[发明专利]一种低温液力透平

说明书

技术领域

本发明属于低温液化、低温空分等领域余压回收技术，涉及一种径轴流式低温液力透平，特别涉及一种低温高压液体节流降压用液力透平。

背景技术

节能减排是全球经济可持续发展战略的主要组成部分和重要保证，可以有效的缓解能源瓶颈的制约，建立节能型社会。大型耗能装置中工业余能的回收是节能减排的关键措施之一，具有重大的社会效益和经济价值。低温液力透平是空分、液化天然气等高能耗低温循环装置中焦-汤液体节流阀的替代产品，它在满足工艺流程需要降压的同时，能有效的抑制汽化，避免汽蚀产生的破坏和高压液体能量的不可逆损失，并利用回收的高压能量发电，具有可观的经济效益。

在近年来已公开的专利中，涉及径轴流式低温液力透平的有“一种高压液体节流用膨胀机转子”和“一种液体膨胀机”，专利号分别为200810150526.2和200910023562.7，以及日本Ebara公司研制的用于液态天然气降压的浸没式液体透平，其专利号为US2006/0186671A1。“一种高压液体节流用膨胀机转子”公开了一种高压液体节流用膨胀机转子，转子采用叶轮悬臂卧式结构，用以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，可以采用普通发电机、泵或风机制动，适用于任意大小流量的介质降压。但其结构中采用了甩油环，即增加了一个转动件，无疑会降低其整体的机械性能。“一种液体膨胀机”公开了一种液体节流用全液体膨胀机，可解决现有传统空分流程中采用焦-汤节流阀所带来压力头损失、汽蚀损坏等问题。但其存在如下缺点：1)液体膨胀机冷量损失较大，其喷嘴底盘一侧直接暴露在空气中，另一侧为低温液态工质，通过喷嘴底盘的跑冷损失很大，造成液体膨胀机整机效率降低。另外，采用了通过喷嘴底盘的喷嘴调节机构，同样会增加膨胀机的冷量损失，并导致调解机构不能正常运行；2)喷嘴盖与喷嘴底盘之间仅通过销钉连接，喷嘴压紧弹簧的压紧裕度不能调节，增加了轴向定位安装的困难且难以保证精度；3)叶轮出口尾随管与喷嘴组安装固定，增加了整机轴向定位的困难；4)叶轮出口未使用有效的扩压降速装置，出口介质速度高，流动损失大。日本Ebara公司研制的液力透平存在着如下缺点：1)采用了透平转子与发电机转子同轴的结构型式，因此叶轮尺寸与发电机尺寸相当，整机体积较大，仅适用于大流量的应用场合；2)发电机完全浸没于低温介质中，对其电缆材料、密封绝缘等有很高要求；3)制动方式单一，仅能使用电机制动，不适用诸如风机、泵等形式的制动。

发明内容

本发明的目的是提供一种低温高压液体节流用液力透平，用以解决现有低温液力透平冷量损失大、叶轮出口流动损失较大以及整机结构定位安装困难等缺点，可以有效的替代现有传统空分、液化天然气等高能耗低温循环装置中的液体节流阀，达到降低气化率，回收高压能量的目的。

为达到上述目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种低温液力透平，包括转子、机壳、喷嘴组、蜗壳、扩压管、所述转子包括主轴、叶轮、齿套或联轴器。主轴通过轴颈处两个止推滑动轴承转动地固定在机壳内，主轴两端均采用三角轴形式，其膨胀端一侧通过叶轮紧固螺钉与一个叶轮连接，另一侧与齿套或联轴器连接，可选用发电机、泵或者风机进行制动；所述转子避免使用甩油环结构油封，减少了转动部件的使用，提高了运行的可靠性。

所述冷屏障的实现主要在于整体机构以及喷嘴结构的设计定位，将转子叶轮端连同喷嘴组整体纳入蜗壳空腔内，并将蜗壳所在部分整体放入珠光砂保冷箱中隔热，同时在蜗壳与机壳之间采用绝热垫隔热，使低温液态工质不与暴露在大气环境下的机壳直接接触，因此最大程度上减少了跑冷损失。

所述喷嘴组包括喷嘴转盘、喷嘴底盘、喷嘴盖、喷嘴压板、喷嘴压紧法兰、喷嘴叶片、喷嘴调解机构，其中整个喷嘴组通过喷嘴压紧法兰与密封气体件连接，进而与机壳连接；喷嘴叶片通过圆柱销灵活转动的固定在喷嘴底盘、喷嘴转盘与喷嘴盖之间，通过喷嘴压板采用可调节裕度的碟形弹簧将其压紧，保证了喷嘴叶片有一定的预紧性；喷嘴转盘轴向转动地连接在喷嘴底盘上，与穿过蜗壳的喷嘴调节机构连接进而进行喷嘴角度调节，以适应机组的变工况运行。

所述扩压管轴向的固定安装在蜗壳上，用以降低叶轮出口流速，减少流动损失；轮盖侧密封轴向的固定在喷嘴压紧法兰上，轴封固定在密封气体件上，密封气体件与油封均通过螺栓轴向固定在机壳上，便于整机轴向部件的定位安装。