[实用新型]两级悬臂式轴流膨胀机

说明书

本实用新型公开了一种两级悬臂式轴流膨胀机，包括第一级膨胀机、第二级膨胀机和电机；所述第一级膨胀机包括进气壳体、第一级喷嘴环和第一级转子叶轮；所述第二膨胀机包括机组外壳体、第二级喷嘴环和第二级转子叶轮；所述电机包括电机转子和定子绕组；所述进气壳体与机组外壳体相对设置形成空腔，所述电机转子沿空腔的轴心设于空腔内，所述电机转子外沿进气壳体至机组外壳体的方向依次设有辅推轴承壳、电机壳体和第二级导流壳体，所述电机转子靠近进气壳体的端面同轴设置有第一级输入端，所述电机转子靠近机组外壳体的端面同轴设置有第二级输入端。本实用新型利用两级轴流，可以有效降低膨胀机转速，提升电机、变频器的可靠性和效率，并获得较高的能量转化率。

技术领域

本实用新型涉及余压和余热发电系统中的膨胀机技术领域，特别是一种两级悬臂式轴流膨胀机。

背景技术

目前我国天然气输配管网的压力调节均采用阀门泄压，压力能量都没有得到利用，造成了大量的能量浪费。我国天然气年消耗量约2000亿立方米，其中自采1300多亿立方米，进口600多亿立方米。从采气口到用户均存在不同程度的调压环节，采用膨胀机代替调压阀降压，可以对浪费的压力能量进行回收，转化为机械能用于发电

天然气属于易燃易爆气体，一旦泄漏，就存在很大的安全隐患。目前我国已建成的几个天然气压差发电示范项目，均存在许多的问题，最主要的问题就是天然气的泄漏。传统的方法是在膨胀机输出轴上安装轴端密封。采用的密封主要有涨圈、机械密封和干气密封。涨圈密封价格便宜，结构简单，但是密封性能较差，常伴有小量的天然气泄漏。机械密封需要高压油站配合，利用高压滑油来封气，会有少量滑油渗入膨胀机内，进而附着在下游设备上。另外，机械密封寿命短机组维修、保养频繁。干气密封系统复杂，成本高，使用过程中需消耗大量高压氮气，即使在机组停机后，仍然需要长时间消耗高压氮气，运行成本高，适合在兆瓦级以上的大功率设备上使用。

另外，发电机组如果采用油润滑，滑油泄漏进入天然气管道后，会对下游的输配气造成影响。

天然气压差发电系统中，工质压力高，气体密度大，使得机组在加大质量流量的情况下，体积流量任然很小，功率密度非常大。目前小流量膨胀机多采用向心涡轮，但是单级向心涡轮转速很高，多级向心涡轮管道复杂，管道连接法兰多，潜在的泄漏点较多。向心涡轮由于叶轮自身几何形状的限制，设计时对转速的适应范围较小，降低转速的空间非常有限。使得机组转速较高，电机功率很难满足设计要求。

有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle简称ORC)发电与天然气压差发电，有很多相同的地方。工质都是烃类有机物，都需要采用膨胀机将压力能转化成电能，所面临的问题基本一致。

天然气压差发电系统和ORC发电系统中，膨胀机的工作压力都较高，大部分机组工作压力都在兆帕级。由于气压较高，膨胀机轴向推力都非常大。即使发电功率100kW左右的机组，如果不对轴向推力进行专门调整，部分机组轴向推力可以达到10000牛以上。如果采用磁悬浮或空气悬浮轴承等无油润滑技术，机组能承受的轴向推力非常有限，通常需要控制在1000牛以下，所以单从膨胀机叶片设计的角度去降低轴向推力，经常无法满足设计要求。

综上所述，现有的膨胀机应用到天然气和有机朗肯循环系统中，主要存在以下几个问题：

1、密封问题；

2、滑油对工质气造成污染；

3、机组转速高可靠性差；

4、膨胀机轴向推力都非常大，机组能承受的轴向推力非常有限；

5、寿命短，维修、保养频繁；

6、系统复杂，造价高。

实用新型内容