CN108138695A - 支承以朗肯循环运转的闭合电路元件转轴的轴承的润滑设备及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于润滑至少一个轴承的设备，该轴承支承以朗肯循环运转的闭合环路(10)的元件的转轴，该闭合环路包括：泵(12)，用于压缩/循环液体形式的流体；热交换器(18)，被热源(24)拂过以使上述流体蒸发；装置(30)，使流体膨胀成蒸汽形式；冷却交换器(42)，被冷源(F)拂过以使工作流体冷凝；工作流体箱(48)；管(50、52、54、56、58、60)，用于循环工作流体；以及润滑回路(62)，用于润滑上述轴承。根据本发明，该润滑回路包括连接到闭合环路(10)的润滑管(64)，并且包括使通过润滑管循环的流体再冷却的装置(66)。

Description

支承以朗肯循环运转的闭合电路元件转轴的轴承的润滑设备 及其使用方法

技术领域

本发明涉及用于润滑轴承的设备和其使用方法，该轴承支承以朗肯循环运行的闭合环路的元件的转轴。

更具体但非排他性地，本发明涉及一种用于润滑滚珠轴承的设备，其支撑该环路所包括的涡轮的轴。

众所周知，朗肯循环是热力学循环，在该热力学循环中，来自外部热源的热量传递到包含工作流体的闭合环路。

该循环通常被分解成：所使用的低凝固点工作流体以等熵方式压缩的阶段；以及随后该压缩流体在与热源接触时被加热并蒸发的阶段。之后，在另一阶段，该蒸气在膨胀机中以等熵方式膨胀，然后，在最后阶段，该膨胀蒸气在与冷源接触时冷却并冷凝。

为了执行这些不同的阶段，上述环路包括：泵，用于对液体形式的工作流体进行压缩，并且使之在环路中循环；热交换器(或蒸发器)，由热流体拂过以使至少部分上述压缩流体的蒸发；膨胀机，用于使蒸汽膨胀，诸如将该蒸汽的能量转化成诸如机械能或电能的另一能量的涡轮；以及另一热交换器(或冷凝器)，藉此，蒸汽中所含的热量释放到冷源，该冷源通常是拂过该冷凝器的冷却流体或外部空气，从而将该蒸汽转化成液体。

背景技术

众所周知的，尤其是如文献FR-2,884,555所述，使用由内燃机的废气，特别是用于机动车辆的废气所输送的热能来作为供流过该蒸发器的流体加热和蒸发的热源。

这允许通过回收废气中损失的大部分能量来改善该发动机的能量效率，从而将该损失的能量转化成可以通过朗肯循环环路来用于机动车辆的能量。

众所周知，膨胀机的轴承需要润滑以确保膨胀机的轴在这些轴承中自由转动。

通常，为了提供这种润滑，一般的做法包括使用润滑油。

然而，这种润滑油的使用会导致不明显的缺点。

实际上，在各种回路之间(此处为在工作流体回路与润滑回路之间)的膨胀机内的密封从来都不是完美的。因此，常常会发生润滑油对工作流体的渐进式污染。

该污染会导致工作回路性能的下降、工作流体热力学质量的损失以及热交换器的结垢。

一种已知的解决方案包括使用工作流体代替润滑油以提供润滑功能。

因而，两个回路之间的密封缺陷不会导致工作流体污染，而会导致“具有热力学目的”的工作流体与“具有润滑目的”的相同工作流体之间的混合。

使用该解决方案时，缺点在于工作流体通常具有较差的润滑质量。

特别地，工作流体趋向于容易蒸发，并且在该物理状态下，该工作流体无法提供润滑功能。

本发明旨在通过提供一种润滑设备来克服上述缺点，上述润滑设备允许控制工作流体的状态，以确保上述工作流体在履行其轴承润滑功能之前不会蒸发。

发明内容

因而，本发明涉及一种用于润滑至少一个轴承的设备，该轴承支承以朗肯循环运转的闭合环路的元件的转轴，上述环路包括：压缩/循环泵，上述压缩/循环泵用于液体形式的工作流体；热交换器，上述热交换器被热源拂过以使上述流体蒸发；膨胀装置，上述膨胀装置用于蒸汽形式的流体；冷却交换器，上述冷却交换器被冷源拂过以使工作流体冷凝；工作流体箱；工作流体循环管；以及润滑回路，上述润滑回路用于润滑上述轴承；其特征在于，上述润滑回路包括连接到上述闭合环路的润滑管，并且包括用于使通过上述润滑管进行循环的流体再冷却的装置。

