专利名称：涡轮膨胀机-泵机组的制作方法
技术领域：
本发明涉及涡轮膨胀机-泵机组，特别涉及用于液化气供应装置的涡轮膨胀机-泵机组，该液化气供应装置可用来储存、输送和供应液化天然气(LNG)之类的低温液态燃料。
附图中的
图19表示液化天然气基地中的现有液化气供应装置。从运输船卸下的液化天然气储存在一个池201中，该池的一部分埋置在地下，存储在池201中的液化天然气由浸没在液化天然气中的主泵(第一级泵)202向上抽送。从池201抽出的一部分液化天然气由蒸发器203气化后作为燃料供给液化天然气基地中的锅炉或燃气轮机。蒸发器203从进口203A引入海水或废热水并在出口203B将其排出，同时液化天然气在蒸发器203中因热交换作用而气化。由泵202抽出的大部分液化天然气由辅泵(第二级泵)203加压后或是通过管道205以液态供应给另一液化天然气基地，或是由一热交换器(未画出)加热气化后成为具有一定压力的气体，用来发电，或用作城市的民用燃气。
用来对液化天然气加压的泵一般为多级垂直离心泵，并且是潜水泵，泵和驱动该泵的电动机都全部浸没在液化天然气中，以防止从密封轴部发生泄漏(详情见《涡轮机》17卷5期第8-13页Aizawa和Kubota所写的“液化天然气装置的操作和控制”一文)。
近年来，对作为有利于环境保护的干净能源的液化天然气的需求日益增长，随之日益增长的液化天然气供应区要求液化气供应装置具有更大容量、更大规模和处理更高气压的能力。用于供应一定压力液化天然气的主泵的第二级泵204因此使能处理更高的气流流速和更高的位差，并由更大功率驱动。驱动泵204的电动机需要用到高压供电装置，该装置的电功率在几百到上万千瓦，因此还需用到把电能输送和分配给该电动机的大电能输配电装置。
随着泵的级数和大小的增加，泵的安装空间和维修程序也带来许多问题。通常通过很长的管道把液化天然气输送到远处的发电站产生电能并通过很长的电缆把该发电站产生的电能供应给液化天然气基地的液化天然气加压泵，以便开动电动机。从节能的观点看，这种电能供应系统是不利的。换句话说，把电能供应给液化天然气基地的液化天然气加压泵的做法造成在气态或液态LNG供应给发电站过程中引起的输送损耗、发电站中的能量转换损耗、电缆的输电损耗和电动机中的能量转换损耗。
潜水泵的一个问题是需在电动机转子的铁苡中使用磁性轴承。由于磁铁片用铁素体制成，因此它们较脆，在低温下对拉力和弯力的耐受性差。因此，电动机的转速因受离心应力的限制而无法提高。该电动机若要输出大功率，其转子须足够长，以便获得低共振频率，这就使得即使对于上述转速也难于合适设计该电动机。
因此本发明的一个目的是提供一种用来供应一定压力的超低温液态燃料的自足的泵机组，该涡轮膨胀机-泵机组具有简单的驱动系统，内部液体不会泄漏到外部，并且不需要任何外部能量供应。
本发明的另一个目的是提供一种用于此类泵机组的泵件。
本发明的再一个目的是提供一种装有此类泵机组的节能型液化气供应装置。
按照本发明，提供了一种涡轮膨胀机-泵机组，包括轴;连接到该轴一端的泵，用来把液流加压到高于预定输送压的压力;热交换器，用来加热由泵加压的液流而把它转换成高压气体;连接在轴的另一端、用热交换器的高压气体降至预定输送压力时所形成的热能差开动的膨胀涡轮机，一定压力的液流不断从中该膨胀涡轮机流出。
下面参照附图中的图4说明本发明的原理。
在计及损耗的情况下，泵把一流体从在接近大气压的压力P0下的状态S0多方加压到状态S1的一压力P1。该流体由热交换器加热成S2状态下的气体，此时其压力由热交换器引起的压力损耗而下降。该气体从状态2在涡轮机中沿一等熵曲线多方膨胀降压成状态S3。然后，该燃气若用作涡轮机燃料则由于等压变化而成为状态S4，若用于远距离供气则由等焓变化而成为状态S5。
按照本发明，压力P1设定成高于泵所需的排放压Pd，从而造成压差P2-Pd，从而膨胀涡轮用液体超饱和范围中的等熵曲线的斜率与超热状态下的等熵曲线的斜率之间的差开动。
当下列条件满足时，上述系统得以建立i2-i3＞i1-i0。
其中，i0、i1、i2、i3分别为状态S0、S1、S2、S3的焓。可确立状态S1、S2以便上述条件获得满足。
为如此确立状态S1、S2，可有两种办法，即变动压力P1或在把P1保持在合适大小上的同时加热而变动熵增i2-i1。若数量i2-i3，此数量i1-i0足够地大，则可不必使用从泵排放的全部液体，而是使用其中一部分来开动泵，余下的可用来产生电能。在这种情况下，膨胀涡轮机的一轴端可连接一发电机发电，尽管需要对频率进行调节。
下面通过使用液态氢的一例子说明这一系统的建立。
在21°K下饱和压力为0.12MPa(i′＝261KJ/Kg，s′＝11.08kJ/kg·deg)的液态氢将以压力Pd＝7.5MPa的气体供气。首先用一泵把液态氢的压力提高到P＝12MPa，然后用压力损耗为1.8MPa的热交换器把它的温度升至300°K，接着用膨胀涡轮机把该液态氢膨胀成压力为7.5MPa的气体。若Pk＝12MPa，T1s＝24.4°K，i1s＝440.4kJ/Kg，泵的效率为60%，则状态S1可表为i1-i0＝(i1s-i0)/ηp＝(440.4-260)./0.60＝299.0KJ/kg由于状态S2的压力P2＝0.5MPa，温度T2＝300°K，因此可表为i2＝430.6KJ/kg，S2＝46.0KJ/kg·deg。
若该压力等焓降至7.5MPa，则有T3s＝268K，i3s＝3827.24KJ/kg。
若总绝热效率ηe为70%，则有
i2-i3＝(i2-i3s)ηe＝(4308.6-3827.24)×0.7＝336.95kJ/kg。
在上述方程中，后缀“s”表示效率为100%时的理论值。
因此，条件i2-i3＞i1-i0得到满足，足以开动泵。也就是说可降低压力P2或温度T2。
同类计算表明，即使对于作为液化天然气主要成分的液态甲烷，在温度T2约为常温的情况下，也能适当选择压力P2而开动泵。
该泵可以有至少两个分别以不同压力排放液流的出口，其中之一接至热交换器。由于接至热交换器的可以是高压，也可以是低压出口，因此涡轮膨胀机-泵机组可获得范围广泛的应用。
两出口中的另一个可接至液化气输送管道。
轴可以是垂直轴，也可以是水平轴。由于轴承由在涡轮膨胀机-泵机组中流动的液流润滑和冷却，因此轴承可以使用磁性轴承。膨胀涡轮机在轴伸展区域可在轴上套有一无接触轴密封。在无接触轴密封中会产生一层气膜，从而使轴与气体相密封。
