一种氖气透平膨胀机的制作方法

1.本实用新型涉及透平膨胀机领域，具体涉及一种氖气透平膨胀机。


背景技术：

2.透平膨胀机是低温气液化系统中关键设备之一。透平膨胀机其主要原理是利用有一定压力的工质气体在透平膨胀机内进行绝热膨胀推动主轴一端上的膨胀叶轮旋转对外做功而消耗气体本身的内能，从而使气体自身强烈地冷却而达到制冷的目的，工质气体对外做功的能量由主轴另一端上的制动器消耗。透平膨胀机主要具有高转速、低温、压差大等工作特点。氢气液化过程需要超低的温度，目前国外主流的氢气液化工艺主要采用的是氦气透平膨胀和氢气透平膨胀。国内目前仅有的是氦气来作为膨胀制冷的先例。因此氖气透平膨胀机在氢液化中的应用尚属于首例。氖气的温区和氢气较为接近，同时氖气又是一种无色、无味、非易燃的惰性气体，是一种比较安全的气体，氖气透平膨胀机应用于与氢气液化相较于氢气透平膨胀机更安全可靠。


技术实现要素：

3.本实用新型所要解决的技术问题是：将提供一种可用于氢气液化系统中的氖气透平膨胀机。
4.为了解决上述问题，本实用新型所采用的技术方案为：一种氖气透平膨胀机，包括：外壳体，在外壳体中穿设有一根前后走向的主轴，在外壳体中还设置有轴承室，轴承室的前后两端上分别设置有一个用于支撑主轴的油轴承，外壳体的前端上安装有膨胀端蜗壳，外壳体的后端上安装有制动端蜗壳，在主轴的前端上安装有一个位于膨胀端蜗壳中的膨胀叶轮，主轴的后端与位于制动端蜗壳中的制动机构相连，其特征在于：在外壳体的前端上靠近膨胀叶轮轮背侧设置有一个绕着主轴布置的环形真空腔室，环形真空腔室用于阻止氖气通过膨胀叶轮做功降温后产生的冷量沿着外壳体向后传递流失，在环形真空腔室的前侧壁上铺设有一层玻璃棉，环形真空腔室的前后宽度由外向内逐渐缩小，在外壳体上还设置有一个内环形凹槽和一个外环形凹槽，内环形凹槽环绕于环形真空腔室的外侧，外环形凹槽环绕于内环形凹槽的外侧，内环形凹槽与环形真空腔室相连通，外环形凹槽与内环形凹槽相连通，在内环形凹槽中铺设有一层环绕于环形真空腔室外侧的玻璃棉，在外环形凹槽中铺设有一层环绕于内环形凹槽外侧的玻璃钢，外环形凹槽由焊接于外壳体上的环形钢板封闭。
5.进一步的，前述的一种氖气透平膨胀机，其中：内环形凹槽的前侧壁与环形真空腔室的前侧壁相平齐，内环形凹槽的前后宽度为a，环形真空腔室外圈的前后宽度为b，a≥2b。
6.进一步的，前述的一种氖气透平膨胀机，其中：在外壳体的顶部上设置有用于向轴承室中的油轴承中通入润滑油的油入口，外壳体的底部上设置有用于排出轴承室中油气的油气出口。
7.进一步的，前述的一种氖气透平膨胀机，其中：在位于前方的油轴承和轴承室的前
端之间设置有一个气壁间隙，在外壳体上设置有用于给气壁间隙通气的气入口、用于排出气壁间隙中气体的气出口，气壁间隙中通气后能形成气壁，气壁能对轴承室前端进行密封。
8.进一步的，前述的一种氖气透平膨胀机，其中：环形真空腔室的横截面形状为直角梯形。
9.本实用新型的优点为：氖气的沸点在一大气压下是-246℃，属于超低温区域，相对于常规低温透平膨胀机的最低温度-193℃要低很多。那么膨胀机膨胀端的工作温度与环境温度差距很大，需要在设计的时候创造更好的绝热环境，防止因为机体冷量传递导致设备无法正常工作及膨胀机所产生的冷量的损失。常规膨胀机的做法是采用非金属绝热材料将冷端与机体隔开，但任然不可避免的出现金属接触的地方，同时由于空间结构有限，绝热板又不能太厚，最终仍然有大量的冷量会通过热传导的方式传递出来，造成冷量的损失浪费。本实用新型中的氖气透平膨胀机采用在结构上增加一个真空腔室，同时配合绝热材料，更进一步的阻断热量的传递，创造一个更接近于绝热的环境，使得氖气用于膨胀制冷能得以实现。
