大功率油制动膨胀机的制作方法

本发明涉及透平膨胀机领域，尤其涉及一种非增压制动方式的膨胀机。

背景技术：

透平膨胀机是实现接近绝热等熵膨胀过程的一种有效机械，气体工质在膨胀过程获得低温，同时对外作功，因此对于膨胀机的应用包含两个功效：获得低温冷量和回收能量(对外作的功)；无论哪一种膨胀机同轴另一端都需要制动端，将膨胀机输出的功吸收同时控制膨胀机运行转速。

目前，透平膨胀机制动端有透平压缩机(增压)、发电机、油制动器、风机制动器等，一般为了能量的充分利用，都会采用透平压缩机作制动端即增压制动，但是，部分低温装置特殊性流程设计时没有合适的工艺气体增压回收能量来制动膨胀机，此时只能采用油制动或风机制动这种能量消耗型制动方式。

然而，风机制动是由同轴膨胀端旋转带动风机轮旋转，直接从环境中大气吸入空气，将压力提高后再直接排入大气，调节出口管路上的阀门改变吸气量和排气压力来调整制动负荷，通常制动功率在50kw以下，即使改变膨胀端机型大小，最大制动功率也只能达到100kw；油制动器是在膨胀端同轴悬挂一制动轮，在转子和定子之间通入一定压力的润滑油，通过摩擦将膨胀端输出的功转换为热量，由润滑油带到油冷却器中冷却，调节供油油量和油压即可改变透平膨胀机的制动负荷和转速，虽然与风机制动相比，具有噪声小、体积小、操作简便、调节范围广等特点，但是制动功率一般也在50kw以下；可见，无论是风机制动或油制动器都受制动功率所限，都无法用于制 动大功率透平膨胀机，无法满足部分低温装置的特殊性流程设计。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种在低温装置工艺设计无法使用增压制动方式膨胀机又需要大功率制动效果的情况下，能够更好的满足膨胀端大负荷运行需求且噪声小、体积小、操作简便的大功率油制动膨胀机。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种大功率油制动膨胀机，它包括膨胀机主轴以及同轴设置在所述膨胀机主轴两端的膨胀端和油制动端，所述膨胀机主轴包括主轴以及围绕在所述主轴四周的主轴机壳，所述主轴的两端分别通过膨胀端轴承和制动端轴承与所述主轴机壳的两端轴向转动连接，并分别与所述膨胀端和所述油制动端传动连接，所述膨胀机主轴上设有至少一个主轴油制动器，所述主轴油制动器包括位于所述主轴机壳内且与所述主轴同轴设置的环形制动体以及位于所述主轴机壳外的制动体进油管道，所述环形制动体与所述主轴机壳内壁固定连接，所述主轴与所述环形制动体轴向转动连接，所述环形制动体的内环壁上同轴设置有环形制动油槽，所述制动体进油管道穿过所述主轴机壳与所述环形制动体固定连接，并延伸至所述环形制动体内部与所述环形制动油槽连通，所述主轴机壳上还设有与所述主轴机壳内部相连通的供油回油口。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明产品增设主轴油制动器，将主轴作为转子，环形制动体作为定子，并设有制动体进油管道和环形制动油槽，转子与定子之间相对运动产生摩擦，通过对制动体进油管道和环形制动油槽通入一定压力的制动油，能够更好的保证有足够的制动油流量来制动和散热，制动油在转子与定子之间的间隙中不但能依靠自身的粘滞力来制动，而且能通过油路回路带走消耗摩擦产生的热量从而达到制动的目的，还能保证制动油温度不会超高而损坏油品和零件，与此同时，与膨胀端同轴的另一端也为油制动端，当膨胀端气体膨胀 推动主轴高速旋转时，与主轴连接的油制动轮作为转子，油制动轮外部的油制动体作为定子，制动油通过油制动端进油口进入转子与定子的间隙进行制动和散热，消耗同轴输出的能量，二者联合制动可更好的满足大功率膨胀机组的运行要求，这样在低温装置工艺设计无法使用增压制动方式膨胀机又需要大功率制动效果的情况下，能够更好的满足膨胀端大负荷运行需求，膨胀机制动功率可达到150kw，还具有噪声小、体积小、操作简便的特点，而通过增减主轴上主轴油制动器的数量，还可以调节膨胀机的制动功率，从而满足膨胀端的不同情况下的实际运行负荷，更加方便使用，适用范围更广。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

