一种可换装式的轴流膨胀机结构的制作方法

本发明涉及膨胀机的结构，具体地说是一种可以换装不同尺寸、形状的喷嘴环和动叶片的轴流膨胀机结构。

背景技术：

轴流膨胀机应用广泛，适用的工作介质类型、压力、温度、转速、功率、叶片级数等设计参数各不相同。

首先，对于工业应用的膨胀机，常需要根据实际运行情况对其进行升级改造，一般只能对其喷嘴和动叶的叶型进行小幅度的优化，其效率提升以及设计参数的变化幅度都很小；此外，在研发新的膨胀机时，需要采用试验装置验证设计结果，试验平台用的膨胀机结构一般针对性很强，不能适应多个差别较大的设计方案，比如转速、功率、叶片形状及尺寸变化特别大的情况。基于以上现状，本发明提出一种可以换装不同形状、尺寸的喷嘴环和动叶片的轴流膨胀机结构，以适应设备的大幅地优化改进，或者可实现一个试验台满足多个气动设计方案的测试需求，大幅降低膨胀机试验平台的建设成本。

技术实现要素：

本发明公开了一种可以换装不同喷嘴环和动叶片的轴流膨胀机结构，通过该结构的应用可以使同一台设备换装多种不同形状、尺寸的叶片，适应多个设计参数的运行及优化要求，具有良好的应用前景。

为了达到上述目的，本发明的技术解决方案如下：

一种可以换装不同喷嘴环和动叶的轴流膨胀机结构，所述轴流膨胀机包括膨胀机转子、进气蜗壳、整体喷嘴环、支撑筒体、排气筒，其特征在于，所述膨胀机转子包括主轴、动叶盘；所述轴流膨胀机安装至少一级叶片，每级叶片都包含一整体喷嘴环和一动叶盘；其中，

各级动叶盘与主轴通过端面齿、拉杆、锁紧螺母联接，用于传递扭矩，并保持这些零件的同心度；

第一级整体式喷嘴环包括内环和外环，内环和外环之间为静叶片，

进气蜗壳包括进气法兰、出口内缘面和出口外缘面；

第一级整体式喷嘴环的外环的外侧法兰面通过紧固件固定在进气蜗壳出口外缘面的内侧部分；

各级整体式喷嘴环的外环在沿膨胀机轴线方向上的长度设置为使得可完全覆盖各级动叶；

所述支撑筒体一端的法兰面通过紧固件固定在进气蜗壳出口外缘面的外侧部分，支撑筒体另一端通过紧固件固定在排气筒的进口外缘面上，支撑筒体和排气筒之间连接或不连接第二级整体式喷嘴环的外环；

支撑筒体对应各喷嘴环的位置沿周向均匀布置若干个调整螺栓，螺纹孔的中心线与主轴的轴线垂直，用以调整各喷嘴环与主轴之间的同心度；

所述轴流膨胀机可以根据实际应用的需要换装不同尺寸、形状的喷嘴环和动叶。

优选地，所述膨胀机转子采用悬臂支撑结构，所述主轴由轴承箱独立支撑或者作为齿轮轴采用齿轮箱体支撑。

优选地，动叶盘为整体叶盘，或叶片、榫头、轮盘、榫槽的组合结构。

优选地，第一级整体式喷嘴环的内环与进气蜗壳出口内缘面之间形成密封，进气蜗壳的出口内缘面与主轴之间设有汽封。

优选地，所述轴流膨胀机可以换装不同尺寸和形状的喷嘴和动叶，通过整体喷嘴环的外环唇口和内环唇口来调整喷嘴入口面积，使之不大于蜗壳出口面积，在一定范围内任意调整通流面积和通道的平均半径。

所述轴流膨胀机在换装不同尺寸和形状的喷嘴和动叶时，其工作介质类型、压力、温度、膨胀机的转速及输出功率都可以大幅地改变。

优选地，所述轴流膨胀机的第一级喷嘴外环固定在进气蜗壳的出口外缘处，喷嘴内环通过密封垫圈对进气蜗壳出口内缘结合面处进行密封。

优选地，所述轴流膨胀机进气蜗壳出口外缘处固定有环状的支撑筒体，第二级喷嘴外环和排气筒都通过螺栓、螺母固定在支撑筒体上，可以通过止口或定位销完成定位。

优选地，所述轴流膨胀机的支撑筒体上安装有8个用于保证喷嘴环与主轴同心度的调整螺栓，其中4个螺栓位于第一级喷嘴对应轴向位置，其余4个螺栓位于第二级喷嘴对应轴向位置，螺栓沿周向均布，螺纹孔的中心线与主轴轴线垂直并指向轴心。

