CN104895623B - 一种低温液体膨胀机喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低温液体膨胀机可调喷嘴，包括喷嘴环主体、曲柄连杆调节机构；喷嘴环主体包括安装在机壳上的喷嘴底座，喷嘴叶片通过平行销转动地固定在喷嘴底座上，喷嘴叶片通过在其滑槽内的平行销与喷嘴转盘连接，喷嘴压板覆盖在喷嘴叶片上；喷嘴盖板固定安装在喷嘴底座上，喷嘴压板和喷嘴盖板之间设有压缩弹簧；曲柄连杆调节机构包括轴向安装在喷嘴底座上齿轮传动轴，齿轮传动轴的一端安装有调节杆，另一端设有与连杆连接的曲柄，连杆的另一端通过第四平行销与喷嘴转盘相连接。本发明能够方便地实现对液体膨胀机流量的调节；在喷嘴底座上布置了密封气通道，其中的气体介质将提升调节结构的温度，防止执行机构的冻结，使其有效运行。

Description

一种低温液体膨胀机喷嘴

技术领域

本发明涉及一种低温介质节流降压用低温液体膨胀机装置，特别涉及一种低温液体膨胀机可调喷嘴。

背景技术

节能是我国经济社会发展的一项长远战略方针。随着国家经济的快速发展，对低温液化装置(如空分、氮气液化、液化天然气、碳氢化合物加工等液化循环系统)有更大需求，降低这些大型装置的能耗具有重要经济价值和社会意义。在此类液化循环装置中，往往需要对低温高压液体节流降压以满足后续工艺流程的要求。通常采用传统的焦耳—汤姆逊液体节流阀来完成，但会造成介质压力头不可逆损失，并诱发汽化，导致气体提取率降低和汽蚀损坏。低温液体膨胀机是焦-汤节流阀升级替代。它在实现降压的同时回收压力头发电，且有效地抑制汽化，产生显著经济效益。

低温循环系统往往需要变工况运行，采用带可调喷嘴的液体膨胀机可以适应变工况运行的要求。国内外对带可调喷嘴的气体透平展开了大量的研究，喷嘴的调节形式也较为多样化，但涉及低温液体膨胀机的专利很少。以下对国内几件相关的专利进行了讨论。专利CN200910023562.7“一种液体膨胀机”和CN201110455237.5“一种低温液力透平”分别公开了一种低温高压液体节流降压用装置，其发明重点为整体装置，而非低温液体膨胀机可调喷嘴技术；专利CN103982243A“一种透平膨胀机喷嘴结构”公开了一种空分透平膨胀机喷嘴结构，用以解决透平膨胀机喷嘴结构效率和拆装问题。但以上喷嘴调节机构存在如下缺点：1)喷嘴环开度的调节由通过蜗壳的调节杆来完成，必需在蜗壳壳体上打孔来实现调节杆的安装，将导致高压低温介质的泄露和系统冷量损失；2)喷嘴调节机构会导致膨胀机转子与喷嘴以及其他部件在轴向上定位困难，不利于机组的装配；3)由于喷嘴调节机构的传动件一端为大气环境温度下，而另一端为低温介质环境，喷嘴调节杆穿过蜗壳壳体可能会被冻结，使得喷嘴调节机构不能正常使用。美国专利US8653687B2“Liquefied gasexpander nozzle ring having adjustable guide vanes”公开了一种多级低温高压液化气体膨胀机，其结构形式为立式，喷嘴开度的调节通过齿轮螺杆与喷嘴环转盘上的螺纹齿轮啮合，将齿轮螺杆的转动转化为转盘的转动。但在此种结构，由于介质泄漏等原因可能同样会导致调节结构冻结，使得喷嘴调节执行机构不能正常运行。

发明内容

本发明的目的是提供一种低温液体膨胀机可调喷嘴，以克服现有技术的不足，本发明能够方便地实现对液体膨胀机流量的调节；轴向安装的喷嘴调节机构形式保证膨胀机的保冷和密封特性，减小介质泄露和低温系统的冷量损失；此结构有利于液体膨胀机转子和喷嘴的轴向定位，方便机组的装配；在喷嘴底座上布置了密封气通道，其中的气体介质将提升调节结构的温度，防止执行机构的冻结，使其有效运行。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种低温液体膨胀机可调喷嘴，包括喷嘴环主体、曲柄连杆调节机构；

