专利名称：气体轴承后增压透平膨胀机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种增压透平膨胀机，尤其是一种气体轴承后增压透平膨胀机。
背景技术：
增压透平膨胀机是空气分离设备及天然气石油气液化分离设备和低温粉碎设备等获取冷量所必须的关键部机，是保证整套空气分离设备稳定运行的心脏。其主要原理是利用有一定压力的气体在透平膨胀机内进行绝热膨胀对外做功而消耗气体本身的内能，从而使气体自身强烈地冷却而达到制冷的目的。透平膨胀机输出的能量由同轴压缩机回收或制动风机消耗。随着小型空分设备向大型空分设备的转型发展，现有的透平膨胀机开始无法满足大型空分设备需求，表现出了处理气量较小，效率较低，可靠性较低等技术问题。有鉴于此，本实用新型提供了一种改进的气体轴承透平膨胀机。
实用新型内容针对现有技术的不足，本实用新型解决的技术问题是提供一种可避免上述问题的气体轴承后增压透平膨胀机，以提高气体轴承透平膨胀机的性能。本实用新型的目的通过提供以下技术方案实现—种气体轴承后增压透平膨胀机，包括一个中间壳体，所述中间壳体的左端安装透平蜗壳、右端安装有增压机蜗壳，所述中间壳体内可转动地设置有转子，在所述转子的两端分别在透平蜗壳和增压机蜗壳内设置有膨胀轮和增压轮，在所述转子上套设有左气体轴承和右气体轴承，所述左气体轴承用于支撑膨胀轮，所述右气体轴承用于支撑增压轮，在所述左气体轴承和所述右气体轴承之间设有轴承限位套，所述的轴承限位套套设在所述转子外，并与所述中间壳体固定，其中，所述膨胀轮为径轴流向心反动型膨胀轮，所述增压轮为前倾后弯式三元流闭式轮型增压轮。进一步地，所述径轴流向心反动型膨胀轮的叶片在外圆处沿径向均布，在内径处叶片采用圆柱抛物曲面。进一步地，所述前倾后弯式三元流闭式轮型增压轮采取轴向进气，外圆排气的流动方式，叶片在外圆处弯曲方向与叶轮转动方向相反，并将后弯叶轮在出口处沿叶片高度方向再向前倾斜放置，所述叶片轮顶处用钎接方式焊接有一个轮盖。进一步地，所述的左气体轴承与所述膨胀轮之间设有密封套。进一步地，所述右气体轴承与所述增压轮之间设有隔热套和限位密封板。进一步地，所述左气体轴承和右气体轴承内设有8只轴向排气孔。本实用新型的有益效果主要体现在处理气量大，而且效率、可靠性高。
以下结合附图对本实用新型作进一步说明[0015]图1为本实用新型的气体轴承后增压透平膨胀机的纵剖示意图。图2为本实用新型的气体轴承后增压透平膨胀机的膨胀轮的主视图。图3为本实用新型的气体轴承后增压透平膨胀机的膨胀轮的纵剖示意图。图4为本实用新型的气体轴承后增压透平膨胀机的增压轮的主视图。图5为本实用新型的气体轴承后增压透平膨胀机的增压轮的纵剖示意图。
具体实施方式
以下参照
本实用新型的最佳实施方式。如图1所示，本实用新型涉及的气体轴承后增压透平膨胀机包括一个中间壳体2， 所述中间壳体2的左端安装透平蜗壳1、右端安装有增压机蜗壳3，所述中间壳体2内可转动地设置有转子8，在所述转子8的两端分别在透平蜗壳1和增压机蜗壳3内设置有膨胀轮 4和增压轮12。需要说明的是在所述转子8上套设有左气体轴承6和右气体轴承9，所述左气体轴承6用于支撑膨胀轮4，所述右气体轴承9用来支撑增压轮12。所述膨胀轮4为高效率的径轴流向心反动型式；所述增压轮为高效率的前倾后弯式三元流闭式轮型式。在增压透平膨胀机运行时，很容易发生增压轮背的高压高温气体沿着主轴向轴承处流动，从而使轴承受热膨胀，使其与主轴的断面间隙变小，发生抱轴或卡死现象，本实用新型在左气体轴承6和右气体轴承9之间设有轴承限位套7，所述的轴承限位套7套设在转子8外，并与中间壳体2固定。这样的设计提高了轴承的承载能力，它可以强迫抑制轴承端面的膨胀，以保证装配间隙。所述的左气体轴承6与膨胀轮4之间设有密封套5，所述的右气体轴承9与增压轮 12之间设有隔热套10和限位密封板11。