專利名稱：高速高爐煤氣余壓透平機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及動力機械工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高速高爐煤氣余壓透平機。
背景技術(shù)：
高爐煤氣余壓透平機是利用高爐冶煉的副產(chǎn)品，即高爐爐頂煤氣具有的壓力能和熱能，經(jīng)過透平膨脹做功來輸出機械能的裝置，是一種能起到環(huán)保節(jié)能作用的二次能量回收裝置，不僅能回收能量、保護環(huán)境，還能為鋼鐵企業(yè)降低成本。目前，通常采用將高爐煤氣余壓透平機與高爐鼓風(fēng)機作為同一系統(tǒng)來設(shè)計的煤氣透平與電機同軸驅(qū)動的高爐鼓風(fēng)能量回收機組(BPRT)，將高爐煤氣的壓力能和熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能后直接驅(qū)動高爐鼓風(fēng)機工作。然而，由于現(xiàn)有的高爐煤氣余壓透平機的結(jié)構(gòu)限制，其工作轉(zhuǎn)速通常為3000轉(zhuǎn)/分鐘(電網(wǎng)50Hz )或3600轉(zhuǎn)/分鐘(電網(wǎng)60Hz )。對于BPRT機組來說，由于現(xiàn)有的高爐煤氣余壓透平機的轉(zhuǎn)速低于高爐鼓風(fēng)機的工作轉(zhuǎn)速(例如，4800轉(zhuǎn)/分鐘)，因此無法與高爐鼓風(fēng)機直接相連，必須在現(xiàn)有的高爐煤氣余壓透平機與高爐鼓風(fēng)機之間連接變速箱，以將轉(zhuǎn)速提升至滿足高爐鼓風(fēng)機要求的較高轉(zhuǎn)速。為BPRT機組增加一臺變速箱會帶來以下缺點一、BPRT機組配置不合理、系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜、故障點多、設(shè)備維護工作量大；二、軸系設(shè)計難度大，對設(shè)備的制造、安裝要求高；三、經(jīng)變速箱傳遞會損失機械能，使整個BPRT機組效率降低；四、BPRT機組設(shè)備多、占地面積大， 增加了 BPRT機組造價。因此，需要一種高速高爐煤氣余壓透平機，以解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種高速高爐煤氣余壓透平機，包括底座；外殼，所述外殼連接在所述底座上，且所述外殼包括進氣端和排氣端；轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子包括主軸、設(shè)置在所述主軸一端的輪盤以及設(shè)置在所述輪盤的外圓周的動葉片；軸承組件，所述軸承組件包括設(shè)置在所述外殼上的第一軸承和第二軸承，所述主軸的兩個端部分別可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在所述第一軸承內(nèi)和所述第二軸承內(nèi)；靜葉片，所述靜葉片設(shè)置在所述外殼的內(nèi)表面上且與所述動葉片相對地設(shè)置，以與所述動葉片相配合；和氣封組件，所述氣封組件設(shè)置在所述主軸的靠近所述輪盤的一端與所述外殼之間，所述氣封組件包括靠近所述輪盤的迷宮密封件和遠(yuǎn)離所述輪盤的碳環(huán)密封件。優(yōu)選地，所述碳環(huán)密封件為多級碳環(huán)密封件，且在所述多級碳環(huán)密封件之間填充氮氣。優(yōu)選地，所述主軸與所述輪盤為分體結(jié)構(gòu)，所述主軸與所述輪盤通過拉桿連接。優(yōu)選地，所述動葉片為一級動葉片結(jié)構(gòu)，且所述靜葉片為一級靜葉片結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，所述動葉片為二級動葉片結(jié)構(gòu)，且所述靜葉片為二級靜葉片結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，所述動葉片是通過縱樹形葉根固定在所述輪盤上的。優(yōu)選地，所述高速高爐煤氣余壓透平機還包括靜葉片驅(qū)動裝置，用于改變所述靜葉片的角度。優(yōu)選地，所述靜葉片和所述動葉片的葉片高度與所述主軸的直徑的比值小于等于 0. 2。優(yōu)選地，所述高速高爐煤氣余壓透平機的進氣端采用軸向進氣結(jié)構(gòu)、徑向下進氣結(jié)構(gòu)或徑向上進氣結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，所述高速高爐煤氣余壓透平機的排氣端采用徑向下排氣結(jié)構(gòu)或徑向上排氣結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的高速高爐煤氣余壓透平機由于采用雙徑向支撐的懸臂轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，因此具有設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、轉(zhuǎn)速高等優(yōu)點，進而使高速高爐煤氣余壓透平機能夠與高爐鼓風(fēng)機的轉(zhuǎn)速相匹配。這樣，高速高爐煤氣余壓透平機可以與高爐鼓風(fēng)機直接相連，不僅節(jié)省了變速箱的能量耗損，也使得整個機組的軸系變得簡單合理。此外，采用雙徑向支撐的懸臂轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，僅需在低壓端設(shè)置氣封組件，省去了高壓端的密封，因此降低了出現(xiàn)事故的幾率，保證設(shè)備的可靠性。進一步，由于高速高爐煤氣余壓透平機可以具有較高的轉(zhuǎn)速，葉柵中的氣體流速較高，因此可以緩解積灰問題。在發(fā)明內(nèi)容部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實施方式
