大型全工況高效能量回收閉式葉輪向心透平一體的制造方法
【專利摘要】大型全工況高效能量回收閉式葉輪向心透平一體機(jī)，包括向心透平膨脹機(jī)、齒輪箱和離合器，向心膨脹機(jī)只有一個(gè)閉式葉輪，葉輪進(jìn)口前配置角度可調(diào)的噴嘴葉片，葉輪裝配在齒輪箱的低速齒輪軸上，齒輪箱高速齒輪軸上連接離合器；啟動(dòng)本發(fā)明，高爐煤氣通過(guò)向心膨脹機(jī)的噴嘴葉片和葉輪進(jìn)行絕熱膨脹，推動(dòng)向心膨脹機(jī)工作輪回轉(zhuǎn)對(duì)外做功，從而消耗內(nèi)能使氣煤氣壓力降低和溫度降低；向心膨脹機(jī)正常工作時(shí)，離合器將向心膨脹機(jī)與鼓風(fēng)機(jī)嚙合在一起，將氣體的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能外輸出功，與電機(jī)共同驅(qū)動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)電機(jī)輸出功率僅為鼓風(fēng)機(jī)耗功與向心膨脹機(jī)做功的功率相差部分，從而達(dá)到節(jié)能的目的，本發(fā)明具有機(jī)型緊湊、安全可靠的特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】大型全工況高效能量回收閉式葉輪向心透平一體機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及變速離合透平控制【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種節(jié)能降耗的、與電動(dòng)機(jī)共同驅(qū)動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的大型全工況高效能量回收閉式葉輪向心透平一體機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]在TRT與BPRT廣泛應(yīng)用之前，高爐爐頂?shù)挠鄩和际峭ㄟ^(guò)減壓閥組白白浪費(fèi)掉，在倡導(dǎo)節(jié)能減排的今天，國(guó)內(nèi)的大型鼓風(fēng)機(jī)廠家先后成功推出了高爐余壓發(fā)電裝置(TRT)以及煤氣透平與電動(dòng)機(jī)同軸驅(qū)動(dòng)的高爐鼓風(fēng)機(jī)組(BPRT)，TRT是將高爐爐頂?shù)膲毫δ苻D(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過(guò)膨脹機(jī)作功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。而BPRT是將膨脹機(jī)與高爐鼓風(fēng)機(jī)組合成一臺(tái)機(jī)組，此時(shí)膨脹機(jī)不是用來(lái)發(fā)電而是作為驅(qū)動(dòng)機(jī)，與電動(dòng)機(jī)共同驅(qū)動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)由于降低電流而節(jié)能，一般能節(jié)約鼓風(fēng)機(jī)組的20%~40%的能耗,節(jié)能效果十分顯著。
[0003]目前，市場(chǎng)上的與電動(dòng)機(jī)共同驅(qū)動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)的膨脹機(jī)均為軸流式透平，兩級(jí)膨脹，鼓風(fēng)機(jī)與軸流式透平之間設(shè)有離合器，離合器起到嚙合或斷開膨脹機(jī)的作用，當(dāng)膨脹機(jī)正常工作時(shí)，離合器將膨脹機(jī)與鼓風(fēng)機(jī)嚙合在一起，與電動(dòng)機(jī)共同驅(qū)動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)爐況不順或高爐休風(fēng)時(shí)，離合器斷開，電機(jī)驅(qū)動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)正常工作。