由于泵和膨胀涡轮机在不同温度下工作，因此它们相互隔开。涡轮膨胀机-泵机组还包括一连接管，它套在伸展在泵和膨胀涡轮机之间的那段轴上并起到密封作用，泵和膨胀涡轮机具有各自的机壳，这些机壳通过该连接管而相通，这样，轴就不暴露在外部，从而不存在很大的密封问题。
该连接管可包括一结构用来吸收由于连接管受热而造成的纵向热变形。泵和膨胀涡轮机作用在连接管中的压力大致相等从而互相平衡。泵在轴伸展的区域可有一无接触轴密封套在该轴上。该密封允许一定量的液流沿轴泄放，从而把液体和气体之间的边界保持在连接管中合适位置上。
涡轮膨胀机-泵机组可还包括一从连接管向外伸展的管道，用来调节连接管中的压力而使连接器中保持常压。
涡轮膨胀机-泵机组可还包括一用来支撑泵上方的膨胀涡轮机的支座，连接管与该支座连成一体。这种结构可省去用来吸收热变形的机构。
泵可包括若干叶轮，这些叶轮包括具有靠近膨胀涡轮机的进口的第一级叶轮，从而泵中的低压作用在连接管中而便于调节连接管中的压力。
或者，泵可具有若干叶轮，这些叶轮分为以第一方向对流体加压的第一叶轮组和以与第一方向相反的第二方向对流体加压的第二叶轮组，第一叶轮组的叶轮数与第二叶轮组相同。这种结构当以一定压力供应液体时可有效地抵消作用在叶轮上的反作用力，从而降低推力轴承上的负载。
作为另一种替代方案，泵也可包括这样一些叶轮，它们分成对液流向下加压的主叶轮组和对液流向上加压的辅叶轮组，主叶轮组位于辅叶轮组上方，主叶轮组具有出口而辅叶轮组具有进口，该泵还包括一把主叶轮组的出口和辅叶轮组的进口相互连接的液流通道。
按照本发明，还提供了一种液化气供应装置，包括液化气存储池;放置在该液化气存储池中的第一级泵;第二级泵，对从第一级泵排放的液化气进行加压和输送，该第二级泵有一排放液化气的出口;热交换器，对从第二级泵排放的一部分液化气进行加热而把它转变成高压气体;膨胀涡轮机，它在从热交换器供给该膨胀涡轮机的高压气体膨胀减压时驱动第二级泵，该膨胀涡轮机包括排放减压气体的出气口、接至该气出气口而用来输送从膨胀涡轮机排放的减压气体的管道;以及接至第二级泵出口而用来输送第二级泵排放的液体的管道。
按照本发明，还提供一种液体泵组件，包括轴、连接到该轴一端并具有若干用来对液流加压的叶轮的泵以及连接到该轴另一端用来驱动该泵的驱动装置，叶轮包括具有靠近该驱动装置的进口的第一级叶轮，从而第一级叶轮能以朝向轴的该端的方向对该液流加压。
按照本发明，还提供了一种泵组件，以与常温不同的高温或低温在一定压力下输送液体，包括泵驱动轴;接至泵驱动轴的泵;罩住泵驱动轴的高压容器;驱动该泵的原动机，该泵驱动轴穿过该高压容器到达该原动机;以及位于该泵上方的原动机支座，该原动机装在该原动机支座上，该泵驱动轴穿过该原动机支座而到达该原动机，该高压容器和该原动机支座制成一体。
通过下面结合附图对本发明例示性的若干优选实施例的说明，本发明的上述和其它目的、特点和优点会更清楚。
图1 为本发明一实施例的涡轮膨胀机-泵的剖面图;
图2 为装有图1所示涡轮膨胀机-泵的涡轮膨胀机-泵机组的正视图;
图3 为装有图1所示涡轮膨胀机-泵的另一种涡轮膨胀机-泵机组的正视图;
图4 为表示本发明原理的压力-焓图;
图5 为本发明另一实施例的涡轮膨胀机-泵的部分剖视的正视图;
图6 为图5所示涡轮膨胀机-泵的流体流程图;
图7为本发明又一实施例的涡轮膨胀机-泵的部分剖视的正视图;
图8 为装有图7所示涡轮膨胀机-泵的涡轮膨胀机-泵机组的正视图;
图9 为装有图7所示涡轮膨胀机-泵的另一种涡轮膨胀机-泵机组的正视图;
图10 为表示图8和图9所示涡轮膨胀机-泵机组的工作原理的压力-焓图。
图11 为本发明再一实施例的涡轮膨胀机-泵的部分剖视的正视图;
图12 为说明图11所示涡轮膨胀机-泵的工作原理的压力-焓图;
图13 为装有图7所示涡轮膨胀机-泵的又一种涡轮膨胀机泵机组的正视图;
图14 为装有图11所示涡轮膨胀机-泵的液化气供应装置的示意图;
图15 为图11所示液化气供应装置的控制系统图;
图16 为装有图11所示涡轮膨胀机-泵的另一种液化气供应装置的示意图;
图17 为图16所示液化气供应装置的控制系统图;
图18 为本发明又一实施例的涡轮膨胀机-泵的示意图;
图19 为现有液化气供应装置的示意图。
各图中，相同或相应部件相同或相应标记表示。
图1表示本发明一实施例的涡轮膨胀机-泵Ep，图2表示装有图1所示涡轮膨胀机-泵Ep的涡轮膨胀机-泵机组。
如图1所示，涡轮膨胀机-泵Ep为垂直型，包括泵1和位于泵1上方的膨胀涡轮机3，它与泵1共有用来转动泵1的轴2。泵1和膨胀涡轮机3在垂直方向上互相隔开一段距离以便减少相互间的热作用。膨胀涡轮机3支撑在支座6上，该支座6装在一盖住泵1的筒体4顶端的盖子5上。
共同轴2由若干轴承可转动地支承，这些轴承从上到下依次包括构成膨胀涡轮机3中的无接触磁性轴承的推力轴承7和径向轴承8;构成泵1中的磁性或静压轴承的上部轴承9和上部轴承止推轴颈10;泵1中的中心轴套11以及泵1中其结构与上部轴承9相同的下部轴承12。
一无接触迷宫式密封13在径向轴承8紧下方套在共同轴2上。该无接触迷宫式密封13允许膨胀涡轮机3的一定量气体沿共同轴2向下流动。在泵1和膨胀涡轮机3之间，共同轴2上套有一连接管15，该连接管15上有波纹管14，用作吸收共同轴2的轴向或纵向热变形的机构。该连接管在波纹管14上方有一气体排放口16。
泵1固定安置在筒体4中并悬挂在盖5的下方。筒体4有一把液体引入筒体4的供液口17。泵1的四周都是从供液口引入筒4中的液体，它就在此环境中运转。泵1从下部第一进口抽进液体，用两级主叶轮19对液体向上加压，通过第一通道20把液体从上部第二进口21引入两级辅叶轮22，两级辅叶轮22对液体向下加压，然后通过第二通道23、出口室24、出口管25和出口26排放液体。
泵1包括由外部机壳组件30和内部机壳组件35构成的机壳构件，外部机壳组件30包括出口机壳27、中间机壳28和下部机壳29;内部机壳组件35包括上部进口机壳31、内机壳32、中间机壳33和下部进口机壳14。泵1还包括导流轮36、上部导向叶轮37、上部最终导向叶轮38、下部最终导向叶轮39和下部导向叶轮40。
如图2所示，泵1的出口26由管路L接至膨胀涡轮机3的气体进口41，管路中有一热交换器42，海水之类的常温热源流体与低温流体之间在该热交换器中进行热量交换。管路L还包括与控制器43连接并受其控制的流量控制阀V1。该控制器43上还连接有转速传感器44，用来检测轴2的转速并把检测到的转速传给控制器43。管路L在阀V1上游分接出管路L1，该管路L1接至一流量控制阀V2，V2一端与控制器43连接并受其控制，另一端通过热交换器42接至膨胀涡轮机3的出口管45。连接管15的气体排放口16通过管路L2也接至出口管45。管路L在阀V1上游还分接出起动管路L3，该起始管路L3通过一阀接至主泵(未画出)。管路L在气体进口41上游还分接出过量气体管路L4，该过量气体管路L4可用于起动膨胀涡轮机3。