上述润滑管可以从布置在上述箱与上述热交换器之间的管中的一个伸出。

上述润滑管可以设置有压力和/或流量调节器和/或限制器。

上述润滑管可以从上述压缩/循环泵上游的管伸出。

上述润滑管可以包括循环泵。

上述润滑管可以包括温度传感器。

上述润滑管可以包括压力传感器。

过冷装置可以包括珀尔帖效应设备。

上述轴承可以包括周向工作流体扩散器。

上述扩散器可以包括间隔件，上述间隔件设置有周向均匀分布的注入点。

上述工作流体可以是有机流体或有机流体混合物。

上述膨胀装置可以包括涡轮(30)，且支承上述转轴的上述轴承是涡轮轴承。

本发明还涉及一种用于润滑至少一个轴承的方法，该轴承支承以朗肯循环运转的闭合环路的元件的转轴，上述环路包括：压缩/循环泵，上述压缩/循环泵用于液体形式的工作流体；热交换器，上述热交换器被热源拂过以使上述流体蒸发；膨胀装置，上述膨胀装置用于蒸汽形式的流体；冷却交换器，上述冷却交换器被冷源拂过以使工作流体冷凝；工作流体箱；工作流体循环管；以及润滑回路，上述润滑回路用于润滑上述轴承；其特征在于，将上述闭合环路的部分工作流体转移到上述轴承，并在该流体进入上述轴承之前使该流体再冷却。

上述方法可以包括如下步骤：调节和/或限制流体压力和/或流量，以控制进入上述轴承的流体的量。

上述方法可以包括如下步骤：启动设置在轴承润滑管上的循环泵，并在启动压缩/循环泵之前起动再冷却装置，以确保上述轴承的润滑。

上述方法可以包括如下步骤：将流体分布在上述轴承的整个周向上。

附图简述

参照附图，通过阅读以非限制性示例给出的下文的描述，本发明的其它特征和优点将变得清楚，其中：

-图1示出了具有本发明的润滑设备的、以现有朗肯循环运转的闭合环路，

图2示出图1闭合环路的涡轮轴承之一的细节。

具体实施方式

图1中，朗肯循环闭合环路10较佳地是ORC(有机朗肯循环)式的，上述ORC类型使用有机流体或诸如丁烷、乙醇、氢氟烃、二氧化碳之类的有机流体的混合物。

可以理解，上述闭合环路可以使用诸如氨水或水之类的无机流体进行运转。

该环路包括用于工作流体的循环和压缩泵12，在下文中称为泵，该泵具有：入口14，入口14用于液体形式的工作流体；以及出口16，出口16用于亦是液体形式但在高压下压缩的工作流体。该泵有利地被诸如电动机(未示出)之类的任意装置驱动旋转。

该环路还包括热交换器18，上述热交换器18被称为蒸发器，压缩工作流体在用于该液体流体的入口20与出口22之间穿过，其中，工作流体以压缩蒸汽的形式从出口22离开蒸发器。液体形式或气体形式的热源24穿过该蒸发器。该热源可以来自在内燃机28的排气管线26中循环的废气、内燃机的冷却剂、工业炉的冷却剂或者在热电厂或加热器中加热的热载体流体。

该环路还包括膨胀机30，上述膨胀机30通过入口32接收被压缩到高压水平的蒸汽形式的工作流体，该流体通过出口34以膨胀到低压水平的蒸汽形式离开该膨胀机。

有利地，该膨胀机为膨胀涡轮的形式，上述膨胀涡轮的转子轴布置在两个轴承36a、36b上，并且通过驱动连接轴37转动而被蒸汽形式的工作流体驱动旋转。优选地，该轴允许将回收的能量传输到诸如发电机38之类的任一转化设备。

