本发明专利技术公开了一种惰性混合气体轴承高效膨胀装置，其包括：进排气系统、转子系统、轴承支承系统、止推轴承和径向轴承；进排气系统通过第二六角头螺栓和第二垫片与轴承支承系统连接，转子系统装在进排气系统和轴承支承系统内，在转子系统与轴承支承系统中间安装前止推轴承、后止推轴承、前径向轴承和后径向轴承；转子系统在进排气系统和轴承支承系统内旋转，径向力通过前径向轴承和后径向轴承传递至轴承支承系统，轴向力通过前止推轴承和后止推轴承传递至轴承支承系统。本发明专利技术可使一定流量惰性混合气体压力降低到初始压力的1/1.5～1/2.5，转速50000r/min～100000r/min，能量转换效率88％。
【技术实现步骤摘要】
一种惰性混合气体轴承高效膨胀装置
本专利技术属于涡轮
，涉及一种惰性混合气体轴承高效膨胀装置。
技术介绍
膨胀装置是将气体的热能转化为动能和机械能，从而获得低温气体或输出轴功的一类装置。一般膨胀装置由导向装置、转子系统、轴承支承系统和润滑系统等组成。导向装置将高温高压的低速气体转变为高速气体，并为转子提供合适的入口气流角，高速气体吹动转子旋转输出轴功，获得相对低温气体，完成能量转换。轴承支承系统为转子提供径向支承并承受转子的轴向力。润滑系统为轴承提供润滑，带走轴承旋转摩擦产生的热量，保证转子可靠安全运转。一般膨胀装置的工质是空气、燃气、二氧化碳等，也有用氦气等惰性气体。轴承一般采用浮动轴承或滚动轴承等油润滑轴承，也有采用气体轴承。一般膨胀装置在直接使用惰性混合气体时，导向装置、转子的叶片气动型面和气流通道内存在一定流动分离，产生能量损失，因而能量转换效率较低。
技术实现思路
(一)专利技术目的本专利技术的目的是：提供一种惰性混合气体轴承高效膨胀装置，按惰性混合气体工质特性设计导向装置、转子的叶片气动型面和气流通道，通过导向装置、转子系统、气体轴承和支承系统的结构设计及空气系统设计，从而获得轴功，实现惰性混合气体的能量转换。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种惰性混合气体轴承高效膨胀装置，其包括：进排气系统、转子系统、轴承支承系统、止推轴承和径向轴承；进排气系统通过第二六角头螺栓17和第二垫片18与轴承支承系统连接，转子系统装在进排气系统和轴承支承系统内，在转子系统与轴承支承系统中间安装前止推轴承5、后止推轴承8、前径向轴承13和后径向轴承15；转子系统在进排气系统和轴承支承系统内旋转，径向力通过前径向轴承13和后径向轴承15传递至轴承支承系统，轴向力通过前止推轴承5和后止推轴承8传递至轴承支承系统。其中，所述进排气系统包括涡轮蜗壳23、导向器组件、涡轮机匣25，导向器组件由导向器22和隔热盘21钎焊而成；导向器22的安装端面开设安装台阶，涡轮机匣25的安装端面开设安装台阶，导向器22和涡轮机匣25的安装端面相对后，导向器22位于左端，涡轮机匣25位于右端，两个安装台阶形成的安装槽内安装涡轮蜗壳23；进排气系统采用惰性混合气体工质，惰性混合气体由涡轮蜗壳法兰面进气，在涡轮蜗壳内腔沿周向和径向均匀进气，最后在涡轮机匣轴向排出。其中，所述涡轮蜗壳6两侧端面上开设有凹槽，凹槽内分别安装第三金属O型密封圈20和第四金属O型密封圈24。其中，所述导向器22和涡轮蜗壳23之间通过第二六角头螺栓17固定连接，第二六角头螺栓17与导向器22端面之间还设置有第二垫片18；涡轮机匣25和涡轮蜗壳23之间通过第三六角头螺栓26固定连接，第三六角头螺栓26与涡轮机匣25端面之间还设置有第三垫片27。