通過排氣管道A(6)排至外界。
【文檔編號】F04D29/44GK105952502SQ201610274158
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月28日
【發(fā)明人】王立, 劉傳平, 尹少武, 童莉葛, 李媛媛
【申請人】北京科技大學(xué)