一种大功率高效气体膨胀机的制作方法

1.本实用新型涉及叶轮机械技术领域，具体涉及一种气体膨胀机。


背景技术：

2.储能系统可以提高电网的经济性、安全性和稳定性，近年来得到了显著发展，为了进一步提高压缩空气储能系统、超临界二氧化碳储能系统的效率以及对电网调峰、碳达峰、碳中和的促进效果，大功率等级的储能系统亟需研制并投入运营。
3.目前化学、飞轮储能系统的功率等级一般较小，大功率等级的储能系统只有抽水蓄能、压缩空气储能、超临界二氧化碳储能，但抽水蓄能系统的建设周期长、选址有特殊要求、建设成本高，因此亟需研制大功率等级压缩空气储能系统、超临界二氧化碳储能系统以填补相应的技术应用空白。


技术实现要素：

4.因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中的储能系统的功率等级低的缺陷，从而提供一种大功率高效气体膨胀机。
5.为了解决上述技术问题，本实用新型提供的气体膨胀机，包括：
6.同轴连接的第一转子轴和第二转子轴，所述第一转子轴与所述第二转子轴上均具有多级动叶；
7.第一膨胀缸，套设在所述第一转子轴上，所述第一膨胀缸上具有与外界连通的进/排气口，所述第一转子轴在所述第一膨胀缸内转动输出功；
8.第二膨胀缸，套设在所述第二转子轴上，所述第二膨胀缸上具有与外界连通的进/排气口，所述第二转子轴在所述第二膨胀缸内转动输出功；
9.所述第一膨胀缸与所述第二膨胀缸内均具有多级喷嘴环，所述喷嘴环与所述动叶交替排列。
10.作为优选方案，所述第一膨胀缸被分隔成多个膨胀腔，各所述膨胀腔上均开设有进/排气口。
11.作为优选方案，所述第一膨胀缸内的多个膨胀腔呈对向分布，对称设置的两个所述膨胀腔内的气体流向相反。
12.作为优选方案，所述第一转子轴的端部上套设有止推轴承。
13.作为优选方案，所述第二膨胀缸被分隔成两个膨胀腔，两个所述膨胀腔的进气端汇聚成一个进气口，两个所述膨胀腔的排气端汇聚成一个排气口。
14.作为优选方案，所述第二膨胀缸内两个膨胀腔内的通流结构镜像对称设置，两个所述膨胀腔内的气体流向相反。
15.作为优选方案，所述第二膨胀缸上的排气口的方向朝下设置。
16.作为优选方案，所述第一转子轴与所述第二转子轴之间通过转子半联轴器连接，所述第一转子轴与所述第二转子轴通过依次间隔设置的第一径向轴承、第二径向轴承以及
第三径向轴承进行支撑。
17.作为优选方案，所述动叶的叶顶处具有多个间隔设置的梳齿，所述梳齿包括依次交替排列第一梳齿和第二梳齿，所述第一梳齿的长度大于所述第二梳齿的长度；
18.所述第一膨胀缸与所述第二膨胀缸内均具有与所述动叶间隙配合的抵接部，所述抵接部上具有交替排列的凹槽和凸起；所述第一梳齿的部分伸入所述凹槽内、并与所述凹槽间隔相对，所述第二梳齿与所述凸起间隔相对。
19.作为优选方案，所述凸起的朝向进气端的一侧设有退刀槽。
20.本实用新型技术方案，具有如下优点：
21.1.本实用新型提供的大功率高效气体膨胀机，第一转子轴与第二转子轴同轴连接，仍为单轴系结构；双缸实现多级膨胀，完成更大的功率输出，具有功率密度大，单位功率成本低的特点；同时大功率输出，使转轴系转速能够直接满足电网频率要求，不需要齿轮箱来改变输出转速，尽量减小机械能量损失,能量转换效率高；另外，各零部件尺寸相对较小，结构紧凑，方便加工、装配、运输。
22.2.本实用新型提供的大功率高效气体膨胀机，第一膨胀缸内的多级膨胀腔结构，实现多级膨胀，能够获得更大的功率输出；第二膨胀缸内的两个膨胀腔内的通流结构镜像对称设置，且两个腔室内的气体流向相反，使第二转子轴几乎不受轴向推力，以减小整个轴系的轴向推力。
23.3.本实用新型提供的大功率高效气体膨胀机，第二膨胀缸内的两个膨胀腔进行分流膨胀，提高整机的能量转换效率和结构强度的合理性。
24.4.本实用新型提供的大功率高效气体膨胀机，第二膨胀缸上的排气口朝下设置，排气推力可以抵消部分作用于缸体及轴承座上的重力，以减小第二膨胀缸的结构应力水平以及因受力产生的形变。
25.5.本实用新型提供的大功率高效气体膨胀机，凸起的朝向进气端的一侧设有退刀槽，可以使得流过齿尖的高速气流通过退刀槽返流，以提高梳齿出口侧的阻力，进一步减小叶顶间隙处的泄漏量，提升膨胀机的能量转换效率。
附图说明
26.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本实用新型中提供的气体膨胀机的结构示意图。
28.图2为第一膨胀缸的结构示意图。
29.图3为第二膨胀缸的结构示意图。
30.图4为动叶的气封结构示意图。
31.附图标记说明：
32.1、第一转子轴；2、第二转子轴；3、第一膨胀缸；4、第二膨胀缸；5、转子半联轴器；6、第一轴承箱；7、第一径向轴承；8、第三轴承箱；9、第三径向轴承；10、第二轴承箱；11、第二径向轴承；12、止推轴承；13、测速齿轮；14、油封；15、第一膨胀腔；16、第二膨胀腔；17、第三膨
