一种应用于大流量大膨胀比的高速透平结构制造技术

本发明专利技术属于流体机械领域和制冷低温技术领域，涉及一种应用于大流量大膨胀比的高速透平结构，其前向压缩蜗壳、后向压缩蜗壳、中间壳体和膨胀蜗壳依次连接，中间壳体和膨胀蜗壳之间设有喷嘴盖板；主轴的一端设有一对背靠背安装的压缩叶轮，另一端设有膨胀叶轮；中间壳体的内部布置有用于支撑主轴的一对气体径向轴承和一对气体止推轴承，所述中间壳体上设有小孔，小孔的进口处设有过滤器。本发明专利技术两个背靠背的压缩叶轮在主轴的一侧，通过分配不同的流量或者压比，可以使得两个压缩叶轮产生的轴向力方向与主轴另一端膨胀叶轮产生的轴向力方向相反，甚至完全抵消，有效解决由于轴向力不平衡而引起的故障。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于大流量大膨胀比的高速透平结构
本专利技术属于流体机械领域和制冷低温
，涉及一种应用于大流量大膨胀比的高速透平结构。
技术介绍
透平膨胀机是空分设备及天然气液化分离设备、余热回收等设备获取冷量、回收膨胀功所必需的关键部件。在透平膨胀机中，工质绝热膨胀时工质的温度、压力降低同时对外输出膨胀功。透平膨胀机输出的膨胀功可以由同轴布置的制动风机消耗，也可由同轴布置的离心压缩机高效回收利用。在一些制冷系统或者能量回收系统中膨胀机的膨胀比相对于离心压缩机的压比较高，特别地，在大膨胀比等大焓降的工况下，膨胀机的输出功较大，导致压缩轮的流量需要很大才能与膨胀叶轮的输出功匹配。常规设计方法设计出的离心压缩叶轮往往比膨胀叶轮大20％以上，这容易导致轴向力不平衡以及整机结构尺寸较大的问题，另外对于单个大气量的离心压缩叶轮，压缩轮效率会很低，导致膨胀叶轮的输出功大部分被浪费掉。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种应用于大流量大膨胀比的高速透平结构，以克服上述现有技术的缺陷。本专利技术解决上述问题的技术方案是：一种应用于大流量大膨胀比的高速透平结构，其特殊之处在于，包括：主轴、前向压缩蜗壳、后向压缩蜗壳、中间壳体和膨胀蜗壳；所述前向压缩蜗壳、后向压缩蜗壳、中间壳体和膨胀蜗壳依次连接，所述中间壳体和膨胀蜗壳之间设有喷嘴盖板；所述主轴穿过前向压缩蜗壳、后向压缩蜗壳、中间壳体和膨胀蜗壳，主轴的一端设有一对背靠背安装的压缩叶轮，主轴的另一端设有膨胀叶轮；一对背靠背安装的压缩叶轮分别位于前向压缩蜗壳、后向压缩蜗壳内，膨胀叶轮位于膨胀蜗壳内，所述中间壳体的内部布置有用于支撑主轴的一对气体径向轴承和一对气体止推轴承，所述中间壳体上设有小孔，小孔的进口处设有过滤器。进一步地，上述中间壳体上靠近后向压缩蜗壳处设有第二流体进口，前向压缩蜗壳上设有第三流体进口和第二流体出口。进一步地，上述前向压缩蜗壳、后向压缩蜗壳之间设有扩压器，所述后向压缩蜗壳上设有第三流体出口，该第三流体出口通过管道与前向压缩蜗壳的第三流体进口连接。进一步地，上述膨胀蜗壳包括第一流体入口和第一流体出口。流体从第一流体入口进入后，经过膨胀蜗壳的气流通道后又分别流入喷嘴盖板。流体在喷嘴的流道内流速加快，压力降低。随后，流体由喷嘴的出口均匀的流经膨胀叶轮，在膨胀叶轮中继续膨胀并对膨胀叶轮做功，从而驱动膨胀叶轮旋转，膨胀后的流体经由膨胀蜗壳上的第一流体出口流出。进一步地，上述膨胀蜗壳的第一流体出口处内径由里到外逐渐增大，对流经第一流体出口的流体起到扩压减速作用。进一步地，上述中间壳体内设有前轴承座盖板和后轴承座盖板。进一步地，上述一对气体径向轴承包括前径向轴承、后径向轴承；一对气体止推轴承包括前止推轴承和后止推轴承；前径向轴承和前止推轴承布置于前轴承座盖板上，后径向轴承和后止推轴承布置于后轴承座盖板上。进一步地，上述气体止推轴承和气体径向轴承可以是动压气体轴承，也可以是静压气体轴承。进一步地，上述中间壳体上的小孔位于后轴承座盖板和喷嘴盖板之间，前轴承座盖板、后轴承座盖板上分别设有通孔，气体可以通过所述小孔，然后经所述后轴承盖板和所述前轴承盖板上的通孔被所述后向压缩叶轮吸入，气体经过轴承盖板时可以冷却盖板上安装的气体轴承，提高轴承的承载力和稳定性。