技术领域本文中公开的主题的实施例大体上涉及液压功率回收涡轮系统。更具体而言，本公开大体上涉及将液压功率回收涡轮连接到电动马达、离心泵、或旋转设备的轴承/离合器布置中的改进。
背景技术：
对能量产生和消耗的环境影响的关注鼓励用于以各种方式改善工业工厂、系统和过程的能量效率的研究。在许多工业工厂中，例如，能量可以以废热、压力能或流体压头等的形式获得。近年来，已努力来利用之前简单地耗散的此类能量。液压功率回收涡轮用于若干设施、工厂和系统中，以用于从加压液体流回收能量。总的来说，液压功率回收涡轮是用于通过减小液流的压力来从液流回收功率的机器。常见类型的液压功率回收涡轮是反转离心泵，其通过减小高压过程液体的压力来从高压过程液体回收功率，否则其该功率将穿过节流阀浪费。传统上，液压功率回收涡轮用于大量流体能在阀或其他节流装置中耗散的工厂中。功率回收使用流体压力(且更一般为工厂中可获得的静压头)来实现，以驱动液压功率回收涡轮且在其输出轴上得到有用机械功率。由液压功率回收涡轮回收的功率通常用于驱动辅助设备，诸如泵，或减少从电网吸收的功率，例如，通过对电动马达的驱动轴(其驱动泵)补充机械能。在一些应用中，液压功率回收涡轮用于驱动发电机，从而将可在其输出轴上获得的有用的机械功率转换成电功率。为了有用地利用包含在高压液体中的压力能，液压功率回收涡轮通常与电动马达组合地使用，以便例如利用由工业系统中可获得的液流产生的功率。通过液流生成的功率由液压功率回收涡轮转换成机械功率，且液压功率回收涡轮的轴上可获得的有用机械能例如用于与电动马达组合地驱动负载。图1例示了由与液压功率回收涡轮组合的电动马达驱动的泵的根据现有技术的设施，液压功率回收涡轮设计成用于从流体流回收功率。总体上标为100的图1的系统包括旋转设备，例如泵101，其由电动马达103驱动而旋转。泵轴101S通过变速箱105连接到电动马达103的轴103S的第一端。接头(例如，柔性轴联接件107、109)可分别设在变速箱105与泵101之间和变速箱105与电动马达103的轴103S的第一端之间。电动马达轴103S的第二端连接到液压功率回收涡轮111。液压功率回收涡轮111与电动马达轴103S之间的连接需要离合器113，其收纳在壳体115中，壳体115支承在基板117上，基板117还支承其余的旋转机械，即，旋转设备或旋转负载101、电动马达103和液压功率回收涡轮111。第一轴联接件119布置在电动马达轴103S与离合器113之间。第二轴联接件121布置在离合器113与液压功率回收涡轮111的轴111S之间。液压功率回收涡轮111设有涡轮入口123和涡轮出口125。涡轮入口123和涡轮出口125连接到液压回路(未示出)，流体可流过该液压回路。液压功率回收涡轮111将在液压回路中流动的流体的功率转换成在涡轮轴111S上可获得的有用机械功率。系统100的操作如下。在正常操作状态下，电动马达103在电动马达轴103S上生成用于驱动旋转设备101旋转所需的全部机械功率，例如用于泵送流体，该流体通过吸入歧管102进入泵101且由泵101输送穿过输送歧管104。如果可在连接到涡轮入口123和涡轮出口125上的液压回路中获得流体流，则所述流体流用于驱动液压功率回收涡轮111旋转。当液压功率回收涡轮111的转速变为与电动马达103的转速相等时，接合离合器113，以便有用的机械功率可由涡轮轴111S输送至电动马达轴103S。可从液压功率回收涡轮111获得的机械功率减少由用于驱动旋转设备101的电动马达103消耗的电功率。设在基板117上的旋转机械布置是特别笨重的，且具有长的占地面积，这特别是因为布置在各旋转机器111、103和101之间的很大数目的附属设备，特别是轴联接件107、109、119、121、变速箱105和离合器113。
技术实现要素：