其中，所述转子系统包括主轴1和涡轮转子组件28，涡轮转子组件28由涡轮转子和芯轴摩擦焊接而成；将主轴1加热处理，将涡轮转子组件28冷却处理，涡轮转子组件28从右端插入主轴1右端内孔，实现过盈连接，形成一个刚性转子。其中，所述轴承支承系统包括扩压器4、中介机匣16、弹性垫圈3、压力盘2、弹性挡圈11、波形垫圈12、止推轴承定位环7、径向轴承定位环14；在中介机匣16两侧法兰面分别开凹槽安装第一金属O型密封圈6和第二金属O型密封圈19，中介机匣16从右端插入导向器组件，通过止口定心，由螺栓17和垫片18连接到进排气系统，并压缩金属O型密封圈19实现密封，同时将隔热盘21压变形以隔离热气；中介机匣内孔前端开凹槽设置弹性挡圈11，通过波形垫圈12将前径向轴承13、径向轴承定位环14、后径向轴承15与中介机匣16压紧；前径向轴承13、径向轴承定位环14、后径向轴承15分别开槽，通过1个销钉实现与中介机匣16周向定位；在止推轴承定位环7、中介机匣16左侧端面和压力盘2右侧端面的相同周向和径向位置，分别开3个通孔、盲孔和盲孔。在止推轴承定位环7通孔中安装销钉，通过销钉在其两侧分别安装前止推轴承5和后止推轴承8，并由销钉安装在中介机匣16左侧端面，再将压力盘2由销钉安装在止推轴承定位环7左侧，通过销钉实现压力盘2、止推轴承定位环7与中介机匣16的定心；弹性垫圈11和扩压器4通过第一六角头螺栓9和第一垫片10安装在中介机匣16左侧，通过止口定心，并第二压缩金属O型密封圈19实现密封，同时弹性垫圈3变形，将压力盘2、前止推轴承5、止推轴承定位环7、后止推轴承8与中介机匣16压紧。其中，所述涡轮蜗壳型线采用梨形，上半部分为半圆形，下半部分为梯形，梯形角度为30°。其中，所述涡轮蜗壳出口宽度6.06mm，内径Φ126mm。其中，所述涡轮转子子午型面中，入口外径Φ85.3mm，入口宽度6.06mm，出口外径Φ59.7mm，出口内径Φ20.3mm，轴向宽度29.9mm。其中，所述涡轮转子叶片数为10。(三)有益效果上述技术方案所提供的惰性混合气体轴承高效膨胀装置，按惰性混合气体工质特性设计导向装置、转子的叶片气动型面和气流通道，通过导向装置、转子系统、气体轴承和支承系统的结构设计及空气系统设计，经过实验，可使一定流量惰性混合气体压力降低到初始压力的1/1.5～1/2.5，转速50000r/min～100000r/min，能量转换效率88％。附图说明图1惰性混合气体轴承高效膨胀装置结构示意图。图2进排气系统剖视图。图3气体轴承向心涡轮膨胀装置空气系统流路。图4涡轮蜗壳型线。图5涡轮转子子午型面。图中，1-主轴，2-压力盘，3-弹性垫圈，4-扩压器，5-前止推轴承，6-第一金属O型密封圈，7-止推轴承定位环，8-后止推轴承，9-第一六角头螺栓，10-第一垫片，11-弹性挡圈，12-波形垫圈，13-前径向轴承，14-径向轴承定位环，15-后径向轴承，16-中介机匣，17-第二六角头螺栓，18-第二垫片，19-第二金属O型密封圈，20-第三金属O型密封圈，21-隔热盘，22-导向器，23-涡轮蜗壳，24-第四金属O型密封圈，25-涡轮机匣，26-第三六角头螺栓，27-第三垫片，28-涡轮转子组件。具体实施方式为使本专利技术的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。如图1所示，本专利技术惰性混合气体轴承高效膨胀装置包括：进排气系统、转子系统、轴承支承系统、止推轴承和径向轴承；进排气系统通过第二六角头螺栓17和第二垫片18与轴承支承系统连接，转子系统装在进排气系统和轴承支承系统内，在转子系统与轴承支承系统中间安装前止推轴承5、后止推轴承8、前径向轴承13和后径向轴承15；转子系统在进排气系统和轴承支承系统内旋转，径向力通过前径向轴承13和后径向轴承15传递至轴承支承系统，轴向力通过前止推轴承5和后止推轴承8传递至轴承支承系统。