径向气体膨胀的制造方法

文档序号:5241777阅读:185来源:国知局
径向气体膨胀的制造方法
【专利摘要】本径向气体膨胀机(1)具备:旋转轴(3);叶轮(4),其固定在旋转轴(3);壳体(2),其将旋转轴(3)支承为能够旋转,并且形成有向叶轮(4)导入流体的导入流路(20a),在该导入流路(20a)设有喷嘴翼(24)和支承构件(25),喷嘴翼(24)引导流入叶轮(4)的流体,支承构件(25)设置在喷嘴翼(24)的上游侧,并对导入流路(20a)的相互对置的壁面之间进行支承,支承构件(25)在剖视观察时形成为翼状。
【专利说明】径向气体膨胀机
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种在单一轴上以多级方式排列叶轮而形成的径向气体膨胀机(径流式气体膨胀机)。本申请基于2011年09月01日向日本申请的特原2011-190525号而主张优先权,并在此援引其内容。
【背景技术】
[0002]气体膨胀机基于如下的目的而进行使用,S卩,通过吸入从设备侧排出的高压的气体,并使其膨胀而使气体的压力能量转换成速度能(机械能)来回收动力,从而使驱动马达等的动力降低。
[0003]近年以来,要求一种可应对更高压力能量的气体膨胀机。作为这种气体膨胀机,已知以多级方式设置多个叶轮的形式的径向气体膨胀机。作为径向气体膨胀机的一例,已知由包括驱动齿轮和与驱动齿轮啮合的小齿轮构成的增速机、配置在小齿轮轴上的多个叶轮构成的齿轮式(增速齿轮式)的径向气体膨胀机(例如,参照专利文献I)。
[0004]而且,也已知在单一轴上的轴承间排列多个叶轮并使这些叶轮内置于单一的壳体中的径向气体膨胀机。在该单一轴上排列有多个叶轮的径向气体膨胀机无论是否具备多级叶轮,只要轴为单一轴即可。因此,与齿轮式的径向气体膨胀机等相比能够使高压密封件、高压壳体实现最少个数,从而即使在更高压的条件下也能够实现可靠性高的径向气体膨胀机(例如,参照专利文献2)。
[0005]如图5及图6所示,以往的径向气体膨胀机101具备壳体2、旋转自如地设置在壳体2的旋转轴3、固定在旋转轴3的多个叶轮4。
[0006]径向气体膨胀机101在其内部具有用于使气体膨胀的两个气体膨胀区间105a、105b。壳体2包括壳体主体6、内置于壳体主体6且由一体连结而成的多个隔膜构成的隔膜组7。气体膨胀区间105a、105b在轴向上将形成有将级间连结的回转弯管的多个隔膜8、9a、9b、10a、10b、11a、lib、12a、12b、13a、13b 连接。
[0007]气体膨胀区间105a、105b具有:按照各区间与壳体2的吸入口 18a、18b连通的气体导入流路120a、120b ;按照各区间与壳体2的喷出口 19a、19b连通的气体流出流路21a、21b。
[0008]其中,气体导入流路120a、120b划定在设置在两个气体膨胀区间105a、105b的中央的中央的隔膜8和除该中央的隔膜8以外的多个隔膜中的最靠近中央的隔膜9a、9b之间。
[0009]而且,在该气体导入流路120上的、叶轮4的上游侧设置有生成与叶轮4的轮廓对应的气流的喷嘴翼24。
[0010]在上述结构的径向气体膨胀机101中,从未图示的设备经由吸入口 18a导入的气体在一方的气体膨胀区间105a膨胀后,经由气体配管22及吸入口 18b而导入另一方的气体膨胀区间105b,从而进一步地膨胀。
[0011]然而,在以往的径向气体膨胀机101中,为了确保气体导入流路120a和气体导入流路120b的流路宽度,在气体导入流路120a、120b的喷嘴翼24的上游侧设置有间隔件125。
[0012] 【在先技术文献】
[0013]【专利文献】
[0014]专利文献1:日本专利第3457828号公报
[0015]专利文献2:日本特开2011-43070号公报