下面说明图2所示涡轮膨胀机-泵机组的工作情况。图2中，粗箭头表示由泵1和膨胀机泵3处置的主液流，细箭头表示涡轮膨胀机-泵机组所需辅液流，实线箭头表示液流、虚线箭头表示气流。其它附图中也是如此使用各种箭头。
泵1无法自行起动。要起动泵1，须用管路L3或L4输送高压气体而起动膨胀涡轮机3。当泵1如此起动直到其转速达到一预定转速时，上述关系式i2-i3＞i1-i0得到满足，然后泵1的转速自动上升到能量平衡的一点。泵1的转速由转速传感器44检测后送往控制器43，控制器43控制流量控制阀V1、V2而调节送往热交换器42的流量，从而控制泵1的转速，泵1的转速也可通过调节被加热气体的流量和温度而加以控制。一发电机可直接接至膨胀涡轮机3，从而用供给膨胀涡轮机3的过量能量产生电能。
液化天然气、液态氢之类的低温液流从筒体4的供液口17流入筒体4，并通过靠近泵1底部的下部第一进口18被抽入泵1中。该流体由导流轮36给予能量后被引入两级主叶轮19中的一叶轮件并由该叶轮件给予能量，然后通过下部导向叶轮40而被引入两级至叶轮19的另一叶轮件并由该叶轮件给予能量，然后通过下部最终导向叶轮39而被引入主叶轮19的出口室46。接着该流体向上流过第一通道20，在第一通道20顶端改变方向后通过上部第二进口21被抽入辅叶轮22。该流体由辅叶轮22以与主叶轮19相同的方式给予能量，然后经过上部最终导向叶轮38流入最终出口内室47，流体然后从该室47向上流过出口室24和出口管25而流出出口26。
从出口26排放出的流体进入热交换器42，该热交换器提高该流体的温度而将其转换成常温高压气体。然后该气体经进气口41流入膨胀涡轮机3，在膨胀涡轮机3中，该气体释放能量、降低压力，成为具有预定供气压力的气体。该气体然后从膨胀涡轮机3经出口管45送往用气地区。
在上述过程中，以图4的状态S0抽入泵中的流体加压后以状态S1压入热交换器42。在热交换器42中，该流体加热成状态S2而成为气体。该气体然后流入膨胀涡轮机3中膨胀成状态S3，然后以一定供气压力送出膨胀涡轮机3。
直立在泵1和膨胀涡轮机3之间中间位置上的连接管15包括能弹性吸收连接管15的轴向位移或变形的波纹管14。连接管15不是绝热的，而是允许大气热量加于其上。因此，连接管中有一液面，而该液面上方为气相。气相的压力等于泵1中上部第二进口21处的压力。若该气相的压力大致等于或不低于出口管45处的供气压力，那末上部第二进口21处的压力与出气管45的供气压力互相平衡。例如，若出口管45的供气压力为泵1的出口26处的压力的一半，那末在主叶轮与辅叶轮之间的中间压力加于泵1的上部。作用在主叶轮和辅叶轮上的流体压力作用方向相反、大小大致相同，因此流体对主叶轮和辅叶轮的反作用力互相抵消，从而减小加于轴承上的负载。
连接管15中由大气热量蒸发的气体从气体排放口16经管路L2被引入出口管45。涡轮膨胀机3中轴2穿过的区域受到送到膨胀涡轮机3的气体的压力与连接管15中的压力之间的压差。由于用来平衡涡轮机推力的平衡活塞起到一定的减压作用，因此实际加到迷宫式密封件13上的压差为平衡活塞的背压，它与管路L中的压力并无多大差别。换句话说，膨胀涡轮机3中的气体压力由两个减压器，即平衡活塞和迷宫式密封13减压成连接管中的压力，该压力与从涡轮膨胀机3排出的气体的压力大致相等。
如此，泵1整个儿被置于具有特定温度的液体中，而涡轮膨胀机3整个儿被置于常温气体中。泵1和涡轮膨胀机3由轴2和连接管15互连，从而它们被密封在与外界完全隔绝的一封闭结构中。
在图1中，只表示出膨胀涡轮机3的推力轴承7。但是，膨胀涡轮机3和泵1可用柔性连接互连，并可有各自的推力轴承。
尽管上面使用了“液体”和“气体”两词，但在高于临界压力的压力下，它们之间无法严格区分。因此，“液体”和“气体”两词定义如下当该流体从饱和状态(因而体积几乎无变化)多方加压时，对应于dv/dp的小值的状态称为液体，而对应于dv/dp大如气体的值的状态称为气体。
下面说明使用本发明涡轮膨胀机-泵机组远距离输送燃气的情况。
从图4的上述本发明原理表明，状态S2的选择可有很大的自由度。在图2中，设流入泵1的流体的质量流量率为W(kg/s)，膨胀涡轮机3驱动泵1所需气体的质量流量率为W1(kg/s)，则质量流量率W1由下式确定W1＝｛(i1-i0)/(i2-i3)｝W＝[｛(i1s-i0)/(i2-i3s)｝/(ηp·ηe)]W其中，ηp为泵的效率，ηe为膨胀涡轮机的总绝热效率。因此，由于W1/W＝｛(i1s-i0)/(i2-i3s)}/(ηp·ηe)，因此很有可能W1/W＜1，即W1＜W。
在上述数值例子中，W1＝0.89W。
W1-W的差即剩余质量流量率W2在上述数值例子中仅占11%。但是，可以通过选择状态S2来增大质量流量率W2，而质量流量率W的大小视涡轮膨胀机泵机组的大小而走。因此，质量流量率W2实际上可取足够大的数值。
在图2中，剩余质量流量率W2(＝W-W1(kg/s))的液体由膨胀涡轮机3的分接管路输送，通过一个孔降压、经加热、经冷却后恢复成气体并被引入出口管45。但是，剩余质量流量率W2的液体可与出口管45的气流分开输送。
图3表示装有图1所示涡轮膨胀机-泵的另一种涡轮膨胀机-泵机组，该机组安排成剩余质量流量率W2的液体与出口管45的气流分开输送。图2中管路L1经热交换器42接至出口管45，但在图3所示线路中，管线L1接至液体输送管48。图3所示涡轮膨胀机-泵机组最好使用于下列场合气体用来在机组现场产生电能，而液体经远距离输送后供应给用户。若压力P1对于所需供应压力来说太高，则可用恢复能量的气体恢复涡轮机降压到所需压力。
图5和图6表示本发明另一实施例的涡轮膨胀机-泵。在此实施例中，涡轮膨胀机-泵包括水平轴2a、装在轴2a一端的泵1a以及装在轴2a另一端的膨胀涡轮机3a。泵1a和膨胀涡轮机3a由连接筒50互连，连接筒50的上壁上有开口49。连接筒50的下壁上装有疏水壳体51。图5和图6所示涡轮膨胀机-泵的其它细节与图1大致相同，相应部件用相应标记加后缀“a”表示。图5和图6所示涡轮膨胀机-泵包括一允许液体从泵1a发生一定程度泄放的无接触轴密封13和膨胀涡轮机3a的无接触迷宫式密封8a。
