CN202187800U - 一种双级齿轮组装式向心膨胀机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及流体机械中的向心膨胀机，具体地说是一种双级齿轮组装式向心膨胀机，一级蜗壳及二级蜗壳分别安装在齿轮箱上，在一、二级蜗壳上分别设有一、二级出风筒，一、二级喷嘴调节机构分别安装在一、二级出风筒上；一、二级高速齿轮轴分别安装在齿轮箱上，一级高速齿轮轴的一端由齿轮箱穿出、为悬臂端，安装有一级叶轮，二级高速齿轮轴的一端由齿轮箱穿出、为悬臂端，安装有二级叶轮；大齿轮轴位于一、二级高速齿轮轴之间，通过各自轴上的齿轮啮合传动，在大齿轮轴的输出端连接有被驱动机。本实用新型为双级组装，使膨胀机结构更加紧凑，能量回收效率更高，运行维护费用更低，安全性能更好，可以满足多种化工工艺尾气能量回收的需要。

Description

一种双级齿轮组装式向心膨胀机

技术领域

本实用新型涉及流体机械中的向心膨胀机，具体地说是一种双级齿轮组装式向心膨胀机。

背景技术

近年来随着能源的日益紧张，环保意识的越来越强，相应的化工装置规模越来越大，利用化工尾气余热余压的能量回收用膨胀机市场需求也越来越高。

原有膨胀机多采用轴流式膨胀机或单级向心膨胀机。传统的向心膨胀机结构简单，膨胀比较低；但在较高膨胀比、进口温度不太高的情况下，连续膨胀带来的凝液析出，增强了化工尾气的腐蚀功能，造成极大的安全隐患。

实用新型内容

为了解决传统向心膨胀机在较高膨胀比下存在的上述问题，本实用新型的目的在于提供一种双级齿轮组装式向心膨胀机。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

本实用新型包括一级叶轮、一级蜗壳、一级喷嘴调节机构、一级出风筒、二级叶轮、二级蜗壳、二级喷嘴调节机构、二级出风筒、一级高速齿轮轴、二级高速齿轮轴、大齿轮轴及齿轮箱，其中一级蜗壳及二级蜗壳分别安装在齿轮箱上，在一级蜗壳、二级蜗壳上分别设有一级出风筒、二级出风筒，所述一级喷嘴调节机构、二级喷嘴调节机构分别安装在一级出风筒、二级出风筒上；所述一级高速齿轮轴、二级高速齿轮轴分别安装在齿轮箱上，一级高速齿轮轴的一端由齿轮箱穿出、为悬臂端，安装有一级叶轮，二级高速齿轮轴的一端由齿轮箱穿出、为悬臂端，安装有二级叶轮；所述大齿轮轴位于一级高速齿轮轴和二级高速齿轮轴之间，通过各自轴上的齿轮啮合传动，在大齿轮轴的输出端连接有被驱动机。

其中：所述一级高速齿轮轴通过一级推力轴承及一级支撑轴承安装在齿轮箱上，二级高速齿轮轴通过二级推力轴承及二级支撑轴承安装在齿轮箱上；所述一级高速齿轮轴的悬臂端与齿轮箱之间设有一级充气密封组，二级高速齿轮轴的悬臂端与齿轮箱之间设有二级充气密封组，一级充气密封组和二级充气密封组分别位于一级叶轮和二级叶轮的后面；

所述向心膨胀机的第一级采用悬臂半开式三元叶轮级，悬臂布置于一级高速齿轮轴的轴端，向心膨胀机的第二级采用悬臂半开式三元叶轮级，悬臂布置于二级高速齿轮轴的轴端，所述一级高速齿轮轴与二级高速齿轮轴及大齿轮轴相互平行；在向心膨胀机的第一级与第二级之间的气管路上加设有一级或二级蒸汽加热器；

