CN109322711A - 一种与膨胀透平相连的空气增压压缩机及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种与膨胀透平相连的空气增压压缩机及其使用方法，包括空气压缩机、储气罐、膨胀透平、连接器和冷却器，通过连接器将空气压缩机与膨胀透平连接起来，气体轴承与增压轮之间安装限位密封板和隔热套，使得气体外漏量控制在最小的范围内，冷却器的设置使得增压后的高压高温气体得到冷却，避免高压高温气体直接进入连接器使气体轴承受热膨胀，密封套为膨胀透平提供密封气，无需加装供油系统，降低生产成本，减小占地面积，结构简单，气压检测器和内阀门的设置实现空气压缩机内部压力可控可测，膨胀透平通过等熵膨胀产生冷量空气压缩机由直接连接的膨胀透平驱动，空气压缩机在起到气体压缩功能的同时还作为膨胀透平的制动器，达到功能多样化的效果。

Description

一种与膨胀透平相连的空气增压压缩机及其使用方法
技术领域
本发明涉及空气压缩技术领域，具体为一种与膨胀透平相连的空气增压压缩机及其使用方法。
背景技术
透平膨胀机是空气分离设备及天然气石油气液化分离设备和低温粉碎设备等获取冷量所必需的关键部机，是保证整套设备稳定运行的心脏。其主要原理是利用有一定压力的气体在透平膨胀机内进行绝热膨胀对外做功而消耗气体本身的内能，从而使气体自身强烈地冷却而达到制冷的目的。透平膨胀机输出的能量由同轴压缩机回收或制动风机消耗，目前的透平膨胀机用于支撑膨胀轮的一般采用油轴承，而这种结构会带来很多的不便，由于油轴承的工作介质是润滑油，而在膨胀机的工作过程中润滑油有可能从膨胀端的出口处泄露出来，此时润滑油就和空气接触，就有可能有燃烧的危险；另外，由于需要对油轴承提供润滑油，所以一般在膨胀机的工作系统中还需要增加一套供油系统，这就会增加整套膨胀机系统的成本及结构的复杂度，现有的膨胀机与空气增压压缩机通常分开设置，由空气增压压缩机后再进入膨胀机，在增压后的气体运输过程中容易造成气体泄漏，且分开设置占地面积大，生产成本高，结构复杂，功能单一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种与膨胀透平相连的空气增压压缩机及其使用方法，通过在空气压缩机与膨胀透平之间安装连接器，将空气压缩机与膨胀透平连接起来，气体轴承与增压轮之间安装限位密封板和隔热套，使得气体外漏量控制在最小的范围内，冷却器的设置使得增压后的高压高温气体得到冷却，避免高压高温气体直接进入连接器使气体轴承受热膨胀，提高本装置运转的稳定性，密封套为膨胀透平提供密封气，无需加装供油系统，降低生产成本，减小占地面积，结构简单，气压检测器和内阀门的设置实现空气压缩机内部压力可控可监测，膨胀透平通过等熵膨胀产生冷量空气压缩机由直接连接的膨胀透平驱动，空气压缩机在起到气体压缩功能的同时还作为膨胀透平的制动器，达到功能多样化的效果，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种与膨胀透平相连的空气增压压缩机，包括空气压缩机、储气罐、膨胀透平、连接器和冷却器，空气压缩机安装在储气罐的一端，储气罐的另一端安装膨胀透平，冷却器固定在储气罐上，空气压缩机包括机体壳、开关、气压检测器、内腔、外管道和外阀门，机体壳的外壁上安装开关，开关设有两组，开关的侧面安装气压检测器，气压检测器的下方设有外管道，外管道的一端安装外阀门，机体壳的内部设有内腔，内腔包括增压机蜗壳、增压轮、限位密封板、轮盘、轮盖、叶片、隔热套、内管道、内阀门和气压探针，增压机蜗壳的内部安装增压轮，增压轮的中心处设有轮盘，轮盘与叶片固定连接，叶片设有七组，七组叶片长短不一且以轮盘为中心均匀分布，轮盖固定在增压轮的右端，增压轮的左端设有限位密封板，限位密封板的两侧与隔热套固定连接，内管道伸入增压轮的内部，内管道上安装内阀门，内阀门与外阀门连接，外管道的一端连接储气罐，外管道的另一端与冷却器连接，冷却器包括冷却罐和过滤罐，冷却罐和过滤罐通过管道相互连接，冷却罐设有两组，冷却罐和过滤罐从左到右依次安装，冷却器的上方安装膨胀透平，膨胀透平包括透平蜗壳、膨胀轮、密封套、外扩压器、内扩压器、导流器、绝热环、安装螺栓和膨胀外壳，透平蜗壳的内部安装膨胀轮，膨胀轮位于密封套的内部，密封套的一端安装绝热环，绝热环的左侧连接内扩压器，内扩压器的左端固定设置外扩压器，外扩压器通过安装螺栓固定在膨胀外壳的内壁上，膨胀透平通过连接器与空气压缩机连接，连接器包括壳体、气体轴承、转子、连通管道和轴承限位套，壳体的内部安装转子，转子的左右两端通过连通管道分别连接两组气体轴承，左右两端的连通管道分别伸入膨胀透平的内部和空气压缩机的内部。