[0016]【发明要解决的课题】
[0017]但是,由于间隔件125设置在喷嘴翼24的上游侧,因此存在紊乱流入喷嘴翼24的气体的流动的课题。如图6所示,在导入的气体的流线L因间隔件125而紊乱的情况下,在流入喷嘴翼24时产生损失。而且,由于间隔件设置在气体导入流路120a、120b的入口附近,因此利用差压的导入流路宽度变化的降低效果小。因此,因流路宽度的变化造成气体流速变化,在流入喷嘴翼24时达不到所期望的气体流速,从而产生损失。这样,间隔件125阻碍了叶轮4的膨胀性能,进而造成径向气体膨胀机101的性能下降。

【发明内容】

[0018]本发明为鉴于这种情况而完成的,其目的在于提供一种能够得到所期望的性能的径向气体膨胀机。而且,本发明的目的在于提供一种能够确保气体导入流路120a、120b的流路宽度以及能够防止构成壳体的隔膜的壁的变形的径向气体膨胀机。
[0019]【用于解决课题的方式】
[0020]为了实现上述的目的,本发明提供以下的方式。
[0021]本发明的第一方式所涉及的径向气体膨胀机具备:旋转轴;叶轮,其固定在所述旋转轴;壳体,其将所述旋转轴支承为能够旋转,并且形成有向所述叶轮导入流体的导入流路。而且,在所述导入流路设置有喷嘴翼和支承构件,所述喷嘴翼引导流入所述叶轮的流体,所述支承构件设置在所述喷嘴翼的上游侧,并对所述导入流路的相互对置的壁面之间进行支承。此外,所述支承构件在剖视观察时形成为翼状。
[0022]根据该结构,通过支承构件使从设置在壳体内的导入流路的相互对置的壁面的下端至支承点的距离变短,从而能够降低对置的壁面的变形量,并且能够确保所期望的流路宽度。而且,由于支承构件在剖视观察时形成为翼状,因此能够防止使流入喷嘴翼的流体的流动紊乱的情况。
[0023]而且,本发明的第二方式所涉及的径向气体膨胀机具备:旋转轴;两组叶轮组,其分别由固定在所述旋转轴的叶轮构成,并在轴向上对称设置;壳体,其将所述旋转轴支承为能够旋转,并且形成有第一导入流路以及第二导入流路,所述第一导入流路向第一组叶轮组导入流体,所述第二导入流路与所述第一导入流路相邻设置,并向第二组叶轮组导入从所述第一组叶轮组喷出的流体。而且,在所述第二导入流路设置有喷嘴翼和支承构件,所述喷嘴翼引导流入所述叶轮的流体,所述支承构件设置在所述喷嘴翼的上游侧,并对所述第二导入流路的相互对置的壁面之间进行支承,所述支承构件在剖视观察时形成为翼状。
[0024]根据该结构,能够在第一导入流路及第二导入流路中确保所期望的流路宽度。而且,在流入第一导入流路的流体和流入第二导入流路的流体的压力差大的情况下,也能够通过支承构件降低与中央壁及第二导入流路的相互对置的壁面的变形量,并且由于支承构件在剖视观察时形成为翼状,因此能够防止使流入喷嘴翼的流体的流动紊乱的情况。
[0025]而且,在本发明的第三方式中,所述支承构件围绕所述旋转轴设置多个,并形成为以使所述支承构件彼此之间的宽度沿着径向相等的方式随着从径向外周侧朝向内周侧而使宽度逐渐变窄。
[0026]根据该结构,能够使通过支承构件的周围的流体不增速而顺畅地导入喷嘴翼。
[0027]而且,在本发明的第四方式中,所述壳体具有:壳体主体、内置于所述壳体主体且一体连结而成的多个隔膜,所述导入流路形成于所述多个隔膜。
[0028]根据该结构,能够更容易对装入有喷嘴翼及形成为翼状的支承构件的壳体进行组装。而且,能够容易进行内部的维护。
[0029]【发明效果】
[0030]根据本发明,可以提供能够得到所期望的性能并且能够降低构成壳体的隔膜的壁的变形量的径向气体膨胀机。
【专利附图】

【附图说明】
[0031]图1为本发明的实施方式所涉及的径向气体膨胀机的剖视图。
[0032]图2为图1的A部放大图。
[0033]图3为图2的B向视图。