如图6所示，液体以状态S0从供液口17a流入泵1a，然后加压成状态S1。该液体然后从出口26a排出而进入热交换器42a。在热交换器42a中，该液体加热成状态S2，成为气体经进气口41a流入膨胀涡轮机3a，然后减压成状态S3。然后该气体经出口41a从膨胀涡轮机3a排出，以预定供气压力供气。
连接筒50中的压力由于泵1a的多级作用而基本上等于或略高于状态S3的气体的供气压力。从膨胀涡轮机3a漏入连接筒50的气体都流过无接触迷宫式密封8a。在连接筒50中，形成了一等于膨胀涡轮机3a上的位差或压力降的一定压差或一以平衡活塞降低位差后而形成的压力。泵1a中轴2a穿过的区域基本上无压差或略有压差。用与机械密封或浮动环之类相似的无接触轴密封防止液体泄漏出泵的这一区域，但该无接触轴密封允许泄放一定量的液体。这种密封装置使涡轮膨胀机-泵具有工业用机器那样的预期寿命。
由于连接筒50中的压力与在状态S3下的气体的供气压力大致相等，因此从膨胀涡轮机3a泄漏出的气体和从泵1a泄漏的液体所生成的气体可从开口49引入膨胀涡轮机3a的出口45a，即引入膨胀涡轮机3a的供气管路。
从泵1a泄漏并从连接筒流入疏水壳体51的液体的压力与供气管路的压力大致相等，因此可用小型恢复泵52引入供气管路。最好让该泄漏液通过热交换器42a以恢复液体的热能，从而把该液体转变成气体并把该气体引入供气管路。
由于上述两种涡轮膨胀机-泵机组使用的都是低温液化气，因此其便利之处在于不需有高温热源加热该液体，而可使用海水或外部废热热源之类的常温热源。由于该涡轮膨胀机-泵机组在工作时毋需电能，因此适用于自足的液化气供应装置。该涡轮膨胀机-泵只含有要处理的流体，从而该机组的膨胀涡轮机和泵都毋需使用一般机械密封或浮动环之类的接触轴密封。由于该涡轮膨胀机-泵机组与外界完全密封，因此液体不会漏到外部，内部部件也不会受外界污染。在通过恢复低温液化气的热能而制造液化氮之类的场合，该涡轮膨胀机-泵机组对于冷却已压缩成高温的气体来说是极有用的。只要改变泵的排放压力和热交换器的容量，就可使该涡轮膨胀机-泵机线以足够高的转速运转。由于该涡轮膨胀机-泵机组的转速和输出能力同时决定于泵的排放压力和热交换器出口处的温度，因此该涡轮膨胀机-泵机组件的设计和控制具有很大的灵活性。
下面参看图7说明本发明又一实施例的涡轮膨胀机泵。
图7中用Ep表示的涡轮膨胀机-泵在泵的结构上不同于上述实施例的涡轮膨胀机-泵。前面实施例的泵只有一个出口，而本实施例的泵有两个出口，用来排放不同排放压力的液体。而且，本实施例的泵包括位于上部的主叶轮和位于下部的辅叶轮。
具体地说，该涡轮膨胀机-泵Ep包括泵101和位于泵101上方的膨胀涡轮机103，它们共有用来转动泵101的轴102。泵101固定并支撑在盖子105的下表面上，膨胀涡轮机103支撑在放置在盖子105上表面上的支座106上。泵101包括上部主叶轮110和下部辅叶轮111。主叶轮110对从上部进口112引入而流经与该进口112连接的导流轮113的液体加压，然后通过扩压器114把该液体送入与扩压器114相连的环形通道115。环形通道115通向与泵101的第一出口116相通的第一通道117以及与辅叶轮111的进口118相通的第二通道119。由辅叶轮111进一步加压的液体通过第三通道120送入泵101的第二出口121。共同轴102在膨胀涡轮机103中由各构成一无接触磁性轴承的推力轴承107和径向轴承108支承，并在泵101中由分别位于主叶轮110上下方的径向磁性轴承122和123支承。无接触迷宫式密封109在径向轴承108的紧下方套在共同轴102上。
虽然图7中只示出一个主叶轮110和一个辅叶轮111，但该涡轮膨胀机-泵Ep可包括多个主叶轮和数量与主叶轮相同的多个辅叶轮。
下面说明该涡轮膨胀机-泵Ep的工作情况。
从供液口124流入筒体104的液流把整个泵101浸没其中。从进口112流入泵的壳体的超低温液流与上部轴承壳体125的表面保持接触，从而始终冷却径向磁性轴承122。该流体然后流经导流轮113和对该液流加压的主叶轮110。该液流接着经扩压器114流入环形通道115，从环形通道115该液流分流流入第一和第二通道117和119。进入第一通道117的液流作为加压液流从出口116排出，进入第二通道119的液流流向辅叶轮111的进口118。该液流然后经进口118流入辅叶轮111从而加压。该加压液流流经扩压器126后从第二出口121送往热交换器(未画出)。
由辅叶轮111加压的一部分液体沿轴102向上流动，润滑着地式滚珠轴承127、冷却位于着地式滚珠轴承127上方的径向磁性轴承127，并流入主叶轮110后方区域。由于该液流向上流动，因此它有效地消除了所产生的气体，从而有效地防止端部件发生塑性变形。作用在轴102上的推力为其自身重量、决定于叶轮110、111上压力分布的轴负载和由流体流动冲量变化成生成的力的总和。由于主叶轮和辅叶轮以相反方向加压，因此推力大致平衡。
盖住筒体104的盖子105上有一使筒体104中产生的气体向上排出的排气管(未画出)。
作为轴的密封套并以高速转动的共同轴上的无接触迷宫式密封109允许一定量液体在其中泄流。从泵101泄漏的液流和从膨胀涡轮机103泄漏的气体都流入连接管128。连接管128包括用来吸收轴102的轴向或纵向热变形的波纹管129。液流和气体的交界面位于波纹管129中。连接管128包括一开口130，用来排放一定压力或更高压力的气体。
液流和气体交界面处的压力大致等于泵101的紧接连接管128的上部处的压力。由于主叶轮110的进口112位于筒体104的最上部，因此，连接管128中的压力低，从而减小了波纹管129上的负载。因此，包括波纹管129在内的连接管126容易制造，且耐用性和安全性提高。
图8表示装有图7所示涡轮膨胀机-泵Ep的一种涡轮膨胀机-泵机组。图8中与前面两实施例中相同的部件下面不再赘述。
图8所示涡轮膨胀机-泵机组供应液化天然气之类的可燃流体。泵101的第一出口116通过管路L5连接到液流输送管路131，泵101的第二出口121通过管路L上的燃烧加热器132接至膨胀涡轮机103的进气口133。燃烧加热器132用从膨胀涡轮机103的出气口134排出的气体供气，用喷烧器135燃烧所供气体而加热从管路L引入的液流。喷烧器135燃烧气体时所生成的废气从管路L6排出。