这样，使得气体外漏量控制在最小范围内，在密封套5和限位密封板11内还可以充入常温密封气以阻止流经膨胀机的低温气体外泄。如图所示，在中间壳体2上还设有两个轴承气输入端，分别为左、右气体轴承供气。由于气体轴承的润滑剂为空气，所以不用担心是否会燃烧的问题。另外，气体轴承还有以下特点1.摩擦阻力低，由于气体粘度比液体低很多，在室温下空气粘度仅为10号机械油的五千分之一，而轴承的摩擦阻力与粘度成正比，所以气体轴承的摩擦阻力比液体润滑轴承低；2.使用速度范围大，气体轴承的摩擦阻力低，温升低；3.适用温度范围大，气体能在极大的温度范围内保持气态，其粘度受温度影响很因此，在使用气体轴承后，能量能利用得更为彻底。本实用新型的膨胀机最大的特点就是采用该种先进的工艺流程，主要目的是可以将产品氮气增压，从而可以降低原料空压机的排气压力，并可以回收膨胀机的能量，达到节能减排和提高产品竞争力的目的。值得一提的是为提高该膨胀机的效率和运行可靠性，该套膨胀机采用了很多技术创新之处，主要有下列几个方面1、膨胀轮采用了高效率的径轴流向心反动型式；2、增压轮采用高效率的前倾后弯式三元流闭式轮型式；[0033]3、喷嘴(图中未示出)采用高效率的气动TC-3P超音速叶型；4、采用具有高稳定性静压气体切向供气带0型圈支撑的气体轴承；5、转子的主轴端面与轴承端面之间加限位套，以提高轴承的承载能力；6、为密封膨胀端和增压端的低温或高温轮背气体，以防轴承受冷收缩或受热膨胀而破坏配合间隙，采用了在膨胀端和增压端均设置了密封气；7、为提高轴承的承载能力，对左右气体轴承分别设置了单独的供气压力不同的轴承仪表气管道，根据轴承计算，确定了转子的总的轴向力，再设置轴承的供气压力数值；8、为避免增压轮后的高温高压气体向轴承方向流动，采用了增压蜗壳带高翅片的换热结构，以冷却增压轮中的高温气体，同时还提高了增压效率；9、增压轮密封副采用轮盖齿迷宫密封，以减少内漏，提高效率；10、膨胀机一用一备，采用整体轴向装配结构，不要成套设备停车扒珠光砂，就可以从冷箱外拆卸修理膨胀机，而不影响成套设备的运行；11、将原测速位置从增压端进口管处移至转子中部，从而消除了因测速信号线引出而造成的气体外漏而造成污染；12、为减少增压后的高压高温气体通过热传导使轴承膨胀，影响运转稳定性，在增压后设置了环氧玻璃布板制成的隔热板。如图2、图3所示，径轴流向心反动型式膨胀轮是指膨胀轮叶片在外圆处沿径向均布，达到径向进气目的，在内径处叶片采用圆柱抛物曲面，可以通过速度三角形空间矢量合成，达到轴向排气目的，减少气流对管道壁面的冲击，提高了效率。同时通过叶片结构的设计，可以使气流在膨胀轮中进一步膨胀，达到制取冷量的目的。如图4、图5所示，增压轮一般均采取轴向进气，外圆排气的流动方式，叶片在外圆处弯曲方向与叶轮转动方向相反，称为后弯式。叶片型式中，只有后弯型式效率最高，若将后弯叶轮在出口处沿叶片高度方向再向前倾斜放置，则成为前倾后弯式，将叶片从进口到出口按照流体动力学采取计算机三元流场分析软件计算出叶片的空间曲面，再在叶片轮顶处用钎接方式焊接一个轮盖，这样就减少了气流从轮顶处短流的目的，从而进一步提高了效率。为提高该膨胀机的效率，在膨胀轮采用了轮背密封，轮背密封外圆的尺寸根据转子的轴向力计算决定，以保证转子具有较小的轴向力。为提高增压端仪表废气的排放能力， 在壳体上钻了三个Φ 10孔。在增压膨胀机运行时，很容易发生增压轮背的高压高温气体沿着主轴向轴承处流动，从而使轴承受热膨胀，使其与主轴的端面间隙变小，发生抱轴或卡死现象，当在轴承端面与主轴端面增加了一个限位套以后，它可以强迫抑制端面的膨胀，以保证装配间隙。为提高膨胀机运行的稳定性，采用了双密封气和双轴承气，可以调节密封气和轴承气的压力，以平衡转子的轴向力。