透平膨胀机制造技术

本发明专利技术提供一种透平膨胀机，包括透平壳体、固定连接于透平壳体一端的蜗壳、收容于透平壳体与蜗壳中的转轴、固定连接于转轴一端并收容于蜗壳中的涡轮组件以及同时套于转轴远离涡轮组件一端并固定连接于透平壳体的磁悬浮轴承组件与发电机组件；磁悬浮轴承组件包括至少两个径向磁悬浮轴承组件及轴向磁悬浮轴承组件；蜗壳包括扩压管及喷嘴组件，涡轮组件收容于扩压管靠近喷嘴组件的一端，气体经喷嘴组件进入涡轮组件并膨胀做功、降温，进而带动转轴转动，发电机组件在转轴的带动下产生电能。本发明专利技术提供的透平膨胀机，制造简单、可靠性好且控制方便。

Turbine expander

【技术实现步骤摘要】
透平膨胀机
本专利技术涉及制冷及低温工程领域，尤其涉及一种透平膨胀机。
技术介绍
透平膨胀机，是空气分离设备及天然气(石油气)液化分离设备和低温粉碎设备等获取冷量所必需的关键部机，是保证整套设备稳定运行的心脏。透平膨胀机作为一种旋转机械，轴承的支撑必不可少。现有透平膨胀机通常采用气体轴承，气体轴承主要分为静压气体轴承和动压气体轴承两大类。对于静压气体轴承其工作时需要时刻从系统回路中抽取高压氢气对轴承供气，维持悬浮力，会增加装置的复杂性，并造成整个大型液化流程工艺气体损失，降低系统效率，提高氢液化过程的成本。对于动压气体轴承，虽然不需要额外供气，但气浮轴承工质为氢气，粘度密度都很低，其承载能力有限，稳定性较差，不适用于较大质量的轴系支撑。虽然箔片式动压气体轴承能够解决承载力不足、稳定性差问题，但内部箔片在启动与降速过程存在与轴摩擦磨损问题，加工困难，一段时间需要定期维护。同时，小分子氢气在大压差下极易泄漏，对气浮轴承为防止工作气体泄漏需要设置更长的密封段，这类密封结构是强烈的非线性振动激励源，对轴系设计与整机结构布局影响较大。另外气体轴承加工制造精度要求高，加工精度将很大程度影响气浮轴承系统的可用性与稳定性。对于静压气体轴承为提供足够悬浮力与稳定性，通常其转子与轴承间间隙在20μm以下，轴承气孔直径在100μm左右，整体加工精度希望保证在1μm以下。对于动压气体轴承来说其箔片结构和制造工艺十分复杂，表面耐磨涂层要求苛刻，我国目前相关技术积累较弱。此外，气体轴承要求配合间隙小，装配精度非常高，保养装配维修不便，工作阶段一旦出现失稳转轴易抱死，造成不可挽回损失。鉴于此，实有必要提供一种新的透平膨胀机以克服上述缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种制造简单、可靠性好且控制方便的透平膨胀机。为了实现上述目的，本专利技术提供一种透平膨胀机，包括透平壳体、固定连接于所述透平壳体一端的蜗壳、收容于所述透平壳体与所述蜗壳中的转轴、固定连接于所述转轴一端并收容于所述蜗壳中的涡轮组件以及同时套于所述转轴远离所述涡轮组件一端并固定连接于所述透平壳体的磁悬浮轴承组件与发电机组件；所述磁悬浮轴承组件包括至少两个径向磁悬浮轴承组件及轴向磁悬浮轴承组件；所述蜗壳包括扩压管及喷嘴组件，所述涡轮组件收容于所述扩压管靠近所述喷嘴组件的一端，气体经喷嘴组件进入涡轮组件并膨胀做功、降温，进而带动所述转轴转动，发电机组件在所述转轴的带动下产生电能。在一个优选实施方式中，所述径向磁悬浮轴承组件的数量为两个，所述两个径向磁悬浮轴承组件分别位于转轴的两端；所述透平壳体内设有收容腔，所述收容腔的内壁凸起形成间隔设置上径向轴承固定凸台与下径向轴承固定凸台，所述两个径向磁悬浮轴承组件分别固定于所述上径向轴承固定凸台与所述下径向轴承固定凸台上。在一个优选实施方式中，每个径向磁悬浮轴承组件包括传感器转子、轴承转子、分别对应并套于所述传感器转子、轴承转子的传感器定子、径向轴承定子以及径向轴承支架；所述传感器转子、所述轴承转子分别套于所述转轴上并与所述转轴过盈配合，所述传感器定子、所述径向轴承定子分别与对应的传感器转子、轴承转子间隔设置；所述径向轴承支架用于夹持固定所述传感器定子与所述径向轴承定子；所述两个径向磁悬浮轴承组件对应的径向轴承支架分别抵接于上径向轴承固定凸台与下径向轴承固定凸台，并通过连接件将所述径向轴承固定与对应的上径向轴承固定凸台与下径向轴承固定凸台固定连接。