部分中進一步詳細(xì)說明。本發(fā)明內(nèi)容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護的技術(shù)方案的關(guān)鍵特征和必要技術(shù)特征，更不意味著試圖確定所要求保護的技術(shù)方案的保護范圍。以下結(jié)合附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)點和特征。


本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實施例及其描述，用來解釋本發(fā)明的原理。在附圖中，
圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的高速高爐煤氣余壓透平機的剖面圖； 圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的轉(zhuǎn)子的示意圖； 圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的氣封組件的放大視圖； 圖4是根據(jù)本發(fā)明另一個實施方式的高速高爐煤氣余壓透平機的剖面圖； 圖5A是根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的高速高爐煤氣余壓透平機的示意圖； 圖5B是根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的高速高爐煤氣余壓透平機的示意圖；以及圖5C是根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的高速高爐煤氣余壓透平機的示意圖。
具體實施例方式在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，本發(fā)明可以無需一個或多個這些細(xì)節(jié)而得以實施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進行描述。為了徹底了解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細(xì)的結(jié)構(gòu)。顯然，本發(fā)明的施行并不限定于本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟習(xí)的特殊細(xì)節(jié)。本發(fā)明的較佳實施例詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以具有其他實施方式。圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的高速高爐煤氣余壓透平機的剖面圖，圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的轉(zhuǎn)子的示意圖，圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的氣封組件的放大視圖。在圖1-3中相同的部件使用相同的附圖標(biāo)記。下面將結(jié)合圖1-3對根據(jù)本發(fā)明的高速高爐煤氣余壓透平機進行詳細(xì)描述。如圖1所示，高速高爐煤氣余壓透平機100包括底座110、外殼120、轉(zhuǎn)子130、軸承組件、靜葉片150和氣封組件160。外殼120連接在底座110上，用于容納轉(zhuǎn)子130、軸承組件和靜葉片150等。外殼 120包括進氣端121和排氣端122，其中，進氣端121用于接收來自高爐的具有較高壓力能和熱能的高爐煤氣，排氣端122用于排放已經(jīng)完成做功且具有較低的壓力和溫度的高爐煤氣。如圖2所示，轉(zhuǎn)子130包括主軸131、輪盤132和動葉片133。輪盤132設(shè)置在主軸131的一端。優(yōu)選地，主軸131與輪盤132為分體結(jié)構(gòu)，且主軸131與輪盤132通過拉桿 134連接。將主軸131與輪盤132設(shè)置為分體結(jié)構(gòu)可以便于各部件的制造，且能保證兩者的強度。動葉片133設(shè)置在輪盤132的外圓周上?？梢岳斫獾氖牵瑒尤~片133可以采用現(xiàn)有技術(shù)常用的動葉片結(jié)構(gòu)，因此不再詳述。為了使轉(zhuǎn)子具有良好的強度儲備并適用于高速的工作環(huán)境，優(yōu)選地，動葉片133是通過縱樹形葉根固定在輪盤132上的。參照圖1和圖2，軸承組件包括第一軸承141和第二軸承142。