径向气体膨胀机的制作方法

文档序号:5257194阅读:270来源:国知局
专利名称:径向气体膨胀机的制作方法
技术领域
本发明涉及具有在单个轴上设置成多级的叶轮叶片的径向气体膨胀机。
背景技术
气体膨胀机用于下述目的吸入从工厂排出的高压气体,并使它膨胀已将气体的压力能转化成速度能(机械能),从而回收能量,并降低驱动电动机等的功率。这是从专利文献1等中已知的可能存在的情况是气体膨胀机需要设置成多级,以适应(吸收)高压力比或实现高性能。在该情况中,例如,如图4所示的齿轮型(加速齿轮型)径向气体膨胀机是可能的 (参见专利文献2)。根据这种径向气体膨胀机,膨胀机轮轴102经由轴承IOlA由齿轮箱100支撑。同样,平行于膨胀机轮轴102的多个膨胀机小齿轮轴(叶轮轴)103经由轴承IOlB由齿轮箱 100支撑。高压级A、B和C、D的膨胀机叶轮(叶轮叶片)104布置在图示的膨胀机小齿轮轴103中的一个的两端处,而低压级E和F的膨胀机叶轮(叶轮叶片)104布置在另一膨胀机小齿轮轴103的两端处。在每一级中,从工厂排放的高温高压气体从构造成蜗壳的流入壳体105和设置在盘形环状空间106中的导流叶片(喷嘴叶片)107被朝向膨胀机叶轮104抽吸。因此,气体膨胀,并从出口锥形扩散器108排出。通过抽吸和膨胀气体回收的功率经由齿轮系传递至膨胀机轮轴102,以降低驱动电动机等(未示出)的功率。在所述一个膨胀机小齿轮轴103 上,从第一级膨胀机叶轮104流出的气体经由返回环(回转弯头)109被吸入第二级膨胀机叶轮104,以便在所述两级中重复气体的吸入和膨胀过程。现有技术文献专利文献专利文献1 日本专利No. 3457828 (第2页,图6)专利文献2 JP-A-6-193585 (第 7 页,图 24)专利文献3 :JP-A-3-168304(第 1 页,图 1)

发明内容
发明要解决的技术问题然而,采用如图4所示的齿轮型的径向气体膨胀机,膨胀机小齿轮轴(叶轮轴)103 的数量随着级数的增加而增加。需要多个高压密封件和多个高压壳体。因此,存在多个因素引起对处于高压和高压比条件下的机器的可靠性的担忧,如气体泄漏或轴振动,因此造成难以确保可靠性的问题。关于图4中示出的径向气体膨胀机,高压两级A、B和C、D的径向气体膨胀机设置在一个膨胀机小齿轮轴103的两端处。它们都被以所谓的悬臂方式支撑在膨胀机小齿轮轴 103的位于轴承IOlB以外的自由端侧上。因此,轴振动增加,并且两级是可接受的极限。由于更多级是不可接受的,因此该径向气体膨胀机具有的缺点在于,它不能承受高压、高压比条件下的使用。因此,本发明的一个目的是提供一种高度可靠的单个轴(或单轴)多级径向气体膨胀机,其能够承受高压、高压比条件下的使用。专利文献3披露了具有在转子上设置成多级的气体膨胀机的发电设备。该设备是轴向气体膨胀机,其与径向气体膨胀机在压力水平方面不同,并且根本不能在高压、高压比条件下应用。 技术方案根据本发明的用于实现上述目的的径向气体膨胀机包括容纳在单个壳体中的径向气体膨胀机分段,该径向气体膨胀机分段包括在单个轴上的轴承之间以两级或更多级布置的叶轮叶片。该径向气体膨胀机分段可以设置为包括沿轴向方向连接的多个隔板,每个隔板具有形成为连接相邻级的回转弯头,每个回转弯头装配有用于形成对应于叶轮叶片的轮廓的气流的喷嘴叶片和用于将至下一级的入口的气流调节成有效的气流的返回叶片。可以设置有两个或更多个所述径向气体膨胀机分段,并且每个分段具有与所述单个壳体的吸入口连通的进气口和与所述单个壳体的输出端口连通的出气口。有益效果根据本发明的上述径向气体膨胀机,虽然采用了多级,但单个轴即足够。因此,与常规齿轮型径向气体膨胀机等相比,可以最小化高压密封件和高压壳体的数量。而且,所述径向气体膨胀机分段可以设置在单个轴上的轴承之间。因此,与多个轴相比,容易考虑轴对准,并且与悬臂式径向气体膨胀机分段相比,轴振动的设计也容易。此外,单个壳体是足够的,并且因此可以被容易地支撑在轴中心线的位置处。因此,消除了引起对处于高压和高压比条件下的机器的可靠性的担忧的因素,如气体泄漏或轴振动,并且实现了更加可靠的单个轴(或单轴)多级径向气体膨胀机。