管路L有一与控制器136连接的流量控制阀V1。用来检测轴102转速的转速传感器137也接至控制器136。管路L在流量控制阀V1的上游分接出管路L1，该管路L1通过一与控制器136连接的流量控制阀V2接至液流输送管路131。连接管128的开口130通过管路L2接至膨胀涡轮机103的出气口134。需要时，管路L在其长度上某处可开一孔。在管路L上接有与主泵(未画出)相通的起始管路L3以及在进气口133上游的过量气体管路L4，该过量气体管路L4可用来起动膨胀涡轮机103。
在工作中，由主泵(未画出)从供液口124泵入泵101中的液流W由泵101加压到一定压力后从第一出口116排出并从液流输送管路131通过管道送往外部设备，比方说，若该液流是液化天然气的话，送往另一液化天然气基地。被加压到更高压力的液流从第二出口121排出后流过流量控制阀V1和管路L从燃烧加热器的进口132A进入燃烧加热器132。该液流由燃烧加热器132加热而转换成一定温度的高压气体。然后该气体从燃烧加热器132的出口132B排出而经进气口133流入膨胀涡轮机103。在膨胀涡轮机103中，该气体膨胀而转动涡轮机叶轮，同时其压力下降。
涡轮膨胀机-泵机组无法自行起动。为起动它，须通过管路L3或L4送入高压气体以起动膨胀涡轮机103。点燃喷烧器135后，泵101以逐渐增大的转速转动，直到其转速达到能量达到平衡的一预定转速，其后泵101的转速自动提高到能量平衡的一点。泵101的转速由转速传感器137检测后送往控制流量控制阀V1、V2的控制器136，从而调节通向燃烧加热器132的液流的流量并从而控制泵101的转速。泵101的转速也可通过调节喷烧器135的气体的流量和温度而加以控制。一发电机可直接接至膨胀涡轮机103而用供给膨胀涡轮机103的过量能量发电。
如上所述，图8所示涡轮膨胀机-泵机组可对流体加压而远距离输送流体，并可对一部分流体再加压后加热成气体，并用该气体转动涡轮和叶轮，从而转动与该膨胀涡轮机相连的泵。该液流可通过燃烧从该膨胀涡轮机压出的气体而予以加热。
下面参看图9说明装有图7所示涡轮膨胀机-泵的一种涡轮膨胀机-泵机组。按照图8所示实施例，燃烧加热器用作热交换器。但按照图9所示实施例，与图1所示实施例一样，是用比方说海水那样的常温热源流体加热流体的温和加热器138作为热交换器。温和加热器138使常温热源流体与从其进口138A引入的超低温加压流体之间传导热量并把加热到约300°K常温的高压气体从其出口138B排出。来自温和加热器138的高压气体从管路L进入膨胀涡轮机103的进气口133并膨胀而转动涡轮机103的叶轮。失去能量后，该气体压力稍有下降，并以一定高压从出气口134送入外部管路。图9所示涡轮膨胀机-泵机组的其它细节与图8相同。
图8和图9所示涡轮膨胀机-泵机组适于使用在以燃气(液化天然气)发电并远距离输送液体(液化天然气)的液化天然气基地中。若泵101的排放压力对于所需输送压力来说太高，则可由用于能量恢复的气体恢复涡轮机降至所需压力。
下面参看图10说明图8和图9所示涡轮膨胀机-泵机组的工作原理。诸如液化天然气、液态氢之类的低温液流由主泵从接近大气压的压力P0的状态S0加压到状态S1的压力P1。若计及损耗，该液流然后由为辅泵的泵101多方加压到P2。该加压的液流从第一出口116排出。剩余的液流进一步加压到状态S3的压力P3。该液流由燃烧加热器132或温和加热器130加热成状态S4的气体，此时其压力由于热交换器造成的压力损耗而下降。从状态S4，该气体在膨胀涡轮机中沿一等熵曲线多方膨胀而降压成状态S5。然后，该气体在燃烧加热器132中喷烧器135处由于等压变化而成为状态S6(见图8)，或作为具有一定压力P5的气体输送给外部设备(见图9)。
上述各涡轮膨胀机-泵机组中的膨胀涡轮机103用超饱和液流范围中的等熵曲线的斜率与超加热状态下的等熵曲线的斜率之间的差来开动。若下列条件得到满足，这种工作装置则可作为一个系统得到建立W(i2-i1)+w(i3-i2)≤w(i4-i5)
其中，i1、i2、i3、i4、i5分别为状态S1、S2、S3、S4、S5的焓，W为流入泵的液流的总量(kg)，w为从泵抽取液体的总量。也即，若下列条件得到满足，该工作装置可确立为一系统W(i2-i1)≤w(i4-i5-i3+i2)w/W≥(i2-i1)/(i4-i5-i3+i2)。
因此，若(i2-i1)/(i4-i5+i2-i3)等于或小于1，则该工作装置可确立为一系统。
可确立起状态S3、S4以满足上述条件，从而把加热气体供应给膨胀涡轮机并把从膨胀涡轮机排出的气体作为高压气体输送到外部设备。为如此确立起状态S3、S4，可有两种办法，即改变压力P3或加热以改变熵增i4-i3。若数量w(i4-i5)比数量W(i2-i1)+w(i3-i2)足够大，那末一部分气体就可用来开动泵，剩余部分用来发电。此时，一发电机可接至膨胀涡轮机轴端发电，虽然需要调节频率。
下面以一个使用液态氢的例子定量说明这样一个系统的建立。
在21°K时饱和压力P0＝0.12MPa且焓i0＝270kJ/kg的液态氢将被燃烧成压力P5＝0.5MPa的气体。首先，用主泵把液态氢的压力增至P1＝0.28MPa，然后用辅泵将其增至P2后输出。抽出一部分液态氢再加压至P3＝10MPa，然后用压力损耗为1.5MPa的热交换器(燃烧加热器)将其温度增至500°K。接着，经加热的液态氢由膨胀涡轮机膨胀成压力为0.5MP的气体。设P1＝0.28MPa，i1s＝272kJ/kg，泵的效率ηp＝60%，则等熵变化中的状态S1具有如下的焓i1:
i1＝(i1s-i0)/ηp+i0＝(272-270)/0.60+270＝273kJ/kg。
状态S2的压力P2＝7.5MPa，焓为i2＝(i2s-i1)/ηp+i1＝(370-273)/0.60+273＝474kJ/kg。
抽出部分的液态氢在状态S3加压到P3＝10MPa，其中，i3s＝470kJ/kg，i3＝(i3s-i2)/ηp+i2＝(470-434)/0.60+434＝494kJ/kg。
当液态氢被加热到温度T＝500°K的状态S4时，该状态S4的焓i4＝7180kJ/kg。
若膨胀涡轮机的总绝热效率ηe为70%，则当液态氢的压力等熵地下降到压力P5＝0.5MPa时，由于i5s＝3030kJ/kg，i4-i5＝(i4-i5s)×ηe＝(7180-3030)×0.7＝2905kJ/kg。
因此，(i2-i1)/(i4-i5+i2-i3)＝(434-273)/(2905-434-494)＝0.0566。
因此可看到，足以开动泵。也即，压力P3或温度可更低。同样的计算表明，即使处置的是作为液化天然气主要成分的液态甲烷，只要恰当选择压力P3，即能开动泵。