在一个优选实施方式中，所述轴向磁悬浮轴承组件夹于所述两个径向磁悬浮轴承组件之间，所述收容腔的内壁凸起形成夹于所述上径向轴承固定凸台与所述下径向轴承固定凸台之间的轴向轴承固定凸台；所述轴向磁悬浮轴承组件固定于所述轴向轴承固定凸台上。在一个优选实施方式中，所述轴向磁悬浮轴承组件包括间隔相对设置的两个轴向轴承定子以及用于固定所述两个轴向轴承定子的轴向磁悬支架；所述转轴包括一体成型的主轴及固定于所述主轴上的止推盘，所述止推盘夹于所述两个轴向轴承定子之间；所述轴向磁悬浮轴承组件的轴向轴承支架抵接于所述轴向轴承固定凸台，并通过连接件将所述轴向轴承支架与所述轴向轴承固定凸台固定连接。在一个优选实施方式中，所述发电机组件包括发电机转子及套于所述发电机转子上的发电机定子，所述发电机定子收容于所述收容腔中并与所述透平壳体固定。在一个优选实施方式中，所述透平膨胀机还包括绝热材料；所述绝热材料填充于所述蜗壳靠近所述透平壳体的一端；所述转轴穿过所述绝热材料，且所述涡轮组件位于所述绝热材料靠近所述蜗壳的一侧，所述磁悬浮轴承组件与发电机组件位于所述绝热材料背离所述涡轮组件的一侧。在一个优选实施方式中，所述主轴靠近涡轮组件的一端表面设置有螺旋状凸起结构，所述凸起结构与所述绝热材料密封配合。在一个优选实施方式中，所述绝热材料内设有第一密封气体流道，所述壳体上设置有连通所述第一密封气体流道的第二密封气体流道。在一个优选实施方式中，所述透平壳体呈圆筒状，所述透平壳体上设置有螺旋形的冷却水道。在一个优选实施方式中，所述主轴为中空。本专利技术的透平膨胀机，使用磁悬浮轴承组件替代传统的气体轴承，降低了轴承加工制造的难度，增加了轴承的承载力和刚度，提高了转子系统的可靠性；另外采用所述发电机制动，相对于传统的风机轮和增压轮，调节响应更加迅速，更加容易精准控制转速，且该制动方式省去制动端密封，减少了制动气体回路，使整体结构简化，降低了工艺气体的损失，同时也实现了制动功的回收，符合节能减排的要求，尤其在透平功率较大时，价值更加明显。此外，所述主轴为中空轴，大幅减少了轴向导热系数，避免了低温端的冷量损失和热变形。【附图说明】图1为本专利技术提供的透平膨胀机的立体图。图2为图1所示的透平膨胀机的剖视图。图3为图2所示的透平膨胀机中转轴与传感器转子、轴承转子、发电机转子及涡轮组件配合的剖视图。【具体实施方式】为了使本专利技术的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，以下结合附图和具体实施方式，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本专利技术，并不是为了限定本专利技术。请参照图1及图2，本专利技术提供一种透平膨胀机100，包括透平壳体10、固定连接于所述透平壳体10一端的蜗壳20、收容于所述透平壳体10与所述蜗壳20中的转轴30、固定连接于所述转轴30一端并收容于所述蜗壳10中的涡轮组件40以及同时套于所述转轴30远离所述涡轮组件40一端并固定连接于所述透平壳体10的磁悬浮轴承组件50与发电机组件60。其中，所述磁悬浮轴承组件50包括至少一个径向磁悬浮轴承组件51及轴向磁悬浮轴承组件52。所述蜗壳20包括扩压管21及喷嘴组件22，所述涡轮组件40收容于所述扩压管21靠近所述喷嘴组件22的一端，气体带动所述涡轮组件40转动，进而带动所述转轴30转动，发电机组件60在所述转轴30的带动下产生电能。请一并参照图3，本实施例中，所述径向磁悬浮轴承组件本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种透平膨胀机，其特征在于：包括透平壳体、固定连接于所述透平壳体一端的蜗壳、收容于所述透平壳体与所述蜗壳中的转轴、固定连接于所述转轴一端并收容于所述蜗壳中的涡轮组件以及同时套于所述转轴远离所述涡轮组件一端并固定连接于所述透平壳体的磁悬浮轴承组件与发电机组件；所述磁悬浮轴承组件包括至少两个径向磁悬浮轴承组件及轴向磁悬浮轴承组件；所述蜗壳包括扩压管及喷嘴组件，所述涡轮组件收容于所述扩压管靠近所述喷嘴组件的一端，气体经喷嘴组件进入涡轮组件并膨胀做功、降温，进而带动所述转轴转动，发电机组件在所述转轴的带动下产生电能。/n