作为本发明的一种优选实施方式，所述膨胀机主轴上设有用于测量膨胀机转速的测速口以及用于测量膨胀机振动状况的测振口。

采用上述优选方案的有益效果是：更加方便测量膨胀机转速和振动状况。

作为本发明的另一种优选实施方式，所述膨胀端轴承与所述膨胀端之间设有起密封作用的膨胀端轴封。

采用上述优选方案的有益效果是：通过轴封将主轴机壳内腔与膨胀端隔开，能够更加有效的避免工质气体从膨胀端进入主轴机壳内腔，避免制动油或轴承上的润滑油从主轴机壳内腔流入膨胀端，从而更好的保证膨胀机组运行的稳定性和可靠性。

作为本发明的另一种优选实施方式，所述膨胀端包括膨胀机蜗壳、膨胀叶轮以及可防止滑动盘卡死且有效消除滑动盘和喷嘴叶片之间滑动间隙的可调喷嘴，所述可调喷嘴和所述膨胀叶轮相对于所述主轴从外向内同轴设置于所述膨胀机蜗壳内，所述可调喷嘴与所述膨胀机蜗壳的内壁固定连接，所述膨胀机蜗壳上设有供工质气体进出的膨胀机进口和膨胀机出口，所述油制动端包括油制动端机壳以及同轴设置于所述油制动端机壳内的油制动轮和油制动体，所述主轴机壳的两端分别与所述膨胀机蜗壳和所述油制动端机壳 固定连接，所述主轴的两端分别与所述膨胀叶轮和所述油制动轮同轴传动连接，所述油制动体呈环状，且环外侧与所述油制动端机壳的内壁固定连接，环内侧与所述油制动轮轴向转动连接，所述油制动端机壳上设有可将制动油注入至所述油制动轮与所述油制动体之间间隙的油制动端进油口以及与所述油制动端机壳内部连通的油制动端回油口。

采用上述优选方案的有益效果是：结构更加紧凑，生产制造更加简单，投入成本更低，制动效果更好。

作为本发明的另一种优选实施方式，所述油制动体的内环壁上同轴设置有呈环状的制动油槽，所述油制动端进油口与所述制动油槽相连通。

采用上述优选方案的有益效果是：更加方便通入一定压力的制动油，更好的保证有足够的制动油流量来制动和散热。

作为本发明的另一种优选实施方式，所述可调喷嘴包括可改变喷嘴通道面积的多个喷嘴叶片、呈环状的定位盘、呈环状的滑动盘和呈环状的导流器盖板，所述导流器盖板、所述滑动盘和所述定位盘同轴设置且相互匹配，所述导流器盖板和所述定位盘分别位于所述滑动盘的两侧，全部所述喷嘴叶片均位于所述滑动盘与所述定位盘之间，且沿所述定位盘圆周方向均匀分布，每个所述喷嘴叶片一侧与所述定位盘紧密贴合并转动连接，另一侧与所述滑动盘紧密贴合并滑动连接，所述滑动盘靠近所述导流器盖板的一侧垂直设有可带动所述滑动盘做弧线运动的传动销，所述导流器盖板上设有与所述传动销对应的传动滑槽，所述传动销从所述传动滑槽穿出且可在所述传动滑槽内滑动；所述导流器盖板靠近所述滑动盘的一侧和所述滑动盘靠近所述导流器盖板的一侧同轴设置有可相互扣合连接的盖板凸环和滑动盘凸环，且所述导流器盖板靠近所述滑动盘的一侧沿圆周方向还设有多个可抵压在所述滑动盘侧面的弹力碰珠，所述导流器盖板的外环边缘设有向所述滑动盘和定位盘延伸的盖板侧壁，所述盖板侧壁覆盖所述滑动盘并与所述定位盘可拆固定连接。

