本实用新型属于低温设备技术领域，具体涉及一种具有气动推力平衡功能的膨胀机。
背景技术：
膨胀机是利用压缩气体膨胀降压时向外输出机械功使气体温度降低而得以获得冷量的机械，按其运动形式和结构形式通常分为两类：一为活塞膨胀机；二为透平膨胀机。活塞膨胀机主要适用于高压力比和小流量的中小型高、中压深低温设备。由于透平膨胀机相对于活塞膨胀机而言具有流量大、结构简单、体积小、效率高和运转周期长等特点而被广泛应用于各种低温设备中。
如业界所知，透平膨胀机是以气体膨胀时速度能的变化而得以传递能量的机械，其传递的能量也称外功，通常通过与叶轮连接的主轴传递给作为吸收能量的配接设备，配接设备如并非限于例举的发电机、鼓风机、水泵、增压机、油制动器等。在已公开的中国专利文献中不乏关于透平膨胀机的技术信息，略以例举的如cn2388351y推荐有“微型透平膨胀机”、cn2185339y提供有“气体悬浮式陶瓷低温透平膨胀机”、cn200955408y公告有“透平膨胀机组”、cn201367920y公开有“透平膨胀机”和cn202039906u举荐有“一种气体轴承透平膨胀机”，等等。
进而如业界所知，由于透平膨胀机的膨胀端有着高膨胀比的特性（10-20倍的膨胀比），此高膨胀比会造成膨胀端叶轮的出口与入口之间的悬殊压力差，并且此压力差往往会在叶轮的两侧造成一个较大或称很大的气动不平衡推力。通常而言，前述推力由设置于主轴（也称“传动轴”，以下同）上的推力轴承来承受，但是如前述由于压力差大，因而需要仰赖承受足够大的推力的前述推力轴承来担当。于是，若将推力轴承设计得过于庞大（即过度增大推力轴承的直径），一方面会提高透平膨胀机的制造成本，另一方面需要为推力轴承提供足够的冷却油，再一方面会造成较大的机械能损失而降低膨胀机有效的做功，最终影响整体空分设备的产量以及增大能耗。从技术意义上讲，如果能够有效地减少高压气泄漏至叶轮背板上的流量，那么叶轮背板所承受的压力会得以减小，前述推力轴承所承受的推力也相应减小，前述技术问题便可解决，但是在迄今为止公开的中外专利和非专利文献中均未见诸有解决前述技术问题的启示，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。
技术实现要素：
本实用新型的任务在于提供一种有助于显著减少高压气体泄漏到叶轮背板上的流量而得以减轻推力轴承所承受的推力的具有气动推力平衡功能的膨胀机。
本实用新型的任务是这样来完成的，一种具有气动推力平衡功能的膨胀机，包括一膨胀机机箱，在该膨胀机机箱的右侧的中央位置构成有碳环密封件座腔；一通过推力轴承转动地支承在膨胀机机箱上的并且右端探出膨胀机机箱的右侧面的主轴；一碳环密封件座和一碳环密封件，碳环密封件座位于所述碳环密封件座腔内并且在对应于所述推力轴承的右侧的位置套置在碳环密封件外，而该碳环密封件设置在所述主轴上并且对应于推力轴承的右侧；一叶轮和一蜗壳，叶轮与蜗壳的蜗壳进气口相对应并且与所述主轴的右端端部固定，蜗壳的四周边缘部位与膨胀机机箱固定，并且在蜗壳的左侧中部区域构成有一凹陷于蜗壳的左侧的蜗壳叶轮背板容纳腔；一叶轮背板，该叶轮背板容纳在所述蜗壳叶轮背板容纳腔内，并且该叶轮背板的四周左侧面与膨胀机机箱的右侧面贴触，而在叶轮背板的中央位置构成有一叶轮背板中心腔，所述碳环密封件座和碳环密封件的右端探出所述膨胀机机箱的右侧面并且探入到叶轮背板中心腔的左侧，所述叶轮探入叶轮背板中心腔的右侧，特征在于在所述叶轮背板中心腔的腔壁上并且在对应于所述叶轮的位置围绕腔壁的四周构成有复数道密封槽。