图1是单个轴(或单轴)多级径向气体膨胀机的正面截面图,示出了本发明的一个实施例。图2是沿箭头A截取的图1中的扩散器的视图。图3是沿箭头B截取的图1中的扩散器的视图。图4是常规齿轮型径向气体膨胀机的正面截面图。
具体实施例方式以下,将参照附图通过实施例详细描述根据本发明的径向气体膨胀机。实施例图1是单轴多级径向气体膨胀机的正面截面图,示出了本发明的一个实施例。图 2是沿箭头A截取的图1中的扩散器的视图。图3是沿箭头B截取的图1中的扩散器的视图。
如图1所示,两个径向气体膨胀机分段IlA和IlB容纳在单个壳形(管状)壳体 10中,这两个径向气体膨胀机分段IlA和IlB的气流方向沿转子轴的方向彼此相反。与一个径向气体膨胀机分段IlA的进气口(端口)12a连通的吸入口 IOa和与另一个径向气体膨胀机分段IlB的进气口(端口)12b连通的吸入口 IOb形成在壳形壳体10中。并且,与所述一个径向气体膨胀机分段IlA的出气口(端口)12c连通的输出端口 IOc和与所述另一个径向气体膨胀机分段IlB的出气口(端口)12d连通的输出端口 IOd形成在壳形壳体 10中。这两个径向气体膨胀机分段IlA和IlB具有沿壳形壳体10的纵向方向可拆卸地连接的多个(在图示的实施方式中为11个)隔板(环形盘状分隔板)15、16a、16b、17a、 17b、18a、18b、19a、19b、20a和20b。中央隔板15和位于其一侧(附图中的左侧)的5个隔板16a、17a、18a、19a和20a构成所述一个径向气体膨胀机分段11A,而中央隔板15和位于其另一侧(附图中的右侧)的5个隔板16b、17b、18b、19b和20b构成所述另一个径向气体膨胀机分段IlB。也就是说,由单个轴构成的转子轴13穿透隔板15、16a、16b、17a、17b、18a、18b、 19a、19b、20a和20b中的每一个的中心,并且转子轴13的两端经由轴承21a和21b由两个隔板20a和20b可转动地支撑,隔板20a和20b同时用作这两个径向气体膨胀机分段IlA 和IlB中的端板。干气体密封件22a和22b装配在隔板20a和20b的位于轴承21a和21b 之内的内周部分中。在转子轴13上,设置有用于所述一个径向气体膨胀机分段IlA的成多级(在图示的实施方式中为四级)的叶轮叶片14a_14d和用于所述另一个径向气体膨胀机分段IlB的成多级(在图示的实施方式中为四级)的叶轮叶片14e-14h,前者叶片的方向和后者叶片的方向彼此相反。而且,与上述吸入口 10a、IOb连通的进气口 12a、12b形成在中央隔板15和位于其两侧的隔板16a、16b的接触面之间,而与上述输出端口 10c、10d连通的出气口 12c,12d形成在作为端板的两个隔板20a、20b和与其相邻的隔板19a、19b的接触面之间。连接所述各级的U形截面形状的回转弯头(中间通道)23形成在径向气体膨胀机分段IlAUlB中的中间隔板17a、18a、19a和17b、18b、19b中,如图2和3所示。这些回转弯头23装配有用于形成对应于叶轮叶片14b-14d和14f-14h的轮廓的气流的多个(在图示的实施方式中为17个)喷嘴叶片24,以及用于将至下一级的入口的气流调节成有效的气流的多个(在图示的实施方式中为17个)返回叶片25。不用说,前述进气口 12a、12b也装配有用于形成对应于叶轮叶片14a、14e的轮廓的气流的喷嘴叶片24。在如上构造的径向气体膨胀机中,当从工厂排出的高温高压气体供给至单个壳体10的吸入口 10a、10b时,例如,径向气体膨胀机分段IlAUlB允许四级中的叶轮叶片 14a-14d和14e-14h在整个四级中都重复气体的吸入和膨胀,从而回收功率,并降低用于驱动转子轴13的驱动电动机等的功率。在本实施方式中,由于存在两个径向气体膨胀机分段 IlA和11B,因此获得了对应于它们的效果之和的功率降低效应。而且,在本实施例中,虽然采用多级(严格地说,8级),但单个轴足以作为转子轴 13。因此,与常规齿轮型径向气体膨胀机等相比,最小数量的干气体密封件是足够的(即, 两个干气体密封件22a和22b),并且壳体10可为能够容易地被支撑的单个壳体。