该环路还包括冷却交换器40或冷凝器，上述冷却交换器40或冷凝器具有：入口42，用于膨胀的低压蒸汽；以及出口44，用于工作流体在流过该冷凝器之后转化为液体形式。冷凝器被冷源拂过，上述冷源通常是一般在环境温度下的冷空气流(箭头F)，以冷却膨胀的蒸气，从而使上述蒸汽冷凝并转化成液体。当然，可以使用诸如水之类的其它任一的冷却冷源，以确保蒸汽冷凝。

该环路还包括封闭箱46，允许将工作流体维持在液体状态，且优选地包括诸如筒式过滤器之类的过滤器48，用于在将离开箱的工作流体供应进泵之前，对该工作流体进行过滤。

环路的各种元件通过流体循环管50、52、54、56、58、60彼此连接，从而允许依次将泵连接到蒸发器(蒸发器管50)、将蒸发器连接到涡轮(涡轮管52)、将涡轮连接到冷凝器(冷凝器管54)、将冷凝器连接到箱(箱管56)、将箱连接到过滤器(过滤器管58)以及将过滤器连接到泵(泵管60)，以使工作流体沿箭头A所示的方向循环。

如在图1中可以更好地看到的那样，闭合环路包括润滑回路62，上述润滑回路62使用在该润滑回路62中循环的流体对至少一个轴承进行润滑，上述轴承支承闭合环路元件的转轴，更具体地，上述轴承是涡轮30的轴承36a、36b。

当然，在不脱离本发明范围的情况下，该润滑回路可以用来润滑闭合环路的诸如泵12之类的其他任一旋转元件的轴承。

该润滑回路包括润滑管64，上述润滑管64从布置在箱46与蒸发器18之间的管中的一个伸出，并通向涡轮30的轴承36a、36b。

如通过图1中的示例所示，该润滑管从过滤器与泵12之间的泵管60伸出。

该管在箭头A'所示的循环方向上载有循环泵68或润滑泵，以使该流体在管和装置66中循环，用于使在润滑管中循环的流体再冷却。

有利地，冷却装置包括电动帕尔帖效应设备。

管在泵68与轴承之间还载有温度传感器T和压力传感器P，以用于在该管中循环的流体。

为了确保轴承36a、36b的润滑，在以液相离开箱46之后被过滤器48过滤的热载体流体部分地转移到润滑管，在上述润滑管中，上述热载体流体在润滑泵68的作用下循环。该泵还允许对用于润滑轴承的流体流动进行调节。

在该循环期间，流体在供应到轴承36a、36b之前被珀尔帖效应设备再冷却。

除了再冷却设备允许在必要时借助传感器对用于润滑的流体的温度进行调节这一事实之外，上述过冷装置的基本作用是延迟流体以液态注入轴承后转变为气态。

有利地，用于润滑轴承和珀尔帖效应设备的循环泵68在启动闭合环路的主泵12之前启动，以确保涡轮在旋转之前润滑。

因而更好地确保了轴承的润滑功能。

当然，在不脱离本发明范围的情况下，可以设想在润滑管中分配循环泵并使用泵12来使该管中的流体循环。

因此，考虑到流体的循环方向A，该管起始于泵12的下游，并通向涡轮30的轴承36a、36b。

有利地，管携带有压力和/或流量调节器和/或限制器，以控制到达轴承的流体的量。

作为示例，如图2所示，涡轮的轴70由滚珠轴承72携带，上述滚珠轴承72容纳在该轴与轴承36a的封闭壳体74之间。该壳体还包括进口76，上述进口76用于流过管64的再冷却流体。

如在图中可以更好地看到的那样，周向流体扩散器77布置在进口与滚珠轴承之间。

此处，该扩散器是间隔件78，上述间隔件78设置有周向均匀分布的多个注入点80。

因而，流体更好地分布在轴承的整个周向上，并且润滑更均匀且更有效。

Claims (17)

