[其他]全動壓氣體軸承低溫增壓-膨脹機

無效

• 申請號: 86103011
• 申請日: 1986-04-29
• 公開（公告）號: CN1003185B
• 公開（公告）日: 1989-02-01
• 發明（設計）人: 葉士祿;郭有儀
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 代理公司: 西安交通大學專利事務所
• 代理人: 汪人和

本發明涉及一種全動壓氣體軸承低溫增壓－膨脹機，主要用于制氧機及低溫裝置，作為提供冷量的來源。為了回收膨脹功和增大制冷量將來自壓縮機的氣體先進入低溫增壓壓縮，然后再進入膨脹葉輪膨脹制取冷量（可將傳統的透平膨脹機的制動風機改作低溫增壓壓縮機）。同時本發明所述的增壓－膨脹機采用柔性全動壓氣體軸承將透平膨脹機和低溫增壓壓縮機連為一體。

本發明屬氣體的液化技術領域，特別是涉及一種氣體液化裝置中的增壓-膨脹裝置。

液化氣體裝置如制氧機及其他低溫裝置，常采用透平膨脹機以提供必要的冷量。傳統的透平膨脹機，利用由壓縮機來的壓力氣體，在膨脹葉輪中膨脹制取冷量，同時輸出外功。在大多數工業應用中，因透平膨脹機的轉速高達每分鐘數萬轉到數十萬轉往往受到電機轉速的限制，致傳動系統相當復雜必須采用變速齒輪箱。因此，這種電機制動的透平膨脹機雖能回收膨脹功，但應用時受到限制，（見“透平膨脹機”162-199頁計光華編機械工業出版社）如蘇制的BP-5型制氧機配套的電機制動的透平膨脹機。目前另有一種用風機制動的透平膨脹機，它比前者簡單可靠，但膨脹機不能回收膨脹功，而作為無用功釋放掉，如我國制造的PLK2500×2/4.83-0.37型風機制動透平膨脹機。還有的膨脹機，它的軸承采用由外界供氣的靜壓氣體軸承，但由于它必須備有附加供氣系統而使整個機構變得更為復雜。也有采用剛性支承的動壓氣體軸承。（見①大眾機械雜志1986年№.2“動壓氣體軸承新技術”-葉士祿，②O.Decker：Proc.Gas Bearing Symp，Churchill College，paper C：1976，③十合晉一，崗野真：特許第1075919號和④十合晉一，崗野真，松本文雄，小美濃：特愿昭56-145501，昭58-50314）。為了回收膨脹功，目前有一種增壓壓縮機，它串聯在膨脹機的制動風機之后，以增大壓縮機的進口壓力，提高增壓比δ₀，如日本電子技術綜合研究所為核反應堆超導送電設計的低溫氦離心式增壓壓縮機（見（1）SCES-85′上海國際低溫工程討論會論文集“日本低溫技術的最新進展”-〔中〕葉士祿〔日〕永野弘，（2）西安交通大學學報內參1985′№.20，總第169期）。但由于增壓和膨脹是二個獨立的系統，二者之間沒有內在的聯系故這種結構仍比較復雜。

本發明的任務是在制氧機及低溫裝置中，利用膨脹功而降低壓縮機壓力，提供一種以降低能耗為目標的全動壓氣體軸承低溫增壓-膨脹機。

本發明的技術解決方案是將壓縮機來的氣體，先通過透平膨脹機的增壓葉輪，（可將傳統的透平膨脹機的制動風機改為增壓壓縮機的增壓葉輪），進行低溫增壓，然后再進入膨脹葉輪進行低溫膨脹，制取冷量。由于氣體增壓后進入膨脹機，擴大了膨脹比，使制冷量增大約40%，因而可使整個制氧機及低溫裝置的正常工作壓力下降，能耗降低。在結構上，所述低溫增壓-膨脹機是將低溫增壓壓縮機與透平膨脹機結合為一體，中間采用柔性全動壓氣體軸承連接，整個機器處于低溫下工作，正常運轉時無附加功耗，不需要外界供應軸承氣。

增壓壓縮機所產生的壓縮熱，可以根據氣體狀態方程及氣體過程方程，進行計算，確定增壓后的溫升。

動壓氣體軸承，依靠軸承特種線型，當粘性流體在流道中流動時，產生動壓效應，將軸承摩擦副隔離而承載，它無需外界提供壓力氣體，故降低了能耗，簡化了系統。但制造與工藝十分復雜，加工精度要求極高（0.5μm～1μm級）。因而推廣應用受到限制。本發明采用柔性全動壓結構，就可以大幅度降低制造難度。

附圖是全動壓氣體軸承低溫增壓-膨脹機的剖視圖。

圖中（1）是低溫增壓壓縮機，（2）是動壓徑向軸承，（3）是徑向柔性環，（4）是軸向柔性環，（5）是動壓止推軸承，（6）是透平膨脹機，（A）表示氣體來自壓縮機，（B）表示氣體來自低溫增壓壓縮機，（C）表示低溫低壓氣體輸送至制氧機或低溫裝置的分離液化系統。