所述一级喷嘴调节机构与二级喷嘴调节机构的结构相同，包括叶片承缸、驱动杆、固定套、第一连杆组及多个第二连杆组，其中叶片承缸的顶端固接在出风筒上，固定套安装在出风筒上，驱动杆插设于固定套内、相对固定套转动，所述驱动杆的一端通过驱动环与动力装置相连，另一端连接有第一连杆组，在驱动环上设有示位计；所述第一连杆组安装在叶片承缸内壁的调节环上，在调节环上沿周向均布有多个第二连杆组，每个第二连杆组均与叶片轴的一端铰接，叶片轴的另一端安装有喷嘴叶片；所述第一连杆组包括第三连杆、第四连杆及第二固定环，其中第二固定环固接在调节环上，第二固定环的底部开有凹槽，该凹槽内容置有一个第二连杆组；在凹槽上方的一侧设有第一缺口；所述第三连杆与驱动杆的另一端相连，第四连杆的一端与第三连杆铰接，另一端铰接于第二固定环上的第一缺口内；所述第二连杆组包括第一连杆、第二连杆及第一固定环，叶片承缸为圆环形，其顶端固接有出风筒，叶片承缸的内壁向内延伸、形成延伸部，调节环容置于所述延伸部的外缘、相对于叶片承缸可转动；所述第一固定环固接在调节环上，第二连杆的一端与调节环铰接，另一端与第一连杆的一端铰接；所述叶片轴的一端设有喷嘴叶片，另一端由叶片承缸上的延伸部穿过、与第一连杆的另一端铰接；在叶片轴与叶片承缸上的延伸部之间设有无油轴承件；所述第一固定环为长方体，在其一侧开有第二缺口，所述第二连杆的一端铰接于该第二缺口内；所述调节环上开有限位槽，在该限位槽内设有限位销；所述固定套的一端通过法兰盘安装在出风筒上，另一端通过销钉定位；所述驱动杆与固定套之间设有无油轴承件，在该无油轴承件的上方、驱动杆与固定套之间填充有密封填料函。

本实用新型的优点与积极效果为：

1.本实用新型为双级组装，使膨胀机结构更加紧凑，能量回收效率更高，运行维护费用更低，安全性能更好，可以满足多种化工工艺尾气能量回收的需要。

2.本实用新型为了抵消一级叶轮和二级叶轮产生的较大的轴向推力，设置了单独的一级推力轴承和二级推力轴承；大齿轮轴上齿轮啮合的推力由大齿轮推力轴承抵消；一、二级高速齿轮轴和大齿轮轴通过一、二级支撑轴承和大齿轮支撑轴承进行支撑。

3.本实用新型一、二级叶轮后的轴端密封采用充气密封组，确保了没有化工尾气向大气泄漏，避免污染。

4.本实用新型在第一级膨胀后，根据温度变化情况，可以在第一级与第二级之间的气管路上设置一级或二级蒸汽加热器，从而保证化工尾气在二级膨胀中没有凝液析出，保护膨胀机。

5.本实用新型设置了喷嘴调节机构对气流进行了调节，提高了变工况性能。

6.本实用新型的喷嘴调节机构通过两个连杆组将驱动杆的转动传递给各喷嘴叶片的叶片轴，改变了喷嘴叶片的出口角度，进而改变了膨胀机的气动性能，使其适应膨胀机的变工况运行，提高了变工况下膨胀机运行的经济性。

