轴流膨胀机的制作方法
【专利说明】轴流膨胀机
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求Mori和Nagao于2013年6月28日提交的序列号为61/840，802、发明名称为“轴流膨胀机”的美国临时专利申请的优先权。
技术领域
[0003]本发明涉及一种膨胀机，其是一种用于制冷循环等等的旋转机械。
【背景技术】
[0004]传统地，使用制冷循环生成诸如LNG和LPG的液化气体，并且使氮气和氢气液化以从空气中将它们分离，当在冷却过程中通过膨胀机使诸如氮气的气体膨胀时，该制冷循环使用冷能。
[0005]然而，作为用作膨胀机的旋转机械，只有具有小流量的用于气体膨胀的离心式膨胀机是已知的，并且当在大型工厂内产生液化气体时需要多个该离心式膨胀机。由于这个原因，考虑成本的增加、安装空间的增大以及维护特征，将这种旋转机械用于大型工厂并不可取。
[0006]因而，设想了采用轴流旋转机械作为膨胀机，以便能够在大型工厂中应对具有大流量的气体的膨胀，并且解决上述问题。当轴流旋转机械被采用时，活动叶片的高度尺寸增大，用于应对大流量，并且推进功率的出现成为了问题。然而，例如通过采用双向流动型结构，例如在下面的专利文献1中公开的轴流涡轮，能够抵消该推进功率，并且在这方面性能不会下降。
[0007]现有技术文献
[0008]专利文献1:日本专利申请，首次公开号2003-27901。
[0009]然而，考虑到对诸如转子轴和叶片元件的内部件的检查，对于旋转机械需要可以从壳体中移除内部件。在专利文献1中公开的轴流涡轮没有公开这种用于从壳体中移除内部件的结构。然而，虽然具有用于在水平面内将壳体分割成两部分的结构，并且通常使用该分割结构。在用于制冷循环的膨胀机中，由于待膨胀气体为如上所述的氮气等等，与专利文献1中的气体为蒸汽的实例相比，壳体的内部承受高压。由于这个原因，可能从分割表面处出现气体泄漏。
[0010]考虑这种情况获得了本发明，并且本发明的目的是提供一种能够增大流量并应对高压的轴流膨胀机。
【发明内容】
[0011]在本发明中，提供了一种轴流膨胀机，用于膨胀在沿着轴流膨胀机的轴线的方向上流动的气体，包括:
[0012]圆柱形外壳体，该圆柱形外壳体以该轴线为中心，并且设置有吸入口和排放口，气体通过该吸入口被吸入到外壳体中，排放口相对于吸入口形成在外壳体的两个端部中，其中气体通过外壳体的两个端部从外壳体中排出；
[0013]圆柱形内壳体，该圆柱形内壳体以该轴线为中心，固定在外壳体内侧，并且气体通道形成在圆柱形内壳体内侧，其中内壳体设置有第一连通部和第二连通部，第一连通部使气体通道与吸入口连通，第二连通部使气体通道与排放口连通；
[0014]转子轴，该转子轴容纳在内壳体内侧，并且转子轴的轴向中心与该轴线对齐以在沿轴线的方向上延伸；
[0015]轴承，该轴承固定在内壳体上，并且被配置为支撑转子轴以便能够相对于内壳体绕轴线旋转；
[0016]多个静子叶片，该多个静子叶片固定到内壳体上以从内壳体的内周边向内伸出，并且设置在气体通道内侧以沿轴线的方向间隔地被分开；以及
[0017]多个活动叶片，该多个活动叶片固定到转子轴上以从转子轴上向外伸出，并且设置在气体通道内侧以与所述多个静子叶片交替；其中，
[0018]内壳体、转子轴、轴承、静子叶片和活动叶片被一体地组装，并且组装后的元件在沿轴线的方向上被插入到外壳体中。
[0019]根据本发明，轴流膨胀机为所谓的双流向型膨胀机，在双流向型膨胀机中待膨胀的气体被从吸入口通过第一连通部引入到气体通道中，其中静子叶片排和活动叶片排放置在该气体通道中，气体在气体通道内侧在沿膨胀机的轴线的双方向上流动，并且通过第二连通部从排放口排出。因而，由于通过使气体流动到静子叶片排和活动叶片排之间的气体通道中能够抵消沿推进方向作用在转子轴上的力，因此即使由于流量增大增大了活动叶片排的尺寸，也能执行稳定的操作。