根据一个方面，本文中公开的主题旨在至少部分地缓和当前技术的布置的问题。通过将离合器集成在液压功率回收涡轮的轴承壳体中来减小包括原动件或主驱动件、旋转设备和液压功率回收涡轮的布置的占地面积。该布置消除了对液压功率回收涡轮与主驱动件之间的两个单独的轴联接件的需要，从而减小系统的总体长度。根据一些实施例，提供了一种液压功率回收涡轮，其包括：壳；转子，其布置成用于在该壳中旋转，所述转子包括转子轴和安装在所述转子轴上的至少一个叶轮；至少一个驱动端轴承壳体和一个非驱动端轴承壳体；至少一个驱动端轴承和一个非驱动端轴承，其布置在两个轴承壳体中且旋转地支承转子轴。驱动端轴承壳体包括安装凸缘，该安装凸缘构造成将驱动端轴承壳体连接到壳。离合器布置在驱动端轴承壳体中。离合器将转子轴连接到液压功率回收涡轮的输出轴，该输出轴从驱动端轴承壳体延伸以用于与主驱动件(例如，电动马达)的轴连接，或更总体而言，连接到旋转设备的轴，以用于将功率传递至其。叶轮或优选多个叶轮布置在轴承之间。在一些实施例中，轴承壳体连接到涡轮壳的主体，其中，液压功率回收涡轮的转子布置在所述涡轮壳的主体的相反端处。在一些应用中，液压功率回收涡轮的输出轴扭转地约束至主驱动件或原动件(例如，电动马达)的轴，且在与主驱动件相同的转速下旋转。离合器构造和受控制成以便离合器在液压功率回收涡轮的转速达到主驱动件的转速时接合。优选地，离合器为过速离合器，其在两个转速变得相等时自动地接合。以此方式，当液压功率回收涡轮已达到正确转速时，液压功率回收涡轮开始将机械功率传递至主驱动件轴。通过将离合器布置在轴承壳体中，可提供单个润滑系统以用于润滑离合器和驱动端轴承。根据一些实施例，离合器包括内座圈和外座圈。离合器的所述内座圈和外座圈中的一者可扭转地约束至转子轴，且所述内座圈和外座圈中的另一者可连接到液压功率回收涡轮的输出轴。在一些实施例中，外座圈扭转地约束至液压功率回收涡轮的转子轴，且内座圈扭转地约束至输出轴。根据另一方面，本公开内容还涉及一种旋转设备驱动布置，其包括：旋转设备和如前所述的液压功率回收涡轮，其单独地或与原动件或主驱动件(诸如电动马达)组合地提供功率以用于驱动旋转设备。根据一些构造，旋转设备可为发电机。由液压功率回收涡轮回收的机械功率因此转换成电功率。根据其他构造，旋转设备可包括负载，诸如涡轮机，例如旋转泵。在一些实施例中，提供了一种旋转设备驱动布置，其包括液压功率回收涡轮、原动件(诸如电动马达)，和从动设备，诸如旋转负载。由液压功率回收涡轮回收的机械功率补充至原动件，例如，通过将液压功率回收涡轮的输出轴连接到布置成用于驱动负载旋转的电动马达的贯穿轴。由电动马达吸收的电功率因此减少，因为驱动负载所需的机械功率的一部分由液压功率回收涡轮提供。此后公开且在形成本描述的一体部分的所附权利要求中进一步阐述特征和实施例。以上简要描述陈述了本发明的各种实施例的特征，以便可更好地理解后面的详细描述，且以便可更好认识到对本领域的当前贡献。当然，存在将在下文中描述且将在所附权利要求中阐述的本发明的其他特征。在此方面，在详细地解释本发明的若干实施例之前，应理解的是，本发明的各种实施例在它们的应用中不限于在以下描述中提出或在附图中例示的构造细节和构件布置。本发明能够有其他实施例，且能够以各种方式实施和执行。另外，应理解的是，本文中使用的短语和用语是用于描述目的的，且不应当认作是限制性的。因此，本领域的技术人员将认识到，本公开内容所基于的构想可容易实现为用于设计其他结构、方法、和/或系统以用于实现本发明的若干目的的基础。因此，重要的是，只要此类等同构造不脱离本发明的精神和范围，则认为权利要求包括此类等同构造。附图说明将容易获得本发明的公开实施例及其许多附随优点的更完整的认识，因为通过在结合附图考虑时参照以下详细描述，其变得更好理解，在附图中：图1例示了根据当前技术的系统的侧视图；图2在侧视图中例示了根据本公开的一个实施例的系统；图3例示了根据本公开的一个实施例的沿液压功率回收涡轮的旋转轴线的截面；图4例示了图3的液压功率回收涡轮的驱动端侧的放大；图5例示了根据图4的V-V线的视图。具体实施方式示范实施例的以下详细描述参照附图。不同图中的相同参考标号表示相同或类似的元件。此外，图不一定按比例绘制。而且，以下详细描述不限制本发明。作为替代，本发明的范围由所附权利要求限定。贯穿说明书对“一个实施例”或“实施例”或“一些实施例”的参照意思是与实施例结合地描述的特定特征、结构或特性包括在所公开主题的至少一个实施例中。