[0004]BPRT裝置有較好的應(yīng)用價(jià)值和廣泛的市場(chǎng)前景，但其本身還有改進(jìn)提升的空間。這種機(jī)型存在以下技術(shù)缺陷: [0005]缺陷一:BPRT整套機(jī)組(BPRT)的布置方式為:電動(dòng)機(jī)+齒輪箱+鼓風(fēng)機(jī)+離合器+軸流式透平，軸流式透平的單級(jí)膨脹比小，軸系較長(zhǎng)，對(duì)轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性不好，同時(shí)占地面積較大。
[0006]缺陷二:由于工藝的特點(diǎn)，高爐排放的尾氣量是不穩(wěn)定的，煤氣量與壓力經(jīng)常偏離設(shè)計(jì)工況，有時(shí)偏離的幅度相當(dāng)大，軸流透平膨脹機(jī)由于調(diào)節(jié)范圍窄，在偏離設(shè)計(jì)工況時(shí)的效率較低，在偏離幅度較大的時(shí)候不能工作。
[0007]缺陷三:高爐煤氣經(jīng)除塵后，大部分灰塵得以去除，但介質(zhì)中仍殘留一定數(shù)量的飄塵、水汽、油霧和因高爐原料不純而產(chǎn)生的多種酸性氣體(如:H2S、HCL、C02等)，同時(shí)由于沖刷和腐蝕的存在，煤氣管線中的一些腐蝕產(chǎn)物也會(huì)混雜在煤氣中，最終進(jìn)入膨脹機(jī)中，使膨脹機(jī)的動(dòng)靜葉表面積垢，由于軸流式透平為單懸臂結(jié)構(gòu)，剛性較差，有可能引起轉(zhuǎn)子振動(dòng)、葉片損壞，因而必須添加除濕裝置和更為嚴(yán)格的除塵措施。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種比軸流式透平膨脹機(jī)更佳的機(jī)器一大型全工況高效能量回收閉式葉輪向心透平一體機(jī)，將離合器、齒輪箱與向心透平膨脹機(jī)整合在一起，不僅仍具有離合器嚙合和斷開的作用，而且機(jī)組更為緊湊，占地面積大大減小，并且比軸流式透平膨脹機(jī)具有更寬的保持高效工作的流量調(diào)節(jié)范圍。
[0009]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:[0010]大型全工況高效能量回收閉式葉輪向心透平一體機(jī)，包括閉式葉輪向心透平膨脹機(jī)1、齒輪箱II和離合器III，向心透平膨脹機(jī)I只有一個(gè)閉式的葉輪2，葉輪2進(jìn)口前配置角度可調(diào)的噴嘴葉片1，葉輪2裝配在齒輪箱II的低速齒輪軸上，齒輪箱II另一端的高速齒輪軸上連接離合器III。
[0011]所述的噴嘴葉片I有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，一個(gè)是位于噴嘴頭部的雙頭螺栓3，另一個(gè)是位于噴嘴葉片I尾部的轉(zhuǎn)軸銷釘4，其中轉(zhuǎn)軸銷釘4 一端安裝在固定的內(nèi)環(huán)6上，轉(zhuǎn)軸銷釘4另一端穿過(guò)噴嘴葉片I并與噴嘴葉片I過(guò)盈配合；雙頭螺栓3 —端固定在能夠轉(zhuǎn)動(dòng)的外環(huán)7上，雙頭螺栓3另一端穿過(guò)噴嘴葉片I頭部的橢圓形滑槽。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為:
[0013]1、閉式葉輪向心透平膨脹機(jī)的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，只有葉輪、噴嘴、蝸殼為數(shù)甚少的零件組成，和鼓風(fēng)機(jī)一起使用時(shí)機(jī)組緊湊，軸系短，葉輪剛度好，占地面積小，也更有利于轉(zhuǎn)子穩(wěn)定。
[0014]2、閉式葉輪向心透平膨脹機(jī)利用可調(diào)噴嘴葉片來(lái)實(shí)現(xiàn)全工況高效運(yùn)行的流量調(diào)節(jié)，選擇持續(xù)時(shí)間相對(duì)最長(zhǎng)的負(fù)荷參數(shù)作為設(shè)計(jì)點(diǎn)，負(fù)荷降低或提高，效率影響比較小，負(fù)荷變化正50%負(fù)80%時(shí)，效率的變化〈5%，可滿足膨脹機(jī)在20%?150%的流量范圍內(nèi)高效安全運(yùn)行，而爐頂壓力保持穩(wěn)定。