优选地，所述轴流膨胀机的动叶可以带有叶冠，用以改善叶顶泄漏流动。

优选地，所述轴流膨胀机的第二级喷嘴内环可以带有轴向或径向的汽封结构，也可以同时使用轴向和径向的汽封结构。

上述内容完成了一台悬臂支撑、可以换装不同级数、尺寸及形状叶片的轴流膨胀机结构，其喷嘴环、支撑筒体、排气筒、拉杆、锁紧螺母等零件都能方便地沿轴向安装，叶片的轴向弦长以及叶片之间的间距也都易于调整。

同现有技术相比，本发明的优点与有益效果为：

1、该膨胀机可以采用同一套进气蜗壳、主轴及其支撑结构，满足多套不同设计参数的叶片的优化、测试需求，大幅降低试验台建设的成本和时间；

2、换装的喷嘴和动叶片的尺寸、形状可以有较大变化时，优化设计方案更加灵活，可以使得膨胀机性能得到更大幅度的提高。

附图说明

图1为带有小尺寸叶片的轴流膨胀机结构；

图2为图1中局部视图A的放大图；

图3为带有大尺寸叶片的轴流膨胀机结构；

图4为图3中局部视图B的放大图；

图5为两端都装有叶轮的悬臂支撑转子结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

本发明的两个实施例如图1～4所示。图1、2为带有小尺寸叶片的轴流膨胀机结构及其局部放大图，主要由进气法兰1、进气蜗壳2、排气法兰3、支撑及止推轴承4、主轴5、汽封6、锁紧螺母7、拉杆8、第一级整体式喷嘴环11、第一级整体式动叶盘12、第二级整体式喷嘴环13、第二级整体式动叶盘14、支撑筒体17、排气筒23组成。其中，第一级动叶盘12、第二级动叶盘14与主轴通过端面齿结构9和锁紧螺母7联接，用于传递扭矩，并保证转子上各个零件组合时的同心度。

第一级喷嘴的内环设置唇口10，将进气蜗壳2的出口分成两部分，使得工作介质能够平顺地流入第一级喷嘴，第一级喷嘴的外环15通过螺栓16紧固在进气蜗壳2的出口外缘面上，接触面可以根据工作介质的压力选择是否采用密封垫片或者密封胶完成密封要求。第一级喷嘴11的内环与进气蜗壳2的出口内环之间可采用止口、密封垫圈、密封胶或螺栓紧固等多种措施来保证该接合位置的密封要求。

支撑筒体17主要用于固定第二级喷嘴13、排气筒23，支撑筒体17通过螺栓18固定在进气蜗壳2的出口面上，由于换装叶片时不需要反复拆卸支撑筒体17，因此可设置支撑筒体17与进气蜗壳2的出口位置采用止口配合结构来增加其定位精度，各个接触面可以根据工作介质的压力选择是否采用密封垫片或者密封胶完成密封要求。第二级喷嘴的外环19、排气筒23通过螺栓和螺母套件20紧固在支撑筒体17上，根据加工能力和装配精度要求可以对套件20采用铰制螺栓，并对支撑筒体17、第二级喷嘴外环19、排气筒23设置对应的铰制孔。

支撑筒体17上安装有八个用于保证喷嘴环与主轴同心度的调整螺栓，其中四个螺栓21位于第一级喷嘴对应轴向位置，其余四个螺栓22位于第二级喷嘴对应轴向位置，螺栓沿周向均布，螺纹孔的中心线与主轴轴线垂直并指向轴心。

图3、4为带有大尺寸叶片的轴流膨胀机结构及其局部放大图，与图1结构的主要区别有三点：一、图3采用的喷嘴、动叶的尺寸比图1中的叶片要大，可以适应更大体积流量的设计方案；二、第一级喷嘴的外环15可优化为图4中光滑过度的外环唇口结构，而图2中的第一级喷嘴的内环唇口10简化为与进气蜗壳出口型线光滑过渡，改变了叶片的平均半径以及通流面积；三、图4中第一级和第二级动叶都采用了叶冠及梳齿结构24，并对应修改了第一级、第二级喷嘴外环的结构，可以减少动叶顶部的泄漏流动，提高膨胀机的效率。

进一步地，若需要将两级叶片改为一级，则可以更换一根较短的拉杆8，或者采用带有端面齿的轴套安装在第二级动叶盘14的位置，仍然使用原拉杆。

进一步地，如图5所示，膨胀机的动叶盘也可以悬挂在齿轮轴的两端，膨胀机的进气蜗壳固定在齿轮箱体上，膨胀机的其他结构可以与图1、图3类似。

以上所述仅为本发明的较佳实例而已，并不用以限制本发明，凡依本发明专利构思所述构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。