CN110685755A - 一种高效有机工质膨胀机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高效有机工质膨胀机，包括进气壳、排气壳和固定有涡轮的主轴，进气壳内设有喷嘴环座，喷嘴环座一侧与进气壳内壁围合成进气流道，喷嘴环座另一侧与排气壳外壳内壁、内壳外壁围合成排气流道，喷嘴环座上设有喷嘴环，喷嘴环和涡轮形成涡轮级流道，涡轮级流道输入端与进气流道连通，输出端与排气流道连通，进气壳上固定有轴承座，主轴一端通过第一轴承支撑，主轴另一端通过第二轴承支撑，进气流道采用对称式等环量，进气流道截面两侧对称布置，进气流道截面由进气法兰至进气法兰远端逐步减小，排气壳内壳直径D小于涡轮底径D1,使经过涡轮级流道的气体进入排气流道后不转向，沿排气壳法兰轴向排气。

Description

一种高效有机工质膨胀机
技术领域
本发明属于膨胀机技术领域，涉及一种高效有机工质膨胀机。
背景技术
有机工质膨胀机是将有机工质的能量转换成为机械功的旋转式动力机械，主要用作低温热回收。现有汽轮机使用蒸汽作为工作介质，该介质沸点高，常温下为液态，无法高效回收150℃内低温余热，现有有机工质膨胀机通常采用汽轮机的设计方法，导致气流损失较大，经济性差，无法达到充分利用余热的目的，影响了热回收效率。因此，如何制作一种气流损失小，提高余热利用率并保证转子稳定性，整体气密性的有机工质膨胀机，成为目前最需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高效有机工质膨胀机，能减少气流损失，提高余热利用率和整体结构的气密性。
本发明的目的是这样实现的：
一种高效有机工质膨胀机，包括进气壳、固定安装于进气壳上的排气壳和固定有涡轮的主轴，所述排气壳设有内壳和外壳，所述进气壳内设有喷嘴环座，所述喷嘴环座一侧与进气壳内壁围合成进气流道，喷嘴环座另一侧与排气壳外壳内壁、内壳外壁围合成排气流道，所述喷嘴环座上设有喷嘴环，喷嘴环和涡轮形成涡轮级流道，涡轮级流道的输入端与进气流道连通，涡轮级流道的输出端与排气流道连通，所述进气壳上固定有轴承座，所述主轴的一端通过安装在轴承座上的第一轴承支撑，主轴的另一端通过安装在排气壳内壳的第二轴承支撑，所述进气流道采用对称式等环量流道，进气流道截面沿左右两侧对称布置，进气流道截面由进气法兰至进气法兰远端逐步减小，所述排气壳内壳直径D小于涡轮底径D1,使经过涡轮级流道的气体进入排气流道后不转向，直接沿排气壳法兰轴向排气。
进一步的，所述进气流道截面最大处进气法兰的截面面积为S，最小处进气法兰远端的截面面积为S1，最小处的截面面积S1＝0.15～0.2S。进气流道截面逐步减小，使有机介质在进气流道内流动时，气流均匀，减少加减速过程，降低进气损失。
进一步的，所述涡轮的两端分别与第一轴承、第二轴承之间设有第一机械密封和第二机械密封，用于对有机工质轴向密封。
进一步的，所述涡轮级流道为全周进气式流道。可使气流沿喷嘴环和涡轮圆周上均匀分布进气，无额外的分离损失和二次流损失。
进一步的，所述第二轴承直径小于第一轴承直径，用于减小排气壳内壳直径D1。有利于排气流道内气体的轴向流动。
进一步的，所述排气壳内壳通过加强筋支撑于外壳上。
进一步的，所述涡轮为轴流涡轮。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
1、进气壳内的进气流道采用对称式等环量设计，进气流道截面沿左右两侧对称布置，进气流道截面由进气法兰至进气法兰远端逐步减小，进气法兰远端的截面面积仅为进气法兰截面面积的0.15～0.2，使有机介质在进气流道内流动时，气流均匀，减少加减速过程，降低进气损失。
2、气流由进气流道进入涡轮级流道，在涡轮内做功后，气体不转向进入排气壳排气流道，由于排气壳内壳直径D小于涡轮底径D1，排气流道内的气体在通过排气壳出口法兰时，气体不转向，均匀沿排气壳的法兰轴向排气，降低了排气损失。
3、涡轮级流道采用全周进气式流道，可使气流沿喷嘴环和涡轮圆周上均匀分布进气，无额外的分离损失和二次流损失。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中气流流动方向示意图；
图3是本发明中进气流道由进气法兰至进气法兰远端截面变化图。
附图标记
附图中，1为轴承座，2为进气壳，3为喷嘴环座，4为喷嘴环，5为涡轮，6为第二机械密封，7为第二轴承，8为排气壳，9为主轴，10为第一机械密封，11为第一轴承，12为进气流道，13为涡轮级流道，14为排气流道，21为进气法兰，22为进气法兰远端，81为排气壳内壳，82为排气壳外壳
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。
图中箭头方向表示气流流道方向，沿径向进气、轴向排气，以膨胀机排气方向为后，与排气相方的方向为前。
参见图1-图3，一种高效有机工质膨胀机，包括进气壳2、固定安装于进气壳2上的排气壳8和固定有轴流涡轮5的主轴9，所述排气壳8设有内壳81和外壳82，内壳81通过加强筋支撑于外壳82上，所述进气壳2内设有喷嘴环座3，喷嘴环座3一侧与进气壳2内壁围合成进气流道12，喷嘴环座3另一侧与排气壳外壳82内壁、内壳81外壁围合成排气流道14，所述喷嘴环座3上设有喷嘴环4，喷嘴环4和涡轮5形成涡轮级流道13，涡轮级流道13的输入端与进气流道12连通，涡轮级流道13的输出端与排气流道14连通，进气壳2上固定有轴承座1，所述主轴9的一端通过安装在轴承座1上的第一轴承11支撑，主轴9的另一端通过安装在排气壳内壳81的第二轴承7支撑，所述进气流道12采用对称式等环量流道，进气流道截面沿左右两侧对称布置，进气流道截面由进气法兰21至进气法兰远端22逐步减小，所述排气壳内壳81直径D小于涡轮底径D1,使经过涡轮级流道13的气体进入排气流道14后不转向，直接沿排气壳法兰轴向排气。
在本实施例中，如图3所示，选取进气流道上的6个位置说明进气流道的截面变化过程，进气流道截面最大处进气法兰的截面面积设为S，最小处进气法兰远端的截面面积设为S1，从图中可以看出，进气流道的截面面积由S至S1呈渐变式变化，逐步减小，直至最小处的截面面积S1＝0.15～0.2S，进气流道截面面积逐步减小，使有机介质在进气流道内流动时，通过这种流道面积比例的变化可以实现气流均匀流动，降低加减速过程中的气流损失。
如图1所示，在轴流涡轮5的两端分别与第一轴承11、第二轴承7之间还设有第一机械密封10和第二机械密封6，对有机工质进行轴向密封。
本实施例中的涡轮级流道13采用全周进气式流道，根据气体的流动特性可知，全周进气式可使气流沿喷嘴环和涡轮圆周上均匀分布进气，无额外的分离损失和二次流损失。
为减小排气壳内壳81直径D1，在本实施例中，将第二轴承7的直径设计为小于第一轴承11直径，有利于排气流道内气体的轴向流动。
本发明工作时，有机工质气流由进气壳径向进气，依次通过进气壳进气流道，喷嘴环，涡轮，排气壳排气流道，最后由轴向流出排气壳，通过涡轮过程中，气流在涡轮中做功，对涡轮输出扭矩，扭矩再通过涡轮传递到主轴，通过主轴向外输出扭矩。
本发明的膨胀机能够减少气流损失，提高余热利用率并保证转子稳定性和整体结构的气密性。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (7)