在本实用新型的一个具体的实施例中，在所述膨胀机机箱上开设有泄漏气体回收孔，该泄漏气体回收孔的进气端延伸到所述膨胀机机箱的右侧面与所述叶轮背板的左侧面之间，而出气端通过泄漏气调节回收机构与所述蜗壳的蜗壳进气口相通；进入所述密封槽内的高压气体依次通过所述碳环密封件座的左端外壁与所述叶轮背板中心腔的腔壁之间的间隙以及叶轮背板的左侧面与膨胀机机箱的右侧面之间的间隙进入所述泄漏气体回收孔。
在本实用新型的另一个具体的实施例中，在所述蜗壳上开设有泄漏气体回引孔，该泄漏气体回引孔与所述蜗壳进气口相通，由所述泄漏气体回收孔引出的高压气体经所述泄漏气调节回收机构引至泄漏气体回引孔。
在本实用新型的又一个具体的实施例中，所述密封槽为迷宫型密封槽。
在本实用新型的再一个具体的实施例中，所述泄漏气调节回收机构包括一高压泄漏气体回收管、一压力显示表、一流量调节阀和一单向阀，高压泄漏气体回收管的一端与所述泄漏气体回收孔密封配接，而另一端与所述泄漏气体回引孔密封配接，压力显示表、流量调节阀和单向阀依次自左向右设置在高压泄漏气体回收管上。
在本实用新型的还有一个具体的实施例中，在所述膨胀机机箱上并且在对应于所述推力轴承的位置开设有用于对推力轴承冷却的推力轴承冷却油引入孔；在所述主轴上并且在对应于所述推力轴承的右侧的位置设置有一用于将由所述推力轴承冷却油引入孔引至推力轴承并经推力轴承流出后甩向冷却油回油道的甩油环。
本实用新型提供的技术方案的技术效果在于：由于在叶轮背板的叶轮背板中心腔的腔壁上并且在对应于叶轮的位置围绕腔壁的四周开设了复数道密封槽，因而有助于显著减少高压气体泄漏到叶轮背板上的工艺气的流量，从而得以减轻推力轴承所承受的推力，无需将推力轴承的直径过度增大，既可避免膨胀机制造成本的提高，又能避免向推力轴承提供冷却油的油量增大，有利于保障膨胀机有效的做功，提高整体空分设备的产量以及有益于节约能耗。
附图说明
图1为本实用新型的实施例示意图。
图2为图1的a部放大图。
具体实施方式
为了能够更加清楚地理解本实用新型的技术实质和有益效果，申请人在下面以实施例的方式作详细说明，但是对实施例的描述均不是对本实用新型方案的限制，任何依据本实用新型构思所作出的仅仅为形式上的而非实质性的等效变换都应视为本实用新型的技术方案范畴。
在下面的描述中凡是涉及左和右这类的方向性或称方位性的概念都是以图1所处的位置状态为基准的，因而不能将其理解为对本实用新型提供的技术方案的特别限定。
请参见图1和图2，示出了一膨胀机机箱1，在该膨胀机机箱1的右侧的中央位置构成有碳环密封件座腔11；示出了一通过推力轴承21转动地支承在膨胀机机箱1上的并且右端探出膨胀机机箱1的右侧面的主轴2；示出了一碳环密封件座3和一碳环密封件4，碳环密封件座3位于前述碳环密封件座腔11内并且在对应于前述推力轴承21的右侧的位置套置在碳环密封件4外，而该碳环密封件4设置在前述主轴2上并且对应于推力轴承21的右侧；示出了一叶轮5和一蜗壳6，叶轮5与蜗壳6的蜗壳进气