[发明专利]一种高压液体节流用膨胀机转子

说明书

技术领域

本发明涉及一种节流降压用液体膨胀机装置，特别涉及一种液体膨胀机转子。

背景技术

在空分液化装置工艺流程中，需要将高压液化气体节流降压以满足后续流程的要求，通常要将几十个大气压的压力降至几个大气压。目前普遍采用传统的焦-汤液体节流阀来完成降压，造成液体高压能量不可逆损失，并诱发汽化，导致气体提取率降低和气蚀损坏。以内压缩空分流程为例，高压液体通过焦-汤阀节流到下塔后汽化率达10-20％，节流到上塔后汽化率甚至超过30％，造成气体萃取率降低，单位产品能耗增大。全液体膨胀机是空分、LNG(液化天然气)等低温循环装置中液体节流阀替代产品，它在实现降压的同时，能有效抑制汽化，并回收利用液体高压能量发电。它的使用可使一套空分或液化天然气装置总能耗降低3-6％。

近年来，世界上少数几家公司开发出了液体膨胀机产品。日本Ebara公司在上世纪90年代研制出用于液化天然气降压的浸没式液体透平发电机，该项技术在US2006/0186671A1专利说明书中有详细描述。产品主要特点是膨胀机转轮与发电机转子共轴连接，透平膨胀机和发电机作为一个整体浸没在低温液体介质中，高压液体既是工作介质同时用于冷却电机和润滑轴承。主轴转速随着转轮进口介质参数的变化自动调整，以适应变工况运行。但Ebara公司的液体膨胀机存在如下缺点：1)采用了转轮和发电机同轴同壳体的结构，转轮需要与发电机尺寸相当，液体膨胀机体积较大，仅适用于大流量的应用场合(譬如大型天然气液化装置的节流降压)；2)发电机需要浸没于液化气体中，对发电机材料、制造技术等有很高要求；3)不适合其它形式的制动，如风机、泵等。

发明内容

本发明的目的是提供一种全液体膨胀机的核心部件-转子，根据此项技术，专业人员可以方便地生产制造出具备能量回收功能的高压液体节流用膨胀机，可解决现有液体膨胀机对介质流量及制动发电机的苛刻要求，并可匹配普通发电机、泵或风机等，适用于任意大小流量的介质降压，产生显著的节能降耗收益。

为达到上述目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种高压液体节流用膨胀机转子，包括有叶轮和主轴，其特征在于，转子采用叶轮悬臂卧式结构，所述主轴一端为叶轮端，另一端为齿轮箱端。该主轴的叶轮端采用三角轴连接方式与叶轮联接产生轴功，而齿轮箱端主轴通过一个高速传输机构实现功率传递；所述主轴两端轴肩处设有轴向力平衡机构；所述主轴两端轴肩处外侧的轴颈设有支承机构。

上述方案中，所述轴向力平衡机构包括分别设置在主轴两端轴肩处的固定瓦式推力轴承。所述支承机构包括分别设置在主轴两端轴肩处外侧轴颈的可倾瓦式滑动轴承。所述高速传动机构包括一个与齿轮箱连接的膜片式联轴器，该联轴器通过三角轴或键连接方式与主轴齿轮箱端联接。所述叶轮采用径流向心闭式结构、半开式结构、或全开式结构。

本发明的优点是：(1)与现有液体膨胀机技术相比，本发明转子结构制动方式灵活：它可以匹配普通发电机、风机、泵等。该转子采用叶轮悬臂卧式结构，其叶轮端置于珠光砂冷箱中保温，其余结构无需放入冷箱，主轴齿轮箱端通过联轴器与齿轮减速箱连接，实现轴功的传输，并与齿轮箱等置于大气环境中，因此齿轮减速箱输出的轴功可以用来驱动普通发电机发电，也可以直接拖动风机或泵。(2)与现有液体膨胀机技术相比，本发明转子结构的叶轮设计只需独立考虑节流介质流量等参数，而不用考虑和电机或其它制动设备的尺寸匹配，因此适用于任意大小流量的介质降压。(3)本发明转子叶轮和主轴之间采用三角轴连接可实现大功率高速传输。(4)主轴与膜片式联轴器之间采用三角轴或键连接，不但可实现高速传输，且轴功的利用可以采用不同的形式。(5)基于本发明转子技术制造出的液体膨胀机，可用于替代低温循环装置中的节流阀，在实现降压的同时，回收液体的节流能量。可使一套空分或液化天然气装置总能耗降低3-6％。

附图说明

图1为本发明齿轮箱端采用三角轴连接的转子结构图。

图2为本发明齿轮箱端采用键连接的转子结构图。

图3为本发明半开式叶轮示意图。

图4为本发明全开式叶轮示意图。

图5为图1连接方式的主轴结构图。

图6为图2连接方式的主轴结构图。

图1到图6中，1、主轴；2、叶轮；3、甩油环；4、甩油环挡板；5、内六方沉头螺钉；6、叶轮定位螺钉；7、膜片式联轴器；8、紧固螺母；9、键；10、可倾瓦式滑动轴承；11、固定瓦式推力轴承。

图7为图5的G-G面主轴齿轮箱端三角轴颈示意图。

图8为图6的H-H面主轴齿轮箱端键槽示意图。