优选的，所述气压探针的一端与增压轮连接，气压探针的另一端通过导线连接气压检测器。
优选的，所述气体轴承的两侧安装轴承限位套，轴承限位套位于转子的外侧，轴承限位套与壳体配合。
本发明的另一种技术方案是提供一种与膨胀透平相连的空气增压压缩机的使用方法，包括以下步骤：
S1：空气压缩机启动后将空气吸入，经过回转压缩产生压力，通过内管道输送至冷却器，内管道上安装的内阀门通过无线方式与气压检测器连接，当气压探针探测到增压轮内部压力过高时，内阀门开启；
S2：冷却罐对压缩气体进行冷干，过滤罐对压缩气体进行过滤，完成三个步骤的压缩气体由外管道送入储气罐进行缓冲储存，压缩气体再由储气罐进入连接器；
S3：压缩气体进入连接器后，经过连通管道和转子，进入膨胀透平，气体轴承限定压缩气体的流通方向，左右气体轴承单独设置不同的轴承仪表气管道；
S4：压缩气体由透平蜗壳进入后，经导流器平均分配后进入膨胀轮；
S5：压缩气体进入膨胀轮后使得膨胀轮高速转动，在膨胀轮中改变方向后沿膨胀轮的轴线方向流出。
优选的，所述内扩压器的两侧安装气体由导流器，气体由透平蜗壳进入后由导流器进行平均分配。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供的一种与膨胀透平相连的空气增压压缩机，通过在空气压缩机与膨胀透平之间安装连接器，将空气压缩机与膨胀透平连接起来，气体轴承与增压轮之间安装限位密封板和隔热套，使得气体外漏量控制在最小的范围内，冷却器的设置使得增压后的高压高温气体得到冷却，避免高压高温气体直接进入连接器使气体轴承受热膨胀，提高本装置运转的稳定性，密封套为膨胀透平提供密封气，无需加装供油系统，降低生产成本，减小占地面积，结构简单，气压检测器和内阀门的设置实现空气压缩机内部压力可控可监测，膨胀透平通过等熵膨胀产生冷量空气压缩机由直接连接的膨胀透平驱动，空气压缩机在起到气体压缩功能的同时还作为膨胀透平的制动器，达到功能多样化的效果。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的整体外部结构示意图；
图3为本发明的空气压缩机与膨胀透平连接示意图；
图4为本发明的空气压缩机与膨胀透平连接结构示意图；
图5为本发明的膨胀透平内部示意图；
图6为本发明的空气压缩机内部结构示意图；
图7为本发明的增压轮结构示意图。
图中：1、空气压缩机；11、机体壳；12、开关；13、气压检测器；14、内腔；141、增压机蜗壳；142、增压轮；143、限位密封板；144、轮盘；145、轮盖；146、叶片；147、隔热套；148、内管道；149、内阀门；1410、气压探针；15、外管道；16、外阀门；2、储气罐；3、膨胀透平；31、透平蜗壳；32、膨胀轮；33、密封套；34、外扩压器；35、内扩压器；36、导流器；37、绝热环；38、安装螺栓；39、膨胀外壳；4、连接器；41、壳体；42、气体轴承；43、转子；44、连通管道；45、轴承限位套；5、冷却器；51、冷却罐；52、过滤罐。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-7，一种与膨胀透平相连的空气增压压缩机，包括空气压缩机1、储气罐2、膨胀透平3、连接器4和冷却器5，空气压缩机1安装在储气罐2的一端，储气罐2的另一端安装膨胀透平3，冷却器5固定在储气罐2上，空气压缩机1包括机体壳11、开关12、气压检测器13、内腔14、外管道15和外阀门16，机体壳11的外壁上安装开关12，开关12设有两组，开关12的侧面安装气压检测器13，气压检测器13的下方设有外管道15，外管道15的一端安装外阀门16，机体壳11的内部设有内腔14，内腔14包括增压机蜗壳141、增压轮142、限位密封板143、轮盘144、轮盖145、叶片146、隔热套147、内管道148、内阀门149和气压探针1410，增压机蜗壳141