CN101644170B

CN101644170B - 一种液体膨胀机

Info

Publication number: CN101644170B
Application number: CN2009100235627A
Authority: CN
Inventors: 孙金菊; 王科; 宋鹏; 蔡国成; 付栋梁
Original assignee: Xian Jiaotong University; Hangzhou Hangyang Co Ltd
Current assignee: Xian Jiaotong University; Hangzhou Hangyang Co Ltd
Priority date: 2009-08-11
Filing date: 2009-08-11
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2029-08-11
Also published as: CN101644170A

Abstract

本发明公开了一种液体膨胀机，包括轴承箱、转子、喷嘴组件、机壳，其特征在于：喷嘴组件包括喷嘴压板、喷嘴盖、喷嘴叶片、喷嘴转盘和喷嘴底盘，其中喷嘴盖、喷嘴叶片、喷嘴转盘通过圆柱销顺序地轴向连接在一起，喷嘴压板与喷嘴盖轴向弹性连接；喷嘴转盘周向转动的连接在喷嘴底盘台阶圆的外径上；喷嘴底盘轴向两端分别与机壳和轴承箱连接；轴承箱与喷嘴底盘轴向之间设有中间件；转子包括主轴，该主轴前部设有甩油环，主轴后部设有联轴器；主轴两侧轴颈转动固定在轴承箱内，主轴前端穿过喷嘴底盘及中间件后与一个叶轮连接；并使甩油环轴向处于中间件的位置；所述叶轮的轮背侧至甩油环的主轴段轴向设有轴封，该轴封为复合密封结构。

Description

一种液体膨胀机

技术领域

本发明涉及一种液体膨胀机，特别涉及一种低温高压液体节流降压用液体膨胀机。

背景技术

在空分、氮气液化、液化天然气，碳氢化合物加工等液化循环装置中，按工艺要求需要对获得的高压液体进行降压。目前通常采用传统的焦-汤液体节流阀来完成，但它是典型的不可逆过程，会造成高压液体的能量浪费，且耗散在低温系统中导致温度升高，造成系统的冷量损失。而且利用节流阀降压液体流动状态变化剧烈，极易发生汽化，使得空分设备气体提取率降低，总能耗增加；同时伴随汽化出现的汽蚀现象，严重威胁着节流阀寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种液体节流用全液体膨胀机，可有效地解决现有传统空分流程中采用焦-汤节流阀所带来的负面影响。可满足工艺流程对工质流量及制动方式的苛刻要求，可匹配普通发电机、泵或风机等，适用于任意大小流量的工质降压，产生显著的节能降耗效益。

为达到上述目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种液体膨胀机，包括轴承箱、转子、喷嘴组件、机壳，其特征在于：所述喷嘴组件包括喷嘴压板、喷嘴盖、喷嘴叶片、喷嘴转盘和喷嘴底盘，其中喷嘴盖、喷嘴叶片、喷嘴转盘通过圆柱销顺序地轴向连接在一起，喷嘴压板与喷嘴盖轴向弹性连接用于压紧喷嘴叶片；喷嘴转盘周向转动的连接在喷嘴底盘台阶圆的外径上；喷嘴底盘轴向两端分别与机壳和轴承箱连接；轴承箱与喷嘴底盘轴向之间设有中间件；所述转子包括主轴，该主轴前部设有甩油环，主轴后部设有联轴器；主轴两侧轴颈转动固定在轴承箱内，主轴前端穿过喷嘴底盘及中间件后与一个叶轮连接；并使甩油环轴向处于中间件的位置；所述叶轮的轮背侧至甩油环的主轴段轴向设有轴封，该轴封为复合密封结构。

上述方案中，所述的复合密封结构包括机壳中开有的孔道，该孔道与工质出口连通；轴封与叶轮背侧至甩油环的主轴段之间形成锯齿间隙，锯齿间隙中部为回压腔，回压腔通过设置在喷嘴底盘上的回压通道与机壳中所开孔道连通；轴封靠近中间件的锯齿间隙上设有第一气室，该气室通过设置在喷嘴底盘中的第一气道与外部压缩气源连通。

