CN104863643B - 径向离心透平 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种径向离心透平，其特征在于，包括：轴向对称的旋转轴，用于固定轮盘并在轮盘的带动下旋转；壳体，含有双进气预旋蜗壳和出气蜗壳；轴向对称的轮盘，能够绕中心轴旋转；轴向对称的多组动叶栅，每组该动叶栅分别设置在轮盘的一个圆周上，动叶栅的一端固定在轮盘上，另一端通过动叶围带可转动地嵌入壳体，在气流的作用下带动轮盘进行旋转；轴向对称的多组静叶栅，一端固定在壳体上，另一端通过静叶围带可转动地嵌入轮盘；以及密封体，设置在旋转轴和壳体之间，防止气流泄漏，其中，动叶栅和静叶栅在旋转轴的径向方向交替排列，最靠近旋转轴的是一组静叶栅，动叶栅的动叶和静叶栅的静叶均为直叶片，该直叶片沿叶高方向截面形状不变。

Description

径向离心透平
技术领域
本发明涉及热力发电机或动力机械领域，特别涉及一种双向吸气的多级径向离心透平。
背景技术
透平分轴流式和径流式两大类。
现在常用的径流式透平都是向心式的，也有少量离心式的径向透平，如授权公告号为CN203809056U的实用新型所公开的径向离心透平。径向离心透平是新近发展起来的小型热力发电机，常用于余热发电、地热能发电、太阳能发电、汽车涡轮增压等。
现有轴流透平由于不同半径位置处的旋转线速度不同，必须采用扭曲叶片，即使设计很好，对于长叶片，反动度从根部到顶部仍有较大变化，从根部到顶部，不可能都处于最佳速比。
现有的向心式透平在气动与几何上具有不相容性，即沿着流动方向，气流不断膨胀，体积流量增大，但流通的旋成面周长减小，迫使叶片高度急剧增大。
现有的径流离心透平都是单向吸气悬臂形式，因此其具有较大的轴向力且进气流量较小；离心透平的叶片顶部与壁之间存在间隙，会造成间隙损失；离心透平的动叶和静叶只有一端固定，另一端暴露在外，在旋转的过程中会产生较大的振动，增加系统的不稳定性。
发明内容
本发明是针对上述问题进行的，目的在于提供一种进气流量大、能量转换效率高、系统稳定、结构简单的径向离心透平。
本发明为实现上述目的，采用了以下的技术方案：
本发明提供一种径向离心透平，其特征在于，包括：旋转轴，关于旋转轴轴向中心位置的垂直面完全对称，用于固定轮盘并在该轮盘的带动下旋转；壳体，含有关于旋转轴轴向中心位置的垂直面完全对称的、供气流进入径向离心透平的双进气预旋蜗壳和供气流流出的出气蜗壳；轮盘，能够绕中心轴旋转，关于旋转轴轴向中心位置的垂直面完全对称；多组动叶栅，每组该动叶栅分别设置在轮盘的一个圆周上，动叶栅的一端固定在轮盘上，另一端通过动叶围带可转动地嵌入壳体，在气流的作用下带动轮盘进行旋转，动叶栅关于旋转轴轴向中心位置的垂直面完全对称安装；多组静叶栅，每组该静叶栅的一端固定在壳体上，另一端通过静叶围带可转动地嵌入轮盘，静叶栅关于旋转轴轴向中心位置的垂直面完全对称安装；以及密封体，被设置在旋转轴和壳体的连接处，用于防止气流泄漏，其中，动叶栅和静叶栅在旋转轴的径向方向交替排列，并且最靠近旋转轴的是一组静叶栅。
进一步，本发明所涉及的径向离心透平，还可以具有这样的特征：其中，动叶栅的动叶和静叶栅的静叶均为直叶片，该直叶片沿叶高方向截面形状不变。
另外，本发明所涉及的径向离心透平，还可以具有这样的特征：其中，动叶围带和壳体之间，以及静叶围带和轮盘之间形成迷宫密封。