所述喷嘴环主体包括轴向安装在机壳上的喷嘴底座，喷嘴底座轴向依次安装有喷嘴转盘、喷嘴叶片、喷嘴压板、喷嘴盖板；喷嘴叶片通过第一平行销安装在喷嘴底座上，喷嘴叶片上设有滑槽；喷嘴转盘上固定有第二平行销，喷嘴转盘的第二平行销置于喷嘴叶片的滑槽内；喷嘴盖板通过第一螺钉固定安装在喷嘴底座上，喷嘴压板置于喷嘴盖板和喷嘴叶片之间，喷嘴压板和喷嘴盖板之间设有压缩弹簧；喷嘴底座内设有密封气通道；

所述曲柄连杆调节机构用于调节喷嘴环开度，包括安装在喷嘴底座上齿轮传动轴，齿轮传动轴的一端安装有调节杆，齿轮传动轴与调节杆通过齿轮啮合传动，齿轮传动轴的另一端设有曲柄，曲柄通过第三平行销连接有连杆，连杆的另一端通过第四平行销与喷嘴转盘相连接；齿轮传动轴与喷嘴底座之间安装有衬套、自润滑轴承和第二密封圈，用于齿轮传动轴的定位、支撑和轴向上的密封。

进一步的，喷嘴底座上安装有转动限制块，转动限制块与喷嘴转盘上设有的限制槽配合，防止喷嘴叶片与叶轮叶片相碰撞。

进一步的，喷嘴底座还连接有蜗壳，喷嘴底座与蜗壳之间设有支撑环，支撑环两侧设有第一密封圈，用于喷嘴底座与蜗壳的端面密封。

进一步的，所述齿轮传动轴通过支撑件安装在喷嘴底座上，支撑件通过第二螺钉固定在喷嘴底座上，调节杆与支撑件之间安装有垫片；齿轮传动轴连接曲柄一端外侧设有挡环，挡环通过第三螺钉固定在喷嘴底座上，用于限定齿轮传动轴的轴向位移。

进一步的，机壳与喷嘴底座之间设有第三密封圈，用于喷嘴底座与机壳端面的密封。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

采用轴向固定的齿轮传动轴连接外部调节杆和内部的曲柄连杆结构实现喷嘴调节，避免了在蜗壳壳体上打孔，保证了液体膨胀机良好的保冷和密封特性，减小泄露和冷量损失；轴向安装的喷嘴调节机构形式保证膨胀机的保冷和密封特性，减小介质泄露和低温系统的冷量损失，同时有利于液体膨胀机转子和喷嘴的轴向定位，方便机组的装配；喷嘴整体结构合理，可方便调节轴向间隙和配合，实现喷嘴与转子的轴向精确定位；喷嘴底座中布置了径向密封气通道，其中的气体介质将提升调节结构的温度，防止执行机构冻结，使其正常运行。

附图说明

图1为本发明喷嘴装配结构图。

图2为图1中A向视图。

其中，1、喷嘴底座；2、支撑环；3、衬套；4、曲柄；5、第三平行销；6、连杆；7、喷嘴转盘；8、第四平行销；9、喷嘴盖板；10、压缩弹簧；11、喷嘴压板；12、第一平行销；13、叶轮；14、喷嘴叶片；15、第二平行销；16、第一螺钉；17、第三螺钉；18、挡环；19、第一密封圈；20、蜗壳；21、第二密封圈；22、第二螺钉；23、调节杆；24、齿轮传动轴；25、垫片；26、支撑件；27、自润滑轴承；28、第三密封圈；29、密封气气路通道；30、转动限制块；31、机壳。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