采用上述优选方案的有益效果是：可调喷嘴结构更加紧凑，制造组装更加简单，投入成本更低，使用更加方便，导流器盖板内侧的弹力碰珠可抵压在滑动盘靠近它的一侧，弹力碰珠的弹力可将滑动盘压向喷嘴叶片，喷嘴叶片会继续压向定位盘，使得喷嘴叶片的两侧由于受压而贴紧滑动盘和定位盘，从而消除滑动盘和喷嘴叶片之间的滑动间隙，始终将滑动间隙保留在导流器盖板与滑动盘之间，这样就能实现喷嘴通流部分的零间隙，既有效减少喷嘴部分的内泄漏，提升流道效率，又有效避免滑动盘与导流器盖板之间发生卡死的情况，确保膨胀机组的稳定性和可靠性。

作为本发明的另一种优选实施方式，每个所述喷嘴叶片的中部均设有定位孔，其远离所述定位盘内环的一端侧面均垂直设有转动销，所述定位盘上沿圆周方向设有多个分别与对应所述定位孔相匹配的定位销，所述滑动盘上沿圆周方向设有多个可分别带动对应所述转动销做弧线运动的滑动槽，每个所述喷嘴叶片的一端通过对应所述定位销和定位孔与所述定位盘转动连接，另一端通过对应所述转动销和滑动槽与所述滑动盘滑动连接。

采用上述优选方案的有益效果是：滑动盘上的传动销可通过拉杆接出去，从而利用气动薄膜调节阀等气动执行机构的上下运动实现滑动盘的弧线运动，定位盘上的定位销可以限制喷嘴叶片只能绕其作弧线运动，这样喷嘴叶片上的转动销就可以通过滑动盘上的滑动槽带动喷嘴叶片转动，从而实现喷嘴通道的开度，更加有效的保证可调喷嘴的调节性能，确保膨胀机组的稳定性和可靠性。

作为本发明的另一种优选实施方式，所述盖板凸环与所述滑动盘凸环的扣接处设有可确保所述滑动盘旋转稳定且不会发生偏转的定位圈。

采用上述优选方案的有益效果是：定位圈的内外缘可以有效的与导流器盖板和滑动盘相配合，保证滑动盘在旋转过程中的周向位置不变，确保滑动盘旋转稳定，不会发生偏转。

作为本发明的另一种优选实施方式，所述盖板凸环与所述滑动盘凸环的 扣接处设有密封圈。

采用上述优选方案的有益效果是：更加有效的减少喷嘴部分的内泄漏，提升流道效率。

作为本发明的另一种优选实施方式，所述喷嘴叶片的表面设有一层润滑材料层，所述滑动盘靠近所述喷嘴叶片的一侧和/或所述定位盘靠近所述喷嘴叶片的一侧设有一层润滑剂层。

采用上述优选方案的有益效果是：增大滑动盘和/或定位盘与喷嘴叶片之间接触面的润滑性以及喷嘴叶片两侧摩擦面的润滑性，减小摩擦力，改善滑动盘和喷嘴叶片旋转时的摩擦状况，有效避免喷嘴叶片与滑动盘、喷嘴叶片与定位盘之间发生拉毛、拉伤甚至卡死的现象，保证可调喷嘴的调节性能，从而确保膨胀机组稳定性、可靠性。

附图说明

图1为本发明产品的轴向剖面结构示意图；

图2为本发明产品从制动端看向膨胀端时的侧剖面结构示意图；

图3为图2中的膨胀机主轴沿B-B方向的轴向剖面结构示意图；

图4为本发明中可调喷嘴一种方案的正面半剖结构示意图；

图5为图4中产品沿A-A方向的侧剖面结构示意图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、膨胀机主轴，2、膨胀端，3、油制动端，4、主轴,5、膨胀端轴承，6、制动端轴承，7、环形制动体，8、环形制动油槽，9、制动体进油管道，10、供油回油口，11、膨胀机蜗壳，12、可调喷嘴，13、膨胀叶轮，14、膨胀端轴封，15、膨胀机进口，16、膨胀机出口，17、油制动体，18、油制动轮，19、油制动端机壳，20、油制动端进油口，21、油制动端回油口，22、导流器盖板，23、滑动盘，24、定位盘，25、喷嘴叶片，26、转动销，27、定位销，28、传动销，29、传动滑槽，30、弹力碰珠，31、密封圈，32、定 位圈。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例

