液化天然气降压工况用LNG液力透平的轴向力平衡系统的制作方法

本发明涉及一种液化天然气降压工况用lng液力透平的轴向力平衡系统。

背景技术：

目前，在液化石油天然气接收站及浮式生产储存卸货装置(lng-fpso)对于lng降压的装置，由于介质低温、易爆、易燃、易汽化。因此，对于介质低温保冷、密封性、安全可靠性、降低汽化量有很高的要求。

传统液化石油天然气接收站及浮式生产储存卸货装置(lng-fpso)多用j-t阀来降压，初期投入成本高，且汽化气化量很大，介质浪费量很大。采用带有真空保冷结构的lng液力透平可完全代替j-t阀，应用高压的lng介质带动多级减压叶轮，为lng介质降压，避免多级减压孔板节流带来的高热量，造成介质汽化，产生浪费。于此同时透平发出电能，采用四象限变频回收并入电网。lng液力透平有利于国内液化石油天然气接收站及浮式生产储存卸货装置(lng-fpso)降低运送lng流程中的浪费，提高产能。

现有技术中，该工位多用阀门实现，lng液力透平为全新技术。lng液力透平介质进入对平衡系统冲击性很大，轴向力平衡系统稳定很困难，造成透平运行不稳定；lng液力透平为液化石油天然气接收站及浮式生产储存卸货装置(lng-fpso)关键设备，维护时间及便捷性非常关键。

技术实现要素：

根据上述提出的技术问题，而提供一种液化天然气降压工况用lng液力透平的轴向力平衡系统，用于解决lng液力透平轴向力平衡问题，解决lng液力透平介质进入对平衡系统冲击性很大问题，解决轴向力平衡系统稳定困难问题。本发明采用的技术手段如下：

一种液化天然气降压工况用lng液力透平的轴向力平衡系统，包括：平衡盘、平衡盘耐磨板、叶轮口环和壳体口环；所述的平衡盘耐磨板设置于液力透平首级叶轮的轴向端部，所述的平衡盘设置于液力透平的轴承盒内壁，并且使平衡盘耐磨板和平衡盘上下设置，间隙配合，形成平衡盘机构；所述的叶轮口环设置于液力透平首级叶轮的径向外侧，所述的壳体口环设置于液力透平的轴承盒内壁，并且使叶轮口环位于壳体口环内侧，间隙配合，形成平衡鼓结构；所述的平衡盘上加工有多个连通液力透平发电机腔体的导流槽。

当叶轮口环冲入高压介质，通过叶轮口环和壳体口环的间隙，进入首级叶轮和平衡盘形成的平衡腔，最后通过平衡盘的导流槽进入发电机室，形成平衡回路。

作为优选所述的壳体口环上加工有用于减压的抗冲击槽，所述的抗冲击槽为径向条形槽。

作为优选所述的平衡盘为正三角形平衡盘结构。

作为优选所述的导流槽包括径向的多点泄流槽和轴向的平衡孔。

作为优选所述的液化天然气降压工况用lng液力透平的轴向力平衡系统设置于液力透平的首级叶轮和发电机室之间；所述的液力透平包括：设置于液力透平出口吐出段处的平衡回路出口、设置于发电机室内部的平衡回路入口和平衡管路；所述的平衡管路用于连通平衡回路入口和平衡回路出口。

当高压介质从首级中段和首级导叶冲入叶轮口环，依次通过轴向力平衡系统的平衡鼓结构和平衡盘机构，进入发电机室内，并穿过发电机定子与转子间隙，通过平衡回路入口进入平衡管路，最终于平衡回路出口进入液力透平出口的吐出段，形成平衡回路。

与现有技术相比较，本发明所述的液化天然气降压工况用lng液力透平的轴向力平衡系统，轴向力平衡系统位于首级叶轮与发电机中间，lng液力透平入口高压介质通过平衡鼓结构、平衡盘机构，进入发电机内部，通过发电机定子与转子间隙引入平衡管路，通过平衡管路流入液力透平入口，通过平衡鼓与平衡盘结合的方法进行轴向力平衡，能够动态的、完全的平衡液力透平轴向力；全新设计平衡盘耐磨板，耐磨板为平衡装置易损件，更换快捷方便，成本低廉，有效保护平衡盘及叶轮；液力透平高压介质来流快速冲入平衡鼓、平衡盘内，为降低该冲击，平衡鼓结构开设减压抗冲击凹槽结构，并适当加长平衡鼓轴向尺寸，有效避液力透平高压介质进入平衡系统，对平衡系统造成冲击，增强平衡系统及液力透平的稳定性。

本发明所述的轴向力平衡系统及液化天然气降压工况用lng液力透平，是一种工况液化石油天然气接收站及浮式生产储存卸货装置(lng-fpso)lng液力透平平衡系统，解决了lng液力透平平衡系统对透平运行安全稳定性的限制等问题，同时提高lng液力透平维护的便捷，低成维护维修成本。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明透平整体结构示意图。

图2是本发明轴向力平衡系统示意图(图1的i处局部放大视图)。

其中：1、吐出段，2、平衡管路，3、发电机室，4、首级叶轮，5、平衡盘耐磨板，6、叶轮口环，7、壳体口环，8、平衡盘，9、多点泄流槽，10、平衡孔，11、轴承盒，12、首级中段，13、首级导叶。

