[發明專利]用于潤滑測定體積地工作的膨脹機的流體潤滑材料的高壓側分離

有效

• 申請號: 201280019104.6
• 申請日: 2012-04-12
• 公開（公告）號: CN103547772A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 理查德·奧曼;安德烈亞斯·舒斯特;安德烈亞斯·西歇特
• 申請（專利權）人: 奧爾燦能源有限公司
• 主分類號: F01K25/10
• 分類號: F01K25/10;F04C29/02;F16N7/30;B01D17/04
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 楊生平;鐘錦舜

技術領域

本發明涉及測定體積地（volumetrisch）工作的膨脹機，并且尤其是涉及用于對其潤滑的方法。

背景技術

在現有技術中已知了膨脹機例如蒸汽渦輪機的運行，以及例如借助有機蘭金循環（ORC）方法，該方法用于利用有機介質、例如帶低蒸發溫度的有機介質產生電能，其中所述帶低蒸發溫度的有機介質在相同溫度下與作為工作介質的水相比通常具有較高的蒸發壓力。ORC設備是克勞修斯蘭金循環的一種實現方式，其中例如原理上通過工作介質的絕熱并且等壓的狀態變化來獲得電能。通過工作介質的蒸發、膨脹和接著的冷凝，在此獲得機械能并且轉換為電能。原則上，工作介質通過饋送泵被帶到工作壓力上，并且在蒸發器中給其輸送熱形式的能量，所述熱通過燃燒或者廢熱流來提供。工作介質從蒸發器中流出經由壓力管至膨脹機，在該膨脹機中工作介質被降壓到較低的壓力上。接著，被降壓的工作介質蒸汽流過在其中進行在蒸汽狀工作介質和冷卻介質之間的熱交換的冷凝器，由此冷凝出來的工作介質通過饋送泵在循環中被返回輸送給蒸發器。

膨脹機的特別的等級是測定體積地工作的膨脹機，其也被稱為排擠膨脹機（Verdraengungsexpansionsmaschinen）、包括工作腔并且在工作介質降壓時在該工作腔體積增加期間工作。該膨脹機例如以活塞膨脹機、螺旋膨脹機或者渦桿式開幅器的形式被實現。這種測定體積地工作的膨脹機尤其是使用在小功率級別（例如1至500kW電功率）的ORC系統中。然而，與渦輪機相反，測定體積地工作的膨脹機要求通過潤滑材料尤其是對活塞、或者膨脹腔的滾壓到彼此上的輪廓（側面）以及工作腔的滾動軸承和滑行壁進行潤滑。這樣，要求對支承部位和接觸的側面的潤滑。潤滑劑的使用有利地也導致膨脹機的工作腔的密封，由此在膨脹機內部很少蒸汽由于過流而逸出并且因此提高了效率。有利地，所述潤滑利用油來進行，其中油和新鮮蒸汽一起經過膨脹機，這使得接下來的油和蒸汽的分離成為必要的。

在冷卻技術中可以簡單地實現潤滑。這里，將可溶解的油輸送給工作介質。在壓縮機的出口處，在壓縮蒸汽中存在作為細微分布液滴的油。在高壓下形成的蒸汽油霧現在通過油分離器被引導，在那里油通過旋流器被分離并且冷卻劑蒸汽狀地朝向冷凝器地離開油分離器。現在，油在高壓下存在并且可以直接注入到壓縮機的入口區域中以及被導送給軸承。所述油攜帶低壓蒸汽、與該蒸汽一起被帶到高壓并且然后又可以在油分離器中被分離。

從用于潤滑壓縮機的方法推導出用于潤滑膨脹機的方法。這里，油被添加給工作介質。油和蒸汽的分離在油分離器中同樣在膨脹機的出口處發生。因為在膨脹的情況下在出口處存在比入口處小的壓力，因此油必須通過油循環泵被帶到新鮮蒸汽壓力上，以便能夠在入口處將油注入到新鮮蒸汽中用于側面潤滑。此外，這里也必須給支承部位提供油。圖1示出了現有技術的這種潤滑系統的原理圖。由蒸發器1將工作介質提供給膨脹機2。在膨脹機2中，蒸汽狀的工作介質被降壓并且通過發電機3將釋放的能量轉化為電能。通過油循環泵4將潤滑劑例如潤滑油輸送給膨脹機2。潤滑劑在膨脹機中用于支承部潤滑L和側面潤滑F。潤滑劑連同被降壓的工作介質離開膨脹機2。潤滑劑以細微分布的油霧形式存在于被降壓的工作介質中并且被在油分離器5中與工作介質分離，使得其基本上無油地從油分離器5被提供給冷凝器6。經冷凝的工作介質通過饋送泵7又被輸送給蒸發器1。重新獲得的油通過油循環泵4又被輸送給膨脹機2。

然而，現有技術的潤滑系統具有下面的缺點。因為潤滑劑（潤滑油）在低壓側在經過膨脹機2之后被分離，因此需要設置油循環泵4，因為潤滑劑要在高壓側被輸送給膨脹機2，因此該油循環泵4要克服與運送工作介質的饋送泵7一樣的壓力差，由此導致帶有相應成本的高設備花費。此外，相對大的油分離器5是必要的，因為離開膨脹機2的廢蒸汽具有比輸送給膨脹機2的新鮮蒸汽小的密度、例如小一個數量級的密度。由此形成了帶有相應成本的高的材料花費。由于大的體積而需要對相對高價格的油的大的填充量。此外，借助旋流分離器或者擋板始終在包含潤滑劑的廢蒸汽流的明顯方向變化下實施潤滑劑從工作介質的廢蒸汽的分離，由此與廢蒸汽流動的相對大的體積相結合地出現了壓力損失，所述壓力損失導致作用于膨脹機2的反壓力并且由此導致膨脹機效率的降低。因此油處于低的壓力水平，因此必須使用附加的泵，油循環泵。

此外，相對大的油分離器5由于廢蒸汽的相對大的質量或相對大的體積而具有一定的慣性，其在設備起動或者負載變換時產生不利影響。通常在液體狀態下的帶有大致廢蒸汽溫度的新鮮蒸汽、被注入到新鮮蒸汽中的潤滑劑以不希望的方式減少了新鮮蒸汽溫度和新鮮蒸汽焓，這減少了可完成的工作。