[0034]图4为表示在支承翼周边流动的气体的流线的图。
[0035]图5为以往的径向气体膨胀机的剖视图。
[0036]图6为图5的C向视图,且为表示在间隔件周边流动的气体的流线的图。
【具体实施方式】
[0037]参照附图对本发明的实施方式进行详细的说明。
[0038]如图1及图2所示,本发明的实施方式所涉及的径向气体膨胀机I具备:筒状的壳体2 ;能够旋转地支承在壳体2且在壳体2的轴向上延伸的旋转轴3 ;固定在旋转轴3上的多个叶轮4。
[0039]另外,在以下的说明中,以壳体2的轴向与旋转轴3的轴向一致来进行说明。而且,仅将壳体2的轴向和旋转轴3的轴向称为轴向。
[0040]径向气体膨胀机I在其内部具备用于膨胀气体的两个区间。即,径向气体膨胀机I具备由配置在轴向的第一侧的气体膨胀区间5a和配置在轴向的第二侧的气体膨胀区间5b构成的两个气体膨胀区间5a、5b。
[0041]本实施方式的径向气体膨胀机I具备如下的结构,即,通过导入第一气体膨胀区间5a的气体获取旋转驱动力,并且将从第一气体膨胀区间5a排出而膨胀后的气体导入第二气体膨胀区间5b,进一步获取旋转驱动力。
[0042]壳体2具有壳体主体6、设置于壳体主体6的内部的隔膜组7。隔膜组7由以能够沿着轴向拔出的方式连接的11片隔膜8、9a、9b、10a、10b、11a、lib、12a、12b、13a、13b构成。
[0043]第一气体膨胀区间5a具有配置于中央的隔膜8以及与隔膜8的第一侧连接的隔膜9a、10a、lla、12a、13a。而且,第二气体膨胀区间5b具有配置于中央的隔膜8以及与隔膜8的第二侧连接的隔膜9b、10b、lib、12b、13b。[0044]S卩,两个气体膨胀区间5a、5b具有作为共用的结构要素的、中央的隔膜8。
[0045]在壳体主体6形成有用于向第一气体膨胀区间5a导入气体的吸入口 18a、用于向第二气体膨胀区间5b导入气体的吸入口 18b。
[0046]而且,在壳体主体6形成有用于从第一气体膨胀区间5a喷出气体的喷出口 19a、用于从第二气体膨胀区间5b喷出气体的喷出口 19b。
[0047]另外,由气体配管22连接第一气体膨胀区间5a侧的喷出口 19a和第二气体膨胀区间5b侧的吸入口 18b。
[0048]旋转轴3贯通隔膜组7的中央地配置。该旋转轴3的两端部经由轴承15以能够旋转的方式支承在两个气体膨胀区间5a、5b中的、也作为各自的端板的隔膜13a、13b。而且,在位于各轴承15的内侧的隔膜13a、13b的内周部设置有干气密封件16。
[0049]多个叶轮4固定在旋转轴3上,构成第一气体膨胀区间5a的四级叶轮4和构成第二气体膨胀区间5b的四级叶轮4互为反向地排列。
[0050]此处,对于各个叶轮4,当将朝向径向外周侧的开口设为吸入口 41、将朝向轴向的开口设置为喷出口 42时,构成第一气体膨胀区间5a的四级叶轮4及构成第二气体膨胀区间5b的四级叶轮4以具有吸入口 41的一侧面向中央的隔膜8的方式配置。S卩,构成第一气体膨胀区间5a的叶轮4以喷出口 42朝向轴向的第一侧的方式配置,构成第二气体膨胀区间5b的叶轮4以喷出口 42朝向轴向的第二侧的方式配置。
[0051 ] 另外,对多个叶轮4标注相同的符号,然而多个叶轮4的大小各不相同。具体而言,多个叶轮4以适应气体的膨胀行程的方式来改变大小。
[0052]在中央的隔膜8和位于其两侧的隔膜9a、9b之间形成有分别与吸入口 18a、18b连通的第一导入流路20a及第二导入流路20b。即,第一气体膨胀区间5a的第一导入流路20a形成于中央的隔膜8的第一侧的壁面81和隔膜9a的第二侧的壁面91之间。而且,第二气体膨胀区间5b的第二导入流路20b形成于中央的隔膜8的第二侧的壁面82和隔膜9b的第一侧的壁面92之间。
[0053]由此,第一导入流路20a和第二导入流路20b隔着中央的隔膜8而相邻地配置。