为提高该机的可靠性，特从增压并经冷却后的氮气中引一路氮气作为仪表气，该氮气压力较高，作为轴承气可以提高轴承的承载能力，而且该气体作为密封气，不会污染增压氮气，并可以平衡转子轴向力。在膨胀机运行时，经常会发生叶轮与密封盖接触摩擦的故障，这时就必须将膨胀机机芯拆卸下来进行修理，在设计本膨胀机时，已考虑到修理的需要，特将膨胀机设计成可以从常温端进行拆卸的结构，导流器端面一面固定在蜗壳端面，另一端面由密封套端面压紧，端面圆环上攻了两个螺孔，可以用螺钉拧入后进行拆卸。[0046]通过采用上述诸多的创新设计思路和结构，既保证了整台机器的高效率，又保证了运转时的高稳定性。该膨胀机与油轴承膨胀机相比，其设计更优化，轴损耗更小，能量利用更彻底，而且该机最大的优点是由于不采用油润滑，不会造成油带入工艺气体中而造成严重的安全事故。该机结构简单，价格只有同样参数油轴承膨胀机的1/6-1/8左右，今后在设计膨胀量为3000Nm3/h以下的膨胀机时，可以考虑用气体轴承增压膨胀机取代油轴承增压膨胀机， 不但节省了成本和节能，而且可以消除油轴承膨胀机中油汽对大气的排放而污染空气的现象，消除对环境的污染。尽管为示例目的，已经公开了本实用新型的优选实施方式，但是本领域的普通技术人员将意识到，在不脱离由所附的权利要求书公开的本实用新型的范围和精神的情况下，各种改进、增加以及取代是可能的。
权利要求1.一种气体轴承后增压透平膨胀机，包括一个中间壳体，所述中间壳体的左端安装透平蜗壳、右端安装有增压机蜗壳，所述中间壳体内可转动地设置有转子，在所述转子的两端分别在透平蜗壳和增压机蜗壳内设置有膨胀轮和增压轮，在所述转子上套设有左气体轴承和右气体轴承，所述左气体轴承用于支撑膨胀轮，所述右气体轴承用于支撑增压轮，在所述左气体轴承和所述右气体轴承之间设有轴承限位套，所述的轴承限位套套设在所述转子外，并与所述中间壳体固定，其特征在于，所述膨胀轮为径轴流向心反动型膨胀轮，所述增压轮为前倾后弯式三元流闭式轮型增压轮。
2.根据权利要求1所述的气体轴承后增压透平膨胀机，其特征在于，所述径轴流向心反动型膨胀轮的叶片在外圆处沿径向均布，在内径处叶片采用圆柱抛物曲面。
3.根据权利要求1所述的气体轴承后增压透平膨胀机，其特征在于，所述前倾后弯式三元流闭式轮型增压轮采取轴向进气，外圆排气的流动方式，叶片在外圆处弯曲方向与叶轮转动方向相反，并将后弯叶轮在出口处沿叶片高度方向再向前倾斜放置，所述叶片轮顶处用钎接方式焊接有一个轮盖。
4.根据权利要求1所述的气体轴承后增压透平膨胀机，其特征在于，所述的左气体轴承与所述膨胀轮之间设有密封套。
5.根据权利要求1所述的气体轴承后增压透平膨胀机，其特征在于，所述右气体轴承与所述增压轮之间设有隔热套和限位密封板。
6.根据权利要求1所述的气体轴承后增压透平膨胀机，其特征在于，所述左气体轴承和右气体轴承内设有8只轴向排气孔。
专利摘要本实用新型提供了一种气体轴承后增压透平膨胀机，包括一个中间壳体，所述中间壳体的左端安装透平蜗壳、右端安装有增压机蜗壳，所述中间壳体内可转动地设置有转子，在所述转子的两端分别在透平蜗壳和增压机蜗壳内设置有膨胀轮和增压轮，在所述转子上套设有左气体轴承和右气体轴承，所述左气体轴承用于支撑膨胀轮，所述右气体轴承用于支撑增压轮，在所述左气体轴承和所述右气体轴承之间设有轴承限位套，所述的轴承限位套套设在所述转子外，并与所述中间壳体固定，其中，所述膨胀轮为径轴流向心反动型膨胀轮，所述增压轮为前倾后弯式三元流闭式轮型增压轮。本实用新型的有益效果主要体现在处理气量大，而且效率、可靠性高。
文档编号F01D25/16GK202100282SQ201020608068
公开日2012年1月4日 申请日期2010年11月16日 优先权日2010年11月16日
发明者徐友亮 申请人:苏州制氧机有限责任公司