因此，短语“在一个实施例中”或“在实施例中”或“在一些实施例中”贯穿说明书在各种位置的出现不一定指相同实施例。此外，特定特征、结构或特性可在一个或多个实施例中以任何适合的方式组合。参看图2，将描述根据本公开内容的系统的主要构件。总体上标为1的系统包括基板3，旋转机械布置在该基板上。在一些实施例中，系统1包括从动旋转设备5。从动旋转设备5可包括液压泵，例如离心泵。在其他实施例中，从动旋转设备5可包括需要机械功率来操作的压缩机或任何其他操作机器。此后将仅作为示例来参照离心泵5。离心泵5包括连接到液压回路(未示出)的吸入歧管7和输送歧管9。泵5可由主驱动件或原动件(例如，电动马达11)驱动旋转。在一些实施例中，变速箱13布置在电动马达11与泵5之间。变速箱13可仅用于分别使变速箱13的入口轴13A与出口轴13B之间的旋转方向反向。在其他实施例中，变速箱13还可用于改变转速，以便泵5和电动马达11可在不同速度下旋转。电动马达11包括电动马达轴15，电动马达轴15具有在其相反侧处从电动马达壳突出的第一端15A和第二端15B。在一些实施例中，电动马达轴15的第一端15A可通过轴联接件17连接到变速箱13的入口轴13A。变速箱13的出口轴13B可通过第二轴联接件21连接到泵轴19。电动马达轴15的第二端15B连接到液压功率回收涡轮23。如将参照图3更详细地描述的那样，液压功率回收涡轮23可为所谓的中间轴承机器，包括驱动端轴承壳体25，其中布置支承涡轮轴的第一轴承和离合器。液压功率回收涡轮23还可设有非驱动端轴承壳体27，其中收纳支承涡轮轴的第二轴承。液压功率回收涡轮23还包括输出轴29，输出轴29以将参照图3和4更详细地描述的方式连接到液压功率回收涡轮23的涡轮轴。输出轴29从驱动端轴承壳体25突出，以用于使液压功率回收涡轮23与电动马达轴15连接。在一些实施例中，第三轴联接件31布置在输出轴29与电动马达轴15的端部15B之间。液压功率回收涡轮23可设有入口歧管33和出口歧管35。涡轮入口歧管33和涡轮出口歧管35与未示出的液压回路连接。因此，液压回路中的流体流将穿过液压功率回收涡轮23，从而产生有用的机械能，使得其可在输出轴29上获得。图3中示出了液压功率回收涡轮23的结构方面的更多细节。液压功率回收涡轮23是本身已知的，且因此，在本文中将仅描述其主要构件，限于更好地理解本公开内容所需的内容。在一些实施例中，液压功率回收涡轮可为可逆泵，且可基本上等同于泵5，除了不存在泵5的驱动端侧处的离合器。因此，变速箱13用于使输入轴13A和输出轴13B的转速反向，以便两个液压机器5和23沿正确的方向旋转。在一些实施例中，液压功率回收涡轮23包括外壳37，其中布置转子39。转子通常包括一个或更多个叶轮41。在图3中所示的实施例中，示出了多级液压功率回收涡轮23，其包括以所谓的背对背(back-to-back)构造安装在公共转子轴43上的十个叶轮41。取决于液压功率回收涡轮的设计，其他叶轮布置是可能的。转子轴43由收纳在驱动端侧轴承壳体25中和非驱动端轴承壳体27中的轴承支承。在一些实施例中，轴承可为如图3中所例示的轴颈轴承。第一轴颈轴承45布置在驱动端轴承壳体25中，且第二轴颈轴承47布置在非驱动端轴承壳体27中。未示出的止推轴承通常也设在非驱动端轴承壳体27中。可作为代替提供不同的轴承布置。驱动端轴承壳体25在图4中更详细地例示出。在一些实施例中，驱动端轴承壳体25可包括安装凸缘25F，借助于其，驱动端轴承壳体25连接到壳37的主体。在图4中，示出了由轴承45支承的转子轴43的第一端43A。转子轴43的端部43A能够通过离合器51机械地连接到液压功率回收涡轮23的输出轴29。在一些实施例中，离合器51为过速离合器，其设计且布置成用于当两个轴在相同转速下旋转时(即，当转子轴43在与电动马达轴15相同的速度下旋转时，电动马达轴15通过轴联接件31扭转地约束至输出轴29)，将转子轴43驱动地连接到输出轴29。如图5中所示，在一些实施例中，过速离合器51包括外座圈51A和内座圈51B。