[0020]此外，由于组装后的元件被容纳在内壳体中，并且被插入到壳体中，其中在组装后的元件中转子轴、轴承、静子叶片排和活动叶片排被一体地组装，因此在外壳体中不存在分割表面等。因此，可以降低部件的数量。此外，由于在外壳体中不存在分割表面等，没有来自分割表面的气体泄漏，并且不需要进行用于泄漏的测量。
[0021]由于具有轴承的组装后的元件可以被插入并安装到外壳体中，因此不需要提供轴承座来支撑轴承。此外，由于不需要调整外壳体和轴承座之间的对齐，因此可以容易地将组装后的元件安装到外壳体上。
[0022]可以优选地使得本发明的轴流膨胀机的内壳体包括:
[0023]内壳体主体，该内壳体主体具有所述静子叶片，第一连通部和第二连通部形成在内壳体主体中；以及
[0024]端头元件，该端头元件固定在内壳体主体的沿轴线的方向上的两个端部上，并且轴承固定在端头元件上。
[0025]根据本发明，由于内壳体被分为内壳体主体和端头元件，因此安装轴承和转子轴变得容易。
[0026]可以优选地使得本发明的轴流膨胀机的内壳体主体包括:
[0027]主体，该主体具有所述静子叶片，第一连通部形成在主体中；以及
[0028]连接部，该连接部固定在该主体的沿轴线的方向上的两个端部上，端头元件固定在连接部上，并且第二连通部形成在连接部中。
[0029]根据本发明，内壳体主体可以被分为主体和连接部。因此，即使内壳体中的静子叶片排、活动叶片排和转子轴由于流量增大而尺寸增大，也可以简单地组装膨胀机。
[0030]可以优选地使得本发明的轴流膨胀机的连接部包括:
[0031]环形凸起，该环形凸起从连接部的面向沿轴线的一个方向的端表面上在沿轴线的一个方向上凸出；以及
[0032]环形内凹部，该环形内凹部形成在所述主体的面向沿轴线的另一个方向的表面上，以在沿轴线的一个方向上凹陷，并且该凸起装配到环形内凹部上。
[0033]根据本发明，通过将凸起与内凹部装配容易地执行连接部与主体之间的对齐，并且因而可以容易地组装内壳体。
[0034]可以优选地使得本发明的轴流膨胀机的端头元件包括排放导向元件，该排放导向元件固定在端头元件的端表面上以定位在气体通道中，并且该排放导向元件具有导向表面，该导向表面形成为将气体引向第二连通部，并且其中，
[0035]该导向表面随着从端头元件的中间沿轴线方向离开径向向外倾斜。
[0036]根据本发明，穿过气体通道中的活动叶片排和静子叶片排的气体可以被平滑地导向，以通过第二连通部从排放口排出。
[0037]根据本发明的轴流膨胀机，由于其中集成有转子轴、静子叶片排和活动叶片排的双流向型组件被插入到壳体中，轴流膨胀机的流量可以增大，并且能够承受高压。
【附图说明】
[0038]图1是示出了与本发明的实施例有关的轴流膨胀机的整体剖视图。
[0039]图2是示出了与本发明的实施例的修改例有关的轴流膨胀机的整体剖视图。
【具体实施方式】
[0040]在下文中，将描述与本发明的实施例有关的轴流膨胀机1。该轴流膨胀机1被用作用于制冷循环的膨胀机，并且它执行氮气G的膨胀。如图1所示，轴流膨胀机1包括圆柱形成形的外壳体2以及可插入到外壳体2内的组件3。
[0041]外壳体2为以轴线P为中心的圆柱体，并且被成形为相对于假想线L在图1的左侧和右侧对称，该假想线在沿着轴线P的方向的中心位置垂直于轴线P。此外，外壳体2具有吸入口 5，该吸入口被成形为在该中心位置沿外壳体2的径向伸出，在该中心位置处画出了假想线L。吸入口 5设置有沿径向穿过的通孔，通过该通孔外壳体2的内侧和外侧彼此连通，并且氮气G可以通过该通孔引入外壳体2中。此外，吸入口 5设置有法兰部5a，该法兰部在吸入口 5的外端具有沿径向更大的外直径。吸入口 5可以通过该法兰部5a与吸入管(未示出)连接。
[0042]此外