一种高速径向透平膨胀机的制作方法

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1.本实用新型涉及透平膨胀机技术领域，尤其涉及一种高速径向透平膨胀机。

背景技术：

2.透平膨胀机常用于深低温设备中，它是利用高压气体吸热膨胀降压时，吸收热量，并且向外输出机械功使气体温度降低的原理以获得冷量的机械，可应用于orc余热。
3.申请人过去申请的一件专利申请号为202011000786.9的orc余热发电透平膨胀机与高速电机配合结构，采用了高速电机，并且由过渡连接套将透平膨胀机的结构体系的蜗壳的蜗壳底板的右侧面与高速电机的结构体系的左端盖的左侧面连接，将转子的左端途经过渡连接套的过渡连接套腔与透平膨胀机的叶轮固定连接，又由于在位于过渡连接套腔内的转子的转子左轴头上并且在对应于蜗壳底板与转子支承轴承之间的位置设置了干气密封机构，因而既有助于降低机械损失以及减少工艺气的泄漏点。
4.然而该orc余热发电透平膨胀机在与高速电机连接时，采用了过渡连接套和干气密封机构，虽然密封性能好，但是其结构复杂，生产制造成本高。

技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种高速径向透平膨胀机，以解决上述背景技术中遇到的问题。
6.为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：
7.一种高速径向透平膨胀机，包括蜗壳、叶轮和传动设备，所述叶轮与蜗壳同轴设置，所述蜗壳的径向上设有进气口，所述蜗壳远离所述叶轮的轴向上设有出气口，所述蜗壳的安装端固定有法兰安装板，所述叶轮与法兰安装板转动连接，所述传动设备固定连接在法兰安装板的另一侧，所述传动设备的输入端设有转轴，所述转轴通过端面齿与叶轮的背面轴心处啮合连接。
8.上述方案中，所述转轴的端面轴心处设有螺纹孔，所述叶轮的轴心处设有拉杆，所述拉杆的一端通过螺母与叶轮的外侧固定，所述拉杆的另一端伸入至所述螺纹孔内，并通过螺纹与转轴传动连接。
9.上述方案中，所述法兰安装板的外侧固定有隔热板，所述隔热板位于所述进气口靠近所述进气口的内侧，所述隔热板上通过喷嘴盖板均匀设有喷嘴。
10.上述方案中，所述出气口与叶轮的连接处设有第一迷宫密封；所述蜗壳与法兰安装板的连接处设有密封垫。
11.上述方案中，所述法兰安装板的中部固定有轴承套，所述轴承套的内侧通过第二迷宫密封与转轴相接触。
12.上述方案中，所述传动设备为高速电机、发电机、风机、增压泵中的任意一种设备。
13.进一步的，所述传动设备的外部设有散热装置，所述散热装置的管路输入端与出气口的一侧相连通。
14.再进一步的，所述传动设备的外侧设有连接所述转轴的压力平衡器。
15.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型将叶轮的背面直接与传动设备的转轴啮合连接，叶轮转动直接带动转轴一起转动输出力矩，其结构简单，降低了制造成本，并且可以避免重复拆装后因叶轮重心位置偏移导致的动平衡跑掉及振动升高问题。
附图说明
16.参照附图来说明本实用新型的公开内容。应当了解，附图仅仅用于说明目的，而并非意在对本实用新型的保护范围构成限制。在附图中，相同的附图标记用于指代相同的部件。其中：
17.图1为本实用新型的结构示意图；
18.图2为本实用新型内部结构示意图；
19.图3为本实用新型中转轴的内部结构示意图。
20.图中标号：1-蜗壳；11-进气口；12-出气口；13-喷嘴；14-喷嘴盖板；2-叶轮；21-拉杆；22-螺母；23-第一迷宫密封；3-法兰安装板；31-隔热板；32-密封垫；4-轴承套；41-第二迷宫密封；5-传动设备；51-转轴；52-端面齿；53-螺纹孔；54-螺纹；55-散热装置；56-压力平衡器。
具体实施方式
21.为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示本实用新型有关的构成。
22.根据本实用新型的技术方案，在不变更本实用新型实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本实用新型的技术方案的示例性说明，而不应当视为本实用新型的全部或者视为对本实用新型技术方案的限定或限制。
23.下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明。
24.如图1至图3所示，一种高速径向透平膨胀机，包括蜗壳1、叶轮2和传动设备5，叶轮2与蜗壳1同轴设置，蜗壳1的径向上设有进气口11，蜗壳1远离叶轮2的轴向上设有出气口12。氮气、混合控制等高压气体膨胀后从蜗壳1的径向位置开设的进气口11进入到蜗壳1内，而后通过蜗壳1的轴向位置开设的出气口12排出去。膨胀的高压气体释放能量推动叶轮2转动，叶轮2的转动输出功率转化为能量，并获得低温。传动设备5作为从动端，可以将能量进行回收，用于压缩气体输出电力或者驱动其他设备。