图11表示本发明再一实施例的涡轮膨胀机-泵Ep。图11所示涡轮膨胀机-泵Ep与图7所示涡轮膨胀机泵大致相同，但稍有改进。
在装有图11所示实施例的涡轮膨胀机-泵Ep的涡轮膨胀机-泵机组中，泵101的高压出口121接至液流输送管路(见图8和图9)，泵110的低压出口116接至热交换器132或138。图11所示涡轮膨胀机泵Ep与图7所示涡轮膨胀机-泵Ep的不同之处仅在于出口116、121以及与其相连的出口管的孔径互换。两者的其它细节相同。出口116、121以及与其相连的出口管的孔径作图11所示选择是基于如下假定液流以更高流量流向热交换器，从而孔径应视流量的实际比例恰当地加以确定。
装有图11所示涡轮膨胀机-泵Ep的涡轮膨胀机-泵机组能把更高压力加于液流，从而远距离输送液流。由膨胀涡轮机膨胀减压的气体可用作加热液流的气体、或送往外部设备生产电能、或用作民用燃气，如图7所示实施例那样。
图12为说明图11所示涡轮膨胀机-泵Ep的工作原理的压力-焓图。
与图10所示工作原理一样，诸如液化天然气、液态氢之类的低温液流从接近大气压的压力P0的状态S0由主泵加压到状态S1的压力P1。若计及损耗，然后该液流由作为辅泵的泵101多方加压到P3。该加压液流的一部分w kg从第一出口116送往热交换器132或138。其余液流(W-w)kg进一步加压到状态S2的压力P2。状态S2的液流送往外部管道。抽取的状态为S3的液流w kg由热交换器加热成状态S4的气体，在这里，其压力用热交换造成的压力损耗而有所下降。从状态S4，该气体在涡轮机中沿着一等熵曲线膨胀而降压成状态S5。接着，该气体在燃烧加热器132的喷烧器135处由于等压变化而成为状态S6(见图8)，或作为压力为P5的气体送往外部设备(见图9)。
因此，若下列关系得到满足，这种工作装置即可确立成一系统W(i3-i1)+(W-w)(i2-i3)≤w(i4-i1)，即w/W≥(i2-i1)/(i4-i5+i2-i3)。
下面以使用液态氢的一个例子定量说明这样一个系统的建立。
21°K时饱和压P0＝0.12MPa且焓i0＝270kJ/kg的液态氢将燃烧成压力P5＝0.5MPa的气体。首先，液态氢的压力由主泵增压至P1＝0.28MPa后又由辅泵增压至P3＝4MPa。抽取的一部分液态氢由压力损耗为1.5MPa的热交换器(燃烧加热器)加热到500°K。然后，经加热的液态氢由膨胀涡轮和膨胀成压力为0.5MPa的气体。设P1＝0.28MPa，i1s＝272kJ/kg，泵的效率ηp＝60%，则等熵变化的状态S1的焓为i1＝(i1s-i0)/ηp+i0＝(272-270)0.60+270＝273kJ/kg。
状态S3的压力P3＝4MPa，焓i3为i3＝(i3s-i1)/ηp+i1＝(326-273)/0.60+273＝361kJ/kg。
抽取的液流部分加热到状态S4的T＝500°K，其焓i4＝7120kJ/kg。液态氢在状态S2时压力P2＝7.5MPa，其中i2s＝410kJ/kg，i2＝i3+(i2s-i3)/ηp＝361+(410-361)/0.6＝443kJ/kg。
若膨胀涡轮机的总绝热效率ηe为70%，则当液态氢的压力等熵下降到压力P5＝0.5MPa时，i4-i5＝(i4-i5s)×ηe＝(7120-4500)×0.7＝1834kJ/kg。
因此，(i2-i1)/(i4-i5+i2-i3)＝(433-273)/(1834+443-361)＝0.088。
因此可看到，足可开动图11所示实施例的泵。
图13表示装有图7所示涡轮膨胀机-泵的又一种涡轮膨胀机-泵机组。在图13中，涡轮膨胀机-泵包括水平轴102a、装在轴102a一端的泵101a和装在轴102a另一端的膨胀涡轮机103a。泵101a和膨胀涡轮机103a由连接筒139互连，该连接筒139上壁上有一开口143。一疏水壳体140装在连接筒139下壁上。一无接触迷宫式密封142在膨胀涡轮机103a中套在轴102a上。泵101a和涡轮机103a除了轴102a为水平外，其它结构与图7和图11相同。
图13所示涡轮膨胀机-泵机组的工作情况，包括各液流的流动情况，以及从而所具有的优点与前面各实施例的涡轮膨胀机-泵机组相同。
连接筒139中的压力大体等于或略高于从膨胀涡轮机103a排出的状态为S5的气体的供气压力。从膨胀涡轮机103a泄漏入连接筒139的气体都流过无接触迷宫式密封142。在膨胀涡轮机103a内部与连接筒139内部之间形成一等于膨胀涡轮机103a上的位差或压力降的一定量压差。泵101a中轴102a穿过的区域基本上无压差或稍有压差。用与机械密封或浮动环之类相似的无接触轴密封防止液流泄漏出泵101a的这一区域，但允许一定量液体泄放。这种密封结构使该涡轮膨胀机-泵具有工业用机器那样的预期寿命。
由于连接筒139中的压力与从膨胀涡轮机103a排出的S5状态的气体的供气压力大致相同，因此从膨胀涡轮机103a泄漏的气体以及从泵101a泄漏的液体所产生的气体都可从开口143引入与膨胀涡轮机103a的出口134相连的供气管路。从泵101a泄漏的液体从连接筒139回收而流入疏水壳体140后由小型恢复泵144引入燃烧加热器132a。该燃烧加热器132a把该液体转变成气体后引入供气管路。
在图13中，燃烧加热器132a可换成温和加热器，或者第二出口121a可接至液体输送管路而把高压液体送往外部设备。
由于在图7、11和13所示实施例中，泵有两个出口，因此从两开口之一排出的加压液体可由热交换器转换成用来开动膨胀涡轮机103或103a的气体，而液体可以一定压力从另一出口向外输送。因此，图7、11和13所示各结构比图1的应用范围更宽。
图14表示装有图11所示涡轮膨胀机-泵的液化气供应装置。下面主要说明图14所示液化气供应装置各级中的各液体流动和阀门控制情况。在图14中，实线箭头表示液流，虚线箭头表示气流。
液化天然气之类的液化气(液体)存储在一个部分埋置在地下池151中。存储在池151中的液化天然气可用浸没在该液化天然气中的主泵152向上泵送。主泵152有一出口通过管路L10接至辅泵(涡轮膨胀机泵)Ep的泵101的进口124，并通过上有阀V1的管路L11接至蒸发器153的进口。与图11所示涡轮膨胀机-泵Ep一样，泵101包括通过上有阀V2的管路L13接至蒸发器153和温和加热器(热交换器)138的第一(低压)出口116和接至液体输送管路131的第二(高压)出口121。因此，泵101的特征在于图12所示的压力-焓图。蒸发器153有一出口通过温和加热器138接至膨胀涡轮机103的进气口133，该膨胀涡轮机103与泵101一起构成辅泵Ep。膨胀涡轮机103有一出气口134通过温和加热器138接至供气管道154。