口61相对应并且与前述主轴2的右端端部固定，蜗壳6的四周边缘部位与膨胀机机箱1固定，并且在蜗壳6的左侧中部区域构成有一凹陷于蜗壳6的左侧的蜗壳叶轮背板容纳腔62；示出了一叶轮背板7，该叶轮背板7容纳在前述蜗壳叶轮背板容纳腔62内，并且该叶轮背板7的四周左侧面与膨胀机机箱1的右侧面贴触，而在叶轮背板7的中央位置构成有一叶轮背板中心腔71，前述碳环密封件座3和碳环密封件4的右端探出前述膨胀机机箱1的右侧面并且探入到叶轮背板中心腔71的左侧，前述叶轮5探入叶轮背板中心腔71的右侧。在图1中还示出了蜗壳出气口64，并且还示出了加工时的堵头65。
由于前述碳环密封件座3与碳环密封件4的作用机理属于现有技术，例如可以参见中国专利申请公布号cn111006018a（碳环密封结构及其装配方法），等等，因而申请人不再赘述。
作为本实用新型提供的技术方案的技术要点：在前述叶轮背板中心腔71的腔壁上并且在对应于前述叶轮5的位置围绕腔壁的四周构成有即开设有复数道密封槽72。
在前述膨胀机机箱1上开设有泄漏气体回收孔12，该泄漏气体回收孔12的进气端（也可称“泄漏气体入气口”）延伸到前述膨胀机机箱1的右侧面与前述叶轮背板7的左侧面之间，而出气端通过泄漏气调节回收机构8与前述蜗壳6的蜗壳进气口61相通；进入前述密封槽72内的高压气体依次通过前述碳环密封件座3的左端外壁与前述叶轮背板中心腔71的腔壁之间的间隙以及叶轮背板7的左侧面与膨胀机机箱1的右侧面之间的间隙进入前述泄漏气体回收孔12。
在前述蜗壳6上开设有泄漏气体回引孔63，该泄漏气体回引孔63与前述蜗壳进气口61相通，由前述泄漏气体回收孔12引出的高压气体经前述泄漏气调节回收机构8引至泄漏气体回引孔63。
在本实施例中，前述密封槽72为迷宫型密封槽。
继续见图1，前述泄漏气调节回收机构8包括一高压泄漏气体回收管81、一压力显示表82、一流量调节阀83和一单向阀84，高压泄漏气体回收管81的一端与前述泄漏气体回收孔12密封配接，而另一端与前述泄漏气体回引孔63密封配接，压力显示表82、流量调节阀83和单向阀84依次自左向右设置在高压泄漏气体回收管81上。
根据压力显示表82与蜗壳进气口61的压力作比较，由流量调节阀83控制压力大小，以便平衡叶轮5的进、出口两端的气动不平衡力，最终此泄漏的工艺气再流回低压的出口。这种方式能降低叶轮5进、出口两侧有较大的压差而形成的气动不平衡力，进而减少推力轴承21（也可称“止推轴承”）的机械损失，提高整体空分系统的产能以及降低能耗。
由图1所示，在前述膨胀机机箱1上并且在对应于前述推力轴承21的位置开设有用于对推力轴承21冷却的推力轴承冷却油引入孔13；在前述主轴2上并且在对应于前述推力轴承21的右侧的位置设置有一用于将由前述推力轴承冷却油引入孔13引至推力轴承21并经推力轴承21流出后甩向冷却油回油道14的甩油环22。
综上所述，由于在叶轮背板7上增设了密封槽72，并且由于密封槽72的数量有得以形成迷宫型的一组，由密封槽72来减少高压气体泄漏到叶轮背板7的流量，从而体现了申请人在上面的技术效果栏中所述的技术效果。