如图1至图5所示，一种大功率油制动膨胀机，它包括膨胀机主轴1以及同轴设置在所述膨胀机主轴1两端的膨胀端2和油制动端3，所述膨胀机主轴1包括主轴4以及围绕在所述主轴4四周的主轴机壳，所述主轴4的两端分别通过膨胀端轴承5和制动端轴承6与所述主轴机壳的两端轴向转动连接，并分别与所述膨胀端2和所述油制动端3传动连接，所述膨胀端轴承5与所述膨胀端2之间最好设置起密封作用的膨胀端轴封14；

其中，所述膨胀端2可以包括膨胀机蜗壳11、膨胀叶轮13以及可防止滑动盘23卡死且有效消除滑动盘23和喷嘴叶片25之间滑动间隙的可调喷嘴12，所述可调喷嘴12和所述膨胀叶轮13相对于所述主轴4从外向内同轴设置于所述膨胀机蜗壳11内，所述可调喷嘴12与所述膨胀机蜗壳11的内壁固定连接，所述膨胀机蜗壳11上设有供工质气体进出的膨胀机进口15和膨胀机出口16，所述油制动端3可以包括油制动端机壳19以及同轴设置于所述油制动端机壳19内的油制动轮18和油制动体17，所述主轴机壳的两端分别与所述膨胀机蜗壳11和所述油制动端机壳19固定连接，所述主轴4的两端分别与所述膨胀叶轮13和所述油制动轮18同轴传动连接，所述油制动体17呈环状，且环外侧与所述油制动端机壳19的内壁固定连接，环内侧与所述油制动轮18轴向转动连接，所述油制动端机壳19上设有可将制动油注入至所述油制动轮18与所述油制动体17之间间隙的油制动端进油口20以及与所述油制动端机壳19内部连通的油制动端回油口21，所述油制动体17的内环壁上最好同轴设置呈环状的制动油槽，所述油制动端进油口20与所 述制动油槽相连通；

所述膨胀机主轴1上设有至少一个主轴油制动器，所述主轴油制动器包括位于所述主轴机壳内且与所述主轴4同轴设置的环形制动体7以及位于所述主轴机壳外的制动体进油管道9，所述环形制动体7与所述主轴机壳内壁固定连接，所述主轴4与所述环形制动体7轴向转动连接，所述环形制动体7的内环壁上同轴设置有环形制动油槽8，所述制动体进油管道9穿过所述主轴机壳与所述环形制动体7固定连接，并延伸至所述环形制动体7内部与所述环形制动油槽8连通，所述主轴机壳上还设有与所述主轴机壳内部相连通的供油回油口10；所述膨胀机主轴1上还可以设置用于测量膨胀机转速的测速口以及用于测量膨胀机振动状况的测振口。

本发明产品启动运行时，工质气体从膨胀机进口15进入到膨胀机蜗壳11内，再通过可调喷嘴12后，推动膨胀叶轮13转动，膨胀后气体压力降低，温度降低，由膨胀机出口16进入到工艺装置的下个设备；

而启动前，膨胀机的辅助设备供油装置已开始对膨胀端轴承5和制动端轴承6进行供油，并通过制动体进油管道9对环形制动体7上的环形制动油槽8进行供油，启动后膨胀端轴承5和制动端轴承6形成油膜托起主轴4，保证主轴4运转平稳，通入环形制动油槽8的油会分配到环形制动体7与主轴4的间隙里，在相对运动下由制动油的粘性产生摩擦热来消耗主轴4的旋转动能，温度升高的热油随着轴承润滑油一起经供油回油口10返回供油装置，由供油装置上油冷却器冷却；

与此同时，主轴4的另一端油制动端3也同时起作用，油制动轮18在高速旋转下，带动由油制动端进油口20进入油制动体17与油制动轮18之间间隙的油产生相对运动，油的粘性产生摩擦热消耗主轴4转动动能，温度升高的油经油制动端回油口21返回供油装置再循环；

本发明产品既可以通过增减主轴4上主轴油制动器的数量或者体积大小，调节膨胀机的制动功率，从而满足膨胀端2不同情况下的实际运行负荷， 使用更加方便，适用范围更广，其中，当主轴油制动器的数量为三个时，综合效果最佳；当主轴油制动器为多个时，还可以配合转速关小供油阀门减少油制动能力，或关闭其中部分主轴油制动器的供油阀门，从而降低制动负荷，满足膨胀端2不同情况下的实际运行负荷，调节范围广，调节手段丰富、有弹性。