7.在喷嘴调节机构中的转动部件与静止部件间采用了无油轴承件，减少了低速移动对零部件的磨损，并降低了摩擦力。

8.喷嘴调节机构采用限位销与调节环上的限位槽相配合，控制了喷嘴叶片所能调节的最大角度和最小角度。

9.喷嘴调节机构中固定套的顶端与驱动杆之间利用密封填料函防止化工尾气外漏，底端采用销钉定位，从而确保其在较大作用力下仍能保持稳定。

10.在喷嘴调节机构的驱动环上安装了示位计，便于在外部观察喷嘴叶片对应的角度。

附图说明

图1为本实用新型总体布置原理图；

图2为本实用新型的整体结构示意图；

图3为图2中喷嘴调节机构的立体结构示意图；

图4为图2中喷嘴调节机构的内部结构示意图；

其中：1为向心膨胀机，101为一级叶轮，102为一级蜗壳，103为一级喷嘴调节机构，104为一级出风筒，105为一级充气密封组，106为二级叶轮，107为二级蜗壳，108为二级喷嘴调节机构，109为二级出风筒，110为二级充气密封组，111为一级高速齿轮轴，112为二级高速齿轮轴，113为大齿轮轴，114为一级推力轴承，115为一级支撑轴承，116为二级推力轴承，117为二级支撑轴承，118为大齿轮推力轴承，119为大齿轮支撑轴承，120为齿轮箱；

2为被驱动机，3为联轴器，4为蒸汽加热器，5为喷嘴叶片，6为叶片承缸，7为叶片轴，8为调节环，9为驱动环，10为驱动杆，11为固定套，12为法兰盘，13为无油轴承件，14为密封填料函，15为销钉，16为限位销，17为示位计，18为出风筒，19为第一连杆，20为第二连杆，21为第一固定环，22为第三连杆，23为第四连杆，24为第二固定环。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详述。

本实用新型的向心膨胀机采用大中心距传动齿轮箱和双级向心膨胀机构成，如图1、图2所示，包括一级叶轮101、一级蜗壳102、一级喷嘴调节机构103、一级出风筒104、一级充气密封组105、二级叶轮106、二级蜗壳107、二级喷嘴调节机构108、二级出风筒109、二级充气密封组110、一级高速齿轮轴111、二级高速齿轮轴112、大齿轮轴113、一级推力轴承114、一级支撑轴承115、二级推力轴承116、二级支撑轴承117、大齿轮推力轴承118、大齿轮支撑轴承119及齿轮箱120，其中一级蜗壳102及二级蜗壳107分别通过螺栓把合在齿轮箱120上，在一级蜗壳102、二级蜗壳107上分别通过螺栓把合一级出风筒104、二级出风筒109；齿轮箱120作为双级组装式膨胀机的基础载体，最终生根在基础平台上。所述一级喷嘴调节机构103、二级喷嘴调节机构108分别通过螺栓把合在一级出风筒104、二级出风筒109上。一级高速齿轮轴111、二级高速齿轮轴112分别安装在齿轮箱120上，一级高速齿轮轴111的一端由齿轮箱120穿出、为悬臂端，安装有一级叶轮101，一级高速齿轮轴111的另一端通过一级推力轴承114及一级支撑轴承115安装在齿轮箱120上；二级高速齿轮轴112的一端由齿轮箱120穿出、为悬臂端，安装有二级叶轮106，二级高速齿轮轴112的另一端通过二级推力轴承116及二级支撑轴承117安装在齿轮箱120上。一级推力轴承114和二级推力轴承116可以抵消一级叶轮101和二级叶轮106产生的较大轴向推力，一级高速齿轮轴111和二级高速齿轮轴112分别通过一级支撑轴承115和二级支撑轴承117进行支撑。大齿轮轴113位于一级高速齿轮轴111和二级高速齿轮轴112之间，通过大齿轮推力轴承118和大齿轮支撑轴承119安装在齿轮箱120上，大齿轮轴啮合推力由大齿轮推力轴承118抵消，大齿轮轴113通过大齿轮支撑轴承119进行支撑。大齿轮轴113的输出端由齿轮箱120穿出，通过联轴器3与被驱动机2相连。大齿轮轴113、一级高速齿轮轴111及二级高速齿轮轴112通过各自轴上的齿轮啮合传动，两根高速齿轮轴通过齿轮啮合将两个膨胀级回收的能量传递给大齿轮，再由大齿轮通过联轴器传递给被驱动机2。