本专利技术的优点：1)本专利技术所提供的高速透平机械工作时，由于两个背靠背的压缩叶轮在主轴的一侧，通过分配不同的流量或者压比，可以使得两个压缩叶轮产生的轴向力方向与主轴另一端膨胀叶轮产生的轴向力方向相反，甚至完全抵消，因此可以有效解决由于轴向力不平衡而引起的故障。2)结构紧凑、效率高。本专利技术所提供的高速透平机械采用两个背靠背的叶轮回收大气量大膨胀比的膨胀功，不仅可以有效减小叶轮直径实现结构紧凑的布置，而且可以达到高效回收的目的，这样不仅降低了成本同时提高了回收的收益。3)本专利技术所提供的背靠背压缩叶轮结构的高速透平机械的两种技术方案，可以根据实际情况选择串联压缩或者并联压缩，实现输出小压比大流量气体或者大压比小流量气体的功能。4)长寿命和高可靠性。本专利技术所述的高速透平机械采用气体轴承包括动压气体轴承和静压气体轴承。无磨损，维护成本低，而且利用压缩叶轮吸气对气体轴承冷却，提高轴承承载力和稳定性。同时，整机可以实现完全无油化，避免了油润滑轴承污染工质的隐患。附图说明图1为本专利技术并联压缩技术方案高速透平机械的结构示意图。图2为本专利技术串联压缩技术方案高速透平机械的结构示意图。其中：1、第一前向压缩蜗壳，2、第二流体出口，3、主轴，4、第一前向压缩叶轮，5、第一后向压缩叶轮，6、第一后向压缩蜗壳，7、前轴承座盖板，8、后轴承座盖板，9、中间壳体，10、喷嘴盖板，11、膨胀叶轮，12、膨胀蜗壳，13、第一流体入口，14、第二前向压缩蜗壳，15、第二前向压缩叶轮，16、第二后向压缩叶轮，17、扩压器，18、第二后向压缩蜗壳，19、第二流体进口，20、第三流体进口，21、第三流体出口，22、第一流体出口，23、小孔。具体实施方式为使本专利技术实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施方式中的附图，对本专利技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本专利技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施方式。一种应用于大流量大膨胀比的高速透平结构，包括主轴3、前向压缩蜗壳、后向压缩蜗壳、中间壳体9和膨胀蜗壳12；所述前向压缩蜗壳、后向压缩蜗壳、中间壳体9和膨胀蜗壳12依次连接，所述中间壳体9和膨胀蜗壳12之间设有喷嘴盖板10；所述主轴3穿过前向压缩蜗壳、后向压缩蜗壳、中间壳体9和膨胀蜗壳12，主轴3的一端设有一对背靠背安装的压缩叶轮，主轴3的另一端设有膨胀叶轮11；一对背靠背安装的压缩叶轮分别位于前向压缩蜗壳、后向压缩蜗壳内，膨胀叶轮11位于膨胀蜗壳12内。所述中间壳体9的内部布置有用于支撑主轴3的一对气体径向轴承和一对气体止推轴承，所述中间壳体9上设有小孔23，小孔23的进口处设有过滤器。作为本专利技术的一个优选实施例，所述中间壳体9上靠近后向压缩蜗壳处设有第二流体进口19，前向压缩蜗壳上设有第三流体进口20和第二流体出口2。作为本专利技术的一个优选实施例，所述前向压缩蜗壳、后向压缩蜗壳之间设有扩压器17，所述后向压缩蜗壳上设有第三流体出口21，该第三流体出口21通过管道与前向压缩蜗壳的第三流体进口20连接。作为本专利技术的一个优选实施例，所述膨胀蜗壳12包括第一流体入口13和第一流体出口22。作为本专利技术的一个优选实施例，所述膨胀蜗壳12的第一流体出口22处内径由里到外逐渐增大，对流经本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于大流量大膨胀比的高速透平结构，其特征在于：/n包括主轴(3)、前向压缩蜗壳、后向压缩蜗壳、中间壳体(9)和膨胀蜗壳(12)；/n所述前向压缩蜗壳、后向压缩蜗壳、中间壳体(9)和膨胀蜗壳(12)依次连接，所述中间壳体(9)和膨胀蜗壳(12)之间设有喷嘴盖板(10)；/n所述主轴(3)穿过前向压缩蜗壳、后向压缩蜗壳、中间壳体(9)和膨胀蜗壳(12)，主轴(3)的一端设有一对背靠背安装的压缩叶轮，主轴(3)的另一端设有膨胀叶轮(11)；/n一对背靠背安装的压缩叶轮分别位于前向压缩蜗壳、后向压缩蜗壳内，膨胀叶轮(11)位于膨胀蜗壳(12)内；/n所述中间壳体(9)的内部布置有用于支撑主轴(3)的一对气体径向轴承和一对气体止推轴承，所述中间壳体(9)上设有小孔(23)，小孔(23)的进口处设有过滤器。/n

