[發明專利]透平膨脹機

有效

• 申請號: 201911156201.X
• 申請日: 2019-11-22
• 公開（公告）號: CN110966051B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 伍繼浩;陳俊屹;呂翠;龔領會;李青
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: F01D15/10
• 分類號: F01D15/10;F01D25/16;F01D25/08;F01D25/14;F01D25/12
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 曹衛良

本發明提供一種透平膨脹機，包括透平殼體、固定連接于透平殼體一端的蝸殼、收容于透平殼體與蝸殼中的轉軸、固定連接于轉軸一端并收容于蝸殼中的渦輪組件以及同時套于轉軸遠離渦輪組件一端并固定連接于透平殼體的磁懸浮軸承組件與發電機組件；磁懸浮軸承組件包括至少兩個徑向磁懸浮軸承組件及軸向磁懸浮軸承組件；蝸殼包括擴壓管及噴嘴組件，渦輪組件收容于擴壓管靠近噴嘴組件的一端，氣體經噴嘴組件進入渦輪組件并膨脹做功、降溫，進而帶動轉軸轉動，發電機組件在轉軸的帶動下產生電能。本發明提供的透平膨脹機，制造簡單、可靠性好且控制方便。

【技術領域】

本發明涉及制冷及低溫工程領域，尤其涉及一種透平膨脹機。

【背景技術】

透平膨脹機，是空氣分離設備及天然氣(石油氣)液化分離設備和低溫粉碎設備等獲取冷量所必需的關鍵部機，是保證整套設備穩定運行的心臟。

透平膨脹機作為一種旋轉機械，軸承的支撐必不可少?，F有透平膨脹機通常采用氣體軸承，氣體軸承主要分為靜壓氣體軸承和動壓氣體軸承兩大類。對于靜壓氣體軸承其工作時需要時刻從系統回路中抽取高壓氫氣對軸承供氣，維持懸浮力，會增加裝置的復雜性，并造成整個大型液化流程工藝氣體損失，降低系統效率，提高氫液化過程的成本。對于動壓氣體軸承，雖然不需要額外供氣，但氣浮軸承工質為氫氣，粘度密度都很低，其承載能力有限，穩定性較差，不適用于較大質量的軸系支撐。雖然箔片式動壓氣體軸承能夠解決承載力不足、穩定性差問題，但內部箔片在啟動與降速過程存在與軸摩擦磨損問題，加工困難，一段時間需要定期維護。同時，小分子氫氣在大壓差下極易泄漏，對氣浮軸承為防止工作氣體泄漏需要設置更長的密封段，這類密封結構是強烈的非線性振動激勵源，對軸系設計與整機結構布局影響較大。

另外氣體軸承加工制造精度要求高，加工精度將很大程度影響氣浮軸承系統的可用性與穩定性。對于靜壓氣體軸承為提供足夠懸浮力與穩定性，通常其轉子與軸承間間隙在20μm以下，軸承氣孔直徑在100μm左右，整體加工精度希望保證在1μm以下。對于動壓氣體軸承來說其箔片結構和制造工藝十分復雜，表面耐磨涂層要求苛刻，我國目前相關技術積累較弱。此外，氣體軸承要求配合間隙小，裝配精度非常高，保養裝配維修不便，工作階段一旦出現失穩轉軸易抱死，造成不可挽回損失。

鑒于此，實有必要提供一種新的透平膨脹機以克服上述缺陷。

【發明內容】

本發明的目的是提供一種制造簡單、可靠性好且控制方便的透平膨脹機。

為了實現上述目的，本發明提供一種透平膨脹機，包括透平殼體、固定連接于所述透平殼體一端的蝸殼、收容于所述透平殼體與所述蝸殼中的轉軸、固定連接于所述轉軸一端并收容于所述蝸殼中的渦輪組件以及同時套于所述轉軸遠離所述渦輪組件一端并固定連接于所述透平殼體的磁懸浮軸承組件與發電機組件；所述磁懸浮軸承組件包括至少兩個徑向磁懸浮軸承組件及軸向磁懸浮軸承組件；所述蝸殼包括擴壓管及噴嘴組件，所述渦輪組件收容于所述擴壓管靠近所述噴嘴組件的一端，氣體經噴嘴組件進入渦輪組件并膨脹做功、降溫，進而帶動所述轉軸轉動，發電機組件在所述轉軸的帶動下產生電能。

在一個優選實施方式中，所述徑向磁懸浮軸承組件的數量為兩個，所述兩個徑向磁懸浮軸承組件分別位于轉軸的兩端；所述透平殼體內設有收容腔，所述收容腔的內壁凸起形成間隔設置上徑向軸承固定凸臺與下徑向軸承固定凸臺，所述兩個徑向磁懸浮軸承組件分別固定于所述上徑向軸承固定凸臺與所述下徑向軸承固定凸臺上。

在一個優選實施方式中，每個徑向磁懸浮軸承組件包括傳感器轉子、軸承轉子、分別對應并套于所述傳感器轉子、軸承轉子的傳感器定子、徑向軸承定子以及徑向軸承支架；所述傳感器轉子、所述軸承轉子分別套于所述轉軸上并與所述轉軸過盈配合，所述傳感器定子、所述徑向軸承定子分別與對應的傳感器轉子、軸承轉子間隔設置；所述徑向軸承支架用于夾持固定所述傳感器定子與所述徑向軸承定子；所述兩個徑向磁懸浮軸承組件對應的徑向軸承支架分別抵接于上徑向軸承固定凸臺與下徑向軸承固定凸臺，并通過連接件將所述徑向軸承固定與對應的上徑向軸承固定凸臺與下徑向軸承固定凸臺固定連接。