向心膨胀机的第一级采用悬臂半开式三元叶轮级，悬臂布置于一级高速齿轮轴111的轴端，向心膨胀机的第二级采用悬臂半开式三元叶轮级，悬臂布置于二级高速齿轮轴112的轴端，所述一级高速齿轮轴111与二级高速齿轮轴112及大齿轮轴119相互平行布置，两根高速齿轮轴采用不同转速，以使膨胀机两个级适应压力变化后的容积变化，从而提高其能量回收效率。在向心膨胀机的第一级与第二级之间的气管路上加设有一级或二级蒸汽加热器，膨胀机在第一级膨胀后，根据温度变化情况，可以在第一级与第二级之间的气管路上设置一级或二级蒸汽加热器4，从而保证化工尾气在二级膨胀中没有凝液析出，保护膨胀机。

在一级高速齿轮轴111的悬臂端与齿轮箱120之间设有一级充气密封组105，二级高速齿轮轴112的悬臂端与齿轮箱120之间设有二级充气密封组110，一级充气密封组105和二级充气密封组110分别位于一级叶轮101和二级叶轮106的后面，一级叶轮101和二级叶轮106后的轴端密封(一级充气密封组105和二级充气密封组110)为拉别另充气密封，确保没有化工尾气向大气泄漏，避免污染。

为了提高变工况性能，采用喷嘴调节机构对气流进行调节；如图3、图4所示，一级喷嘴调节机构103与二级喷嘴调节机构108的结构相同，包括叶片承缸6、驱动杆10、固定套11、第一连杆组及多个第二连杆组，其中叶片承缸6为圆环形，其顶端固接有出风筒18；叶片承缸6的内壁向内延伸、形成延伸部，该延伸部上沿周向均布有多个叶片支撑孔，延伸部的外缘(即靠近叶片承缸6内壁一侧)开有环形槽，环形槽内容置有调节环8，调节环8与叶片承缸6可相对转动。

固定套11安装在出风筒18上，固定套11的一端(顶端)采用法兰盘12把合在出风筒18上，另一端(底端)采用销钉15定位，销钉15沿叶片承缸6的径向、由叶片承缸6由插入，从而确保固定套11在较大作用力下仍能保持稳定。驱动杆10插设于固定套11内，相对于固定套11可转动，在驱动杆10与固定套11之间设有无油轴承件13，来减少低速移动对零部件的磨损，并降低了摩擦力；驱动杆10的一端(顶端)由固定套11穿出、安装有驱动环8，动力装置(电动执行器或液压执行器)通过驱动环8带动驱动杆10沿自身轴心线旋转；在驱动环9上安装有示位计16，便于在外部观察喷嘴叶片5对应的角度；在无油轴承件13的上方、驱动杆10与固定套11之间填充有密封填料函13，并用端盖固定，该密封填料函13可防止化工尾气外漏。

驱动杆10的另一端(底端)连接有第一连杆组，该第一连杆组安装在调节环8上，包括第三连杆22、第四连杆23及第二固定环24，其中第三连杆22为圆盘状、与驱动杆10的另一端(底端)相连，随驱动杆10转动；在第三连杆22上开有第三缺口，所述第四连杆23的一端插设于第三缺口内、与第三连杆22铰接，第四连杆23的另一端与固接在所述调节环8上的第二固定环24铰接；第二固定环24的底部开有凹槽，该凹槽内容置有一个第二连杆组，在凹槽上方的一侧设有第一缺口，所述第四连杆23的另一端铰接于该第一缺口内。