所述中间件与甩油环径向之间设有第二气室，该气室通过设置在中间件中的第二气道从轴承箱穿出与外部压缩气源连通。

所述转子主轴两侧轴颈分别通过支撑-止推轴承转动固定在轴承箱内。

所述叶轮为封闭式、半封闭式或开式径流向心叶轮。

本发明的优点是：(1)本发明中转子结构制动方式灵活：它可以匹配普通发电机、风机、泵等。该转子采用叶轮悬臂卧式结构，主轴通过联轴器与外部减速箱连接实现变速和轴功的传输。齿轮箱置于大气环境中，因此减速箱输出的轴功可以用来驱动普通发电机发电，也可以直接拖动风机或泵。(2)本发明喷嘴结构采用可调导叶形式，适用于变工况运行条件，可提高变工况运行性能。(3)本发明轴封采用迷宫式机械密封与气体密封相结合的复合轴封结构，可以实现零泄漏。(4)叶轮和主轴以及主轴和联轴器之间采用三角轴连接方式，可实现大功率高速传输。(5)本发明可用于替代低温循环装置中的节流阀，在实现降压的同时，回收液体的节流能量，可使一套空分或液化天然气装置总能耗降低3-6％。

附图说明

图1为本发明总体结构装配图。

图2为图1的I部放大图。

图3为图1中的转子结构图。

图1-图3中：1、轴承箱；2、联轴器；3、支撑-止推轴承；4、主轴；5、支撑-止推轴承；6、机壳；7、轴封；8、圆柱销；9、叶轮；10、尾水管；11、叶轮定位螺钉；12、喷嘴压板；13、喷嘴盖；14、喷嘴叶片；15、喷嘴转盘；16、喷嘴底盘；17、中间件；18、甩油环；19、甩油环挡板；20、密封件；21、销钉；22、回压通道；23、回压腔；24、第二气道；25、第二气室；26、第一气道；27、第一气室；28、密封圈；30、工质出口；31、孔道。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1图2所示，一种液体节流用膨胀机，包括轴承箱1；支撑-止推轴承3、5、转子；中间件17；喷嘴组件；机壳6。机壳6包括一个工质进口管道和工质出口30，在机壳6内部加工有孔道31和所设计的蜗壳导流通道。转子包括主轴4，主轴4前部设有甩油环18、叶轮9，叶轮9通过叶轮定位螺钉11与主轴连接，后端设有联轴器2。喷嘴组件包括喷嘴压板12、喷嘴盖13、喷嘴叶片14、喷嘴转盘15与喷嘴底盘16，通过圆柱销8将喷嘴盖13、喷嘴叶片14、喷嘴转盘15轴向连接在一起。喷嘴压板12与尾水管10轴向连接，并与喷嘴盖13之间通过弹簧连接，弹簧可形成一定的预紧力来压紧喷嘴叶片14。喷嘴转盘15通过销钉21周向转动地固定在喷嘴底盘16上。通过转动喷嘴转盘15来调节喷嘴叶片14的开度，进而达到流量调节的目的，以适应变工况调节的需求。喷嘴底盘16轴向两端通过螺栓分别与机壳6和轴承箱1连接，中间件17穿过主轴4通过螺钉固定在轴承箱1与喷嘴底盘16轴向之间，主轴4的两侧轴颈通过支撑-止推轴承3、5转动固定在轴承箱1，主轴4前端穿过喷嘴底盘16及中间件17后与叶轮9连接；并使甩油环18轴向处于中间件17的位置。叶轮9的轮背侧与甩油环18之间轴向设有轴封7。

为了防止叶轮9的轮盖侧泄露，在轮盖侧固定有叶轮密封件20，采用划窝方式用螺钉固定在尾水管10上；同时为了防止工质通过喷嘴转盘15与机壳6的轴向间隙泄露，在喷嘴转盘15与机壳6转动接触面之间设有密封圈28。

轴封7固定在喷嘴底盘16中，轴封7为复合密封结构，该结构包括机壳6中开有的孔道31，孔道31与工质出口30连通；轴封7与叶轮9背侧至甩油环18的主轴段之间形成锯齿间隙，锯齿间隙中部为回压腔23，回压腔通过设置在喷嘴底盘16上的回压通道22与孔道31连通。

轴封7靠近中间件17的锯齿间隙上设有第一气室27，该气室通过设置在喷嘴底盘16中的第一气道26与外部压缩气源连通。中间件17与甩油环18径向之间设有第二气室25，该气室通过设置在中间件17中的第二气道24从轴承箱1穿出与外部压缩气源连通。

如图3所示，转子主轴4的叶轮端，利用三角轴段与叶轮9的三角轴孔配合，通过叶轮定位螺钉11定位。主轴4的联轴器端通过三角轴段与联轴器2连接。甩油环挡板19通过螺钉固定在甩油环18上。叶轮9采用闭式径流向心叶轮，但也可以采用半封闭式或开式结构。叶轮径向进液轴向出液，在叶轮出口处实现零旋涡速度，降低转子内流动损失。主轴4两侧轴颈分别通过支撑-止推轴承3、5与轴承箱1转动连接，以支撑转子重量并承受转子正常运行以及启停机等非正常运行时正反方向的轴向力，防止转子产生轴向位移。