附图说明
10.图1为本实用新型所述的氖气透平膨胀机的结构示意图。
具体实施方式
11.下面结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步的详细描述。
12.如图1所示，一种氖气透平膨胀机，包括：外壳体1，在外壳体1中穿设有一根前后走向的主轴2，在外壳体1中还设置有轴承室3，轴承室3的前后两端上分别设置有一个用于支撑主轴2的油轴承4，外壳体1的前端上安装有膨胀端蜗壳5，外壳体1的后端上安装有制动端蜗壳6，在主轴2的前端上安装有一个位于膨胀端蜗壳5中的膨胀叶轮7，主轴2的后端与位于制动端蜗壳6中的制动机构8相连，本实施例中，制动机构8为压缩气体用的压缩叶轮；在外壳体1的前端上靠近膨胀叶轮7轮背侧设置有一个绕着主轴2布置的环形真空腔室9，本实施例中，环形真空腔室9的横截面形状为直角梯形，环形真空腔室9用于阻止氖气通过膨胀叶轮7做功降温后产生的的冷量沿着外壳体1向后传递流失，在环形真空腔室9的前侧壁上铺设有一层玻璃棉10，环形真空腔室9的前后宽度由外向内逐渐缩小，这样设置是为了保证外壳体1前端的强度，在外壳体1上还设置有一个内环形凹槽11和一个外环形凹槽12，内环形凹槽11环绕于环形真空腔室9的外侧，外环形凹槽12环绕于内环形凹槽11的外侧，内环形凹槽11与环形真空腔室9相连通，外环形凹槽12与内环形凹槽11相连通，在内环形凹槽11中铺设有一层环绕于环形真空腔室9外侧的玻璃棉10，在外环形凹槽12中铺设有一层环绕于内环形凹槽11外侧的玻璃钢13，外环形凹槽12由焊接于外壳体1上的环形钢板14封闭。玻璃棉和玻璃钢均为绝热材料。
13.氖气的沸点在一大气压下是-246℃，属于超低温区域，相对于常规低温透平膨胀机的最低温度-193℃要低很多。那么膨胀机膨胀端的工作温度与环境温度差距很大，需要在设计的时候创造更好的绝热环境，防止因为机体冷量传递导致设备无法正常工作及膨胀机所产生的冷量的损失。常规膨胀机的做法是采用非金属绝热材料将冷端与机体隔开，但任然不可避免的出现金属接触的地方，同时由于空间结构有限，绝热板又不能太厚，最终仍
然有大量的冷量会通过热传导的方式传递出来，造成冷量的损失浪费。本实用新型中的氖气透平膨胀机就采用在结构上增加一个真空腔室，同时配合绝热材料，更进一步的阻断热量的传递，创造一个更接近于绝热的环境。
14.在本实施例中，内环形凹槽11的前侧壁与环形真空腔室9的前侧壁相平齐，内环形凹槽11的前后宽度为a，环形真空腔室9外圈的前后宽度为b，a≥2b。内环形凹槽11的前后宽度这样设置是为了更好的固定槽中的玻璃棉，同时宽度变宽也能更好的减少冷量的流失。
15.在外壳体1的顶部上设置有用于向轴承室中的油轴承中通入润滑油的油入口15，外壳体1的底部上设置有用于排出轴承室中油气的油气出口16。
16.在位于前方的油轴承4和轴承室3的前端之间设置有一个气壁间隙17，在外壳体1上设置有用于给气壁间隙17通气的气入口18、用于排出气壁间隙17中气体的气出口19，气壁间隙17中通气后能形成气壁，气壁能对轴承室3前端进行密封。


