CN108915783A - 一种容积式膨胀机的润滑系统 - Google Patents

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高艳青
李岩岩
吴小华
王鹏
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Abstract

本发明公开了一种容积式膨胀机的润滑系统，将工质泵、蒸发器、容积式膨胀机、冷凝器、储液罐、干燥过滤器依次用管路连接构成有机工质回路，容积式膨胀机进口与出口之间设有旁路，并安装有膨胀机旁路阀门；工质泵出口与容积式膨胀机润滑油进口间用管路连接，并安装润滑油流量调节阀门；容积式膨胀机的传动轴与用能设备连接。选用与工质互溶性良好的润滑油作为系统用润滑油，管内流动介质为有机工质与润滑油的混合物。从工质泵出口直接引出工质与润滑油的液态混合物作为润滑剂和冷却剂，注入容积式膨胀机注油口，对轴承等部件进行润滑、冷却和密封，从而省去了位于膨胀机出口的油气分离器，消除了油气分离器压损对膨胀机做功性能的影响。同时省去独立的润滑油回路及其辅助设备，简化了系统结构，降低设备成本。

Description

一种容积式膨胀机的润滑系统
技术领域
本发明涉及一种有机朗肯循环容积式膨胀机，尤其涉及一种容积式膨胀机的润滑系统。
背景技术
全球范围的能源短缺和环境污染问题，促使人们开发清洁能源技术和节能环保技术，100～300℃中低温热源的开发利用备受重视。有机朗肯循环(Organic RankineCycle，ORC)是利用中低温热源的重要技术之一，可有效用于地热能、中低温太阳能集热、工业余热、内燃机排气余热及生物质能等中低温热源的开发。
膨胀机作为热功转换设备，是有机朗肯循环的核心部件。可用于有机朗肯循环的膨胀机可分为速度式和容积式两大类。速度式膨胀机主要有轴流式透平、径流式透平、反动涡轮等。容积式膨胀机可进一步分为往复式和回转式。往复式膨胀机主要是活塞式，回转式膨胀机包括滑片式、回转活塞或摇摆活塞、涡旋式、螺杆式(单螺杆和双螺杆)。从现有的应用技术来看，大型的膨胀机主要是轴流式透平，单级容量可达MW；中小型膨胀机为双螺杆式，单机容量在100kW。10kW级的主要有双螺杆式、单螺杆式、径流式透平。其它类型膨胀机，如涡旋式，基本都在5kW以下，还处于实验室研发阶段。
相比速度式膨胀机，容积式膨胀机具有运行转速低、单级压比高、运行效率较高、可进行两相流膨胀等优点，适用于中小型规模的有机朗肯循环分布式发电系统。一般情况下，容积式膨胀机需要合适的润滑流进行润滑、密封和冷却。现在用于有机朗肯循环容积式膨胀机的供油系统通常有两种：
一种如图1所示，采用与有机工质互溶性良好的润滑油，无独立的润滑油回路，润滑油随有机工质一起在工质回路内循环。该系统结构简单，易于维护，其缺点是只能有效润滑和密封膨胀腔，而容积式膨胀机的轴承及其他啮合位置没有充足的润滑油来润滑和冷却，局限了膨胀机连续运行时间和膨胀机运行寿命。
另一种如图2所示，采用与有机工质相容性差的润滑油，有油气分离器和独立的润滑油供油回路。在润滑油泵的泵送作用下，润滑油从注油孔进入膨胀机，然后随工质乏汽从膨胀机出口离开膨胀机，进入油气分离器，润滑油与有机工质蒸汽分离，储存于油气分离器底部的储油罐内。在润滑油被润滑油泵再次输运出去之前，根据运行参数需要，可在储液罐与润滑油泵之间安装油冷却器，将润滑油冷却以保证润滑性能。该系统可根据膨胀机润滑需要，设置一个或多个注油孔，根据运行工况可灵活调节润滑油流量，全面充分地对膨胀机进行润滑、密封或冷却。该系统的缺点是供油系统较为复杂，油分离器压力损失对膨胀机热功转换性能影响大，机组启停及变工况操作复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种简单、可靠的用于有机朗肯循环的容积式膨胀机的润滑系统。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的容积式膨胀机的润滑系统，将工质泵、蒸发器、容积式膨胀机、冷凝器、储液罐、干燥过滤器依次用管路连接构成有机工质回路，所述容积式膨胀机进口与出口之间设有旁路，并安装有膨胀机旁路阀门；