胀腔；18、第一进气口；19、第一排气口；20、第二进气口；21、第二排气口；22、第三进气口；23、第三排气口；24、喷嘴环；25、轴封；26、动叶；27、第四膨胀腔；28、第四进气口；29、第四排气口；30、第一梳齿；31、第二梳齿；32、凸起；33、凹槽；34、退刀槽；35、轴封件。
具体实施方式
33.下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
34.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
35.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
36.此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
37.本实施例提供的大功率高效气体膨胀机，包括：第一转子轴1、第二转子轴2、第一膨胀缸3以及第二膨胀缸4。
38.如图1所示，所述第一转子轴1与所述第二转子轴2之间通过转子半联轴器5进行同轴连接，拼接成单轴系结构；所述第一转子轴1的部分伸入第一轴承箱6内，所述第一轴承箱6内的第一径向轴承7对其进行转动支撑；所述第二转子轴2的部分伸入第三轴承箱8内，所述第三轴承箱8内的第三径向轴承9对其进行转动支撑；所述第一转子轴1与第二转子轴2的连接处伸入第二轴承箱10内，所述第二轴承箱10内的第二径向轴承11对所述第一转子轴1进行转动支撑。所述第一轴承箱6内设有止推轴承12，所述止推轴承12对所述第一转子轴1进行转动支撑，所述止推轴承12用来抵消第一转子轴1以及第二转子轴2上的总的轴向推力。所述第二转子轴2的端部套设有测速齿轮13，所述测速齿轮13用来测量第二转子轴2的输出转速。其中，轴承箱与转子轴之间通过油封14进行密封连接。
39.如图1、图2所示，所述第一膨胀缸3通过轴封件35套设在所述第一转子轴1上，所述第一转子轴1能够在所述第一膨胀缸3内转动；所述第一膨胀缸3的内部被分隔成互不连通的第一膨胀腔15、第二膨胀腔16以及第三膨胀腔17，所述第一膨胀腔15上开设有第一进气口18和第一排气口19，所述第二膨胀腔16上开设有第二进气口20和第二排气口21，所述第三膨胀腔17上开设有第三进气口22和第三排气口23。所述第一膨胀腔15、第二膨胀腔16以及第三膨胀腔17内均设有多个喷嘴环24，所述喷嘴环24通过轴封25与所述第一转子轴1同心套设，所述喷嘴环24与所述第一转子轴1上的动叶26交替排列，所述喷嘴环24与所述动叶
26之间具有用于气流流通的间隔。其中，所述第一膨胀腔15与所述第二膨胀腔16对向设置，第一膨胀腔15内的气流方向与第二膨胀腔16内的气流方向相反。所述第一膨胀腔15、第二膨胀腔16以及第三膨胀腔17的排气口处可连接换热器，所述换热器用来对排出的气体进行升温，以提高整机输出功率。
40.如图1、图3所示，所述第二膨胀缸4通过轴封件35套设在所述第二转子轴2上，所述第二转子轴2能够在所述第二膨胀缸4内转动输出功；所述第二膨胀缸4的内部被分隔成两个第四膨胀腔27，两个所述第四膨胀腔27的进气端汇聚成一个第四进气口28，两个所述第四膨胀腔27的排气端汇聚成一个开口朝下的第四排气口29。两个所述第四膨胀腔27内均设有多个喷嘴环24，所述喷嘴环24通过轴封25与所述第二转子轴2同心套设，所述喷嘴环24与所述第二转子轴2上的动叶26交替排列，所述喷嘴环24与所述动叶26之间具有用于气流流通的间隔。其中，两个所述第四膨胀腔27内的通流结构镜像对称设置，两个第四膨胀腔27内的气流方向相反。
41.如图4所示，转子轴上的动叶26均通过气封结构与膨胀缸进行气封连接，所述气封结构包括动叶26上的梳齿和膨胀缸内的抵接部。所述动叶26的叶顶处具有多个间隔设置的梳齿，所述梳齿包括依次交替排列第一梳齿30和第二梳齿31，所述第一梳齿30的长度大于所述第二梳齿31的长度；所述抵接部上具有多个间隔设置的凸起32，相邻的两个所述凸起32之间构成一个凹槽33；所述第一梳齿30的部分伸入所述凹槽33内、并与所述凹槽33间隔相对，所述第二梳齿31与所述凸起32间隔相对；其中，所述凸起32的朝向进气端的一侧设有退刀槽34，所述退刀槽34可以使得流过齿尖的高速气流通过退刀槽34返流，以提高梳齿出口侧的阻力，进一步减小叶顶间隙处的泄漏量，增加膨胀机的能量转换效率。
42.所述第一膨胀缸3内的第一膨胀腔15、第二膨胀腔16以及第三膨胀腔17中的两个或全部通过管路进行串联连接后，再与所述第二膨胀缸4进行串联，第一膨胀缸3实现对高中压气体的膨胀做功，第二膨胀缸4实现对低压气体的膨胀做功。
43.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。