[发明专利]一种压力气体能量利用装置

说明书

本发明公开了一种压力气体能量利用装置，包括：转子轴，转子轴的两端分别传动连接有第一向心涡轮和第二向心涡轮；三通管道，三通管道包括第一进气管、第二进气管和进气总管，进气总管与第一进气管、第二进气管均连通，第一进气管与第一向心涡轮的进气口连通，第二进气管与第二向心涡轮的进气口连通，压力气体经进气总管进入，经第一进气管和第二进气管分流，分别进入第一向心涡轮和第二向心涡轮；高速电机，高速电机与转子轴传动连接，转子轴高速旋转，实现高速电机发电功能。采用并列布置式向心涡轮膨胀装置，可提高压力气体能量利用装置的紧凑性，有效消除高压气体在向心涡轮叶轮内膨胀时作用在转子轴上的轴向力，有效降低止推轴承机械效率降及止推轴承磨损问题，可有效提高压力能利用装置的效率和工作可靠性。

技术领域

本发明涉及一种压力气体的能量利用装置，属于动力机械及工程领域。

背景技术

压力气体的能量利用广泛存在于多个行业中，尤其在能源化工、机械等行业中，如高压气罐泄压时的能量利用、发动机尾气能量回收利用、氢燃料电池余气能量回收利用等。在这些压力气体的压力能利用过程中，需要将压力气体从较高压力降低到较低的压力，这个过程中主要采用节流阀等各种阀门以及膨胀机等膨胀机构实现；节流阀等各种阀门实现的压力降低过程的是等焓过程，压力能和热能得不到有效利用，造成了能量的浪费。叶轮式膨胀机能够实现压力能的回收和压力气体热能的有效利用，减少膨胀过程的能量损失，但其膨胀机部分主要采用单侧布置，在压力气体膨胀过程中，在叶轮上会产生较大的轴向推力，为保证膨胀机正常运行，需要在转子轴上不知尺寸较大的止推轴承，这不仅会造成较大的机械损失，还会导致叶轮式膨胀机转子及支撑安全可靠性下降。尤其当可利用的压力气体流量较大以及膨胀比较大时，为了实现有效的能量利用，需要使用尺寸更大的叶轮式膨胀机，使得能量回收利用装置尺寸大幅增加，不利于实现压力利用装置的紧凑性。因此亟需一种能够安全可靠、高效的有效利用大流量、大膨胀比的压力气体能量利用装置。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种并联式压力气体能量利用装置：

电机转子，所述电机转子的两端分别连接有第一向心涡轮和第二向心涡轮且第一向心涡轮和第二向心涡轮相同；

三通管道，所述三通管道包括一体制成的第一进气管、第二进气管和进气管，所述进气管与第一进气管、第二进气管均连通，所述进气管与外部高压气源连通，所述第一进气管与第一向心涡轮的进气口连通，所述第二进气管与第二向心涡轮的进气口连通；

高速电机，所述高速电机的转子两端分别连接有第一向心涡轮的叶轮和第二向心涡轮的叶轮；在电机转子高速旋转的作用下，所述高速电机可实现发电功能；

所述第一向心涡轮和第二向心涡轮镜像布置，从同一个角度看，所述第一向心涡轮的叶轮与第二向心涡轮的叶轮转动方向相同。

为完全消除因第一向心涡轮和第二向心涡轮因工作状态微小差别所引起的轴向推力，转子轴上可设置有小尺寸的止推盘。

本发明的有益效果是：压力气体驱动第一向心涡轮和第二向心涡轮同时高速旋转，第一向心涡轮和第二向心涡轮工作状态基本相同，因而第一向心涡轮和第二向心涡轮产生的推力方向相反，可抵消绝大部分轴向推力，因此能有效消除转子轴承受的轴向载荷，从而基本消除止推轴承带来的机械损失以及止推轴承磨损问题，可有效提高单侧叶轮式膨胀机的效率和可靠性；更进一步，第一向心涡轮和第二向心涡轮工况完全相同，产生的推力大小相等且方向相反，可实现转子轴两侧推力的完全平衡，从而取消止推轴承，完全消除因止推轴承摩擦带来的轴承效率降低问题及止推轴承磨损问题，可有效提高压力气体能量利用装置的总体效率；第一向心涡轮和第二向心涡轮具有相同的通流能力和做功能力，可将单侧膨胀式能量利用装置的压力气体流量增加一倍，在装置体积变化不大的情况下，压力气体能量利用装置的发电能力可提升一倍。

优选的，所述第一向心涡轮和第二向心涡轮的结构、几何尺寸、膨胀比、流量相同。