第一軸承141和第二軸承142設(shè)置在外殼120上，具體地，第一軸承141和第二軸承142可以直接地設(shè)置在外殼120上，也可以通過支撐件設(shè)置在外殼120上。主軸131的兩個端部分別可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在第一軸承141內(nèi)和第二軸承142內(nèi)，以對主軸131進行雙徑向支撐。靜葉片150設(shè)置在外殼120的內(nèi)表面上且與動葉片133相對地設(shè)置，用于與動葉片133相配合。高爐煤氣從外殼120的進氣端進入，通過外殼導(dǎo)流使高爐煤氣轉(zhuǎn)成軸向進入靜葉片和動葉片組成的葉柵中，氣體在葉柵的流道中不斷膨脹做功，壓力和溫度逐漸降低，并轉(zhuǎn)化為動能作用于轉(zhuǎn)子使之旋轉(zhuǎn)，進而將高爐煤氣的壓力能和熱能轉(zhuǎn)化為機械能。優(yōu)選地，高速高爐煤氣余壓透平機100還包括靜葉片驅(qū)動裝置(未示出)，用于改變靜葉片的角度，使流量和壓力可以在較寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，進而控制爐頂壓力的誤差在士5Kpa以內(nèi)。作為示例，靜葉片驅(qū)動裝置可以為電液執(zhí)行機構(gòu)或電動執(zhí)行機構(gòu)，其能夠帶動靜葉片150旋轉(zhuǎn)，以調(diào)整靜葉片150的角度，進而控制流量和壓力改變。優(yōu)選地，靜葉片150和動葉片133的葉片高度與主軸131的直徑的比值小于等于 0. 2。本發(fā)明的動葉片和靜葉片采用短葉片設(shè)計，可以使葉片的自振頻率遠(yuǎn)高于工作轉(zhuǎn)速下的激振頻率，避免共振導(dǎo)致葉片斷裂。此外，還可以降低動葉片在高速旋轉(zhuǎn)下的離心拉應(yīng)力，提高葉片的強度。氣封組件160設(shè)置在主軸131的靠近輪盤132的一端與外殼120之間。如圖3所示，氣封組件160包括靠近輪盤132的迷宮密封件161和遠(yuǎn)離輪盤的碳環(huán)密封件162。迷宮密封件161和碳環(huán)密封件162可以具有現(xiàn)有技術(shù)中常用的結(jié)構(gòu)，因此不再詳述。將氣封組件160設(shè)置為包括迷宮密封件161和碳環(huán)密封件162可以降低可燃性氣體的泄漏量。優(yōu)選地，碳環(huán)密封件162為多級碳環(huán)密封件，且在多級碳環(huán)密封件之間填充氮氣，以進一步降低泄漏量、保證設(shè)備的安全性。本發(fā)明的高速高爐煤氣余壓透平機100由于采用雙徑向支撐的懸臂轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，因此具有設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、轉(zhuǎn)速高等優(yōu)點，進而使高速高爐煤氣余壓透平機100能夠與高爐鼓風(fēng)機的轉(zhuǎn)速相匹配。這樣，高速高爐煤氣余壓透平機100可以與高爐鼓風(fēng)機直接相連，不僅節(jié)省了變速箱的能量耗損，也使得整個機組的軸系變得簡單合理。此外，采用雙徑向支撐的懸臂轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，僅需在低壓端設(shè)置氣封組件，省去了高壓端的密封，因此降低了出現(xiàn)事故的幾率，保證設(shè)備的可靠性。進一步，由于高速高爐煤氣余壓透平機100可以具有較高的轉(zhuǎn)速，葉柵中的氣體流速較高，因此可以緩解積灰問題。根據(jù)本發(fā)明一個實施方式，如圖1和圖2所示，動葉片133為一級動葉片結(jié)構(gòu)，且靜葉片150為一級靜葉片結(jié)構(gòu)。采用單級結(jié)構(gòu)不僅使高速高爐煤氣余壓透平機100具有較高的轉(zhuǎn)速，以適合于與高爐鼓風(fēng)機同轉(zhuǎn)速的高速場合，而且還具有較高的絕熱效率。根據(jù)本發(fā)明另一個實施方式，如圖4所示，動葉片133為二級動葉片結(jié)構(gòu)(即包括動葉片133A和13!3B)，且靜葉片150為二級靜葉片結(jié)構(gòu)(即包括靜葉片150A和150B)。采用雙級結(jié)構(gòu)使高速高爐煤氣余壓透平機100既可以工作在與高爐鼓風(fēng)機同轉(zhuǎn)速的高速工況， 又可以工作在與發(fā)電機或電機相同轉(zhuǎn)速的工況，還使高速高爐煤氣余壓透平機100具有較高的絕熱效率。圖5A是根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的高速高爐煤氣余壓透平機的示意圖，圖5B是根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的高速高爐煤氣余壓透平機的示意圖，圖5C是根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的高速高爐煤氣余壓透平機的示意圖。高速高爐煤氣余壓透平機500的進氣端可以采用軸向進氣結(jié)構(gòu)(如圖5A所示)、徑向下進氣結(jié)構(gòu)(如圖5B所示)或徑向上進氣結(jié)構(gòu)(如圖5C所示)。