具体实施方式

如图1和图2所示，一种液化天然气降压工况用lng液力透平的轴向力平衡系统，包括：平衡盘8、平衡盘耐磨板5、叶轮口环6和壳体口环7；所述的平衡盘耐磨板5设置于液力透平首级叶轮4的轴向端部，所述的平衡盘8设置于液力透平的轴承盒11内壁，并且使平衡盘耐磨板5和平衡盘8上下设置，间隙配合，形成平衡盘机构，相对转动时，平衡盘耐磨板5和平衡盘8的间隙形成平衡液膜；平衡盘耐磨板5与平衡盘8形成平衡间隙，平衡盘耐磨板5为易损件，能够有效的保护了平衡盘5及首级叶轮4，更换方便、价格低。

所述的平衡盘8为正三角形平衡盘结构。采用正三角形平衡盘8，当介质从叶轮口环6与多槽降压壳体口环7中间流过后，需要足够的缓冲腔，正三角形平衡盘8能够在满足较小的径向尺寸情况下，形成更大的缓冲腔，即减小了径向尺寸，并提高平衡盘系统的稳定性，提高透平运行可靠性。

所述的平衡盘8上加工有多个连通液力透平发电机腔体的导流槽。所述的导流槽包括径向的多点泄流槽9和轴向的平衡孔10，将平衡腔与发电机腔体联通，形成平衡回路。

所述的叶轮口环6设置于液力透平首级叶轮4的径向外侧，所述的壳体口环7设置于液力透平的轴承盒11内壁，并且使叶轮口环6位于壳体口环7内侧，间隙配合，形成平衡鼓结构，建立第一级平衡机构；所述的壳体口环7上加工有用于减压的抗冲击槽，所述的抗冲击槽为径向条形槽，在壳体口环7上开设减压抗冲击槽，并加长轴向尺寸，降低液力透平来流冲击，多槽降压。

当叶轮口环6冲入高压介质，通过叶轮口环6和壳体口环7的间隙，进入首级叶轮4和平衡盘8形成的平衡腔，最后通过平衡盘8的导流槽进入发电机室3，形成平衡回路。

本发明所述的液化天然气降压工况用lng液力透平的轴向力平衡系统，是一种工况液化石油天然气接收站及浮式生产储存卸货装置(lng-fpso)lng液力透平的轴向力平衡系统，采用多泄流槽及轴向加长型平衡鼓，缓解透平介质来流冲击平衡机构造成透平系统不稳定。

优选的，所述的液化天然气降压工况用lng液力透平的轴向力平衡系统设置于液力透平的首级叶轮4和发电机室3之间；所述的液力透平包括：设置于液力透平出口吐出段1处的平衡回路出口、设置于发电机室3内部的平衡回路入口和平衡管路2；所述的平衡管路2用于连通平衡回路入口和平衡回路出口；所述首级叶轮4位于发电机上部，同轴布置。

高压介质从lng液力透平入口进入，当高压介质从首级中段12和首级导叶13冲入叶轮口环6，依次通过轴向力平衡系统的平衡鼓结构和平衡盘机构，进入发电机室3内，并穿过发电机定子与转子间隙，通过平衡回路入口进入平衡管路2，最终于平衡回路出口进入液力透平出口的吐出段1，形成平衡回路。

本发明所述的液力透平，是一种lng液力透平为低温多级减压透平，主要结构包括：真空保温承压结构外壳体、内部承压壳体、主降压叶轮导叶部分、潜液发电机、轴向力平衡系统和多点支撑轴承系统。

前道工艺系统的高压介质，从液力透平入口进入透平外壳内部，高压介质从首级中段12和首级导叶13处进入，再经过本发明所述的液化天然气降压工况用lng液力透平的轴向力平衡系统，进入透平出口，从透平出口流出，进入储罐或下一道工序的入口，从而形成流动的回路。

本发明所述的液化天然气降压工况用lng液力透平的轴向力平衡系统，应用于低温潜液式立式多级减压透平，能够有效降低lng液力透平关键零件(叶轮、平衡盘)的损坏率，提高液化石油天然气接收站及浮式生产储存卸货装置(lng-fpso)lng降压液力透平的装置维护简便性。

本发明所述的液化天然气降压工况用lng液力透平的轴向力平衡系统，应用于lng潜液式离心液力透平，透平平衡系统采用小的平衡鼓间隙，在透平开启前，调整平衡盘8与平衡盘耐磨板5之间的较小间隙，保证透平开启瞬间平衡盘8与平衡盘耐磨板5能够有介质流过，形成液膜，平衡轴向力。

本发明所述的液化天然气降压工况用lng液力透平的轴向力平衡系统，应用叶轮口环6、平衡盘8、多点泄流槽9及平衡孔10实现透平轴向力动态平衡，在透平运转时，该平衡系统能够基本完成平衡转子轴向力，保证透平运转安全、稳定。

液化天然气接收站及浮式生产储存卸货装置(lng-fpso)降压装置中，传统液化天然气接收站及浮式生产储存卸货装置(lng-fpso)降压装置采用j-t阀门降压，采用孔板节流降压，压力能全部转化为热能，该部分热能全部传递给介质，使介质大量汽化，造成介质汽化浪费。采用lng液力透平，高压介质通过透平降低压力，lng液力透平将压力能转化为电能，并回收电网。能够降低lng气化率至少5％左右，另外每年能够回收电能至少17.5万千瓦时。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。