在调节环8上沿周向均布有多个第二连杆组，每个第二连杆组均与叶片轴7的一端铰接，叶片轴7的另一端安装有喷嘴叶片5。第二连杆组包括第一连杆19、第二连杆20及第一固定环21，其中第一固定环21固接在调节环8上、为长方体，在其一侧开有第二缺口，所述第二连杆20的一端铰接于该第二缺口内，另一端与第一连杆19的一端铰接，第一连杆19的另一端与叶片轴7铰接；所述叶片轴7的一端设有喷嘴叶片5，另一端沿轴向由叶片承缸6上延伸部的叶片支撑孔穿过、与第一连杆19的另一端铰接；在叶片轴7与叶片承缸6之间也设有无油轴承件13，来减少低速移动对零部件的磨损，并降低摩擦力。调节环7上开有限位槽，在该限位槽内设有限位销16，限位销16沿叶片承缸6的径向、由叶片承缸6由插入，可以控制喷嘴叶片5所能调节的最大角度和最小角度。

动力装置通过驱动环9带动驱动杆10转动，驱动杆10的转动通过第三连杆22、第四连杆23使第二固定环24带动调节环8沿圆周方向转动，进而通过第一固定环21带动第二连杆20、第一连杆19运动，从而带动喷嘴叶片5沿自身轴心线圆周转动，进而改变了膨胀机喷嘴叶片的出口角，实现了改变膨胀机气动性能的最终目的，使其适应膨胀机的变工况运行，提高了变工况下膨胀机运行的经济性。

本实用新型的工作原理为：

工作介质-化工尾气一级蜗壳102、二级蜗壳107进入一级叶轮101、二级叶轮106，对一级叶轮101、二级叶轮106分别做功，气体能量转化为机械能，驱动一级叶轮101、二级叶轮106旋转；一级叶轮101、二级叶轮106通过液压或法兰把合的形式分别与一级高速齿轮轴111、二级高速齿轮轴112连接，一级高速齿轮轴111、二级高速齿轮轴112分别与大齿轮轴113通过齿轮啮合传递功率，大齿轮轴113最终通过联轴器3将能量回收功率传递给被驱动机2。

Claims (10)

1.一种双级齿轮组装式向心膨胀机，其特征在于：包括一级叶轮(101)、一级蜗壳(102)、一级喷嘴调节机构(103)、一级出风筒(104)、二级叶轮(106)、二级蜗壳(107)、二级喷嘴调节机构(108)、二级出风筒(109)、一级高速齿轮轴(111)、二级高速齿轮轴(112)、大齿轮轴(113)及齿轮箱(120)，其中一级蜗壳(102)及二级蜗壳(107)分别安装在齿轮箱(120)上，在一级蜗壳(102)、二级蜗壳(107)上分别设有一级出风筒(104)、二级出风筒(109)，所述一级喷嘴调节机构(103)、二级喷嘴调节机构(108)分别安装在一级出风筒(104)、二级出风筒(109)上；所述一级高速齿轮轴(111)、二级高速齿轮轴(112)分别安装在齿轮箱(120)上，一级高速齿轮轴(111)的一端由齿轮箱(120)穿出、为悬臂端，安装有一级叶轮(101)，二级高速齿轮轴(112)的一端由齿轮箱(120)穿出、为悬臂端，安装有二级叶轮(106)；所述大齿轮轴(113)位于一级高速齿轮轴(111)和二级高速齿轮轴(112)之间，通过各自轴上的齿轮啮合传动，在大齿轮轴(113)的输出端连接有被驱动机(2)。

2.按权利要求1所述的双级齿轮组装式向心膨胀机，其特征在于：所述一级高速齿轮轴(111)通过一级推力轴承(114)及一级支撑轴承(115)安装在齿轮箱(120)上，二级高速齿轮轴(112)通过二级推力轴承(116)及二级支撑轴承(117)安装在齿轮箱(120)上。

3.按权利要求1所述的双级齿轮组装式向心膨胀机，其特征在于：所述一级高速齿轮轴(111)的悬臂端与齿轮箱(120)之间设有一级充气密封组(105)，二级高速齿轮轴(112)的悬臂端与齿轮箱(120)之间设有二级充气密封组(110)，一级充气密封组(105)和二级充气密封组(110)分别位于一级叶轮(101)和二级叶轮(106)的后面。