本发明的工作原理是：低温高压液体通过机壳6改变速度方向后，经由喷嘴叶片14获得加速度，然后径向流向图1和图3所示的叶轮9，在叶轮内液体压力能和动能逐渐降低，至工质出口处30达到工艺流程对静压的要求。与此同时这部分液体压力能和动能驱动叶轮高速旋转，转化成机械能。叶轮9与主轴4借助三角轴配合，将叶轮机械能转化成主轴的轴功。采用三角轴传输的原因是它适合液体膨胀机功率大、速度高的特点，还可以保证结构良好的应力分布。在主轴4的另一端，通过三角轴与联轴器2左侧连接，该联轴器右侧与外部齿轮减速箱连接，这样液体的节流能量通过以下环节：由叶轮9-三角轴传输-主轴4-三角轴-联轴器2-齿轮减速箱，最后在合适转速下以轴功的形式输出。轴功的利用可以采用不同的形式，可以直接用于拖动发电机发电，也可以拖动其它耗能旋转机械，如风机、泵等。所述转子的冷障问题的解决方法：转子叶轮端连同喷嘴组件的喷嘴叶片14左端部分、机壳6整体放置于珠光砂低温冷箱保温，可以有效地防止节流过程中的冷量损失。

图2所示复合密封结构的密封原理是：轴封7与叶轮9背侧至甩油环18的主轴段之间形成锯齿间隙，从叶轮9背侧泄露出的工质通过这些锯齿形的间隙被节流，其压力逐步降低，实现阻止工质沿叶轮轴向泄露的目的。锯齿间隙中部的回压腔23通过回压通道22与孔道31引入工质出口30处的压力，使得经过轴封7前一段密封齿后的压力达到出口压力。在轴封7靠近中间件17的锯齿间隙上设第一气室27，通过第一气道26引入气封，可进一步阻止前段回压腔23的工质沿轴向向支撑-止推轴承5一端泄漏。

第二气室25紧靠支撑-止推轴承5，主要是防止支撑-止推轴承5中的润滑油通过甩油环18进一步泄露到回压腔23中。

本发明以上复合密封结构结合了迷宫式密封和气体密封的特点，能有效地阻止工质的泄露，可实现液体膨胀机零泄漏的突出效果。

Claims

1.一种液体膨胀机，包括轴承箱、转子、喷嘴组件、机壳，其特征在于：所述喷嘴组件包括喷嘴压板、喷嘴盖、喷嘴叶片、喷嘴转盘和喷嘴底盘，其中喷嘴盖、喷嘴叶片、喷嘴转盘通过圆柱销顺序地轴向连接在一起，喷嘴压板与喷嘴盖轴向弹性连接用于压紧喷嘴叶片；喷嘴转盘周向转动的连接在喷嘴底盘台阶圆的外径上；喷嘴底盘轴向两端分别与机壳和轴承箱连接；轴承箱与喷嘴底盘轴向之间设有中间件；所述转子包括主轴，该主轴前部设有甩油环，主轴后部设有联轴器；主轴两侧轴颈转动固定在轴承箱内，主轴前端穿过喷嘴底盘及中间件后与一个叶轮连接；并使甩油环轴向处于中间件的位置；所述叶轮的轮背侧至甩油环的主轴段轴向设有轴封，该轴封为复合密封结构，该复合密封结构包括机壳中开有的孔道，该孔道与工质出口连通；轴封与叶轮背侧至甩油环的主轴段之间形成锯齿间隙，锯齿间隙中部为回压腔，回压腔通过设置在喷嘴底盘上的回压通道与机壳中孔道连通；轴封靠近中间件的锯齿间隙上设有第一气室，该气室通过设置在喷嘴底盘中的第一气道与外部压缩气源连通。

2.如权利要求1所述的液体膨胀机，其特征在于：所述中间件与甩油环径向之间设有第二气室，该气室通过设置在中间件中的第二气道从轴承箱穿出与外部压缩气源连通。

3.如权利要求1所述的液体膨胀机，其特征在于：所述转子主轴两侧轴颈分别通过支撑-止推轴承转动固定在轴承箱内。

4.如权利要求1所述的液体膨胀机，其特征在于：所述叶轮为封闭式、半封闭式或开式径流向心叶轮。