CN108759146A - 一种氢透平膨胀装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氢透平膨胀装置，包括机架，在机架上设置有能在机架中自由径向转动的主轴，在主轴的一端设置有涡轮，涡轮的轮轴与主轴同轴固定连接，在主轴上设置有用以密封主轴与涡轮之间间隙的迷宫式密封套。本发明的优点是：不仅对循环氢气冷却效果好，能为氢液化提供足够深度的冷量需求，而且能有效避免闪蒸现象的发生，又能降低熵产，同时能在民用领域实现在液氢温区的稳定制冷，实现涉及20K液氢温度下的透平膨胀，大大提高了氢液化效率。
Description
技术领域
本发明涉及氢液化技术领域，具体涉及一种氢透平膨胀装置。
背景技术
随着经济的发展，人类对能源的需求量日益增加，而作为主要能源的石油、煤的量日益枯竭，人类面临的挑战是开发高效、洁净的二次能源。从经济性、技术性、机动性、环境友好特征等因素综合考虑，氢能是未来最有可能替代石油的动力燃料，开发氢能还将带动各种可再生能源的发展，引发新的能源革命，并由此使人类进入“氢经济时代”。液氢是一种无色、透明的低温液体，正常沸点是20.38K，密度约为水的1/14。1m3 的液氢全部气化可生成788Nm3 的气体氢。液氢是一种优良的火箭推动剂，同时也是一种优良的制剂，是低温电缆、某些超导元件、红外探测器、低温物理实验所必需的制冷剂；此外，在提炼纯半导体材料、医药加工和食品加工等工业部门中，可应用液氢作超纯氢的气源；在高能物理探测基本粒子研究中，用液氢充填的气泡室是一种先进的科学实验装置。世界各国对液氢的需求量都是随宇航事业的发展而增加的，但普遍存在生产成本高，价格也相应很高。目前，由于我国的工业尚欠发达，为数不多的液氢生产装置相对较小，且普遍存在工艺流程落后、生产设备陈旧，液氢价格异常昂贵的问题。由于广大的市场需求，液氢的生产规模必将随之扩大，随着工艺水平不断提高，液氢生产成本也不断降低，从而使我国的液氢生产及应用也正开始蓬勃发展。
在制备液氢的氢液化系统中，目前多采用节流阀对循环氢气进行膨胀冷却的方式为液氢提供充足冷量。这种采用节流阀制冷方式存在以下缺点：对循环氢气冷却效果差，无法为氢液化提供足够深度的冷量需求，易发生闪蒸现象及熵产高，在民用领域无法实现在液氢温区的稳定制冷，不涉及20K液氢温度下的透平膨胀，影响了氢液化效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种对循环氢气冷却效果好，能为氢液化提供足够深度的冷量需求的氢透平膨胀装置。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：所述的一种氢透平膨胀装置，包括机架，在机架上设置有能在机架中自由径向转动的主轴，在主轴的一端设置有涡轮，涡轮的轮轴与主轴同轴固定连接，在主轴上设置有用以密封主轴与涡轮之间间隙的迷宫式密封套。
进一步地，前述的一种氢透平膨胀装置，其中：在主轴上套设有若干径向轴承，主轴通过径向轴承可自由径向转动的安装于机架上。
进一步地，前述的一种氢透平膨胀装置，其中：在主轴上套设有若干能防止主轴在机架中轴向窜动的止推轴承。
进一步地，前述的一种氢透平膨胀装置，其中：还包括用以向各轴承循环提供润滑油的循环油路组件。
进一步地，前述的一种氢透平膨胀装置，其中：循环油路组件的结构包括：油箱，油箱的进油口通过进油管路同时与所有轴承的出油口相连通，油箱的出油口通过出油管路同时与所有轴承的进油口相连通，在出油管路上设置有油泵及润滑油冷却器。
进一步地，前述的一种氢透平膨胀装置，其中：润滑油冷却器采用循环水冷却方式对润滑油进行冷却。