1.一种高效有机工质膨胀机，包括进气壳、固定安装于进气壳上的排气壳和固定有涡轮的主轴，其特征在于：所述排气壳设有内壳和外壳，所述进气壳内设有喷嘴环座，所述喷嘴环座一侧与进气壳内壁围合成进气流道，喷嘴环座另一侧与排气壳外壳内壁、内壳外壁围合成排气流道，所述喷嘴环座上设有喷嘴环，喷嘴环和涡轮形成涡轮级流道，涡轮级流道的输入端与进气流道连通，涡轮级流道的输出端与排气流道连通，所述进气壳上固定有轴承座，所述主轴的一端通过安装在轴承座上的第一轴承支撑，主轴的另一端通过安装在排气壳内壳的第二轴承支撑，所述进气流道采用对称式等环量流道，进气流道截面沿左右两侧对称布置，进气流道截面由进气法兰至进气法兰远端逐步减小，所述排气壳内壳直径D小于涡轮底径D1,使经过涡轮级流道的气体进入排气流道后不转向，直接沿排气壳法兰轴向排气。
2.根据权利要求1所述的一种高效有机工质膨胀机，其特征在于：所述进气流道截面最大处进气法兰的截面面积为S，最小处进气法兰远端的截面面积为S1，最小处的截面面积S1＝0.15～0.2S。
3.根据权利要求1或2所述的一种高效有机工质膨胀机，其特征在于：所述涡轮的两端分别与第一轴承、第二轴承之间设有第一机械密封和第二机械密封，用于对有机工质轴向密封。
4.根据权利要求1所述的一种高效有机工质膨胀机，其特征在于：所述涡轮级流道为全周进气式流道。
5.根据权利要求1所述的一种高效有机工质膨胀机，其特征在于：所述第二轴承直径小于第一轴承直径，用于减小排气壳内壳直径D1。
6.根据权利要求1所述的一种高效有机工质膨胀机，其特征在于：所述排气壳内壳通过加强筋支撑于外壳上。
7.根据权利要求1所述的一种高效有机工质膨胀机，其特征在于：所述涡轮为轴流涡轮。
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