在一些实施例中，过速离合器51的内座圈51B安装在输出轴29上，且扭转地约束至其。如这此之后所述的，过速离合器51的外座圈51A可扭转地约束至转子轴43以用于与其一起旋转。在一些实施例中，轴毂53扭转地联接至转子轴43的端部43A且联接至过速离合器51的外座圈51A。轴毂53可包括杯形凸缘54和固定环59。通孔53A设在杯形凸缘54中，且螺纹孔57设在固定环59中。过速离合器51可借助于螺栓55连接到轴毂53，螺栓55延伸穿过轴毂53的孔53A和穿过设在过速离合器51的外座圈51A中的另外的孔51C。螺栓55拧入螺纹孔57中，螺纹孔57设在固定环59中。两个轴承61和63可安装在轴毂53的内侧。在一些实施例中，轴承61和63为滚动轴承，例如滚珠轴承。两个轴承61和63布置在过速离合器51的相反侧上。两个轴承61和63可安装在输出轴29上，且其外座圈可分别与杯形凸缘54和与固定环59接合，以便确保过速离合器51的两个座圈51A和51B之间的机械同心性。在未示出的其他实施例中，过速离合器51的内座圈可扭转地约束至输出轴29，且过速离合器51的外座圈可扭转地约束至转子轴，轴毂53安装在输出轴29上，且轴承61、63安装在转子轴43上。因此，驱动端轴承壳体25收纳支承液压功率回收涡轮的转子轴43的轴承45，以及将转子轴43的端部43A连接到输出轴29的过速离合器51和轴毂53二者。该布置导致了整个系统1的相对于图1中所示的当前技术布置的较短长度，这可通过比较图1和2来最佳地认识到。图2中所示的布置的过速离合器51实际上收纳在驱动端轴承壳体25内，且不需要在基板3上的分开安装，如在图1的实施例中作为替代提供的。此外，由于现在在液压功率回收涡轮的输出轴29与电动马达轴15之间仅需要一个轴联接件31，故省去了图1的布置中所需的两个轴联接件119、121中的一个。系统的操作如下。当可获得穿过连接到液压功率回收涡轮23的输入歧管33和输出歧管35的液压回路的流体流时，所述流通过液压功率回收涡轮23而得到处理，以便使其转子轴43旋转。电动马达11驱动旋转设备5旋转，且通过轴联接件31连接到输出轴39，所述电动马达11还在相同转速下驱动输出轴29旋转。只要转子轴43的转速低于输出轴29的转速，则两个轴43和29由置于其间的过速离合器51扭转地断开。一旦转子轴43达到输出轴29的转速，则过速离合器51自动地接合，且由液压功率回收涡轮生成的机械功率从转子轴43通过过速离合器51、输出轴29和轴联接件31传递至电动马达轴51，以便用于使该旋转设备5旋转的由电动马达11吸收的电功率减少，且系统1的总体效率提高。在图2的布置中，液压功率回收涡轮23连接到主驱动件，例如，电动马达11。在未示出的其他实施例中，液压功率回收涡轮可直接地连接到旋转设备5，例如离心泵。在此情况下，液压功率回收涡轮23将在其在与旋转设备相同的转速下旋转时对旋转设备5提供功率。在又一些实施例中，主驱动件可省略，且旋转设备然后在可获得来自流体流的功率时完全由液压功率回收涡轮驱动而旋转。如果现在流体流过液压功率回收涡轮，或如果可获得不足的流，以致于液压功率回收涡轮23不可达到所需的转速，则过速离合器51不接合且旋转设备5完全由电动马达11供能。如果液压功率回收涡轮23不在运转，则轴43稳定，而连接到主驱动件15的轴29处于运转速度。过速离合器51解除接合，且过速离合器51的外座圈51A与内座圈51B之间的速度差由两个轴承61和63维持。本文中在上面公开的液压功率回收涡轮23还可用于其他构造中，例如，以驱动发电机或其他辅助设备或旋转设备。驱动端轴承壳体中的离合器的布置有利地影响机械布置的总体占地面积。尽管本文中描述的主题的公开实施例已在附图中示出且结合若干示范实施例在上面特别地且具体地完整描述，但本领域技术人员将认识到，许多改型、变化、和省略是可能的，而不实质上脱离本文中提出的新颖教导、原理和构想，以及所附权利要求中叙述的主题的优点。因此，公开的创新的适当范围应当仅由所附权利要求的最宽泛解释来确定，以便涵盖所有此类改型、变化和省略。此外，任何过程或方法步骤的顺序或次序可根据备选实施例而改变或重排。