的内部安装增压轮142，增压轮142的中心处设有轮盘144，轮盘144与叶片146固定连接，叶片146设有七组，七组叶片146长短不一且以轮盘144为中心均匀分布，轮盖145固定在增压轮142的右端，增压轮142的左端设有限位密封板143，限位密封板143的两侧与隔热套147固定连接，内管道148伸入增压轮142的内部，内管道148上安装内阀门149，内阀门149与外阀门16连接，外管道15的一端连接储气罐2，外管道15的另一端与冷却器5连接，冷却器5包括冷却罐51和过滤罐52，冷却罐51和过滤罐52通过管道相互连接，冷却罐51设有两组，冷却罐51和过滤罐52从左到右依次安装，冷却器5的上方安装膨胀透平3，膨胀透平3包括透平蜗壳31、膨胀轮32、密封套33、外扩压器34、内扩压器35、导流器36、绝热环37、安装螺栓38和膨胀外壳39，透平蜗壳31的内部安装膨胀轮32，膨胀轮32位于密封套33的内部，密封套33的一端安装绝热环37，绝热环37的左侧连接内扩压器35，内扩压器35的左端固定设置外扩压器34，外扩压器34通过安装螺栓38固定在膨胀外壳39的内壁上，膨胀透平3通过连接器4与空气压缩机1连接，连接器4包括壳体41、气体轴承42、转子43、连通管道44和轴承限位套45，壳体41的内部安装转子43，转子43的左右两端通过连通管道44分别连接两组气体轴承42，左右两端的连通管道44分别伸入膨胀透平3的内部和空气压缩机1的内部，气压探针1410的一端与增压轮142连接，气压探针1410的另一端通过导线连接气压检测器13，气体轴承42的两侧安装轴承限位套45，轴承限位套45位于转子43的外侧，轴承限位套45与壳体41配合，内扩压器35的两侧安装气体由导流器36，气体由透平蜗壳31进入后由导流器36进行平均分配。
一种与膨胀透平相连的空气增压压缩机的使用方法，包括以下步骤：
步骤一：空气压缩机1启动后将空气吸入，经过回转压缩产生压力，通过内管道148输送至冷却器5，内管道148上安装的内阀门149通过无线方式与气压检测器13连接，当气压探针1410探测到增压轮142内部压力过高时，内阀门149开启；
步骤二：冷却罐51对压缩气体进行冷干，过滤罐52对压缩气体进行过滤，完成三个步骤的压缩气体由外管道15送入储气罐2进行缓冲储存，压缩气体再由储气罐2进入连接器4；
步骤三：压缩气体进入连接器4后，经过连通管道44和转子43，进入膨胀透平3，气体轴承42限定压缩气体的流通方向，左右气体轴承42单独设置不同的轴承仪表气管道；
步骤四：压缩气体由透平蜗壳31进入后，经导流器36平均分配后进入膨胀轮32；
步骤五：压缩气体进入膨胀轮32后使得膨胀轮32高速转动，在膨胀轮32中改变方向后沿膨胀轮32的轴线方向流出。
综上所述：本发明提供的一种与膨胀透平相连的空气增压压缩机及其使用方法，通过在空气压缩机1与膨胀透平3之间安装连接器4，将空气压缩机1与膨胀透平3连接起来，气体轴承42与增压轮142之间安装限位密封板143和隔热套147，使得气体外漏量控制在最小的范围内，冷却器5的设置使得增压后的高压高温气体得到冷却，避免高压高温气体直接进入连接器4使气体轴承42受热膨胀，提高本装置运转的稳定性，密封套33为膨胀透平3提供密封气，无需加装供油系统，降低生产成本，减小占地面积，结构简单，气压检测器13和内阀门149的设置实现空气压缩机1内部压力可控可监测，膨胀透平3通过等熵膨胀产生冷量空气压缩机1由直接连接的膨胀透平3驱动，空气压缩机1在起到气体压缩功能的同时还作为膨胀透平3的制动器，达到功能多样化的效果。
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揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种与膨胀透平相连的空气增压压缩机，包括空气压缩机(1)、储气罐(2)、膨胀透平(3)、连接器(4)和冷却器(5)，空气压缩机(1)安装在储气罐(2)的一端，储气罐(2)的另一端安装膨胀透平(3)，冷却器(5)固定在储气罐(2)上，其特征在于：所述空气压缩机(1)包括机体壳(11)、开关(12)、气压检测器(13)、内腔(14)、外管道(15)和外阀门(16)，机体壳(11)的外壁上安装开关(12)，开