專利名稱:全動(dòng)壓氣體軸承低溫增壓-膨脹機(jī)的制作方法
本發(fā)明屬于氣體的液化技術(shù)領(lǐng)域：
，國(guó)際專利分類號(hào)為F25J。
液化氣體裝置如制氧機(jī)及其他低溫裝置，常采用透平膨脹機(jī)以提供必要的冷量。傳統(tǒng)的透平膨脹機(jī)，利用由壓縮機(jī)來(lái)的壓力氣體，在膨脹葉輪中膨脹制取冷量，同時(shí)輸出外功。在大多數(shù)工業(yè)應(yīng)用中，因透平膨脹機(jī)的轉(zhuǎn)速高達(dá)每分鐘數(shù)萬(wàn)轉(zhuǎn)到數(shù)十萬(wàn)轉(zhuǎn)，往往受到電機(jī)轉(zhuǎn)速的限制，致傳動(dòng)系統(tǒng)相當(dāng)復(fù)雜必須采用變速齒輪箱。因此，這種電機(jī)制動(dòng)的透平膨脹機(jī)的應(yīng)用受到限制，(見“透平膨脹機(jī)”162-199頁(yè)計(jì)光華編機(jī)械工業(yè)出版社)如蘇制的BP-5型制氧機(jī)配套的電機(jī)制動(dòng)的透平膨脹機(jī)。目前另有一種用風(fēng)機(jī)制動(dòng)的透平膨脹機(jī)，它比前者簡(jiǎn)單可靠，但膨脹機(jī)不能回收外功，而作為無(wú)用功釋放掉，如我國(guó)制造的PLK2500×2/4.83-0.37型風(fēng)機(jī)制動(dòng)透平膨脹機(jī)。有的膨脹機(jī)，它的軸承是采用由外界供氣的靜壓氣體軸承，且由于附加供氣系統(tǒng)使整個(gè)機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜。也有采用剛性支承的動(dòng)壓氣體軸承。(見①大眾機(jī)械雜志1986年NO.2“動(dòng)壓氣體軸承新技術(shù)”-葉士祿，②O.DeckerProc.Gas Bearing Symp.，Churchill College，Paper C21976，③十合晉一，崗野真特許第1075919號(hào)和④十合晉一，崗野真，松本文雄，小美濃特愿昭56-145501，昭58-50314)。因此，在目前能源緊張時(shí)代，如何降低制氧機(jī)及低溫裝置的能耗，已成為人們普遍關(guān)注的研究課題。
本發(fā)明的特征是在制氧機(jī)及低溫裝置中，利用膨脹功而降低壓縮機(jī)壓力，以降低能耗為目標(biāo)而設(shè)計(jì)的全動(dòng)壓氣體軸承低溫增壓-膨脹機(jī)。這種低溫增壓-膨脹機(jī)的特點(diǎn)是將壓縮機(jī)來(lái)的氣體，先通過透平膨脹機(jī)的增壓葉輪，(可將傳統(tǒng)的透平膨脹機(jī)的制動(dòng)風(fēng)機(jī)改為增壓壓縮機(jī)的增壓葉輪)，進(jìn)行低溫增壓，然后再進(jìn)入膨脹葉輪進(jìn)行低溫膨脹，制取冷量。由于氣體增壓后進(jìn)入膨脹機(jī)，擴(kuò)大了膨脹比，使制冷量增大約40%，因而可使整個(gè)制氧機(jī)及低溫裝置的正常工作壓力下降，能耗降低。在結(jié)構(gòu)上，所述低溫增壓-膨脹機(jī)是將低溫增壓壓縮機(jī)與透平膨脹機(jī)結(jié)合為一體，中間采用柔性全動(dòng)壓氣體軸承連接，整個(gè)機(jī)器處于低溫下工作，正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)無(wú)附加功耗，不需要外界供應(yīng)軸承氣。
