一种用于增压低压气体的透平膨胀机的制作方法

1.本实用新型涉及透平机械技术领域，尤其涉及一种用于增压低压气体的透平膨胀机。


背景技术：

2.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需的关键部机，是保证整套设备稳定运行的核心。膨胀机的作用是利用气体通过膨胀机的过程中的内能降低并对外输出功，由于气体内能的降低并对外输出功使气体的压力和温度大幅度降低从而达到制冷与降温的目的，其输出的能量由同轴的增压机、制动风机或油制动等消耗。透平膨胀机的结构复杂、装配精度高，主轴转速普遍较高。由于轴承和主轴之间的间隙很小，为满足高精度、高转速的要求，通常采用气体润滑，一旦轴承气压力达不到要求，则膨胀端、增压机和主轴停止转动。否则，主轴和轴承接触，高速运转产生的摩擦将导致烧机事故的发生。
3.现有技术中，透平膨胀机的轴承气通常采用一定压力、露点较低的空气来供应，是专门设置的一条独立的管路，轴承气由空气管网供应，如果客户空气用量比较大时，空气管网内的压力波动较大，系统运行稳定性差，轴承气供应不稳定，进而影响透平膨胀机的安全运行，严重时会导致透平膨胀机因轴承压力低而停车。
4.因此亟需提出一种用于增压低压气体的透平膨胀机来解决上述问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种用于增压低压气体的透平膨胀机，该透平膨胀机减少了空气使用量，自动化程度高，轴承气供应稳定，运行安全。
6.为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
7.一种用于增压低压气体的透平膨胀机，包括主轴，膨胀端和增压机，所述主轴的一端和所述膨胀端连接，所述主轴的另一端和所述增压机连接，还包括：
8.膨胀管路，所述膨胀端设置于所述膨胀管路，用于给工作气降温；
9.增压管路，所述增压机设置于所述增压管路，用于给低压气体增压；
10.轴承气供应管路，所述轴承气供应管路包括第一管路和第二管路，所述第一管路的出口和所述主轴连通，进所述第一管路的气体可选择性地输送至所述主轴；所述第二管路的入口和所述增压机的出口连通，所述第二管路的出口和所述主轴连通，出所述增压机的高压气体可经所述第二管路输送至所述主轴。
11.可选地，所述轴承气供应管路还包括主轴承气管路，所述第一管路的出口和所述第二管路的出口均与所述主轴承气管路的入口连通，所述主轴承气管路的出口连通于所述主轴。
12.可选地，所述第一管路的入口处设置有调节阀，所述主轴承气管路设有测量所述主轴承气管路压力的测压装置，所述测压装置与所述调节阀连接，用于控制所述调节阀阀
门开度。
13.可选地，所述主轴承气管路的出口连接有第一支路和第二支路，出所述主轴承气管路的轴承气经所述第一支路和所述第二支路分别输送至所述主轴。
14.可选地，所述第二管路设置有自力式调节阀和第二止回阀，出所述增压机的所述高压气体可依次经所述自力式调节阀和所述第二止回阀输送至所述主轴。
15.可选地，所述第一管路上还设有第一止回阀，所述第一止回阀能够阻止出所述第二管路的气体倒回至所述第一管路。
16.可选地，所述增压管路设有增压端进口阀和增压端出口阀，所述低压气体通过所述增压端进口阀进入所述增压管路，并经所述增压机增压形成所述高压气体后从所述增压端出口阀排出。
17.可选地，所述增压管路还设置有增压端回流阀，所述增压端回流阀与所述增压机并联，出所述增压机的所述高压气体能够选择性经所述增压端回流阀回到所述增压机再次增压。
18.可选地，所述膨胀管路设有膨胀端进口阀和膨胀端出口阀，所述工作气通过所述膨胀端进口阀进入所述膨胀管路，经所述膨胀端后从所述膨胀端出口阀排出。
19.可选地，所述主轴连接有放空管路，所述放空管路设有用于放空轴承气的放空阀。
20.有益效果：
21.本实用新型所提供的一种用于增压低压气体的透平膨胀机，通过设置于膨胀管路的膨胀端给工作气降温，进行制冷，通过设置于增压管路的增压机给低压气体增压，并设置第一管路和第二管路，使气体可选择性地作为轴承气输送至主轴，主轴悬浮于轴承，达到润滑的目的。进入第一管路的气体可选择性地输送至主轴，进入第二管路的气体为经增压机增压后的高压气体，根据膨胀机的工作状态选择性输送至主轴。由于增压端高压气体压力高于第一管路的气体压力，透平膨胀机运行时，通过增压端的高压气体作为轴承气供应给主轴，自动化程度高，减少了操作工的工作量，灵活调控轴承气的来源，保证了轴承气供气质量，且管路运行稳定，从而确保透平膨胀机安全运行。