1.一种用于润滑至少一个轴承的润滑设备，所述轴承支承以朗肯循环运转的闭合环路(10)的元件的转轴，所述闭合环路包括：压缩/循环泵(12)，所述压缩/循环泵(12)用于液体形式的工作流体；热交换器(18)，所述热交换器(18)被热源(24)拂过以使所述流体蒸发；膨胀装置(30)，所述膨胀装置(30)用于蒸汽形式的流体；冷却交换器(40)，所述冷却交换器(40)被冷源(F)以拂过使工作流体冷凝；工作流体箱(46)；工作流体循环管(50、52、54、56、58、60)；以及润滑回路(62)，所述润滑回路(62)用于润滑所述轴承；其特征在于，所述润滑回路包括连接到闭合环路(10)的润滑管(64)，并且包括用于使通过所述润滑管进行循环的流体再冷却的装置(66)。

2.如权利要求1所述的润滑设备，其特征在于，所述润滑管(64)从布置在箱(64)与热交换器(18)之间的管(50、58、60)中的一个伸出。

3.如权利要求1或2所述的润滑设备，其特征在于，润滑管(64)设置有压力和/或流量调节器和/或限制器。

4.如权利要求1或2所述的润滑设备，其特征在于，润滑管(64)从压缩/循环泵(12)上游的管(60、58)伸出。

5.如前述权利要求中任一项所述的润滑设备，其特征在于，润滑管(64)包括循环泵(68)。

6.如前述权利要求中任一项所述的润滑设备，其特征在于，润滑管(64)包括温度传感器。

7.如前述权利要求中任一项所述的润滑设备，其特征在于，润滑管(64)包括压力传感器。

8.如前述权利要求中任一项所述的润滑设备，其特征在于，过冷装置(66)包括珀尔帖效应设备。

9.如前述权利要求中任一项所述的润滑设备，其特征在于，所述轴承包括周向工作流体扩散器(77)。

10.如权利要求8所述的润滑设备，其特征在于，所述扩散器包括间隔件(78)，所述间隔件(78)设置有周向均匀分布的注入点(80)。

11.如前述权利要求中任一项所述的润滑设备，其特征在于，所述工作流体是有机流体或有机流体混合物。

12.如前述权利要求中任一项所述的润滑设备，其特征在于，所述膨胀装置包括涡轮(30)，且支承所述转轴的所述轴承是涡轮轴承。

13.一种用于润滑至少一个轴承的润滑方法，所述轴承支承以朗肯循环运转的闭合环路的元件的转轴，所述环路包括：压缩/循环泵(12)，所述压缩/循环泵(12)用于液体形式的工作流体；热交换器(18)，所述热交换器(18)被热源(24)拂过以使所述流体蒸发；膨胀装置(30)，所述膨胀装置(30)用于蒸汽形式的流体；冷却交换器(40)，所述冷却交换器(40)被冷源(F)拂过以使工作流体冷凝；工作流体箱(46)；工作流体循环管(50、52、54、56、58、60)；以及润滑回路(62)，所述润滑回路(62)用于润滑所述轴承；其特征在于，将所述闭合环路的部分工作流体在润滑管(64)中转移到所述轴承，并在所述流体部分进入所述轴承之前使该流体部分再冷却。

14.如权利要求13所述的润滑方法，其特征在于，调节和/或限制压力和/或流量，以控制进入所述轴承的流体的量。

15.如权利要求13或14所述的润滑方法，其特征在于，启动设置在轴承润滑管上的循环泵(68)，并在启动所述压缩/循环泵之前起动再冷却装置(66)，以确保所述轴承的润滑。

16.如权利要求13至15中任一项所述的润滑方法，其特征在于，所述流体分布在所述轴承的整个周向上。

17.一种闭合环路(10)，以朗肯循环运转，其特征在于，包括权利要求1至12中任一项所述的润滑设备，或者使用权利要求13至16中任一项所述的方法。