附圖是全動(dòng)壓氣體軸承低溫增壓-膨脹機(jī)的剖視圖。
圖中(1)是低溫增壓壓縮機(jī)，(2)是動(dòng)壓徑向軸承，(3)是徑向柔性環(huán)，(4)是軸向柔性環(huán)，(5)是動(dòng)壓止推軸承，(6)是透平膨脹機(jī)，(A)表示氣體來(lái)自壓縮機(jī)，(B)表示氣體來(lái)自低溫增壓壓縮機(jī)，(C)表示低溫低壓氣體輸送至制氧機(jī)或低溫裝置的分離液化系統(tǒng)。
低溫增壓壓縮機(jī)(1)的進(jìn)口壓力可以根據(jù)制氧機(jī)或低溫裝置流程的需要決定。氣體自附圖中(A)所示的方向通過低溫壓縮措施后，使壓縮氣量大大增加，增壓后的低溫氣體進(jìn)入下一級(jí)膨脹葉輪時(shí)可產(chǎn)生制氧機(jī)低溫裝置所需要的足夠冷量。透平膨脹機(jī)(6)與傳統(tǒng)的透平膨脹機(jī)不同，氣體是循附圖中(B)所示的方向來(lái)自低溫增壓壓縮機(jī)(1)，其壓力高于壓縮機(jī)的壓力。透平膨脹機(jī)(6)出口的低溫低壓氣體(C)就送往制氧機(jī)或低溫裝置的分離液化系統(tǒng)中。所述低溫增壓-膨脹機(jī)還必須配有動(dòng)壓止推軸承(5)應(yīng)為柔性后彎式阿基米德螺旋槽型結(jié)構(gòu)，動(dòng)壓徑向軸承(2)應(yīng)為柔性半人字槽型結(jié)構(gòu)。這種動(dòng)壓止推軸承(5)及動(dòng)壓徑向軸承(2)與一般的剛性動(dòng)壓軸承不同，它借助于軸承的柔性，可以簡(jiǎn)化與降低動(dòng)壓氣體軸承的制造難度。這種柔性軸還提高了透平機(jī)械的渦動(dòng)起始轉(zhuǎn)速，增加了軸承運(yùn)轉(zhuǎn)的高速穩(wěn)定性。
采用本發(fā)明所提出的全動(dòng)壓氣體軸承低溫增壓-膨脹機(jī)后，可有效地利用氣體的膨脹功使來(lái)自壓縮機(jī)的氣體增加壓力，再進(jìn)入膨脹葉輪使氣體膨脹，制冷量的增加是必然的。對(duì)于同樣的制氧機(jī)或低溫裝置來(lái)說(shuō)，如采用本發(fā)明所提出的結(jié)構(gòu)形式后，實(shí)現(xiàn)了膨脹功的回收利用。則其能耗將下降40%。采用全動(dòng)壓柔性氣體軸承后，低溫增壓-膨脹機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制造。成本亦將降低。
本發(fā)明實(shí)施時(shí)應(yīng)將氣體增壓壓縮機(jī)和膨脹機(jī)聯(lián)成為一體，利用環(huán)境氣體在流道中流動(dòng)。低溫增壓壓縮機(jī)(1)的進(jìn)口壓力可選從4公斤力/平方厘米至20公斤力/平方厘米，增壓壓比在1.5～1.8間選定，進(jìn)口溫度選定在-120～-140攝氏度范圍內(nèi)。同時(shí)，還必須采用柔性的動(dòng)壓軸承解決由于熱膨脹而使軸承卡死的可能。當(dāng)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，軸承受熱膨脹則徑向和軸向柔性環(huán)(3)(4)受到壓縮，即自動(dòng)調(diào)整間隙。這樣，就能始終保持所需要的軸承間隙。根據(jù)本發(fā)明的研究資料，動(dòng)壓止推軸承(5)的軸向間隙控制在15～50微米之間，動(dòng)壓徑向軸承(2)的徑向間隙控制在10～25微米之間。徑向柔性環(huán)(3)是用丁晴椽膠按設(shè)計(jì)尺寸制成，軸向柔性環(huán)(4)是用不銹鋼，50CrV，60Si2MnA或MnA按設(shè)計(jì)形狀和尺寸制成的。徑向柔性環(huán)(3)在低溫增壓-膨脹機(jī)中一般采用2個(gè)或4個(gè)。
