[发明专利]低温液体膨胀涡轮机

说明书

一种低温液体膨胀涡轮机具有涡轮机叶轮(6)、至少一个径向进口(12)和干气体密封装置(30)，所述涡轮机叶轮(6)安装在旋转轴(8)上，所述至少一个径向进口(12)用于要在膨胀涡轮机(20、22)中膨胀的低温液体，用于旋转轴，所述干气体密封装置(30)沿着该旋转轴(8)位于该涡轮机叶轮(6)与该轴承(20和22)之间的位置处。在该涡轮机叶轮(6)与该干气体密封装置(30)之间存在隔热构件(70)，在该隔热构件(70)的干气体密封装置(30)侧上存在气体腔室(76)，并且存在至所述气体腔室(76)的用于低温气体的进口(78)。

技术领域

本发明涉及一种低温液体膨胀涡轮机。

背景技术

低温液体涡轮机在某些环境下作为Joule-Thomson阀的替换物或附件而在低温工程领域中是众所周知的。

虽然这种涡轮机在低温温度下操作，但是该机器典型地具有轴向布置的部件，这些部件在环境温度处或环境温度以上操作，特别是用于支撑安装有涡轮机叶轮的旋转轴的一个或更多个轴承。理论上，热力学效率最高的低温液体膨胀涡轮机是那些采用径向流体流入的涡轮机。然而，实践中存在产生如下效果的趋势，由闪蒸引起不合需要的热流或形成第二蒸汽相，或者不能容易地在低温温度处的零件与更高温度处的零件之间的轴承处获得满足需要的密封，从而导致选择膨胀涡轮机或Joule-Thomson阀的替换形式而非径向进口液体膨胀涡轮机。

发明内容

根据本发明，提供一种低温液体膨胀涡轮机，其具有涡轮机叶轮、至少一个径向进口、至少一个轴承和干气体密封装置，所述涡轮机叶轮安装在旋转轴上，所述至少一个径向进口用于要在该膨胀涡轮机中膨胀的低温液体，所述至少一个轴承用于该旋转轴，所述干气体密封装置沿着旋转轴位于该涡轮机叶轮与所述轴承之间的位置处，其特征在于，在该涡轮机叶轮与该干气体密封装置之间存在隔热构件，在该隔热构件的干气体密封装置侧上存在气体腔室，并且存在至所述气体腔室的用于低温气体的进口。

典型地，除了用于低温气体的所述进口之外，该干气体密封装置还具有用于非低温干气体的进口。

该涡轮机叶轮可以适合于允许低温液体在其膨胀期间闪蒸。

在根据本发明的闪蒸低温液体涡轮机中，典型地，该涡轮机叶轮的向前的面是有缺口的(scalloped)。涡轮机叶轮的这种配置被认为降低了叶轮上的液体摩擦。

典型地，该气体腔室具有至所述涡轮机叶轮的用于低温气体的第一出口。

典型地，所述第一出口穿过第一迷宫式密封件，从而限制穿过其中的气体流。

典型地，该气体腔室还具有用于低温气体的第二出口，所述第二出口经由第二迷宫式密封件与该干气体密封装置连通。

典型地，该干气体密封装置是干气体密封件，例如，单个干气体密封件或串联干气体密封件。

典型地，存在来自该干气体密封装置的与喇叭口连通的第一通气口。替代地，该第一通气口可以与外部大气或与气体回收装置连通。此外，可以存在来自该干气体密封装置的与外部大气连通的第二通气口。

在一个优选实施例中，该轴承是含油轴承，并且，通过包括多个轴向间隔的碳环的另一轴密封装置保护该干气体密封装置免受油蒸气。典型地，所述碳环之间的空间与非低温干气体源连通。在其它实施例中，该轴承是气体轴承或磁性轴承。

根据本发明的低温液体涡轮机可以联接到发电机或机械制动器。该机械制动器能够为任何便利的形式，例如，压缩机叶轮或油制动器。

本发明还提供一种操作所述低温液体涡轮机的方法，其中，一部分低温液体蒸发从而形成所述低温气体。

典型地，在该气体腔室中维持的压力在5至10巴的范围内。

典型地，该低温液体是天然气，但是能够替代地为另一低温液体，例如液氮或液态空气。