25.在实施时，通过气动设计软件，将叶轮2直径加大，叶轮进口宽度加高，使流道进出口截面积变化较小，构成低膨胀比的效果。同时需考虑效率最佳的比转速及材料可以承受的最大线速度(屈服应力)，对叶轮2进行制造。这种叶轮2可以回收进出口压差很小的压力，给空分系统增加冷量以及输出动力给传动设备。
26.本高速径向透平膨胀机主要用于空分污氮气压差发电的，发电的同时，给空分系统提供冷量。空分系统是通过空气中不同组分气体的液化点不同，把空气中的氮气、氧气以
及稀有气体提取出来。在这个过程中会产生一部分压力很低的纯度不高的氮气、氧气混合气。现有技术的工艺流程是把这部分气体放空或者用户系统换热等，而本台设备的作用是使这部分污氮气继续膨胀，给系统提供冷量的同时带动发电机发电。
27.通过设计低膨胀比的叶轮2实现膨胀制冷，其中压力范围在1.54kgf至0.3kgf，温度范围在-153℃至-171.52℃，通过隔热材料及密封气系统隔离低温工质气和传动设备5本体之间的传热，保证传动设备5运行安全。
28.蜗壳1的安装端固定有法兰安装板3，叶轮2与法兰安装板3转动连接，传动设备5固定连接在法兰安装板3的另一侧。传动设备5的输入端设有转轴51，转轴51通过端面齿52与叶轮2的背面轴心处啮合连接。膨胀的高压气体推动叶轮2转动时，也会通过啮合连接的转轴51，带动传动设备5的内部轴体转动，进而可以输出力矩。
29.作为一种优选的方案，传动设备5为高速电机、发电机、风机、增压泵中的任意一种设备。当传动设备5为高速电机或发电机时，通过高速电机或发电机输出电力，用于驱动其他设备。当传动设备5为风机或增压泵，用于输出风力或者提高液体、气体的压力。当为风机时，就构成了两侧双风机的模式，两侧和单侧按照实际需求设计。
30.转轴51的端面轴心处设有螺纹孔53，叶轮2的轴心处设有拉杆21，拉杆21的一端通过螺母22与叶轮2的外侧固定，拉杆21的另一端伸入至螺纹孔53内，并通过螺纹54与转轴51传动连接。螺母22与叶轮2的配合端设有台阶，该台阶伸入至叶轮2的轴心孔中，使两者固定卡住，从而稳定连接。叶轮2的背面轴心处通过端面齿52与转轴51啮合连接，因转轴51的顶压作用，将端面齿52处的连接更加稳定，并且借助螺母22的卡紧，使拉杆21的两端构成夹紧叶轮2的作用。
31.作为一种优选的方案，法兰安装板3的外侧固定有隔热板31，隔热板31采用玻璃纤维隔热板，使本设备能够在工质气为低温低压气体的情况下稳定运行。隔热板31位于进气口11靠近进气口11的内侧，通过隔热将法兰安装板3两侧的温度进行隔开。具体为膨胀气体等熵膨胀吸热，使高压气体的温度降低，比如使温度-153℃降低至-171.5℃，而安装在法兰安装板3另一侧的传动设备5因相隔较近，也会收到影响，因此在此设置隔热板，使其具有隔离作用，避免两者收到影响。隔热板31上通过喷嘴盖板14均匀设有喷嘴13，喷嘴13根据需要调整喷射位置，用于调节气压。
32.出气口12与叶轮2的连接处设有第一迷宫密封23，第一迷宫密封23为阶梯状结构，其每个阶梯上都设置密封圈，进行层层密封，用于将进气口11和出气口12的气体隔开，保持两者稳定的低温输出效果，提高设备运行部件的耐低温适用性。蜗壳1与法兰安装板3的连接处设有密封垫32，避免外界的空气通过缝隙进入内部，密封垫32的内侧应贴合在隔热板31的外壁上，而不是贴近隔热板31的安装缝隙。
33.作为一种优选的方案，法兰安装板3的中部固定有轴承套4，轴承套4的内侧通过第二迷宫密封41与转轴51相接触。轴承套4通过密封圈以及固定螺丝与法兰安装板3固定，其内侧的第二迷宫密封41为齿形结构，用于放置一层层的密封齿，来隔绝转轴51处的间隙，并且还可以在轴承套4上开设油孔，为转轴51的转动提供润滑作用。
34.作为一种优选的方案，传动设备5的外部设有散热装置55，散热装置55为气冷管路，散热装置55的管路输入端与进气口11的一侧相连通。传动设备5的内部因输送力矩时(高速旋转及线圈切割磁力线)产生热量，散热装置55为传动设备5进行散热，在此散热装置
55的管路输出端与出气口12的一侧相连通，气冷管路盘绕在传动设备5的内壁或外壁上，利用工艺气自身的冷量，用于为传动设备5进行降温，实现温度的有效利用，节省了冷却水的消耗。
35.作为一种优选的方案，传动设备5的外侧设有连接转轴51的压力平衡器56。因传动设备5处于密封状态，当蜗壳1与叶轮2之间发生气体泄漏时，可能会波及到传动设备5的转轴51处，在此设置压力平衡器56，可以调节传动设备5内部的压力值，使传动设备5保持良好的工作环境。
36.本实用新型将叶轮2的背面直接与传动设备5的转轴51啮合连接，叶轮2转动直接带动转轴51一起转动输出力矩，其结构简单，降低了制造成本，联动反应时间大大缩短，工作效率也得到大大提升。
37.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。这些未公开的要素，均属于本领域的技术人员能够获知的现有技术。
38.以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，并不用于限定本实用新型保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：