所述工质泵出口与容积式膨胀机润滑油进口间用管路连接，并安装润滑油流量调节阀门；
所述容积式膨胀机的传动轴与用能设备连接。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的容积式膨胀机的润滑系统，从工质泵出口直接引出工质与润滑油的液态混合物作为润滑剂和冷却剂，注入容积式膨胀机注油口，对轴承等部件进行润滑、冷却和密封，从而省去了位于膨胀机出口的油气分离器，消除了油气分离器压损对膨胀机做功性能的影响。同时省去独立的润滑油回路及其辅助设备，诸如润滑油泵和润滑油冷却器等，简化了系统结构，降低了设备成本。
附图说明
图1为现有技术一的结构示意图；
图2为现有技术二的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的容积式膨胀机的润滑系统的结构示意图；
图4为本发明实施例润滑方式有回热系统的结构示意图。
图中：
1-工质泵、2-蒸发器、3-容积式膨胀机、4-冷凝器、5-工质储液罐、6-过滤器、7-发电机或其它用能设备、8-膨胀机旁路阀门、9-润滑油流量调节阀门、10-油气分离器、11-润滑油冷却器、12-润滑油泵、13-回热器、14-回热器冷测旁路阀门、15-回热器热侧旁路阀门。
具体实施方式
下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
本发明的容积式膨胀机的润滑系统，其较佳的具体实施方式是：
将工质泵、蒸发器、容积式膨胀机、冷凝器、储液罐、干燥过滤器依次用管路连接构成有机工质回路，所述容积式膨胀机进口与出口之间设有旁路，并安装有膨胀机旁路阀门；
所述工质泵出口与容积式膨胀机润滑油进口间用管路连接，并安装润滑油流量调节阀门；
所述容积式膨胀机的传动轴与用能设备连接。
所述容积式膨胀机出口与所述工质泵出口管路之间连接有回热器，所述回热器的冷、热两侧分别安装有回热器冷侧旁路阀门和回热器热侧旁路阀门，当回热器冷侧旁路阀门和回热器热侧旁路阀门都处于开启状态或者其中一个处于开启状态时，属于无回热运行模式，当回热器冷侧旁路阀门和回热器热侧旁路阀门都处于关闭状态时，属于有回热运行模式。
所述容积式膨胀机为单螺杆式、双螺杆式、滑片式或涡旋式。
选用与有机工质互溶性良好的润滑油作为系统用润滑油，充入所述工质回路，所述工质回路管内流动介质为有机工质与润滑油的液态混合物。
所述有机工质与润滑油的液态混合物经工质泵增压输送至蒸发器，被热源介质充分加热后，液态有机工质蒸发为气态的有机工质蒸汽，润滑油以小液滴或油雾混与高速流动的有机工质蒸汽中；
有机工质蒸汽和润滑油的气雾状混合物进入膨胀机膨胀做功；
从膨胀机排出乏汽进入冷凝器，有机工质蒸汽冷凝成液态，跟润滑油再次均匀互溶，储存于储液罐；
工质泵再次从储液罐内吸入有机工质和润滑油的液态混合物入增压泵送至蒸发器。
所述润滑流量调节阀门与膨胀机旁路阀门联动操作：
当容积式膨胀机未转动工作时，膨胀机旁路阀门处于打开状态，润滑流量调节阀门处于闭合状态；
当容积式膨胀机运转工作时，膨胀机旁路阀门处于闭合状态，润滑流量调节阀门处于打开状态。
通过调节润滑流量调节阀门的开度，控制润滑剂的流量，使得容积式膨胀机运行在最佳状态。
本发明的容积式膨胀机的润滑系统，简单、可靠，可以用于有机朗肯循环容积式膨胀机的润滑油供应系统。本发明设计的润滑系统的突出优点是：供油系统简单，无油分，无油泵；可灵活调节润滑剂流量。
润滑油为与所用有机工质互溶性良好的润滑油，从而避免润滑油在换热器表面形成油膜，降低换热器换热性能，同时也避免润滑油和有机工质因分层而不能均匀混合。
该系统最主要的特点是从工质泵出口直接引出有机工质和润滑油的混合物作为膨胀机的润滑剂，注入容积式膨胀机注油口，对轴承等部件进行润滑、冷却和密封，既无油气分离器等润滑油回路部件，又无须油泵即可直接注入膨胀机内部机械密封、轴承以及其他需要润滑油和冷却的位置。从而省去了位于膨胀机出口的油气分离器，消除了油气分离器压损对膨胀机做功性能的影响。同时省去独立的润滑油回路及其辅助设备，诸如润滑油泵和润滑油冷却器等，简化了系统结构，降低了设备成本。
具体实施例：