泵101的第一出口116还通过阀V3接至池151，从而使从泵101排放的一部分液体返回池151。蒸发器153还通过一上有阀V6的支管路接至膨胀涡轮机103的与温和加热器138相连的出气口134。当对膨胀涡轮机103进行维修时，阀V6打开而旁路掉膨胀涡轮机103，以把气体供给液化天然气各用户。阀V7、V8分别连至蒸发器153和温和加热器138，用来把载热介质供给蒸发器153和温和加热器138。图14所示各阀门由图15所示控制器136和用来检测辅泵Ep的轴的转速的转速传感器137控制。
为起动图14所示液化气供应装置，打开阀门V1把由主泵152向上泵送的液体通过管路L11和蒸发器153供给温和加热器138。温和加热器138加热该液体而将其转换成高压气体，然后该气体通过进气口133供给涡轮机103。随着涡轮机103转速逐渐增高，在泵101中用来对液体加压的压力也逐渐提高。从泵101排出的液体通过管路L13上的阀V2流入蒸发器153。此时该液化气供应装置进入正常工作状态。
当辅泵Ep的转速增大而其中的压力提高时，位于阀V1下游的止回阀逐渐关闭，从而把由主泵152向上泵送的全部液体Wkg导入泵101的进口124。从如此供给泵101的液体中抽取一部分液量w kg加压成状态S3，并用蒸发器153和温和加热器138的热量转变成气体。该气体然后在膨胀涡轮机103中膨胀，转动泵101，该气体的压力稍有下降。然后该气体作为高压气体从供气管道154供给外部装置。其余液量(W-w)kg由泵101进一步加压后作为状态S2下压力为P2的液体送入液体输送管路131。在温和加热器138中，从膨胀涡轮机103排出的气体把热量传给送入其中的气体。
当泵101和膨胀涡轮机103因维修等原因停机时，该液化天然气基地中包括锅炉、涡轮机等在内的设施需要供应燃料。尽管泵101和膨胀涡轮机103停止工作，但可关闭管路L13中的阀V2，打开支路中的阀V6。此时由主泵152向上泵送的液体通过阀V1、蒸发器153和阀V6送往温和加热器138，在温和加热器138中转变成气体，从而通过供气管道154把气体供应给各设施。
图15表示图14所示液化气供应装置的控制系统。辅泵Ep的轴的转速由转速传感器37检测后送往用来控制阀V2、V7等的开闭的控制器136，这些阀门的控制发生在液化气供应装置起动、正常工作以及其转速受到控制时，如图15中的表所示，其中，“0”表示阀门打开，“C”表示阀门关闭。调节阀V2以便调节液体抽取量w kg、调节把海水之类温和流体供给蒸发器153的阀门V7的开启度以便调节所加的热量(i3→i4)或调节供应来自蒸发器153的废热的阀门V8的开启程度以便调节所加热量(i3→i4)(见图12)，即可控制液化气供应装置的转速。
图16表示装有图11所示涡轮膨胀机-泵的另一种液化气供应装置。图16所示液化气供应装置与图14所示大致相同，只是图14所示温和加热器138换成了燃烧加热器(热交换器)132，它燃烧从膨胀涡轮机103排出的一部分气体从而加热供给膨胀涡轮机103的气体。该燃烧加热器132包括一接至管路L14的喷烧器135，管路L14从管路L15分接而成，上有阀门V4，而管路L15接至膨胀涡轮机103的出气口134。因此，供给膨胀涡轮机103的气体可由燃烧加热器132加热到更高温度和更高压力，从而提高膨胀涡轮机103的驱动功率，也即泵101的输出功率。在泵101的输出功率相同的情况下，则可减小涡轮机103和泵101的体积。气体在膨胀涡轮机103中作功后，其压力下降，一部分该气体在燃烧加热器132中燃烧。因此，图16所示涡轮膨胀机-泵为自足型。
液化气供应装置起动、正常工作、其转速受控时的流体流动情况与图14所示大致相同。图17表示图16所示液化气供应装置的控制系统。在图16所示实施例中，用来调节供给燃烧加热器132的喷烧器135的气流的阀门V4的调节大大影响着供给膨胀涡轮机103的气体的热量的调节，从而对调节涡轮膨胀机-泵Ep的输出功率起着重大作用。
在上述各实施例中，由辅泵Ep加压成状态S2的液体在压力下输送给外部设备。但是，该加压液体可由蒸发器转变成气体后在压力下输送给外部设备。而且，可把辅泵Ep的泵的第二出口而不是第一出口排出的液体转换成用来驱动膨胀涡轮机的气体。
上述液化气供应装置毋需外部供应电能或另一种燃料来驱动泵而在压力下供应液化气。因此，它是一种无需输配电设备因而能耗降低的系统。因此，该液化气供应装置体积减小，从而可把液化气供应基地安装在更小区域中而有利于净化环境。
下面参看图18说明本发明又一实施例的涡轮膨胀机-泵。图18所示涡轮膨胀机-泵对用来支撑膨胀涡轮机的支座或套在轴上的连接筒作出了改进。它的其它细节与图7和图11所示涡轮膨胀机-泵相同，不再赘述。
如图18所示，膨胀涡轮机103固定安装在一放置在筒体104的盖子105上的原动机机座155上，筒体104内装泵101。该原动机机座155为圆筒形，包括上下间距的下凸缘和上凸缘156、157，原动机机座155有一直径足以让轴102穿过的垂直中心穿孔158。该穿孔158下部为一与盖子105上的孔159对齐的直径更大部分，而其上部为一比足以插入膨胀涡轮机103的突出部160的直径还要大的部分。
膨胀涡轮机103固定安装在原动机机座155的上凸缘157上，其间插入有密封161。膨胀涡轮机103的突出部160放置在原动机机座155的孔158的大直径上部中，突出部160周围留有间隙162。原动机机座155的下凸缘156固定在盖子108上，其间插入有密封163，轴102穿过形成在盖子105中心的孔159，密封164插入在筒体104和盖子105之间。
轴102从膨胀涡轮机103穿过原动机机座155的孔158和盖子105的孔159进入泵101。轴102用磁性轴承这类支承而不与四周部件接触。一不全密封165放置在原动机机座155的动力部的原动机机座155与轴102之间的间隙中，以使沿轴102的气体泄漏减至最小。另一不全密封166放置在突出部160和轴102之间，以使沿轴102的气体泄漏减至最小。原动机机座155和泵101的外周壁为绝热结构。
一排气管168与间隙162相通，该排气管上有控制阀167，用来调节流过其中的气体的气压。温度传感器169、170分别放置在原动机机座155的上凸缘和外壁上，一压力传感器171放置在原动机机座155的外壁中，用来检测间隙162中的气压。温度传感器169、170和压力传感器171的输出信号送往控制器172，控制器172控制控制阀167，从而调节间隙162中的气压。