【技术特征摘要】
1.一种应用于大流量大膨胀比的高速透平结构，其特征在于：
包括主轴(3)、前向压缩蜗壳、后向压缩蜗壳、中间壳体(9)和膨胀蜗壳(12)；
所述前向压缩蜗壳、后向压缩蜗壳、中间壳体(9)和膨胀蜗壳(12)依次连接，所述中间壳体(9)和膨胀蜗壳(12)之间设有喷嘴盖板(10)；
所述主轴(3)穿过前向压缩蜗壳、后向压缩蜗壳、中间壳体(9)和膨胀蜗壳(12)，主轴(3)的一端设有一对背靠背安装的压缩叶轮，主轴(3)的另一端设有膨胀叶轮(11)；
一对背靠背安装的压缩叶轮分别位于前向压缩蜗壳、后向压缩蜗壳内，膨胀叶轮(11)位于膨胀蜗壳(12)内；
所述中间壳体(9)的内部布置有用于支撑主轴(3)的一对气体径向轴承和一对气体止推轴承，所述中间壳体(9)上设有小孔(23)，小孔(23)的进口处设有过滤器。


2.根据权利要求1所述的一种应用于大流量大膨胀比的高速透平结构，其特征在于：
所述中间壳体(9)上靠近后向压缩蜗壳处设有第二流体进口(19)，前向压缩蜗壳上设有第三流体进口(20)和第二流体出口(2)。


3.根据权利要求1所述的一种应用于大流量大膨胀比的高速透平结构，其特征在于：
所述前向压缩蜗壳、后向压缩蜗壳之间设有扩压器(17)，所述后向压缩蜗壳上设有第三流体出口(21)，该第三流体出口(21)通过管道与前向压缩蜗壳的第三流体进口(20)连接。

【专利技术属性】
技术研发人员：侯予，杨潇翎，陈良，张泽，陈双涛，张蓓乐，薛绒，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61