[0054]同样,在也作为端板的隔膜13a、13b和与它们邻接的隔膜12a、12b之间形成有分别与上述的喷出口 19a、19b连通的导出流路21a、21b。
[0055]其中第一气体膨胀区间5a的导出流路21a与壳体主体6的喷出口 19a连通,第二气体膨胀区间5b的导出流路21b与壳体主体6的喷出口 19b连通。
[0056]在各个第一导入流路20a及第二导入流路20b中的叶轮4上游侧设置有对气体的向叶轮4的流入进行引导的多个喷嘴翼24。在本实施方式中,设置有17片喷嘴翼24。
[0057]如图3所示,喷嘴翼24在周方向等间隔地配设。各个喷嘴翼24的从轴向观察时的剖面形状形成为前缘圆后缘尖的所谓的翼状。而且,喷嘴翼24的前缘配置在周方向外周侦牝后缘配置在周方向内周侧,并且后缘以沿着旋转轴3的旋转方向R的方式相对于前缘向旋转方向R行进方向侧倾斜地配置。即,在气体的流动方向上游侧配置前端而在下游侧配置后端。
[0058]而且,喷嘴翼24的剖面形状例如利用数值流体力学(CFD)解析来确定。因此,本实施方式的喷嘴翼24的剖面形状形成为相对于沿着气体的流动方向(以下,称为流线方向)的中心线呈非对称形。即,喷嘴翼24具有如将气体的流动顺畅地导入叶轮4的形状,以在叶轮4中促进使气体膨胀?增速的作用。[0059]在喷嘴翼24的更外周侧设置有作为支承构件的多个(17片)支承翼25。支承翼25与喷嘴翼24同样,在周方向等间隔地配设。各个支承翼25的从轴向观察的剖面形状形成为前缘圆后缘尖的所谓的翼型。而且,支承翼25的前缘配置在周方向外周侧,后缘配置在周方向内周侧,并且后缘以沿着旋转方向R的方式相对于前缘而向旋转方向R行进方向侧倾斜地配置。即,对于支承翼25,在流线方向上游侧配置前端,在下游侧配置后端。
[0060]而且,支承翼25的形状形成为以使支承翼25彼此之间的宽度W在流线方向即径向大致相等的方式,随着从径向外周侧朝向内周侧而使宽度逐渐变窄。
[0061]另外,支承翼25的剖面形状与喷嘴翼24不同,相对于沿着流线方向的中心线形成对称形。对于支承翼25的形状、周向的位置以及径向的位置,为了尽量不影响导入喷嘴翼24的气体,仍然利用CFD等进行确定,特别优选设置为沿着流线的形状。而且,为了将对流线的影响控制在较小的(使流线不紊乱)范围内,优选尽量缩短流线方向的长度。而且,由于气体的流量造成流线变化,因此优选根据使用条件适当确定。
[0062]在各气体膨胀区间5a、5b的中间的隔膜9a、10a、11a、12a及9b、10b、lib、12b形成有将前级的叶轮4的喷出口 42和后级的叶轮4的吸入口 41连接的剖面呈U字状的回转弯管(中间流路)27。在这些回转弯管27设置有配置在叶轮4的上游侧的喷嘴翼24和用于将向后级的叶轮4的吸入口 41的气流设为效率良好的气流的17片回流叶片28。
[0063]对上述结构的径向气体膨胀机I的动作进行说明。首先,高温?高压的气体从规定的设备经由吸入口 18a而被导入第一气体膨胀区间5a。气体在第一气体膨胀区间5a内通过四级叶轮4分四个阶段反复进行气体的吸入、膨胀,并从喷出口 19a喷出。接下来,气体经由气体配管22及吸入口 18b而导入第二气体膨胀区间5b,在第二气体膨胀区间5b膨胀,并从喷出口 19b喷出。
[0064]在两个气体膨胀区间5a、5b的内部,流入的气体在轴向上流动。其中,根据上述结构,气体向相互相反方向流动。即,气体在气体膨胀区间5a从轴向的第二侧向第一侧流动。而且,气体在气体膨胀区间5b从轴向的第一侧向第二侧流动。
[0065]此处,与经由吸入口 18a而导入第一导入流路20a的气体的压力相比较,经由吸入口 18b而导入第二导入流路20b的气体的压力较低。即,隔着隔膜8而相邻的第一导入流路20a内的压力和第二导入流路20b内的压力的压力差变大。