4.按权利要求1所述的双级齿轮组装式向心膨胀机，其特征在于：所述向心膨胀机的第一级采用悬臂半开式三元叶轮级，悬臂布置于一级高速齿轮轴(111)的轴端，向心膨胀机的第二级采用悬臂半开式三元叶轮级，悬臂布置于二级高速齿轮轴(112)的轴端，所述一级高速齿轮轴(111)与二级高速齿轮轴(112)及大齿轮轴(119)相互平行；在向心膨胀机的第一级与第二级之间的气管路上加设有一级或二级蒸汽加热器。

5.按权利要求1所述的双级齿轮组装式向心膨胀机，其特征在于：所述一级喷嘴调节机构(103)与二级喷嘴调节机构(108)的结构相同，包括叶片承缸(6)、驱动杆(10)、固定套(11)、第一连杆组及多个第二连杆组，其中叶片承缸(6)的顶端固接在出风筒(18)上，固定套(11)安装在出风筒(18)上，驱动杆(10)插设于固定套(11)内、相对固定套(11)转动，所述驱动杆(10)的一端通过驱动环(9)与动力装置相连，另一端连接有第一连杆组，在驱动环(9)上设有示位计(17)；所述第一连杆组安装在叶片承缸(6)内壁的调节环(8)上，在调节环(8)上沿周向均布有多个第二连杆组，每个第二连杆组均与叶片轴(7)的一端铰接，叶片轴(7)的另一端安装有喷嘴叶片(5)。

6.按权利要求5所述的双级齿轮组装式向心膨胀机，其特征在于：所述第一连杆组包括第三连杆(22)、第四连杆(23)及第二固定环(24)，其中第二固定环(24)固接在调节环(8)上，第二固定环(24)的底部开有凹槽，该凹槽内容置有一个第二连杆组；在凹槽上方的一侧设有第一缺口；所述第三连杆(22)与驱动杆(10)的另一端相连，第四连杆(23)的一端与第三连杆(22)铰接，另一端铰接于第二固定环(24)上的第一缺口内。

7.按权利要求5所述的双级齿轮组装式向心膨胀机，其特征在于：所述第二连杆组包括第一连杆(19)、第二连杆(20)及第一固定环(21)，叶片承缸(6)为圆环形，其顶端固接有出风筒(18)，叶片承缸(6)的内壁向内延伸、形成延伸部，调节环(8)容置于所述延伸部的外缘、相对于叶片承缸(6)可转动；所述第一固定环(21)固接在调节环(8)上，第二连杆(20)的一端与调节环(8)铰接，另一端与第一连杆(19)的一端铰接；所述叶片轴(7)的一端设有喷嘴叶片(5)，另一端由叶片承缸(6)上的延伸部穿过、与第一连杆(19)的另一端铰接；在叶片轴(7)与叶片承缸(6)上的延伸部之间设有无油轴承件(13)。

8.按权利要求5或7所述的双级齿轮组装式向心膨胀机，其特征在于：所述第一固定环(21)为长方体，在其一侧开有第二缺口，所述第二连杆(20)的一端铰接于该第二缺口内。

9.按权利要求5所述的双级齿轮组装式向心膨胀机，其特征在于：所述调节环(8)上开有限位槽，在该限位槽内设有限位销(16)。

10.按权利要求5所述的双级齿轮组装式向心膨胀机，其特征在于：所述固定套(11)的一端通过法兰盘(12)安装在出风筒(18)上，另一端通过销钉(15)定位；所述驱动杆(10)与固定套(11)之间设有无油轴承件(13)，在该无油轴承件(13)的上方、驱动杆(10)与固定套(11)之间填充有密封填料函(14)。

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