如图1所示，一种低温液体膨胀机可调喷嘴，包括能够旋转的喷嘴环主体、用于调节喷嘴环开度的曲柄连杆调节机构；所述喷嘴环主体包括轴向安装在机壳31上的喷嘴底座1，喷嘴底座1轴向依次安装有喷嘴转盘7、喷嘴叶片14、喷嘴压板11、喷嘴盖板9；喷嘴叶片14通过第一平行销12安装在喷嘴底座1上，喷嘴叶片14上设有滑槽；喷嘴转盘7上固定有第二平行销15，喷嘴转盘7的第二平行销15置于喷嘴叶片14的滑槽内；喷嘴盖板9通过第一螺钉16固定安装在喷嘴底座1上，喷嘴压板11置于喷嘴盖板9和喷嘴叶片14之间，喷嘴压板11和喷嘴盖板9之间设有压缩弹簧10；喷嘴底座1内设有密封气通道29，用于防止执行机构的冻结，采用轴向安装的喷嘴环主体结构，形成了端面冷屏障和密封带；

喷嘴中的喷嘴盖板9轴向压紧地将整个喷嘴转动件通过第一螺钉16固定在喷嘴底座1上；喷嘴叶片14通过平行销12灵活转动地固定在喷嘴底座1、喷嘴转盘7与喷嘴压板11之间，通过喷嘴压板11和喷嘴盖板9之间的压缩弹簧10将其压紧并保持一定的预紧性；第二平行销15固定在喷嘴转盘7上，喷嘴转盘7转动后，带动第二平行销15在喷嘴叶片14内的滑槽滑动，喷嘴叶片14也就随之围绕第一平行销12转动从而起到调节喷嘴环开度的作用；

所述曲柄连杆调节机构用于调节喷嘴环开度，包括安装在喷嘴底座1上齿轮传动轴24，齿轮传动轴24的一端安装有调节杆23，齿轮传动轴24与调节杆23通过齿轮啮合传动，齿轮传动轴24的另一端设有曲柄4，曲柄4通过第三平行销5连接有连杆6，连杆6的另一端通过第四平行销8与喷嘴转盘7相连接；齿轮传动轴与喷嘴底座之间安装有衬套、自润滑轴承和第二密封圈，实现齿轮传动轴的定位、支撑和轴向上的密封。

喷嘴底座1上安装有转动限制块30，转动限制块30与喷嘴转盘7上设有的限制槽配合，防止喷嘴叶片14与叶轮13叶片相碰撞。

喷嘴底座1与蜗壳20相连接，喷嘴底座1与蜗壳20之间设有支撑环2，支撑环2两侧设有第一密封圈19，用于喷嘴底座1与蜗壳20的端面密封；所述齿轮传动轴24通过支撑件26安装在喷嘴底座1上，支撑件26通过第二螺钉22固定在喷嘴底座1上，调节杆23与支撑件26之间安装有垫片25；齿轮传动轴24与喷嘴底座1之间安装有衬套3、自润滑轴承27和第二密封圈21，用于齿轮传动轴24的定位、支撑和轴向上的密封；齿轮传动轴24连接曲柄4一端外侧设有挡环18，挡环18通过第三螺钉17固定在喷嘴底座1上，用于限定齿轮传动轴24的轴向位移；机壳31与喷嘴底座1之间设有第三密封圈28，用于喷嘴底座1与机壳31端面的密封。

调节杆23与齿轮传动轴24的一端通过齿轮啮合传动，其间的垫片25起到防磨损的作用，齿轮传动轴24通过支撑件26轴向转动的固定于喷嘴底座1上，支撑件26通过第二螺钉22固定在喷嘴底座1上。齿轮传动轴24的另一端曲柄4通过第三平行销5与连杆6相连，连杆6的另一端通过第四平行销8与喷嘴转盘7相连接。衬套3和自润滑轴承27对齿轮传动轴24起到支撑和定位的作用，而通过第三螺钉17固定在喷嘴底座1上的挡环18对齿轮传动轴24在轴向上起限定位移的作用。第二密封圈21的应用保证了齿轮传动轴24在轴向上的密封性，同时支撑环2以及它两侧的第一密封圈19的设置可以形成双重密封，结合喷嘴底座1与蜗壳20的端面密封，能够保证工质的零泄漏；同时，结合轴封以及通过密封气气路通道29的密封气相结合的形式，能够实现膨胀机轴向零泄漏，降低冷量损失提高效率。第三密封圈28保证了喷嘴底座1与机壳装配后径向端面的密封性。转动限制块30以及喷嘴转盘7上相应限制槽的存在能够保证喷嘴环在一定角度内转动，不会因意外情况的发生而导致喷嘴叶片14与叶轮13叶片相碰撞。