[0015]3、閉式葉輪向心透平膨脹機(jī)對(duì)葉輪的葉片形狀要求較低，在運(yùn)行中即使葉片表面結(jié)垢，透平的氣動(dòng)性能和效率也不會(huì)受到太大的影響。更為主要的是閉式向心透平的葉片為雙支撐結(jié)構(gòu)，剛度較軸流或半開式向心葉輪大得多，即使葉片結(jié)垢，甚至帶液沖擊，也不會(huì)對(duì)壽命有太大的影響。
[0016]本發(fā)明的特點(diǎn):
[0017]將離合器、齒輪箱與閉式葉輪向心透平膨脹機(jī)整合在一起，機(jī)組布置方式:電動(dòng)機(jī)+齒輪箱+鼓風(fēng)機(jī)+變速離合向心透平一體機(jī)，與現(xiàn)有的軸流透平膨脹機(jī)組的布置方式:電動(dòng)機(jī)+齒輪箱+鼓風(fēng)機(jī)+離合器+軸流式透平膨脹機(jī)相比，機(jī)組結(jié)構(gòu)更為緊湊，不但節(jié)省了占地面積，而且軸系短，轉(zhuǎn)子更為穩(wěn)定。本發(fā)明的向心透平膨脹機(jī)采用單級(jí)，比軸流透平的兩級(jí)無(wú)論從結(jié)構(gòu)上還是轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)上均具有更高的安全可靠性。通過(guò)回收高爐爐頂?shù)挠鄩?，把煤氣?dǎo)入向心透平作功，透平由于分擔(dān)電動(dòng)機(jī)的部分功率，使得電機(jī)降低電流而節(jié)倉(cāng)泛。
[0018]該向心透平流量大，可適用于流量120000Nm3/h以上，葉輪外徑1200mm，國(guó)內(nèi)目前無(wú)如此大的閉式向心透平。該向心透平流量可達(dá)120000Nm3/h以上，流量調(diào)節(jié)在20%?150%范圍內(nèi)保證全工況高效、穩(wěn)定運(yùn)行，葉輪外徑1200mm，國(guó)內(nèi)目前無(wú)如此大型向心透平。
[0019]向心膨脹機(jī)采用轉(zhuǎn)動(dòng)噴嘴葉片調(diào)節(jié)流量，比軸流透平膨脹機(jī)的靜葉調(diào)節(jié)不但流量調(diào)節(jié)范圍寬，而且在偏離設(shè)計(jì)工況時(shí)效率下降的較小。
[0020]本發(fā)明的變速離合閉式葉輪向心透平一體機(jī)機(jī)組克服了目前國(guó)內(nèi)軸流透平膨脹機(jī)組軸系長(zhǎng)，占地面積大，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不穩(wěn)定及調(diào)節(jié)流量范圍窄的缺陷，也克服了國(guó)外半開式向心透平葉片共振的缺陷。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)剖面示意圖。[0022]圖2為葉輪進(jìn)口前可調(diào)噴嘴葉片I的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖3為本發(fā)明與其他設(shè)備配合工作的連接示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說(shuō)明。
[0025]參照?qǐng)D1，大型全工況高效能量回收閉式葉輪向心透平一體機(jī)，包括閉式葉輪向心透平膨脹機(jī)1、齒輪箱II和離合器III，向心透平膨脹機(jī)I只有一個(gè)閉式的葉輪2，葉輪2進(jìn)口前配置角度可調(diào)的噴嘴葉片1，滿足流量調(diào)節(jié)的需要。葉輪2裝配在齒輪箱II的低速齒輪軸上，齒輪箱II另一端的高速齒輪軸上連接離合器III在，整個(gè)機(jī)型結(jié)構(gòu)十分緊湊。
[0026]參照?qǐng)D2，所述的噴嘴葉片I有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，一個(gè)是位于噴嘴頭部的雙頭螺栓3，另一個(gè)是位于噴嘴葉片I尾部的轉(zhuǎn)軸銷釘4，其中轉(zhuǎn)軸銷釘4 一端安裝在固定的內(nèi)環(huán)6上，轉(zhuǎn)軸銷釘4另一端穿過(guò)噴嘴葉片I并與噴嘴葉片I過(guò)盈配合；雙頭螺栓3 —端固定在能夠轉(zhuǎn)動(dòng)的外環(huán)7上，雙頭螺栓3另一端穿過(guò)噴嘴葉片I頭部的橢圓形滑槽。當(dāng)外環(huán)7轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可以帶動(dòng)雙頭螺栓3在橢圓形滑槽內(nèi)移動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)噴嘴葉片繞著轉(zhuǎn)軸銷釘旋轉(zhuǎn)，從而改變噴嘴葉片喉部寬度5，改變了噴嘴葉片I總的流通面積，達(dá)到調(diào)節(jié)工況的目的。