1.一种高速径向透平膨胀机，包括蜗壳(1)、叶轮(2)和传动设备(5)，所述叶轮(2)与蜗壳(1)同轴设置，所述蜗壳(1)的径向上设有进气口(11)，所述蜗壳(1)远离所述叶轮(2)的轴向上设有出气口(12)，其特征在于：所述蜗壳(1)的安装端固定有法兰安装板(3)，所述叶轮(2)与法兰安装板(3)转动连接，所述传动设备(5)固定连接在法兰安装板(3)的另一侧，所述传动设备(5)的输入端设有转轴(51)，所述转轴(51)通过端面齿(52)与叶轮(2)的背面轴心处啮合连接。2.根据权利要求1所述的一种高速径向透平膨胀机，其特征在于：所述转轴(51)的端面轴心处设有螺纹孔(53)，所述叶轮(2)的轴心处设有拉杆(21)，所述拉杆(21)的一端通过螺母(22)与叶轮(2)的外侧固定，所述拉杆(21)的另一端伸入至所述螺纹孔(53)内，并通过螺纹(54)与转轴(51)传动连接。3.根据权利要求1所述的一种高速径向透平膨胀机，其特征在于：所述法兰安装板(3)的外侧固定有隔热板(31)，所述隔热板(31)位于所述进气口(11)靠近所述进气口(11)的内侧，所述隔热板(31)上通过喷嘴盖板(14)均匀设有喷嘴(13)。4.根据权利要求3所述的一种高速径向透平膨胀机，其特征在于：所述出气口(12)与叶轮(2)的连接处设有第一迷宫密封(23)；所述蜗壳(1)与法兰安装板(3)的连接处设有密封垫(32)。5.根据权利要求1所述的一种高速径向透平膨胀机，其特征在于：所述法兰安装板(3)的中部固定有轴承套(4)，所述轴承套(4)的内侧通过第二迷宫密封(41)与转轴(51)相接触。6.根据权利要求1所述的一种高速径向透平膨胀机，其特征在于：所述传动设备(5)为高速电机、发电机、风机、增压泵中的任意一种设备。7.根据权利要求6所述的一种高速径向透平膨胀机，其特征在于：所述传动设备(5)的外部设有散热装置(55)，所述散热装置(55)的管路输入端与出气口(12)的一侧相连通。8.根据权利要求6所述的一种高速径向透平膨胀机，其特征在于：所述传动设备(5)的外侧设有连接所述转轴(51)的压力平衡器(56)。

技术总结

本实用新型涉及一种高速径向透平膨胀机，包括蜗壳、叶轮和传动设备，所述叶轮与蜗壳同轴设置，所述蜗壳的径向上设有进气口，所述蜗壳远离所述叶轮的轴向上设有出气口，所述蜗壳的安装端固定有法兰安装板，所述叶轮与法兰安装板转动连接，所述传动设备固定连接在法兰安装板的另一侧，所述传动设备的输入端设有转轴，所述转轴通过端面齿与叶轮的背面轴心处啮合连接。本实用新型将叶轮的背面直接与传动设备的转轴啮合连接，叶轮转动直接带动转轴一起转动输出力矩，其结构简单，降低了制造成本，联动反应时间大大缩短，工作效率也得到大大提升。升。升。