【技术特征摘要】
1.一种透平膨胀机，其特征在于：包括透平壳体、固定连接于所述透平壳体一端的蜗壳、收容于所述透平壳体与所述蜗壳中的转轴、固定连接于所述转轴一端并收容于所述蜗壳中的涡轮组件以及同时套于所述转轴远离所述涡轮组件一端并固定连接于所述透平壳体的磁悬浮轴承组件与发电机组件；所述磁悬浮轴承组件包括至少两个径向磁悬浮轴承组件及轴向磁悬浮轴承组件；所述蜗壳包括扩压管及喷嘴组件，所述涡轮组件收容于所述扩压管靠近所述喷嘴组件的一端，气体经喷嘴组件进入涡轮组件并膨胀做功、降温，进而带动所述转轴转动，发电机组件在所述转轴的带动下产生电能。


2.如权利要求1所述的透平膨胀机，其特征在于：所述径向磁悬浮轴承组件的数量为两个，所述两个径向磁悬浮轴承组件分别位于转轴的两端；所述透平壳体内设有收容腔，所述收容腔的内壁凸起形成间隔设置上径向轴承固定凸台与下径向轴承固定凸台，所述两个径向磁悬浮轴承组件分别固定于所述上径向轴承固定凸台与所述下径向轴承固定凸台上。


3.如权利要求1所述的透平膨胀机，其特征在于：每个径向磁悬浮轴承组件包括传感器转子、轴承转子、分别对应并套于所述传感器转子、轴承转子的传感器定子、径向轴承定子以及径向轴承支架；所述传感器转子、所述轴承转子分别套于所述转轴上并与所述转轴过盈配合，所述传感器定子、所述径向轴承定子分别与对应的传感器转子、轴承转子间隔设置；所述径向轴承支架用于夹持固定所述传感器定子与所述径向轴承定子；所述两个径向磁悬浮轴承组件对应的径向轴承支架分别抵接于上径向轴承固定凸台与下径向轴承固定凸台，并通过连接件将所述径向轴承支架与对应的上径向轴承固定凸台与下径向轴承固定凸台固定连接。


4.如权利要求3所述的透平膨胀机，其特征在于：所述轴向磁悬浮轴承组件夹于所述两个径向磁悬浮轴承...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍继浩，陈俊屹，吕翠，龚领会，李青，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11