如附图3所示，当没有回热器时，该系统主要包括工质泵1、蒸发器2、膨胀机3、冷凝器4、储液罐5、过滤器6、发电机7、膨胀机旁路阀门8和润滑剂流量调节阀门9。
其中，由工质泵1、蒸发器2、膨胀机3、冷凝器4、储液罐5、过滤器6组成工质回路，膨胀机设有短路旁路，安装有旁路阀门8；工质泵出口通过管道与膨胀机注油孔相连接，通过润滑剂流量调节阀门8控制润滑剂流量。管路内充注有机工质和润滑油的混合物，经工质泵1加压，大部分混合物进入蒸发器2，有机工质被加热为饱和或过热有机蒸汽，润滑油为小液滴均匀混合在有机蒸汽中，一并进入膨胀机3膨胀做功。与此同时，一小股有机工质和润滑油的混合物，作为膨胀机的润滑剂，经润滑液流量调节阀门9，喷入膨胀机注油孔，对膨胀机进行充分的润滑、冷却和密封。然后两股有机工质和润滑油的混合物在膨胀机出口合流，直接进入冷凝器4冷凝为液体，再存储于储液罐中，供工质泵吸入混合液进行再循环。
附图4为有回热的系统，相比于无回热系统，在膨胀机3出口多了回热器13，用来回收乏汽中的热量，从而提高有机朗肯循环的热效率。在回热器的冷热量两侧，安装有旁路阀门14和阀门15，可根据工质类型和运行参数需要进行有回热和无回热两种运行方式的切换。当阀门14和阀门15都处于开启状态，或者其中一个处于开启状态时，属于无回热运行模式，与附图3等价。当阀门14和阀门15都处于关闭状态时，属于有回热运行模式。
该系统无独立的润滑油回路，无油气分离器，无润滑油泵，无油冷器等部件。工质泵1为工质循环和润滑剂循环提供动力。
选用的润滑油为与所选用有机工质互溶性良好的润滑油。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种容积式膨胀机的润滑系统，其特征在于，将工质泵(1)、蒸发器(2)、容积式膨胀机(3)、冷凝器(4)、储液罐(5)、干燥过滤器(6)依次用管路连接构成有机工质回路，所述容积式膨胀机(3)进口与出口之间设有旁路，并安装有膨胀机旁路阀门(8)；
所述工质泵(1)出口与容积式膨胀机(3)润滑油进口间用管路连接，并安装润滑油流量调节阀门(9)；
所述容积式膨胀机(3)的传动轴与用能设备(7)连接。
所述容积式膨胀机(3)出口与所述工质泵(1)出口管路之间连接有回热器(13)，所述回热器的冷、热两侧分别安装有回热器冷侧旁路阀门(14)和回热器热侧旁路阀门(15)，当回热器冷侧旁路阀门(14)和回热器热侧旁路阀门(15)都处于开启状态或者其中一个处于开启状态时，属于无回热运行模式，当回热器冷侧旁路阀门(14)和回热器热侧旁路阀门(15)都处于关闭状态时，属于有回热运行模式。
2.根据权利要求1所述的容积式膨胀机的润滑系统，其特征在于，所述容积式膨胀机(2)为单螺杆式、双螺杆式、滑片式或涡旋式。
3.根据权利要求2所述的容积式膨胀机的润滑系统，其特征在于，选用与有机工质互溶性良好的润滑油作为系统用润滑油，充入所述工质回路，所述工质回路管内流动介质为有机工质与润滑油的液态混合物。
4.根据权利要求3所述的容积式膨胀机的润滑系统，其特征在于，所述有机工质与润滑油的液态混合物经工质泵(1)增压输送至蒸发器(2)，被热源介质充分加热后，液态有机工质蒸发为气态的有机工质蒸汽，润滑油以小液滴或油雾混与高速流动的有机工质蒸汽中；
有机工质蒸汽和润滑油的气雾状混合物进入膨胀机(3)膨胀做功；
从膨胀机(3)排出乏汽进入冷凝器(4)，有机工质蒸汽冷凝成液态，跟润滑油再次均匀互溶，储存于储液罐(5)；
工质泵(1)再次从储液罐(5)内吸入有机工质和润滑油的液态混合物入增压泵送至蒸发器(2)。
5.根据权利要求4所述的容积式膨胀机的润滑系统，其特征在于，所述润滑流量调节阀门(9)与膨胀机旁路阀门(8)联动操作：
当容积式膨胀机(2)未转动工作时，膨胀机旁路阀门(8)处于打开状态，润滑流量调节阀门(9)处于闭合状态；
当容积式膨胀机(2)运转工作时，膨胀机旁路阀门(8)处于闭合状态，润滑流量调节阀门(9)处于打开状态。
6.根据权利要求5所述的容积式膨胀机的润滑系统，其特征在于，通过调节润滑流量调节阀门(9)的开度，控制润滑剂的流量，使得容积式膨胀机(2)运行在最佳状态。
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