技术特征：
1.一种氖气透平膨胀机，包括：外壳体，在外壳体中穿设有一根前后走向的主轴，在外壳体中还设置有轴承室，轴承室的前后两端上分别设置有一个用于支撑主轴的油轴承，外壳体的前端上安装有膨胀端蜗壳，外壳体的后端上安装有制动端蜗壳，在主轴的前端上安装有一个位于膨胀端蜗壳中的膨胀叶轮，主轴的后端与位于制动端蜗壳中的制动机构相连，其特征在于：在外壳体的前端上靠近膨胀叶轮轮背侧设置有一个绕着主轴布置的环形真空腔室，环形真空腔室用于阻止氖气通过膨胀叶轮做功降温后产生的冷量沿着外壳体向后传递流失，在环形真空腔室的前侧壁上铺设有一层玻璃棉，环形真空腔室的前后宽度由外向内逐渐缩小，在外壳体上还设置有一个内环形凹槽和一个外环形凹槽，内环形凹槽环绕于环形真空腔室的外侧，外环形凹槽环绕于内环形凹槽的外侧，内环形凹槽与环形真空腔室相连通，外环形凹槽与内环形凹槽相连通，在内环形凹槽中铺设有一层环绕于环形真空腔室外侧的玻璃棉，在外环形凹槽中铺设有一层环绕于内环形凹槽外侧的玻璃钢，外环形凹槽由焊接于外壳体上的环形钢板封闭。2.根据权利要求1所述的一种氖气透平膨胀机，其特征在于：内环形凹槽的前侧壁与环形真空腔室的前侧壁相平齐，内环形凹槽的前后宽度为a，环形真空腔室外圈的前后宽度为b，a≥2b。3.根据权利要求1或2所述的一种氖气透平膨胀机，其特征在于：在外壳体的顶部上设置有用于向轴承室中的油轴承中通入润滑油的油入口，外壳体的底部上设置有用于排出轴承室中油气的油气出口。4.根据权利要求1或2所述的一种氖气透平膨胀机，其特征在于：在位于前方的油轴承和轴承室的前端之间设置有一个气壁间隙，在外壳体上设置有用于给气壁间隙通气的气入口、用于排出气壁间隙中气体的气出口，气壁间隙中通气后能形成气壁，气壁能对轴承室前端进行密封。5.根据权利要求1或2所述的一种氖气透平膨胀机，其特征在于：环形真空腔室的横截面形状为直角梯形。

技术总结
本实用新型公开了氖气透平膨胀机，包括：外壳体，外壳体中穿设有主轴，在外壳体中还设有轴承室，轴承室的前后两端上分别设有油轴承，外壳体的前端上安装有膨胀端蜗壳，外壳体的后端上安装有制动端蜗壳，在主轴的前端上安装有膨胀叶轮，外壳体的前端上设有环形真空腔室，环形真空腔室的前侧壁上铺设有一层玻璃棉，在外壳体上还设有内环形凹槽和外环形凹槽，内环形凹槽中铺设有玻璃棉，在外环形凹槽中铺设有玻璃钢，外环形凹槽由焊接于外壳体上的环形钢板封闭。所述的氖气透平膨胀机采用在结构上增加一个真空腔室，同时配合绝热材料，更进一步的阻断热量的传递，创造一个更接近于绝热的环境，使得氖气用于膨胀制冷能得以实现。现。现。


技术研发人员：沈海涛 徐广磊 刘庆洋 魏凯
受保护的技术使用者：江苏国富氢能技术装备股份有限公司
技术研发日：2022.10.28
技术公布日：2023/2/10