而且,这两个径向气体膨胀机分段IlA和IlB设置在单个转子轴13上的轴承22a 和22b之间。因此,与多个轴相比,容易考虑轴对准,并且与悬臂式径向气体膨胀机分段相比,轴振动的设计也容易。此外,这两个径向气体膨胀机分段IlA和IlB设置为具有沿轴向方向连接的所述多个隔板15、16a、16b、17a、17b、18a、18b、19a、19b,20a和20b (其中形成连接各级 的回转弯头23等)。因此,径向气体膨胀机分段IlAUlB可以牢固且容易地组装在单个壳体10中。进一步,这两个径向气体膨胀机分段IlA和IlB允许气体沿彼此相反的方向流动。 因此,它们可以消除彼此的压力,使作用在转子轴13上的推力被非常好地平衡。此外,这两个径向气体膨胀机分段IlA和IlB分别具有与单个壳体10的吸入口 IOa和IOb连通的进气口 12a和12b,以及与单个壳体10的输出端口 IOc和IOd连通的出气口 12c和12d。因此,容易改变所述分段的数量。因此,消除了对处于高压和高压比条件下的机器的可靠性的担忧的因素,如气体泄漏或轴振动,并且因此实现更加可靠的单轴多级径向气体膨胀机。不用说,本发明不限于上述实施例,并且在不偏离本发明的要旨的情况下,可以进行多种改变和修改,如径向气体膨胀机分段的数量的改变,以及径向气体膨胀机的级数的改变。工业应用性根据本发明的径向气体膨胀机可以应用于工厂等,其吸入从工厂排出的高压气体、使气体膨胀以回收功率,并利用温度在膨胀之后已经变低的废气,用于再热冷却器。附图标记说明10单个壳体10a, IOb 吸入口10c,IOd 输出端口11A,IlB径向气体膨胀机分段12a,12b 进气口13转子轴14a-14h 叶轮叶片15中央隔板16a, 16b, 17a, 17b, 18a, 18b, 19a, 19b 中间隔板20a, 20b作为端板的隔板21a,21b 轴 22a,22b干气体密封件23回转弯头(中间通道)24喷嘴叶片25返回叶片
权利要求
1.一种径向气体膨胀机,包括容纳在单个壳体中的径向气体膨胀机分段,该径向气体膨胀机分段包括在单个轴上的轴承之间以两级或更多级布置的叶轮叶片。
2.根据权利要求1所述的径向气体膨胀机,其中该径向气体膨胀机分段设置为包括沿轴向方向连接的多个隔板, 每个隔板具有形成为连接相邻级的回转弯头,每个回转弯头装配有用于形成对应于叶轮叶片的轮廓的气流的喷嘴叶片和用于将至下一级的入口的气流调节成有效的气流的返回叶片。
3.根据权利要求1所述的径向气体膨胀机,其中设置有两个或更多个所述径向气体膨胀机分段,并且每个分段具有与所述单个壳体的吸入口连通的进气口和与所述单个壳体的输出端口连通的出气口。
全文摘要
本发明提供了一种单轴多级径向气体膨胀机,其具有高度的可靠性并且其可以充分地处理高压和高压比条件。由设置在由单个轴构成的转子轴(13)上的轴承(21a,21b)之间的两级或更多级叶轮叶片(14a to 14h)形成的两个或更多个径向气体膨胀机分段(11A,11B)容纳在单个壳体(10)中。
文档编号F01D25/24GK102421991SQ20108001908
公开日2012年4月18日 申请日期2010年7月28日 优先权日2009年8月19日
发明者东森弘高, 八木克记, 小林雅博, 山下胜也, 毛利靖, 永尾英树 申请人:三菱重工压缩机有限公司
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