流经泵101的液流沿轴102从盖子105的孔159经不全密封165流入间隙162。间隙162中充满该液流由于膨胀涡轮机103发出的热量而蒸发成的气体。该气体与从膨胀涡轮机103流出经过不全密封166的气体相混合，这样，泵101的压力和膨胀涡轮机103的压力平衡。
当间隙162中的气压被从膨胀涡轮机103传来的热量提高时，控制器172对来自温度传感器169、170和检测气压的压力传感器171的输出信号进行处理，并控制控制阀167使放气管168放气，直到间隙162中的气压调节到预定值，从而防止气体回流入泵101。
在图18所示涡轮膨胀机-泵中，由于用来固定作为原动机的膨胀涡轮机103的原动机机座155和装有轴102的压力容器互相形成一体，因此不必使用波纹管以吸收由温差造成的轴的位移或变形。液体总是沿轴102从泵101泄入轴102周围的间隙，并由来自膨胀涡轮机103的热量蒸发成气体，从而形成与膨胀涡轮机103中的气压平衡的气压。当轴102周围间隙中的气压由于从膨胀涡轮机103传来的热量而增高时，控制器172对温度传感器169、170和压力传感器171的输出信号进行处理，并控制压力调节装置即控制阀167，从而把轴102周围间隙中的气压调节到预定值，从而防止该间隙中的气体返流入泵101，从而使泵101稳定工作。
上述结构的原动机机座105可用于用来驱动泵101的非膨胀涡轮机103原动机。
尽管上面图示并详述了本发明的一些实施例，但应明白，只要不背离后附权利要求书的范围，可对上述实施例作出种种改动和改进。
权利要求
1.一种涡轮膨胀机-泵机组，包括轴；接至所述轴一端的泵，用来把一液流加压到高于预定输送压；热交换器，用来加热由所述泵加压的该液流而使其转变成高压气体；以及接至所述轴另一端的膨胀涡轮机，它可用从所述热交换器流出的高压气体降为预定输送压时所产生的热能差开动，用来不断排出预定压力的液流。
2.按权利要求1所述的涡轮膨胀机-泵机组，其中，所述泵具有至少两个出口分别以不同压力排出液流，所述至少两个出口之一接至所述热交换器。
3.按权利要求2所述的涡轮膨胀机-泵机组，其中，所述至少两上出口的另一个接至液流输送管路。
4.按权利要求1所述的涡轮膨胀机-泵机组，其中，所述轴为垂直轴。
5.按权利要求1所述的涡轮膨胀机-泵机组，其中，所述轴为水平轴。
6.按权利要求1所述的涡轮膨胀机-泵机组，还包括磁性轴承，所述轴由所述磁性轴承支承。
7.按权利要求1所述的涡轮膨胀机-泵机组，其中，所述膨胀涡轮机在所述轴伸展区域有一套在所述轴上的无接触轴密封。
8.按权利要求1所述的涡轮膨胀机-泵机组，其中，所述泵和所述膨胀涡轮机相互间隔。
9.按权利要求1所述的涡轮膨胀机-泵机组，还包括一密封地套在所述轴在所述泵和所述膨胀涡轮机之间一段上的连接管，所述泵和所述膨胀涡轮机分别具有由所述连接管互相连通的壳体。
10.按权利要求9所述的涡轮膨胀机-泵机组，其中，所述连接管具有吸收纵向热变形的机构。
11.按权利要求9所述的涡轮膨胀机-泵机组，其中，在所述连接管中由所述泵和所述膨胀涡轮机作用的压力大致相等。
12.按权利要求11所述的涡轮膨胀机-泵机组，其中，所述泵在所述轴穿过的区域有一套在所述轴上的无接触轴密封，从而让一定量的液流沿所述轴泄放。
13.按权利要求9所述的涡轮膨胀机-泵机组，还包括从所述连接管向外伸出的管路，用来调节所述连接管中的压力。
14.按权利要求9所述的涡轮膨胀机-泵机组，还包括支撑所述泵上方的所述膨胀涡轮机的支座，所述连接管与所述支座连成一体。
15.按权利要求1所述的涡轮膨胀机-泵机组，其中，所述泵包括若干叶轮，所述叶轮包括第一级叶轮，该叶轮具有靠近所述膨胀涡轮机的进口。
16.按上述任一权利要求所述的涡轮膨胀机-泵机组，其中，所述泵包括若干叶轮，所述叶轮分成以第一方向输送液流的第一叶轮组和以与第一方向相向的第二方向输送液流的第二叶轮组，所述第一叶轮组的叶轮数量与所述第二叶轮组相等。
17.按权利要求1到15中任一权利要求所述的涡轮膨胀机-泵机组，其中，所述泵包括若干叶轮，所述叶轮分成对液流向下加压的主叶轮组和对液流向上加压的辅叶轮组，所述主叶轮组位于所述辅叶轮组上方，所述主叶轮组有一出口而所述辅叶轮组有一进口，所述泵还包括把所述主叶轮组的出口与所述辅叶轮组的进口互相连接的流体通道。
18.一种液化气供应装置，包括液化气储存池;放置在所述液化气储存池中的第一级泵;对从所述第一级泵排出的液流加压和输送的第二级泵，所述第二极泵有一排放该液流的出口;热交换器，用来加热从所述第二级泵排出的一部分液体而使其转变成高压气体;膨胀涡轮机，当从所述热交换器供给膨胀涡轮机的高压气体膨胀而降压时驱动所述第二级泵，所述膨胀涡轮机有一用来排放减压气体的出气口;与膨胀涡轮机的所述出气口相连的管路，用来输送从所述膨胀涡轮机排出的减压气体;以及与第二级泵的所述出口相连的管路，用来输送从所述第二级泵排出的液体。
19.一种液体泵组件，包括轴;接至所述轴一端并具有若干用来对液流加压的叶轮的泵;以及接至所述轴的另一端，用来驱动所述泵的驱动装置;所述叶轮包括具有靠近所述驱动装置的进口的第一级叶轮，从而所述第一级叶轮可以朝向所述轴的所述端的方向对液流加压。
20.一种以与常温不同的高温或低温在压力下输送流体的泵组件，包括泵驱动轴;接至所述泵驱动轴的泵;容纳所述泵驱动轴的高压容器;驱动所述泵的原动机，所述泵驱动轴穿过所述高压容器到达所述原动机;以及放置在所述泵上方的原动机机座，所述原动机安装在所述原动机机座上，所述泵驱动轴穿过所述原动机机座到达所述原动机，所述高压容器与所述原动机机座制成一体。
全文摘要
一种涡轮膨胀机-泵机组，包括垂直轴或水平轴；接至该轴的一端的泵，用来把一液流加压到一高于预定输送压力；热交换器，用来把由该泵加压的液流加热转变成高压气体；以及接至该轴另一端的膨胀涡轮机，它可用从热交换器流出的高压气体下降到预定输送压时所产生的热能差开动，用来不断把预定输送压的液流输送到外部设备。该泵具有至少两个出口，从而以不同压力排出液流。两出口之一接至热交换器，另一个接至液体输送管路。
文档编号F04D1/00GK1111714SQ95102119
公开日1995年11月15日 申请日期1995年2月23日 优先权日1994年2月23日
发明者松村正夫, 竹内崇雄, 胜田政吾 申请人:株式会社荏原制作所