[0027]本發(fā)明的工作原理為:
[0028]參照?qǐng)D3，本發(fā)明一體機(jī)8的左出軸通過(guò)膜片聯(lián)軸器9與鼓風(fēng)機(jī)10相連，鼓風(fēng)機(jī)10通過(guò)膜片聯(lián)軸器11與齒輪箱12相連，齒輪箱12通過(guò)膜片聯(lián)軸器13與電機(jī)14的右輸出軸相連。
[0029]當(dāng)高爐爐況正常時(shí)，啟動(dòng)本發(fā)明，高爐煤氣通過(guò)向心透平膨脹機(jī)I的噴嘴葉片I和葉輪2進(jìn)行絕熱膨脹，推動(dòng)向心透平膨脹機(jī)I工作輪回轉(zhuǎn)對(duì)外做功，從而消耗本身的內(nèi)能，使氣煤氣壓力降低和溫度降低。當(dāng)向心透平膨脹機(jī)I正常工作時(shí)，離合器III將向心透平膨脹機(jī)I與鼓風(fēng)機(jī)10嚙合在一起，將氣體的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，通過(guò)轉(zhuǎn)子帶動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)10對(duì)外輸出功。與電機(jī)14共同驅(qū)動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)10運(yùn)轉(zhuǎn),此時(shí)電機(jī)14輸出功率僅為鼓風(fēng)機(jī)10耗功與向心透平膨脹機(jī)I做功的功率相差部分，從而達(dá)到節(jié)能的目的；當(dāng)爐況異常且超出一定范圍，離合器III自動(dòng)斷開，電機(jī)14驅(qū)動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)10正常工作。
[0030]表1為無(wú)錫新三洲軸流透平膨脹機(jī)與本發(fā)明向心透平膨脹機(jī)回收功率對(duì)比表，由表1可見，高爐工況變化后，軸流透平膨脹機(jī)的回收功率只有額定功率的63.54%，而向心透平膨脹機(jī)可達(dá)104.67 %，相對(duì)軸流透平平均節(jié)能40 %。
[0031]表1無(wú)錫新三洲軸流透平膨脹機(jī)與向心透平膨脹機(jī)回收功率對(duì)比表
[0032]
【權(quán)利要求】
1.大型全工況高效能量回收閉式葉輪向心透平一體機(jī)，其特征在于，包括閉式葉輪向心透平膨脹機(jī)(I)、齒輪箱(II)和離合器(III)，向心透平膨脹機(jī)(I)只有一個(gè)閉式的葉輪(2)，葉輪(2)進(jìn)口前配置角度可調(diào)的噴嘴葉片(1)，葉輪(2)裝配在齒輪箱(II)的低速齒輪軸上，齒輪箱(II)另一端的高速齒輪軸上連接離合器(III)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型全工況高效能量回收閉式葉輪向心透平一體機(jī)，其特征在于，所述的噴嘴葉片(I)有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，一個(gè)是位于噴嘴頭部的雙頭螺栓(3)，另一個(gè)是位于噴嘴葉片(I)尾部的轉(zhuǎn)軸銷釘(4)，其中轉(zhuǎn)軸銷釘(4) 一端安裝在固定的內(nèi)環(huán)(6)上，轉(zhuǎn)軸銷釘(4)另一端穿過(guò)噴嘴葉片(I)并與噴嘴葉片(I)過(guò)盈配合；雙頭螺栓(3) —端固定在能夠轉(zhuǎn)動(dòng)的外環(huán)(7)上，雙頭螺栓(3)另一端穿過(guò)噴嘴葉片(I)頭部的橢圓形滑槽。
【文檔編號(hào)】F01D17/16GK103993915SQ201410211185
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月16日
【發(fā)明者】周俊閣, 張榮俠, 賀潤(rùn)普 申請(qǐng)人:西安交大賽爾機(jī)泵成套設(shè)備有限責(zé)任公司