權(quán)利要求
1.制氧機(jī)及低溫裝置中，一般都利用由壓縮機(jī)來(lái)的壓力氣體在膨脹機(jī)中膨脹制取冷量，并且均配有由外界供氣的剛性靜壓氣體軸承或剛性動(dòng)、靜壓氣體軸承支承的透平膨脹機(jī)，本發(fā)明的特征在于這種裝置是由低溫增壓壓縮機(jī)(1)，透平膨脹機(jī)(6)動(dòng)壓徑向軸承(2)，動(dòng)壓止推軸承(5)，并利用柔性環(huán)結(jié)構(gòu)構(gòu)成的。
2.按照權(quán)利要求
1所述的低溫增壓-膨脹機(jī)，其特征在于低溫增壓壓縮機(jī)(1)是由透平膨脹機(jī)(6)的制動(dòng)功率驅(qū)動(dòng)的。
3.按照權(quán)利要求
1、2所述的低溫增壓-膨脹機(jī)，其特征在于低溫增壓壓縮機(jī)(1)，一般按進(jìn)口壓力4公斤力/平方厘米-20公斤力/平方厘米，增壓比1.5～1.8之間，進(jìn)口溫度-120～-140攝氏度范圍內(nèi)設(shè)計(jì)的。
4.按照權(quán)利要求
1、2所述的低溫增壓-膨脹機(jī)，其特征在于低溫增壓壓縮機(jī)(1)和透平膨脹機(jī)(6)是由動(dòng)壓的徑向柔性環(huán)(3)和動(dòng)壓的軸向柔性環(huán)(4)支承的。
5.按照權(quán)利要求
4所述的低溫增壓-膨脹機(jī)，其特征在于動(dòng)壓的徑向柔性環(huán)(3)是由丁晴椽膠材料制作的;動(dòng)壓的軸向柔性環(huán)(4)是由不銹鋼，50CrV，60Si2MnA或MnA材料制作的。
6.按照權(quán)利要求
1所述的低溫增壓-膨脹機(jī)，其特征在于動(dòng)壓止推軸承(5)的軸向間隙控制在15～50微米之間;動(dòng)壓徑向軸承(2)的徑向間隙控制在10～25微米之間。
7.按照權(quán)利要求
1、6所述的低溫增壓-膨脹機(jī)，其特征在于動(dòng)壓止推軸承(5)是柔性后彎式阿基米德螺旋槽型結(jié)構(gòu);動(dòng)壓徑向軸承(2)是柔性半人字槽型結(jié)構(gòu)。
8.按照權(quán)利要求
4所述的低溫增壓-膨脹機(jī)，其特征在于徑向柔性環(huán)(3)在低溫增壓-膨脹機(jī)中一般采用2個(gè)或4個(gè)。
專利摘要
動(dòng)壓氣體軸承低溫增壓—膨脹機(jī)屬氣體的液化技術(shù)領(lǐng)域：
，主要用于制氧機(jī)及低溫裝置，作為提供冷量的來(lái)源。為了回收膨脹功和增大制冷量，將傳統(tǒng)的透平膨脹機(jī)的制動(dòng)風(fēng)機(jī)用作低溫增壓壓縮機(jī)，將來(lái)自壓縮機(jī)的氣體先進(jìn)入低溫增壓壓縮，然后再進(jìn)入膨脹葉輪膨脹制取冷量。同時(shí)本發(fā)明所述的增壓—膨脹機(jī)采用柔性全動(dòng)壓氣體軸承將透平膨脹機(jī)和低溫增壓壓縮機(jī)連為一體。
文檔編號(hào)F25J3/00GK86103011SQ86103011
公開日1987年11月18日 申請(qǐng)日期1986年4月29日
發(fā)明者葉士祿, 郭有儀 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan