[發(fā)明專利]具有雙中分面的齒輪箱與多級透平集成的膨脹機組

有效

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• 申請日: 2014-06-09
• 公開（公告）號: CN104047646A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發(fā)明（設計）人: 朱陽歷;陳海生;李文;張雪輝;左志濤;譚春青
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: F01K7/18
• 分類號: F01K7/18;F16H57/02;F16H57/023
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技術領域

本發(fā)明涉及流體機械中的多級透平膨脹機組，具體地說是一種具有雙中分面的齒輪箱與多級透平集成的膨脹機組。

背景技術

近年來，利用氣體工質壓力能和熱能的透平膨脹機組應用十分廣泛，結構型式也多種多樣，為工業(yè)生產(chǎn)、民眾生活提供電力和動力。為了使單位體積的設備高效地輸出盡可能多的機械能，透平膨脹機組工質氣體的入口壓力和溫度都在不斷提高，一般采用多級透平完成膨脹功的輸出。工質的入口溫度不太高時，則需要采用透平級間再熱的方式提升工質溫度，并將不同級的透平集成到同一臺齒輪箱上，集中輸出機械能至發(fā)電機或工業(yè)用動力機械，使機組達到結構緊湊、高效輸出機械能的目的。

目前，齒輪箱式多級透平膨脹機組只有單個中分面、單一的透平類型(分向心、混流、軸流三類)及透平支撐結構類型(分懸臂式和兩端支撐式)，其存在如下缺點：一、隨著膨脹機組進口壓力和功率等級的不斷提高，需要更多的透平和換熱級數(shù)，如果采用3根以上輸入軸在同一中分面上平行布置的方案，則低速軸上大齒輪與高速輸入軸齒輪之間需設置中等速度的中間齒輪，用于變速過渡和傳遞軸功，該中間齒輪的齒面兩側受力和磨損不均，且會受與之嚙合的高速軸振動的影響，該結構的傳動穩(wěn)定性較差，中間齒輪的設計難度大且易損壞，因此單一中分面的齒輪箱式膨脹機組很難滿足設計要求；二、膨脹過程中，工質的體積流量變化范圍大，單一類型的透平已不能適應透平的氣動設計方案，且透平尺寸、重量增大或級數(shù)增多時，透平的懸臂支撐結構不能滿足轉子動力學穩(wěn)定性要求，因此需要采用多種透平類型及支撐結構型式來滿足新的齒輪箱式多級透平膨脹機組的設計參數(shù)。

為解決工質高入口壓力、大流量的齒輪箱式多級透平膨脹機組的結構設計及運行穩(wěn)定性的需求，本發(fā)明提出了一種具有雙中分面的齒輪箱與多級透平集成的膨脹機組。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術的缺點和不足，本發(fā)明公開了一種具有雙中分面的齒輪箱與多級透平集成的膨脹機組，涉及流體機械中的多級透平膨脹機組，該膨脹機組解決了工質高入口壓力、大流量的齒輪箱式多級透平膨脹機組的結構設計及運行穩(wěn)定性的需求，使得膨脹機組在膨脹級數(shù)和透平類型選擇具有更高的自由度，透平的氣動和結構設計參數(shù)選擇更優(yōu)，機組運行更加平穩(wěn)，系統(tǒng)效率更高，同時具有造價低、對環(huán)境友好等特點，具有廣闊的應用前景。

為達到上述目的，本發(fā)明的技術解決方案如下：

一種具有雙中分面的齒輪箱與多級透平集成的膨脹機組，包括齒輪箱、多個透平及透平前換熱器、發(fā)電機或工業(yè)用動力機械，其特征在于：

--所述齒輪箱至少包括齒輪箱下箱體、齒輪箱中箱體、齒輪箱上箱蓋，在所述齒輪箱下箱體和齒輪箱中箱體之間的接觸面、以及在所述齒輪箱中箱體和齒輪箱上箱蓋之間的接觸面至少形成兩個中分面，所述齒輪箱下箱體和齒輪箱中箱體之間的中分面為齒輪箱下中分面，所述齒輪箱中箱體和齒輪箱上箱蓋之間中分面為齒輪箱上中分面；所述齒輪箱中布置多根輸入軸和至少一根輸出軸；各輸入軸和輸出軸均通過軸承布置在齒輪箱的所述上、下中分面上；各所述輸入軸通過齒輪組件將動力輸送至輸出軸；

--齒輪箱各所述輸入軸的一端或兩端安裝透平，各所述透平的進氣口前均設置有透平前換熱器，所述多個透平通過管線及透平前換熱器依次串聯(lián)，所述發(fā)電機或工業(yè)用動力機械與齒輪箱的輸出軸固接。

優(yōu)選地，本發(fā)明的具有雙中分面的齒輪箱與多級透平集成的膨脹機組中，所述齒輪箱中布置3～5根輸入軸，機組可安裝的透平總數(shù)為3～10臺；各透平前換熱器也為3～10臺，但數(shù)目與透平個數(shù)可以不對應。

優(yōu)選地，本發(fā)明的具有雙中分面的齒輪箱與多級透平集成的膨脹機組中，齒輪箱的各所述中分面均設置為水平面，所述上中分面上布置2根輸入軸，所述下中分面上布置2根輸入軸和1根輸出軸，該輸出軸布置在所述下中分面上2根輸入軸之間，所述上、下中分面上的各輸入軸上的齒輪都同時與輸出軸上的齒輪嚙合。這樣的齒輪箱中分面及各齒輪軸布置方式，可減少各高速軸振動的相互影響，平衡各齒輪的受力和磨損。

優(yōu)選地，本發(fā)明的具有雙中分面的齒輪箱與多級透平集成的膨脹機組中，齒輪箱的所述下中分面設置為水平面，所述上中分面設置為中間向上凸出、兩邊呈水平布置的折線面，所述下中分面上布置2根輸入軸和1根輸出軸，且該輸出軸布置在所述下中分面上2根輸入軸之間；所述上中分面上布置3根輸入軸，其中1根輸入軸布置在所述上中分面的凸出部分，2根輸入軸布置在所述上中分面的水平部分；所述上、下中分面上的各輸入軸上的齒輪都同時與輸出軸上的齒輪嚙合。這樣的齒輪箱中分面及各齒輪軸布置方式，有利于保證各輸入軸上的齒輪同時驅動輸出軸上的大齒輪。