本发明中，所述可调喷嘴12可以包括可改变喷嘴通道面积的多个喷嘴叶片25、呈环状的定位盘24、呈环状的滑动盘23和呈环状的导流器盖板22，所述导流器盖板22、所述滑动盘23和所述定位盘24同轴设置且相互匹配，所述导流器盖板22和所述定位盘24分别位于所述滑动盘23的两侧，全部所述喷嘴叶片25均位于所述滑动盘23与所述定位盘24之间，且沿所述定位盘24圆周方向均匀分布，每个所述喷嘴叶片25一侧与所述定位盘24紧密贴合并转动连接，另一侧与所述滑动盘23紧密贴合并滑动连接，例如：每个所述喷嘴叶片25的中部均设有定位孔，其远离所述定位盘24内环的一端侧面均垂直设有转动销26，所述定位盘24上沿圆周方向设有多个分别与对应所述定位孔相匹配的定位销27，所述滑动盘23上沿圆周方向设有多个可分别带动对应所述转动销26做弧线运动的滑动槽，每个所述喷嘴叶片25的一端通过对应所述定位销27和定位孔与所述定位盘24转动连接，另一端通过对应所述转动销26和滑动槽与所述滑动盘23滑动连接；

所述喷嘴叶片25的表面最好设置一层润滑材料层，例如喷涂烧结而成的聚四氟乙烯层，所述滑动盘23靠近所述喷嘴叶片25的一侧和/或所述定位盘24靠近所述喷嘴叶片25的一侧最好设置一层润滑剂层，例如干膜润滑剂层；

所述滑动盘23靠近所述导流器盖板22的一侧垂直设有可带动所述滑动盘23做弧线运动的传动销28，所述导流器盖板22上设有与所述传动销28对应的传动滑槽29，所述传动销28从所述传动滑槽29穿出且可在所述传动滑槽29内滑动；

所述导流器盖板22靠近所述滑动盘23的一侧和所述滑动盘23靠近所述导流器盖板22的一侧同轴设置有可相互扣合连接的盖板凸环和滑动盘凸环，且所述导流器盖板22靠近所述滑动盘23的一侧沿圆周方向还设有多个可抵压在所述滑动盘23侧面的弹力碰珠30，例如所述导流器盖板22靠近所述滑动盘23的一侧沿圆周方向设置多个分别与多个所述弹力碰珠30对应的安装槽，所述弹力碰珠30分别位于对应所述安装槽内，所述弹力碰,30可以包括球体、一端开口另一端封闭的中空柱体以及位于所述中空柱体内部的弹簧，所述球体通过所述弹簧与所述中空柱体的封闭端弹性连接，所述球体远离所述弹簧的一端伸出所述中空柱体的开口，所述盖板凸环与所述滑动盘凸环的扣接处最好设置密封圈31和可确保所述滑动盘23旋转稳定且不会发生偏转的定位圈32，所述导流器盖板22的外环边缘设有向所述滑动盘23和定位盘24延伸的盖板侧壁，所述盖板侧壁覆盖所述滑动盘23并与所述定位盘24可拆固定连接。

该可调喷嘴12结构紧凑，制造组装简单、成本低，使用方便，导流器盖板22内侧的弹力碰珠30可抵压在滑动盘23靠近它的一侧，弹力碰珠30的弹力可将滑动盘23压向喷嘴叶片25，喷嘴叶片25会继续压向定位盘24，使得喷嘴叶片25的两侧由于受压而贴紧滑动盘23和定位盘24，从而消除滑动盘23和喷嘴叶片25之间的滑动间隙，始终将滑动间隙保留在导流器盖板22与滑动盘23之间，这样就能实现喷嘴通流部分的零间隙，既有效减少喷嘴部分的内泄漏，提升流道效率，又有效避免滑动盘23与导流器盖板22之间发生卡死的情况；

同时，滑动盘23上的传动销28可通过拉杆接出去，从而利用气动薄膜调节阀等气动执行机构的上下运动实现滑动盘23做弧线运动，定位盘24上的定位销27可以限制喷嘴叶片25只能绕其作弧线运动，这样喷嘴叶片25上的转动销26就可以通过滑动盘23上的滑动槽带动喷嘴叶片25转动，从而实现喷嘴通道的开度，有效保证可调喷嘴的调节性能，确保膨胀机组的稳 定性和可靠性。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。