[0066]根据上述实施方式,即使在第一导入流路20a内的压力和第二导入流路20b内的压力的压力差大,且对形成于第一导入流路20a和第二导入流路20b之间的中央的隔膜8施加有使该隔膜8变形那样的力的情况下,通过设置有支承翼25能够降低变形量。而且,支承翼25在剖视观察时形成为翼状,如图4所示,能够降低在支承翼25的周边流动的气体的流线L的紊乱。
[0067]而且,支承翼25以使支承翼25彼此之间的宽度W沿着径向相等的方式随着从径向外周侧向内周侧而使宽度逐渐变窄地形成,由此能够使通过支承翼25的周围的气体不增速而顺畅地导入喷嘴翼24。
[0068]而且,由于支承翼25相对于流线方向呈对称形状,因此能够更容易制造。
[0069]而且,由于构成壳体2的多个隔膜组7能够在轴向上分割,因此能够容易进行内部的维护。[0070]另外,本发明的技术范围并不限定于上述的实施方式,在不脱离本发明的主旨的范围内,可以施加各种变更。例如,也可以将支承翼25设置为相对于流线方向呈非对称的形状。
[0071]工业上的可利用性
[0072]根据本发明的径向气体膨胀机,能够得到所期望的性能,并能够降低构成壳体的隔膜的壁的变形量。
[0073]附图符号说明
[0074]I 一径向气体膨胀机
[0075]2—壳体
[0076]3—旋转轴
[0077]4 一叶轮
[0078]5—气体膨胀区间
[0079]6—壳体主体
[0080]7—隔膜组
[0081]8、9a、9b、10a、10b、11a、lib、12a、12b、13a、13b—隔膜
[0082]20a—第一导入流路(导入流路)
[0083]20b—第二导入流路(导入流路)
[0084]24—喷嘴翼
[0085]25—支承翼(支承构件)
[0086]27—回转弯管
[0087]28—回流叶片
【权利要求】
1.一种径向气体膨胀机,其中,具备: 旋转轴; 叶轮,其固定在所述旋转轴; 壳体,其将所述旋转轴支承为能够旋转,并且形成有向所述叶轮导入流体的导入流路,在所述导入流路设置有喷嘴翼和支承构件,所述喷嘴翼对向所述叶轮流入的流体进行引导,所述支承构件设置在所述喷嘴翼的上游侧,并对所述导入流路的相互对置的壁面之间进行支承, 所述支承构件在剖视观察时形成为翼状。
2.—种径向气体膨胀机,其中,具备: 旋转轴; 两组叶轮组,其分别由固定在所述旋转轴的叶轮构成,并在轴向上对称设置; 壳体,其将所述旋转轴支承为能够旋转,并且形成有第一导入流路以及第二导入流路,所述第一导入流路向第一组叶轮组导入流体,所述第二导入流路与所述第一导入流路相邻设置,并向第二组叶轮组导入从所述第一组叶轮组喷出的流体, 在所述第二导入流路设置有喷嘴翼和支承构件,所述喷嘴翼对向所述叶轮流入的流体进行引导,所述支承构件设置在所述喷嘴翼的上游侧,并对所述第二导入流路的相互对置的壁面之间进行支承, 所述支承构件在剖视观察时形成为翼状。
3.如权利要求1或2所述的径向气体膨胀机,其中, 所述支承构件围绕所述旋转轴设置多个,并形成为以使所述支承构件彼此之间的宽度沿着径向相等的方式随着从径向外周侧朝向内周侧而使宽度逐渐变窄。
4.如权利要求1?3中任一项所述的径向气体膨胀机,其中, 所述壳体具有:壳体主体;内置于所述壳体主体且一体连结而成的多个隔膜, 所述导入流路形成于所述隔膜彼此之间。
【文档编号】F01D1/06GK103649465SQ201280033725
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2012年1月6日 优先权日:2011年9月1日
【发明者】石川博巳, 永尾英树 申请人:三菱重工压缩机有限公司
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