高速高爐煤氣余壓透平機500的排氣端可以采用徑向下排氣結(jié)構(gòu)(如圖5A所示) 或徑向上排氣結(jié)構(gòu)(如圖5B所示)。高速高爐煤氣余壓透平機500采用的進氣和排氣方式多變，因此可以根據(jù)現(xiàn)場的情況，進行單層布置或雙層布置，以使管線方位和結(jié)構(gòu)布置都十分靈活。本發(fā)明已經(jīng)通過上述實施例進行了說明，但應(yīng)當(dāng)理解的是，上述實施例只是用于舉例和說明的目的，而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實施例范圍內(nèi)。此外本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實施例，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護的范圍以內(nèi)。本發(fā)明的保護范圍由附屬的權(quán)利要求書及其等效范圍所界定。
權(quán)利要求
1.一種高速高爐煤氣余壓透平機，其特征在于，包括底座；外殼，所述外殼連接在所述底座上，且所述外殼包括進氣端和排氣端；轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子包括主軸、設(shè)置在所述主軸一端的輪盤以及設(shè)置在所述輪盤的外圓周的動葉片；軸承組件，所述軸承組件包括設(shè)置在所述外殼上的第一軸承和第二軸承，所述主軸的兩個端部分別可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在所述第一軸承內(nèi)和所述第二軸承內(nèi)；靜葉片，所述靜葉片設(shè)置在所述外殼的內(nèi)表面上且與所述動葉片相對地設(shè)置，以與所述動葉片相配合；和氣封組件，所述氣封組件設(shè)置在所述主軸的靠近所述輪盤的一端與所述外殼之間，所述氣封組件包括靠近所述輪盤的迷宮密封件和遠(yuǎn)離所述輪盤的碳環(huán)密封件。
2.按照權(quán)利要求1所述的高速高爐煤氣余壓透平機，其特征在于，所述碳環(huán)密封件為多級碳環(huán)密封件，且在所述多級碳環(huán)密封件之間填充氮氣。
3.按照權(quán)利要求1所述的高速高爐煤氣余壓透平機，其特征在于，所述主軸與所述輪盤為分體結(jié)構(gòu)，所述主軸與所述輪盤通過拉桿連接。
4.按照權(quán)利要求1所述的高速高爐煤氣余壓透平機，其特征在于，所述動葉片為一級動葉片結(jié)構(gòu)，且所述靜葉片為一級靜葉片結(jié)構(gòu)。
5.按照權(quán)利要求1所述的高速高爐煤氣余壓透平機，其特征在于，所述動葉片為二級動葉片結(jié)構(gòu)，且所述靜葉片為二級靜葉片結(jié)構(gòu)。
6.按照權(quán)利要求1所述的高速高爐煤氣余壓透平機，其特征在于，所述動葉片是通過縱樹形葉根固定在所述輪盤上的。
7.按照權(quán)利要求1所述的高速高爐煤氣余壓透平機，其特征在于，所述高速高爐煤氣余壓透平機還包括靜葉片驅(qū)動裝置，用于改變所述靜葉片的角度。
8.按照權(quán)利要求1所述的高速高爐煤氣余壓透平機，其特征在于，所述靜葉片和所述動葉片的葉片高度與所述主軸的直徑的比值小于等于0. 2。
9.按照權(quán)利要求1所述的高速高爐煤氣余壓透平機，其特征在于，所述高速高爐煤氣余壓透平機的進氣端采用軸向進氣結(jié)構(gòu)、徑向下進氣結(jié)構(gòu)或徑向上進氣結(jié)構(gòu)。
10.按照權(quán)利要求1所述的高速高爐煤氣余壓透平機，其特征在于，所述高速高爐煤氣余壓透平機的排氣端采用徑向下排氣結(jié)構(gòu)或徑向上排氣結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種高速高爐煤氣余壓透平機，包括底座；連接在底座上且包括進氣端和排氣端的外殼；包括主軸、輪盤和動葉片的轉(zhuǎn)子；包括設(shè)置在所述外殼上的第一軸承和第二軸承的軸承組件，主軸的兩個端部分別可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在第一軸承內(nèi)和第二軸承內(nèi)；在所述外殼的內(nèi)表面上且與動葉片相對地設(shè)置的靜葉片；設(shè)置在所述主軸的靠近所述輪盤的一端與所述外殼之間的氣封組件，氣封組件包括靠近輪盤的迷宮密封件和遠(yuǎn)離輪盤的碳環(huán)密封件。本發(fā)明的高速高爐煤氣余壓透平機具有設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、轉(zhuǎn)速高等優(yōu)點，進而使高速高爐煤氣余壓透平機能夠與高爐鼓風(fēng)機的轉(zhuǎn)速相匹配，以與高爐鼓風(fēng)機直接相連，不僅節(jié)省了變速箱的能量耗損，也使得整個機組的軸系變得簡單合理。
文檔編號C21B5/06GK102363821SQ201110341040
公開日2012年2月29日 申請日期2011年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月2日
發(fā)明者丁勤, 史曉云, 李洪平, 邢玉民 申請人:蘭州長城機械工程有限公司, 思安新能源股份有限公司