涡旋膨胀机 |
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申请号 | CN201110157492.1 | 申请日 | 2011-05-31 | 公开(公告)号 | CN102330570A | 公开(公告)日 | 2012-01-25 |
申请人 | 阿耐思特岩田株式会社; | 发明人 | 藤冈完; 宇波厚; | ||||
摘要 | 旋 转轴 连接到发 电机 ;高压 蒸汽 s通过导向通道被引入膨胀室b;当高压蒸汽s在膨胀过程期间的 能量 使回转涡旋件回转时,发电机使电 力 再生。连接壳体设置有入口开口和出口开口;通 风 叶片 装配到 旋转轴 。当 通风 叶片旋转时,外部空气被从入口开口引入(壳体内部)并通过入口开口;空气经过 通风口 和回转涡旋件的背面并通过出口开口排出。因此,通过在连接壳体和涡壳的内部形成空气通道的方法能够防止朝向回转涡旋件的背面引导高压蒸汽s。 | ||||||
权利要求 | 1.一种涡旋膨胀机,包括: |
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说明书全文 | 涡旋膨胀机技术领域背景技术[0002] 在涡旋膨胀机中,高压流体被供应到膨胀室中,高压流体在膨胀室中膨胀,高压流体在膨胀过程中膨胀的能量用于使回转涡旋件旋转;因此,涡旋膨胀机设置有回转涡旋件和固定涡旋件,所述回转涡旋件具有形成螺旋形的涡卷,所述固定涡旋件具有形成螺旋形的涡卷,回转涡旋件的涡卷和固定涡旋件的涡卷相互啮合以形成膨胀室。进一步地,回转涡旋件的旋转运动的能量例如被用作用于压缩气体的能量。或者,回转涡旋件的回转运动通过旋转轴传送到发电机以使电力再生。 [0003] 与设置有涡轮的膨胀机相比,优点在于涡旋膨胀机可以为较小尺寸的设备并且所述机器可以用较小动力驱动;因此,所述机器可以有利地使动力再生。或者,膨胀机可以提供给陆地设备,使得通过被引入涡旋膨胀机中的高压蒸汽获得的电力被发送到公用电网(输电网)。专利文献1公开了一种设置有这种再生发电机的膨胀机。 [0004] [文献] [0005] [专利文献] [0006] 专利文献1:JP2007-32291 发明内容[0007] 要解决的问题 [0009] 在膨胀室中,压力级从0.5MPa到1.0MPa的高压流体通常被引入机器中;在高压流体膨胀并完成机械操作之后,蒸汽被减压到略微高于大气条件压力的压力状态并排出到机器的壳体外。因此,少量流体通过关于回转涡旋件和固定涡旋件的密封面泄漏出去。 [0010] 在高压流体为蒸汽或类似物的情况下,当蒸汽从膨胀室流出并冷凝成水时,旋转轴或防止旋转机构的轴承装置可能会生锈;冷凝水可以与诸如滑油的润滑剂混合,使得润滑剂可能由于润滑剂的折合粘度而流出;或者,润滑剂可能被乳化。为了完全密封关于膨胀室的密封面需要大型的密封机构;进一步地,存在的另一个问题是这种密封机构的寿命降低。 [0012] 解决所述问题的装置 [0013] 为了解决上述问题,本发明公开了一种涡旋膨胀机,所述涡旋膨胀机包括但不限于: [0014] 固定涡旋件,所述固定涡旋件包括但不限于镜面板和螺旋形涡卷,所述螺旋形涡卷设置在镜面板上; [0015] 回转涡旋件,所述回转涡旋件包括但不限于镜面板和螺旋形涡卷,所述螺旋形涡卷设置在镜面板上,回转涡旋件的螺旋形涡卷和固定涡旋件的螺旋形涡卷相互啮合,从而形成膨胀室; [0016] 防止旋转机构,所述防止旋转机构能够防止回转涡旋件的旋转运动; [0017] 旋转轴,所述旋转轴响应回转涡旋件的回转运动旋转;和 [0018] 发电机,所述发电机连接到旋转轴并使电力再生, [0019] 至少一个入口开口,所述至少一个入口开口设置在布置在回转涡旋件与发电机之间的壳体处; [0020] 至少一个出口开口,所述至少一个出口开口设置在固定涡旋件侧; [0021] 空气通道,所述空气通道通过环绕旋转轴的空间将空气从入口开口引导到出口开口,所述空间在形成在回转涡旋件与固定涡旋件之间的密封面的外周边外;和[0022] 鼓风机,所述鼓风机将外部空气从入口开口引入空气通道, [0023] 其中,电力通过引入膨胀室的高压蒸汽的膨胀能量再生, [0024] 其中,利用鼓风机经由从入口开口到出口开口的空气通道形成气流。 [0025] 依此方式,已经膨胀和通过密封面泄漏出来的流体可以被排出到壳体外部而无需朝向回转涡旋件的背面引导所述流体以及无需靠近回转涡旋件的背面。 [0026] 如上所述,根据本发明,鼓风机将外部空气朝向回转涡旋件的背面引入壳体内部;在气流经过回转涡旋件之后,气流形成为使得所述气流经过形成在回转涡旋件与固定涡旋件之间的密封面的外周边外部的空间;然后,由鼓风机引入的空气被从壳体中排出。 [0027] 由于气流的风压,从密封面泄漏的已减压(膨胀)的流体不会被朝向回转涡旋件的背面引导而是被引导到壳体外。因此,可以防止由诸如旋转轴和防止旋转机构的轴承装置的设备中的腐蚀性流体引起生锈;可以消除冷凝水与润滑剂混合、包括水的润滑剂流出或润滑剂乳化的现象。 [0028] C1.2 [0029] 本发明的优选实施例为涡旋膨胀机,其中 [0030] 所述壳体为布置在回转涡旋件与发电机之间的空间中的连接壳体; [0031] 旋转轴被布置成使得旋转轴穿过连接壳体的内部空间,以便响应回转涡旋件的回转运动将旋转运动传送到发电机; [0032] 涡旋膨胀机还包括但不限于: [0033] 从回转涡旋件侧支撑旋转轴的轴承装置; [0034] 从发电机侧支撑旋转轴的轴承装置;和 [0035] 入口开口,所述入口开口被布置成面对连接壳体的发电机侧的轴承装置,[0036] 其中,气流通过从入口开口到出口开口的空气通道形成,使得空气通过发电机侧的轴承装置附近的空间传送,所述空间位于防止旋转机构与回转涡旋件侧的轴承装置之间,并且所述空间在密封面的外周边之外,出口开口布置在涡壳的围绕固定涡旋件的底部端部处。 [0037] 如上所述,从密封面泄漏出来的已减压(膨胀)的流体不会被朝向回转涡旋件的背面引导而是排出到壳体外部。因此,可以防止轴承装置生锈。进一步地,由于外部空气被引入壳体内部,因此可以冷却轴承装置。因此,即使当壳体内部的设备由于高温且高压的蒸汽被加热时,由于外部空气也可以冷却设备。因此,可以保持装置的可靠性。 [0040] 本发明的又一个优选实施例为涡旋膨胀机,其中鼓风机布置在壳体的外周边表面侧,使得鼓风机面向入口开口。 [0041] 依此方式,当鼓风机布置在壳体外时,关于壳体内部的空气通道的形成可以容易地获得而不会受到布置鼓风机的干扰。进一步地,通过将鼓风机布置在壳体外的方式可以容易地执行鼓风机的维护。 [0042] 进一步地,通过发电机再生的电力可以为用于驱动鼓风机的电源。因此,可以节省鼓风机所需的电力。 [0043] 本发明的效果 [0044] 根据本发明的涡旋膨胀机,所述机器包括但不限于: [0045] 回转涡旋件,所述回转涡旋件包括但不限于镜面板和螺旋形涡卷,所述螺旋形涡卷设置在镜面板上; [0046] 回转涡旋件,所述回转涡旋件包括但不限于镜面板和螺旋形涡卷,所述螺旋形涡卷设置在镜面板上,回转涡旋件的螺旋形涡卷和固定涡旋件的螺旋形涡卷相互啮合,从而形成膨胀室; [0047] 防止旋转机构,所述防止旋转机构能够防止回转涡旋件的旋转运动; [0048] 旋转轴,所述旋转轴响应回转涡旋件的回转运动旋转;和 [0049] 发电机,所述发电机连接到旋转轴并使电力再生,电力通过引入膨胀室的高压蒸汽的膨胀能量再生, [0050] 其中,涡旋膨胀机还包括但不限于: [0051] 至少一个入口开口,所述至少一个入口开口设置在布置在回转涡旋件与发电机之间的壳体处; [0052] 至少一个出口开口,所述至少一个出口开口设置在固定涡旋件侧; [0053] 空气通道,所述空气通道通过环绕旋转轴的空间将空气从入口开口引导到出口开口,并且所述空间在形成在回转涡旋件与固定涡旋件之间的密封面的外周边外;和[0054] 鼓风机,所述鼓风机从入口开口将外部空气引入空气通道并使外部空气通过入口开口,以及 [0055] 其中 [0056] 通过利用鼓风机经由从入口开口到出口开口的空气通道形成气流。 [0057] 依此方式,已经膨胀和通过密封面泄漏出来的流体可以被排出到壳体外部而无需朝向回转涡旋件的背面引导所述流体以及无需靠近回转涡旋件的背面。 [0058] 因此,可以防止铁锈出现在诸如布置在回转涡旋件的背面的轴承装置的设备上;可以防止粘性由于冷凝水混合到润滑剂中而降低的润滑剂泄漏;进一步地,可以消除关于由于冷凝水混合到润滑剂中而使润滑剂乳化的问题。此外,可以通过利用外部空气冷却设备。依此方式,可以保持设备的可靠性。 附图说明 [0059] 下面将参照本发明的优选模式和附图更详细地说明本发明,其中: [0060] 图1显示根据本发明的第一模式的涡旋膨胀机的横截面,所述横截面平行于前视图平面; [0061] 图2显示图1中的A-A横截面; [0062] 图3显示图1中的B-B横截面;和 [0063] 图4显示根据本发明的第二模式的涡旋膨胀机的横截面,所述横截面平行于前视图平面。 具体实施方式[0064] 在下文中将参照图中显示的模式或实施例详细说明本发明。然而,除非特别具体的提及,否则在这些模式或实施例中说明的部件的尺寸、材料、形状、相对位置等不应该理解为限制本发明的保护范围。 [0065] (第一模式) [0066] 根据图1-3,以下说明根据本发明的涡旋膨胀机的第一模式。如图1-3所示,根据当前模式的涡旋膨胀机10A包括但不限于: [0067] 形成在回转涡旋件18与发电机16之间的空间中的连接壳体12; [0068] 旋转轴36,所述旋转轴通过连接壳体12的内部,并将回转涡旋件18的回转运动传送到发电机; [0069] 从回转涡旋件侧支撑旋转轴36的轴承装置38;和 [0070] 布置在连接壳体12的一位置处的多个入口开口58,所述开口面对轴承装置40。 [0071] 进一步地,连接壳体12的内部除了多个入口开口58和出口开口64之外均被封闭,出口开口稍后说明。包含发电机16的发电机外壳14连接到连接壳体12,发电机外壳14设置在连接壳体12上。回转涡旋件18和固定涡旋件24布置在连接壳体12的下方。回转涡旋件18包括但不限于:镜面板20和竖直地安装在镜面板26中的螺旋形涡卷28。 [0072] 回转涡旋件18的螺旋形涡卷22和固定涡旋件24的螺旋形涡卷26彼此相面对布置,涡卷22和涡卷26相互啮合以形成膨胀室b。回转涡旋件18和固定涡旋件24在密封面C处相互接触,在密封面C处防尘密封件29设置在涡旋件18和24之间。 [0073] 支撑板19固定安装在回转涡旋件18的背面。在支撑板19的背面上的中间部分中,凸起部30与支撑板19一体形成。套筒32插入凸起部30中;偏心轴34通过套筒32装配在凸起部的内部。偏心轴34的轴线环绕布置在偏心轴34上方的旋转轴36的轴线偏心地旋转,旋转轴36与偏心轴34一体形成。在图2中所示的偏心轴34的圆形横截面中,显示了旋转轴的旋转中心O。 [0074] 具有至少一个滚珠-滚柱轴承(滚珠轴承或滚柱轴承)的轴承装置38、具有至少一个滚珠-滚柱轴承的轴承装置40以及具有至少一个滚珠-滚柱轴承的轴承装置41能够自由旋转地支撑旋转轴36;由此,轴承装置40和41布置在发电机外壳14中。进一步地,支撑板19的背面19a上设置至少一个防止旋转机构42,从而限制回转涡旋件18的旋转运动,而回转涡旋件仅执行回转运动。 [0075] 对于防止旋转机构42,靠近连接壳体12形成的轴壳体部分44通过具有至少一个滚珠-滚柱轴承的轴承装置48能够自由旋转地支撑销-曲柄轴46。另外,在支撑板19的背面19a上,轴壳体部分50被设置成使得部分50与支撑板19一体形成。轴壳体部分50通过具有至少一个滚珠-滚柱轴承的轴承装置54能够自由旋转地支撑偏心销52,所述偏心销偏心地连接到销-曲柄轴46。 [0076] 进一步地,在轴承装置38与轴承装置40之间(回转涡旋件18侧),多个通风叶片(4个叶片)56在入口开口58下方的高度水平处装配到旋转轴36的外周边。另外,在连接壳体12的外周边上钻出为圆孔的入口开口58,所述开口沿着卷材方向布置在通风叶片56上方的高度水平处。 [0077] 如图3所示,轴壳体60设置成使得轴壳体部分60与连接壳体12一体形成并支撑轴承装置38;连接壳体12的环绕轴壳体部分60的外周边的下部设置有为弯曲轨迹形状(为拱起椭圆形轨迹的外周边的形状)的多个通风口62,其中沿着轴壳体部分60的弧形外周边(沿着卷材方向)钻出所述开口。 [0078] 进一步地,如图1和图2所示,涡壳120流体密封地装配到连接壳体12;由此,连接壳体12的中心轴线与涡壳的中心轴线一致。进一步地,在固定涡旋件24的外周边附近以及在涡壳120的底部附近钻出多个具有圆形形状横截面的出口开口;出口开口64关于涡壳的中心轴线沿卷材方向且沿着固定涡壳24的外周边布置。 [0079] 在如上所述的涡旋膨胀机10A中,当通过固定涡旋件的底部中间部分引入涡旋机的高压流体例如为高压蒸汽s时,高压蒸汽s接着被供应给膨胀室b;高压蒸汽的能量使得回转涡旋件18响应蒸汽膨胀过程回转。由于关于回转涡旋件18的旋转运动由于防止旋转机构42受到限制,因此回转涡旋件18仅执行回转运动;并且回转涡旋件的回转运动通过偏心轴34朝向旋转轴36传送。因此,旋转轴36和发电机16的转子16a旋转,使得发电机产生电力。. [0080] 进一步地,通风叶片56响应旋转轴36的旋转运动旋转;通风叶片56的运动将外部空气引入连接壳体12的内部。引入连接壳体12内部的外部空气a沿着回转涡旋件18的背面通过通风口62并流动;进一步地,外部空气a通过防止旋转机构42传送。进一步地,外部空气a沿着关于回转涡旋件18和固定涡旋件24的外周边流动,并且通过出口开口64朝向外部排出;排出的空气的方向从旋转轴的中心轴线方向向下且略微向外。 [0081] 根据当前模式,响应于涡壳120内形成的气流(关于外部空气a)的风压,通过密封面泄漏出来的高压蒸汽s没有朝向回转涡旋件18的上部背面流动而是向下流动;并且泄漏的蒸汽通过出口开口64从涡壳120排出。因此,涡壳内的设备,例如包括回转涡旋件背面上的轴承装置38、40、48和54的设备,不会由于从已经通过密封面C泄漏的泄漏蒸汽s获得的冷凝水造成生锈。另外,不会出现冷凝水与润滑剂相混合、润滑剂的粘性降低、折合粘度加剧润滑剂的泄漏或者润滑剂被乳化。 [0082] 另外,根据当前模式,形成使外部空气a流动通过的空气通道,使得空气经过旋转轴36的轴承装置38和防止旋转机构42的轴承装置48;进一步地,形成外部空气a的流动,使得空气的流动(气流)面向轴承装置54的外周边和密封面C。因此,可以具有通过外部空气a冷却在此说明的装置的额外效果。因此,即使当连接壳体12或涡壳120内的设备由于高温且高压的蒸汽s被加热时,设备的温度也可以降低。因此,可以增强所述设备的可靠性。 [0083] 进一步地,由于通风叶片56装配到旋转轴36,因此用于通风叶片56的驱动齿轮可以省去。因此,用于驱动叶片56的驱动机构可以被简化且可以降低成本。因此,可以容易地布置连接壳体120内的用于外部空气a的通风口。 [0084] (第二实施例) [0085] 接下来,根据图4说明本发明的第二模式。根据当前模式的涡旋膨胀机10B包括但不限于鼓风机70,所述鼓风机设置有多个通风叶片72和驱动电动机(未示出),鼓风机70装配到设置在轴承装置38与发电机外壳14之间的位置处的连接壳体12的外周边壁处。 进一步地,连接壳体12设置有入口开口71,所述入口开口71的直径与通风叶片72的直径相对应,在连接壳体12的外周边侧壁上钻出入口开口71。另外,第二实施例中与第一实施例相同的部件给出相同的附图标记;并且省略重复说明。 [0086] 根据当前模式,鼓风机70布置在连接壳体12外;因此,连接壳体12内的空气通道容易形成。进一步地,由于鼓风机70布置在连接壳体12外,因此可以容易地执行鼓风机的维护。此外,由于鼓风机70布置在连接壳体12外,因此通过发电机16再生的电力的一部分可以用作用于驱动鼓风机70的驱动力。因此,可以节省鼓风机所需的电力。 [0087] 工业应用性 [0088] 根据本发明,即使当作为高压流体的腐蚀性流体被引入涡旋膨胀机时,也可以避免涡旋膨胀机出现诸如由机器中的设备中的腐蚀性流体造成生锈、润滑剂泄漏以及润滑剂乳化的问题。依此方式,可以以简单且节约成本的方式获得涡旋膨胀机。 |