本发明通过曲柄连杆机构，在外部气动执行机构的作用下，调节杆23的摆动转化为喷嘴转盘7的转动，从而达到调节喷嘴环开度的目的；如图1所示，喷嘴通过螺柱、螺钉等与蜗壳和机壳相连接固定，喷嘴为开放式的结构方便喷嘴流道及喷嘴叶片与转子等部件的轴向对中和定位，提升了轴向安装的可操作性。

Claims (4)

1.一种低温液体膨胀机可调喷嘴，其特征在于，包括喷嘴环主体、曲柄连杆调节机构；

所述喷嘴环主体包括轴向安装在机壳(31)上的喷嘴底座(1)，喷嘴底座(1)轴向依次安装有喷嘴转盘(7)、喷嘴叶片(14)、喷嘴压板(11)、喷嘴盖板(9)；喷嘴叶片(14)通过第一平行销(12)安装在喷嘴底座(1)上，喷嘴叶片(14)上设有滑槽；喷嘴转盘(7)上固定有第二平行销(15)，喷嘴转盘(7)的第二平行销(15)置于喷嘴叶片(14)的滑槽内；喷嘴盖板(9)通过第一螺钉(16)固定安装在喷嘴底座(1)上，喷嘴压板(11)置于喷嘴盖板(9)和喷嘴叶片(14)之间，喷嘴压板(11)和喷嘴盖板(9)之间设有压缩弹簧(10)；喷嘴底座(1)内设有密封气通道(29)；喷嘴底座(1)上还安装有转动限制块(30)，转动限制块(30)与喷嘴转盘(7)上设有的限制槽配合，防止喷嘴叶片(14)与叶轮(13)叶片相碰撞；

所述曲柄连杆调节机构用于调节喷嘴环开度，包括安装在喷嘴底座(1)上齿轮传动轴(24)，齿轮传动轴(24)的一端安装有调节杆(23)，齿轮传动轴(24)与调节杆(23)通过齿轮啮合传动，齿轮传动轴(24)的另一端设有曲柄(4)，曲柄(4)通过第三平行销(5)连接有连杆(6)，连杆(6)的另一端通过第四平行销(8)与喷嘴转盘(7)相连接；齿轮传动轴(24)与喷嘴底座(1)之间安装有衬套(3)、自润滑轴承(27)和第二密封圈(21)，用于齿轮传动轴(24)的定位、支撑和轴向上的密封。

2.根据权利要求1所述的一种低温液体膨胀机可调喷嘴，其特征在于，喷嘴底座(1)还连接有蜗壳(20)，喷嘴底座(1)与蜗壳(20)之间设有支撑环(2)，支撑环(2)两侧设有第一密封圈(19)，用于喷嘴底座(1)与蜗壳(20)的端面密封。

3.根据权利要求1所述的一种低温液体膨胀机可调喷嘴，其特征在于，所述齿轮传动轴(24)通过支撑件(26)安装在喷嘴底座(1)上，支撑件(26)通过第二螺钉(22)固定在喷嘴底座(1)上，调节杆(23)与支撑件(26)之间安装有垫片(25)；齿轮传动轴(24)连接曲柄(4)一端外侧设有挡环(18)，挡环(18)通过第三螺钉(17)固定在喷嘴底座(1)上，用于限定齿轮传动轴(24)的轴向位移。

4.根据权利要求1所述的一种低温液体膨胀机可调喷嘴，其特征在于，机壳(31)与喷嘴底座(1)之间设有第三密封圈(28)，用于喷嘴底座(1)与机壳(31)端面的密封。