[發明專利]低溫液體膨脹渦輪機

有效

• 申請號: 201280051615.6
• 申請日: 2012-10-15
• 公開（公告）號: CN104136767B
• 公開（公告）日: 2018-11-06
• 發明（設計）人: S·斯甘巴蒂;F·哈恩澤爾
• 申請（專利權）人: 克里奧斯塔股份有限公司
• 主分類號: F03B13/00
• 分類號: F03B13/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 周春梅;何逵游

一種低溫液體膨脹渦輪機具有渦輪機葉輪(6)、至少一個徑向進口(12)和干氣體密封裝置(30)，所述渦輪機葉輪(6)安裝在旋轉軸(8)上，所述至少一個徑向進口(12)用于要在膨脹渦輪機(20、22)中膨脹的低溫液體，用于旋轉軸，所述干氣體密封裝置(30)沿著該旋轉軸(8)位于該渦輪機葉輪(6)與該軸承(20和22)之間的位置處。在該渦輪機葉輪(6)與該干氣體密封裝置(30)之間存在隔熱構件(70)，在該隔熱構件(70)的干氣體密封裝置(30)側上存在氣體腔室(76)，并且存在至所述氣體腔室(76)的用于低溫氣體的進口(78)。

技術領域

本發明涉及一種低溫液體膨脹渦輪機。

背景技術

低溫液體渦輪機在某些環境下作為Joule-Thomson閥的替換物或附件而在低溫工程領域中是眾所周知的。

雖然這種渦輪機在低溫溫度下操作，但是該機器典型地具有軸向布置的部件，這些部件在環境溫度處或環境溫度以上操作，特別是用于支撐安裝有渦輪機葉輪的旋轉軸的一個或更多個軸承。理論上，熱力學效率最高的低溫液體膨脹渦輪機是那些采用徑向流體流入的渦輪機。然而，實踐中存在產生如下效果的趨勢，由閃蒸引起不合需要的熱流或形成第二蒸汽相，或者不能容易地在低溫溫度處的零件與更高溫度處的零件之間的軸承處獲得滿足需要的密封，從而導致選擇膨脹渦輪機或Joule-Thomson閥的替換形式而非徑向進口液體膨脹渦輪機。

發明內容

根據本發明，提供一種低溫液體膨脹渦輪機，其具有渦輪機葉輪、至少一個徑向進口、至少一個軸承和干氣體密封裝置，所述渦輪機葉輪安裝在旋轉軸上，所述至少一個徑向進口用于要在該膨脹渦輪機中膨脹的低溫液體，所述至少一個軸承用于該旋轉軸，所述干氣體密封裝置沿著旋轉軸位于該渦輪機葉輪與所述軸承之間的位置處，其特征在于，在該渦輪機葉輪與該干氣體密封裝置之間存在隔熱構件，在該隔熱構件的干氣體密封裝置側上存在氣體腔室，并且存在至所述氣體腔室的用于低溫氣體的進口。

典型地，除了用于低溫氣體的所述進口之外，該干氣體密封裝置還具有用于非低溫干氣體的進口。

該渦輪機葉輪可以適合于允許低溫液體在其膨脹期間閃蒸。

在根據本發明的閃蒸低溫液體渦輪機中，典型地，該渦輪機葉輪的向前的面是有缺口的(scalloped)。渦輪機葉輪的這種配置被認為降低了葉輪上的液體摩擦。

典型地，該氣體腔室具有至所述渦輪機葉輪的用于低溫氣體的第一出口。

典型地，所述第一出口穿過第一迷宮式密封件，從而限制穿過其中的氣體流。

典型地，該氣體腔室還具有用于低溫氣體的第二出口，所述第二出口經由第二迷宮式密封件與該干氣體密封裝置連通。

典型地，該干氣體密封裝置是干氣體密封件，例如，單個干氣體密封件或串聯干氣體密封件。

典型地，存在來自該干氣體密封裝置的與喇叭口連通的第一通氣口。替代地，該第一通氣口可以與外部大氣或與氣體回收裝置連通。此外，可以存在來自該干氣體密封裝置的與外部大氣連通的第二通氣口。

在一個優選實施例中，該軸承是含油軸承，并且，通過包括多個軸向間隔的碳環的另一軸密封裝置保護該干氣體密封裝置免受油蒸氣。典型地，所述碳環之間的空間與非低溫干氣體源連通。在其它實施例中，該軸承是氣體軸承或磁性軸承。

根據本發明的低溫液體渦輪機可以聯接到發電機或機械制動器。該機械制動器能夠為任何便利的形式，例如，壓縮機葉輪或油制動器。

本發明還提供一種操作所述低溫液體渦輪機的方法，其中，一部分低溫液體蒸發從而形成所述低溫氣體。

典型地，在該氣體腔室中維持的壓力在5至10巴的范圍內。

典型地，該低溫液體是天然氣，但是能夠替代地為另一低溫液體，例如液氮或液態空氣。