附图说明
22.图1是本实用新型提供的用于增压低压气体的透平膨胀机的连接管路示意图。
23.图中：
24.1、主轴；2、膨胀端；3、增压机；
25.100、轴承气供应管路；101、调节阀；102、自力式调节阀；103、第一止回阀；104、第二止回阀；105、测压装置；110、主轴承气管路；111、第一管路；112、第二管路；200、膨胀管路；201、膨胀端进口阀；202、膨胀端出口阀；300、增压管路；301、增压端进口阀；302、增压端出口阀；303、增压端回流阀。
具体实施方式
26.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
27.在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
28.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
29.在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
30.参见图1，本实施例所提供的透平膨胀机包括主轴1，膨胀端2、增压机3、膨胀管路200、增压管路300和轴承气供应管路100。主轴1的一端和膨胀端2连接，主轴1的另一端和增压机3连接。膨胀端2设置在膨胀管路200上，用于给工作气降温。增压机3设置在增压管路300上，用于给低压气体增压。轴承气供应管路100包括第一管路111和第二管路112，第一管路111的出口和主轴1连通，进第一管路111的气体可选择性地输送至主轴1。第二管路112的入口和增压机3的出口连通，第二管路112的出口和主轴1连通，出增压机3的高压气体可经第二管路112输送至主轴1。
31.上述透平膨胀机通过设置于膨胀管路200的膨胀端2给工作气降温，进行制冷，通过设置增压管路300的增压机3给低压气体增压，并设置第一管路111和第二管路112，使气体可选择性地作为轴承气输送至主轴1，主轴1悬浮于轴承，达到润滑的目的。进入第一管路111的气体可选择性地输送至主轴1，进入第二管路112的气体为经增压机3增压后的高压气体，根据膨胀机的工作状态选择性输送至主轴1。通过提取部分增压端的高压气体作为轴承气供应给主轴1，灵活调控轴承气的来源，自动化程度高，减少了操作工的工作量，保证了轴承气供气质量，且管路运行稳定，从而确保透平膨胀机安全运行。
32.本实施例中，进第一管路111的气体为空气，进增压管路300的低压气体为精馏塔产出的低压氮气，进入管网的空气和低压氮气经管路输送和一系列调控后成为满足主轴1润滑需求的轴承气。
33.继续参见图1，膨胀管路200上还设置有膨胀端进口阀201和膨胀端出口阀202，空气经膨胀端进口阀201进入膨胀管路200，膨胀端2的膨胀机高速运转使空气做功，从而空气的压力和温度大幅度降低，降温后的空气经膨胀端出口阀202输出。
34.图中左侧的增压管路300设置有增压端进口阀301和增压端出口阀302，低压氮气通过增压端进口阀301进入增压管路300，并经增压机3增压后形成高压气体从增压端出口阀302排出。可选地，增压管路300上还设置有增压端回流阀303，增压端回流阀303与增压机3并联，进增压端进口阀301的低压氮气经增压机3增压后成为高压氮气，氮气压力过高时，
部分高压氮气能够经增压端回流阀303回到增压端进口阀301后的低压氮气所在管路与低压氮气合并，并再次利用进入增压机3增压，使增压后管路内的气体压力得到稳定的输出。可以理解地，通过控制增压端回流阀303的阀门开度能够调节增压管路300内的压力，同时调节膨胀机转速。当出增压机3的高压氮气压力值较低时，减小增压端回流阀303阀门开度以增加氮气压力，当出增压机3的高压氮气压力较高时，增加增压端回流阀303阀门开度以减小氮气压力。
35.进一步地，轴承气供应管路100还包括主轴承气管路110，第一管路111的出口和第二管路112的出口均与主轴承气管路110的入口连通，主轴承气管路110的出口连通于主轴1。可以理解地，出第一管路111的空气和出第二管路112的氮气都将作为轴承气输送至主轴承气管路110。将第一管路111和第二管路112并联至主轴承气管路110，而不是分别直接连接到主轴1，能够更加容易地监控轴承气的压力是否满足预定值，同时管路运行更加稳定。