进一步地，前述的一种氢透平膨胀装置，其中：涡轮为径向轴流向心式高速涡轮。
通过上述技术方案的实施，本发明的有益效果是：不仅对循环氢气冷却效果好，能为氢液化提供足够深度的冷量需求，而且能有效避免闪蒸现象的发生，又能降低熵产，同时能在民用领域实现在液氢温区的稳定制冷，实现涉及20K液氢温度下的透平膨胀，大大提高了氢液化效率。
附图说明
图1是本发明所述的一种氢透平膨胀装置的结构原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1所示，所述的一种氢透平膨胀装置，包括机架1，在机架1上设置有能在机架1中自由径向转动的主轴2，在主轴2的一端设置有涡轮3，涡轮3的轮轴与主轴2同轴固定连接，在主轴2上设置有用以密封主轴2与涡轮3之间间隙的迷宫式密封套12，在实际使用时，通过高压氢气压缩机11向迷宫式密封套12内持续循环通入密封加热气体，这样不仅密封效果好，而且也避免迷宫式密封套12受到涡轮3轮背侧冷量的影响，从而延长了迷宫式密封套的使用寿命，提高了迷宫式密封套的使用稳定性；在本实施例中，在主轴2上套设有若干径向轴承4，主轴2通过径向轴承4可自由径向转动的安装于机架1上；在主轴2上套设有若干能防止主轴2在机架1中轴向窜动的止推轴承5，这样可以提高设备的使用稳定性；在本实施例中，还包括用以向各轴承循环提供润滑油的循环油路组件，所述循环油路组件的结构包括：油箱6，油箱6的进油口通过进油管路7同时与所有径向轴承4的出油口及所有止推轴承5的出油口相连通，油箱6的出油口通过出油管路8同时与所有径向轴承4的进油口及所有止推轴承4的进油口相连通，在出油管路8上设置有油泵9及润滑油冷却器10，其中润滑油冷却器10采用循环水冷却方式对润滑油进行冷却，上述循环油路组件结构简单，维修方便；在本实施例中，涡轮为径向轴流向心式高速涡轮；
在实际使用时，只需将循环氢气从涡轮的氢气入口通入涡轮，通过循环氢气对涡轮内的叶轮做功而实现对循环氢气的透平膨胀。
本发明的优点是：不仅对循环氢气冷却效果好，能为氢液化提供足够深度的冷量需求，而且能有效避免闪蒸现象的发生，又能降低熵产，同时能在民用领域实现在液氢温区的稳定制冷，实现涉及20K液氢温度下的透平膨胀，大大提高了氢液化效率。
Claims (7)
1.一种氢透平膨胀装置，其特征在于：包括机架，在机架上设置有能在机架中自由径向转动的主轴，在主轴的一端设置有涡轮，涡轮的轮轴与主轴同轴固定连接，在主轴上设置有用以密封主轴与涡轮之间间隙的迷宫式密封套。
2.根据权利要求1所述的一种氢透平膨胀装置，其特征在于：在主轴上套设有若干径向轴承，主轴通过径向轴承可自由径向转动的安装于机架上。
3.根据权利要求1或2所述的一种氢透平膨胀装置，其特征在于：在主轴上套设有若干能防止主轴在机架中轴向窜动的止推轴承。
4.根据权利要求3所述的一种氢透平膨胀装置，其特征在于：还包括用以向各轴承循环提供润滑油的循环油路组件。
5.根据权利要求4所述的一种氢透平膨胀装置，其特征在于：循环油路组件的结构包括：油箱，油箱的进油口通过进油管路同时与所有轴承的出油口相连通，油箱的出油口通过出油管路同时与所有轴承的进油口相连通，在出油管路上设置有油泵及润滑油冷却器。
6.根据权利要求5所述的一种氢透平膨胀装置，其特征在于：润滑油冷却器采用循环水冷却方式对润滑油进行冷却。
7.根据权利要求1所述的一种氢透平膨胀装置，其特征在于：涡轮为径向轴流向心式高速涡轮。
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