进排气系统包括涡轮蜗壳23、导向器组件、涡轮机匣25，导向器组件由导向器22和隔热盘21钎焊而成。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种惰性混合气体轴承高效膨胀装置，其特征在于，包括：进排气系统、转子系统、轴承支承系统、止推轴承和径向轴承；进排气系统通过第二六角头螺栓(17)和第二垫片(18)与轴承支承系统连接，转子系统装在进排气系统和轴承支承系统内，在转子系统与轴承支承系统中间安装前止推轴承(5)、后止推轴承(8)、前径向轴承(13)和后径向轴承(15)；转子系统在进排气系统和轴承支承系统内旋转，径向力通过前径向轴承(13)和后径向轴承(15)传递至轴承支承系统，轴向力通过前止推轴承(5)和后止推轴承(8)传递至轴承支承系统。/n
【技术特征摘要】
1.一种惰性混合气体轴承高效膨胀装置，其特征在于，包括：进排气系统、转子系统、轴承支承系统、止推轴承和径向轴承；进排气系统通过第二六角头螺栓(17)和第二垫片(18)与轴承支承系统连接，转子系统装在进排气系统和轴承支承系统内，在转子系统与轴承支承系统中间安装前止推轴承(5)、后止推轴承(8)、前径向轴承(13)和后径向轴承(15)；转子系统在进排气系统和轴承支承系统内旋转，径向力通过前径向轴承(13)和后径向轴承(15)传递至轴承支承系统，轴向力通过前止推轴承(5)和后止推轴承(8)传递至轴承支承系统。
2.如权利要求1所述的惰性混合气体轴承高效膨胀装置，其特征在于，所述进排气系统包括涡轮蜗壳(23)、导向器组件、涡轮机匣(25)，导向器组件由导向器(22)和隔热盘(21)钎焊而成；导向器(22)的安装端面开设安装台阶，涡轮机匣(25)的安装端面开设安装台阶，导向器(22)和涡轮机匣(25)的安装端面相对后，导向器(22)位于左端，涡轮机匣(25)位于右端，两个安装台阶形成的安装槽内安装涡轮蜗壳(23)；进排气系统采用惰性混合气体工质，惰性混合气体由涡轮蜗壳法兰面进气，在涡轮蜗壳内腔沿周向和径向均匀进气，最后在涡轮机匣轴向排出。
3.如权利要求2所述的惰性混合气体轴承高效膨胀装置，其特征在于，所述涡轮蜗壳(6)两侧端面上开设有凹槽，凹槽内分别安装第三金属O型密封圈(20)和第四金属O型密封圈(24)。
4.如权利要求3所述的惰性混合气体轴承高效膨胀装置，其特征在于，所述导向器(22)和涡轮蜗壳(23)之间通过第二六角头螺栓(17)固定连接，第二六角头螺栓(17)与导向器(22)端面之间还设置有第二垫片(18)；涡轮机匣(25)和涡轮蜗壳(23)之间通过第三六角头螺栓(26)固定连接，第三六角头螺栓(26)与涡轮机匣(25)端面之间还设置有第三垫片(27)。
5.如权利要求4所述的惰性混合气体轴承高效膨胀装置，其特征在于，所述转子系统包括主轴(1)和涡轮转子组件(28)，涡轮转子组件(28)由涡轮转子和芯轴摩擦焊接而成；将主轴(1)加热处理，将涡轮转子组件(28)冷却处理，涡轮转子组件(28)从右端插入主轴(1)右端内孔，实现过盈连接，形成一个刚性转子。
6.如权利要求5所述的惰性混合气体轴承高...
【专利技术属性】
技术研发人员：马同玲，郑振江，王力国，张华，张希，秦勇，
申请(专利权)人：北京动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11
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