关(12)设有两组，开关(12)的侧面安装气压检测器(13)，气压检测器(13)的下方设有外管道(15)，外管道(15)的一端安装外阀门(16)，机体壳(11)的内部设有内腔(14)，内腔(14)包括增压机蜗壳(141)、增压轮(142)、限位密封板(143)、轮盘(144)、轮盖(145)、叶片(146)、隔热套(147)、内管道(148)、内阀门(149)和气压探针(1410)，增压机蜗壳(141)的内部安装增压轮(142)，增压轮(142)的中心处设有轮盘(144)，轮盘(144)与叶片(146)固定连接，叶片(146)设有七组，七组叶片(146)长短不一且以轮盘(144)为中心均匀分布，轮盖(145)固定在增压轮(142)的右端，增压轮(142)的左端设有限位密封板(143)，限位密封板(143)的两侧与隔热套(147)固定连接，内管道(148)伸入增压轮(142)的内部，内管道(148)上安装内阀门(149)，内阀门(149)与外阀门(16)连接，外管道(15)的一端连接储气罐(2)，外管道(15)的另一端与冷却器(5)连接，所述冷却器(5)包括冷却罐(51)和过滤罐(52)，冷却罐(51)和过滤罐(52)通过管道相互连接，冷却罐(51)设有两组，冷却罐(51)和过滤罐(52)从左到右依次安装，冷却器(5)的上方安装膨胀透平(3)，所述膨胀透平(3)包括透平蜗壳(31)、膨胀轮(32)、密封套(33)、外扩压器(34)、内扩压器(35)、导流器(36)、绝热环(37)、安装螺栓(38)和膨胀外壳(39)，透平蜗壳(31)的内部安装膨胀轮(32)，膨胀轮(32)位于密封套(33)的内部，密封套(33)的一端安装绝热环(37)，绝热环(37)的左侧连接内扩压器(35)，内扩压器(35)的左端固定设置外扩压器(34)，外扩压器(34)通过安装螺栓(38)固定在膨胀外壳(39)的内壁上，膨胀透平(3)通过连接器(4)与空气压缩机(1)连接，所述连接器(4)包括壳体(41)、气体轴承(42)、转子(43)、连通管道(44)和轴承限位套(45)，壳体(41)的内部安装转子(43)，转子(43)的左右两端通过连通管道(44)分别连接两组气体轴承(42)，左右两端的连通管道(44)分别伸入膨胀透平(3)的内部和空气压缩机(1)的内部。
2.如权利要求1所述的一种与膨胀透平相连的空气增压压缩机，其特征在于：所述气压探针(1410)的一端与增压轮(142)连接，气压探针(1410)的另一端通过导线连接气压检测器(13)。
3.如权利要求1所述的一种与膨胀透平相连的空气增压压缩机，其特征在于：所述气体轴承(42)的两侧安装轴承限位套(45)，轴承限位套(45)位于转子(43)的外侧，轴承限位套(45)与壳体(41)配合。
4.一种如权利要求1所述的与膨胀透平相连的空气增压压缩机的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：空气压缩机(1)启动后将空气吸入，经过回转压缩产生压力，通过内管道(148)输送至冷却器(5)，内管道(148)上安装的内阀门(149)通过无线方式与气压检测器(13)连接，当气压探针(1410)探测到增压轮(142)内部压力过高时，内阀门(149)开启；
S2：冷却罐(51)对压缩气体进行冷干，过滤罐(52)对压缩气体进行过滤，完成三个步骤的压缩气体由外管道(15)送入储气罐(2)进行缓冲储存，压缩气体再由储气罐(2)进入连接器(4)；
S3：压缩气体进入连接器(4)后，经过连通管道(44)和转子(43)，进入膨胀透平(3)，气体轴承(42)限定压缩气体的流通方向，左右气体轴承(42)单独设置不同的轴承仪表气管道；
S4：压缩气体由透平蜗壳(31)进入后，经导流器(36)平均分配后进入膨胀轮(32)；
S5：压缩气体进入膨胀轮(32)后使得膨胀轮(32)高速转动，在膨胀轮(32)中改变方向后沿膨胀轮(32)的轴线方向流出。
5.如权利要求4所述的一种与膨胀透平相连的空气增压压缩机的使用方法，其特征在于：所述内扩压器(35)的两侧安装气体由导流器(36)，气体由透平蜗壳(31)进入后由导流器(36)进行平均分配。
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