36.进一步地，主轴承气管路110的出口连接有第一支路和第二支路，出主轴承气管路110的轴承气经第一支路和第二支路分别输送至主轴1。可以理解地，采用两个支路将轴承气输送至主轴1，可以使轴承气迅速分布于轴承与主轴1之间，防止主轴1中段的压力大于两端压力，影响润滑效果。
37.可选地，主轴承气管路110上设置有测压装置105，测压装置105包括压力传感器，当然在其他实施例中压力传感器也可以为其他能够测量主轴承气管路110中轴承气压力的装置。
38.可选地，第一管路111的入口处设置有调节阀101，调节阀101和主轴承气管路110的测压装置105相连，测压装置105能够根据测得的轴承气压力值和设定值的关系控制调节阀101阀门开度，从而稳定轴承气压力。进一步地，第一管路111上还设置有第一止回阀103，当需要输送空气作为轴承气时，空气依次经调节阀101并顶开第一止回阀103输送至主轴承气管路110来供应轴承气；当不需要输送空气时，调节阀101和第一止回阀103为关闭状态。
39.第二管路112设置有自力式调节阀102和第二止回阀104，出增压机3的高压气体可依次经自力式调节阀102和第二止回阀104输送至主轴1。自力式调节阀102的出口压力的设定值略高于测压装置105的设定值，当出自力式调节阀102的高压氮气顶开第二止回阀104来供应轴承气，此时，第二管路112内的高压氮气的压力高于第一管路111内空气的压力，第一止回阀103将被顶住关闭，阻止出第二管路112的气体倒回至第一管路111。高压氮气输送至主轴承气管路110后，由于测压装置105测得的压力值高于设定值，因此，调节阀101也相应关闭，停止空气的供应，只有高压氮气作为轴承气输送至主轴1。
40.在本实施例中，还包括控制机构，控制机构可以是集中式或分布式的控制器，比如，控制器可以是一个单独的单片机，也可以是分布的多块单片机构成，单片机中可以运行控制程序，进而控制阀门、测压装置105等实现其功能。
41.可选地，本实施例中由pcl程序结合测压装置105检测到的实时压力值对相关阀门的开度进行控制和调节，自动化程度高，系统运行稳定，大大减少了操作工的工作量。pcl程序的控制逻辑及工作过程具体如下：
42.在膨胀管路200中，调节膨胀端进口阀201使工作气进入，工作气经膨胀机做功降温，调节膨胀端出口阀202使降温后的工作气排出。
43.在增压管路300中，调节增压端进口阀301，使低压氮气进入，增压机3对低压氮气
进行增压，与此同时，当出增压机3的高压氮气压力较低时，增压端回流阀303阀门开度将减小，减少增压后的部分高压氮气回流到增压端进口阀301后低压氮气所在管路，当出增压机3的高压氮气压力值较高时，增压端回流阀303阀门开度将增加，加大增压后的部分高压氮气回流到增压端进口阀301后低压氮气所在管路，从而使增压后管路内的气体压力得到稳定的输出。调节增压端出口阀302，从而使经增压机3增压后的部分高压氮气从增压端出口阀302排出。即，出增压机3的高压气体，部分进入轴承气供应管路100第二管路112，部分从增压端出口阀302排出，部分经增压端回流阀303回流到增压端进口阀301后低压氮气所在管路，再次进入增压机3增压。
44.在轴承气输送管路中，当膨胀端2准备启动前，轴承气均由进第一管路111的空气供应，测压装置105根据所需的轴承气供气压力设定值控制调节阀101的阀门开度，此时，第一止回阀103为打开状态；当膨胀端2运行时，增压机3也同时工作，低压氮气经增压机3增压后，部分高压氮气进入第二管路112，从自力式调节阀102排出的高压氮气顶开第二止回阀104向主轴承气管路110供应轴承气，由于高压氮气的压力值高于空气，因此，第一止回阀103关闭，测压装置105测得的轴承气压力值高于设定值，调节阀101也相应关闭，轴承气只由高压氮气供应；当膨胀端2停机后，增压机3也停止工作，高压氮气向主轴承气管路110的输送量逐渐减小，测压装置105根据测得的轴承气压力值打开调节阀101，增加空气的输入量以稳定主轴承气管路110内的压力。
45.显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。