[发明专利]喷嘴调节机构和方法

说明书

技术领域

本文所公开的主题的实施例主要涉及方法和装置，且更具体地涉及用于促动喷嘴调节机构的一个或多个导叶的机构和技术。

背景技术

过去多年来，随着化石燃料的价格上涨，从高温或高压气体回收能量逐渐引起关注。然而，可利用的装置不尽有效并且存在稍后所述的特定局限性。

由于任何高温或高压气体都是潜在的能量回收源，故装有发电机的膨胀器(expander)或涡轮或涡轮膨胀器可被定制成用以回收大量可在工艺中获得的有用能量。

在其中涡轮膨胀器起作用的一个领域为废热回收。单独地利用涡轮膨胀器-发电机或将其作为更复杂的系统中的构件，可将废热转换成有用能量。潜在的热源包括：来自工业炉或燃烧发动机的尾气；来自工业炉或燃烧发动机的废蒸气；来自化学或石化工艺的废蒸气；以及来自平直或抛物线形反射器的太阳热量。排气是热的并且含有溶剂或催化剂。膨胀器不仅可回收能量和冷却排放至大气的排气，其还能分离溶剂或催化剂。

在其中涡轮膨胀器有用的另一领域是在减压应用中提取有用功。在减压应用中，例如在不同压力或在气体分配系统的城门(city gate)处合并两个传输管线，涡轮膨胀器可降低大体积气流的压力，而同时以电力形式回收能量。因此，膨胀器可经济地代替其它压力调节装置如控制阀和调节器。

涡轮膨胀器，也称为涡轮-膨胀器或膨胀涡轮，是一种离心或轴流涡轮，经由其，高压气体膨胀以产生常常用来驱动压缩机的功。由于从膨胀的高压气体提取功，故气体膨胀可接近等熵过程(即，恒熵过程)并且来自涡轮的低压排气处于低温，有时候低至-90℃或更低。

由于所产生的低温，涡轮膨胀器在工业过程中被广泛用作致冷源，例如从天然气提取乙烷和形成液化天然气(NGL)、气体(例如氧气、氮气、氦气、氩气和氪气)的液化及其它低温过程。

此类涡轮膨胀器的实例在图1和图2中示出，其中，图1和图2是从美国专利No.5,851,104复制过来的，通过引用将该专利全文结合于本文中。图1显示了径向内流式涡轮中的可变喷嘴布置。径向内流式涡轮具有带环形进口12的壳体10。固定的圆形板16定位在环形进口12的一侧。喷嘴调节系统设于环形进口12的另一侧。调节环32设置在夹环22的径向外部。调节环32能够绕夹环22旋转，通过锚固在固定的圆形板16中的喷嘴枢销30防止该夹环旋转。

导叶40位于环形进口12附近。这些导叶定位在位于一侧的固定圆形板16与位于另一侧的夹环22和调节环32之间。导叶40构造成用以提供处于它们之间的流线型流动通路。此通路的截面积可基于导叶40的旋转位置增加或减少。导叶40被枢转地绕喷嘴枢销30安装。导叶40关于夹环22的相对定位通过图2中的重叠虚线示出。

在104’专利中，喷嘴调节机构包括凸轮和凸轮从动机构。凸轮从动件44从销30的轴线侧向移位并分别由导叶40中的轴固定，如图2所示。凸轮从动件44绕轴自由旋转。为了与凸轮从动件44协作，形式为偏置槽48的凸轮设置在调节环32中。它们的尺寸形成为用以容纳凸轮从动件44以便允许在调节环32旋转时自由滚转运动。

导叶40、凸轮从动件44、偏置槽48和调节环32的上述布置使导叶40的打开线性地取决于调节环32的旋转。换言之，不论导叶40是否接近打开位置、处于打开位置、接近关闭位置或处于关闭位置，调节环32的特定旋转都将产生导叶40的相同的预设旋转。导叶40随着调节环32的旋转的这种恒定旋转不允许在调节导叶40的位置方面有任何变化的灵敏度。

在一些传统的涡轮膨胀器中，调节环直接在导叶上滑动，这产生了摩擦并且可损坏调节环和/或导叶的部分。相同的滑动运动可能过早地磨损调节环和/或导叶。同样，在一些传统的涡轮膨胀器中，两个力施加在调节环的不同部位，产生不希望有的扭矩。第一个力由于促动调节环的机构而作用在调节环上，而阻力在调节环与导叶之间的连接处出现在调节环上。调节环上这两个力的出现产生扭矩，该扭矩趋于将调节环压紧在导叶的部分上，将更多摩擦和磨损引入到涡轮膨胀器的构件上。

因此，希望提供避免了前述问题和缺点的装置和方法。

发明内容