1.一种具有气动推力平衡功能的膨胀机，包括一膨胀机机箱(1)，在该膨胀机机箱(1)的右侧的中央位置构成有碳环密封件座腔(11)；一通过推力轴承(21)转动地支承在膨胀机机箱(1)上的并且右端探出膨胀机机箱(1)的右侧面的主轴(2)；一碳环密封件座(3)和一碳环密封件(4)，碳环密封件座(3)位于所述碳环密封件座腔(11)内并且在对应于所述推力轴承(21)的右侧的位置套置在碳环密封件(4)外，而该碳环密封件(4)设置在所述主轴(2)上并且对应于推力轴承(21)的右侧；一叶轮(5)和一蜗壳(6)，叶轮(5)与蜗壳(6)的蜗壳进气口(61)相对应并且与所述主轴(2)的右端端部固定，蜗壳(6)的四周边缘部位与膨胀机机箱(1)固定，并且在蜗壳(6)的左侧中部区域构成有一凹陷于蜗壳(6)的左侧的蜗壳叶轮背板容纳腔(62)；一叶轮背板(7)，该叶轮背板(7)容纳在所述蜗壳叶轮背板容纳腔(62)内，并且该叶轮背板(7)的四周左侧面与膨胀机机箱(1)的右侧面贴触，而在叶轮背板(7)的中央位置构成有一叶轮背板中心腔(71)，所述碳环密封件座(3)和碳环密封件(4)的右端探出所述膨胀机机箱(1)的右侧面并且探入到叶轮背板中心腔(71)的左侧，所述叶轮(5)探入叶轮背板中心腔(71)的右侧，其特征在于在所述叶轮背板中心腔(71)的腔壁上并且在对应于所述叶轮(5)的位置围绕腔壁的四周构成有复数道密封槽(72)。
2.根据权利要求1所述的具有气动推力平衡功能的膨胀机，其特征在于在所述膨胀机机箱(1)上开设有泄漏气体回收孔(12)，该泄漏气体回收孔(12)的进气端延伸到所述膨胀机机箱(1)的右侧面与所述叶轮背板(7)的左侧面之间，而出气端通过泄漏气调节回收机构(8)与所述蜗壳(6)的蜗壳进气口(61)相通；进入所述密封槽(72)内的高压气体依次通过所述碳环密封件座(3)的左端外壁与所述叶轮背板中心腔(71)的腔壁之间的间隙以及叶轮背板(7)的左侧面与膨胀机机箱(1)的右侧面之间的间隙进入所述泄漏气体回收孔(12)。
3.根据权利要求1所述的具有气动推力平衡功能的膨胀机，其特征在于在所述蜗壳(6)上开设有泄漏气体回引孔(63)，该泄漏气体回引孔(63)与所述蜗壳进气口(61)相通，由所述泄漏气体回收孔(12)引出的高压气体经所述泄漏气调节回收机构(8)引至泄漏气体回引孔(63)。
4.根据权利要求1或2所述的具有气动推力平衡功能的膨胀机，其特征在于所述密封槽(72)为迷宫型密封槽。
5.根据权利要求3所述的具有气动推力平衡功能的膨胀机，其特征在于所述泄漏气调节回收机构(8)包括一高压泄漏气体回收管(81)、一压力显示表(82)、一流量调节阀(83)和一单向阀(84)，高压泄漏气体回收管(81)的一端与所述泄漏气体回收孔(12)密封配接，而另一端与所述泄漏气体回引孔(63)密封配接，压力显示表(82)、流量调节阀(83)和单向阀(84)依次自左向右设置在高压泄漏气体回收管(81)上。
6.根据权利要求1所述的具有气动推力平衡功能的膨胀机，其特征在于在所述膨胀机机箱(1)上并且在对应于所述推力轴承(21)的位置开设有用于对推力轴承(21)冷却的推力轴承冷却油引入孔(13)；在所述主轴(2)上并且在对应于所述推力轴承(21)的右侧的位置设置有一用于将由所述推力轴承冷却油引入孔(13)引至推力轴承(21)并经推力轴承(21)流出后甩向冷却油回油道(14)的甩油环(22)。
技术总结