发明的作用与效果
根据本发明所涉及的径向离心透平，因为采用双进气预旋蜗壳导入气流，能够增大进气量并提高做功能力；动叶栅和静叶栅对称设置，因此该径向离心透平的轴向力平衡，无需额外设置复杂的轴向力平衡机构；气流流动过程中具有气动和几何的相容性，沿着流动方向，叶片高度变化缓慢；采用直叶片，均可设计在最佳速比；环形动叶栅通过顶部围带固定成一个整体，离心力很小且与叶片长度无关，可避免旋转过程中产生较大振动，提高系统的稳定性；动叶栅围带和静叶栅围带分别嵌入蜗壳和轮盘凹槽中，形成迷宫密封，减少了间隙损失，提高透平的做功效率。
附图说明
图1是实施例的径向离心透平的结构示意图；
图2是图1的P-P’方向的剖视图；
图3(A)是静叶栅的平面展开图，图3(B)是动叶栅的平面展开图；
图4是图2中A部位的放大视图；
图5是图2中B部位的放大视图；
图6是实施例的径向离心透平的叶片顶部与围带固定的结构示意图；以及
图7是实施例的径向离心透平的叶顶围带的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明所涉及的径向离心透平作详细阐述。
<实施例>
图1是实施例的径向离心透平的结构示意图；
图2是图1的P-P’方向的剖视图。
如图1、2所示，径向离心透平10包括旋转轴11、壳体12、轮盘13、多组动叶栅14、多组静叶栅15以及密封体16。
旋转轴11可旋转地固定在两端的轴承17上，并在轮盘12的带动下旋转，旋转轴15外侧接发电机或其他工作机(图中未示出)。
壳体12用于保护径向离心透平10。在本实施例中，壳体12包含上壳体18和下壳体19，上壳体18通过多个螺栓20固定在下壳体19上。壳体12内部形成供气流进入的双进气预旋蜗壳21和供气流流出的出气蜗壳22。
轮盘13固定在旋转轴11轴向中心位置处，并在所述气流的推动下带动旋转轴11转动。
图3(A)是静叶栅的平面展开图，图3(B)是动叶栅的平面展开图。
动叶栅14固定在轮盘13上。本实施例的径向离心透平10为多级透平，在轮盘13上安装有多组动叶栅14，每组动叶栅14分别设置在轮盘13的一个圆周上。一组动叶栅的平面展开结构如图3(B)所示。
静叶栅15固定在壳体12上。径向离心透平10也安装有多组静叶栅15，每组静叶栅15分别设置在壳体12的一个圆周上。一组静叶栅15的平面展开结构如图3(A)所示。
如图2所示，动叶栅14和静叶栅15以旋转轴11轴向中心位置的垂直面对称安装。
在本实施例中，动叶栅14和静叶栅15分别为三组，沿轮盘13的径向交替排列，最靠近旋转轴11中心的是一组静叶栅15。
动叶栅14的动叶和静叶栅15的静叶沿叶高方向的截面形状不变，即均为直叶片，设计均为最佳速比。
密封体16分别安装在旋转轴11两端与壳体12相接触的位置，用于防止气流泄露。
图4是图2中A部位的放大视图。
如图4所示，静叶栅15的顶部通过静叶围带23和围带密封梳齿24嵌入轮盘13，形成迷宫密封。
图5是图2中B部位的放大视图；
图6是实施例的径向离心透平10的叶片顶部与围带固定的结构示意图；
图7是实施例的径向离心透平10的叶顶围带的结构示意图。
如图5、6、7所示，动叶栅14一端均匀地安装在轮盘13的一个圆周上，另一端均匀地安装在动叶围带25上的安装槽27内。动叶栅14顶部的围带25和围带密封梳齿26嵌入壳体12的内壁，形成迷宫密封。
如图1、2所示，箭头方向为气流流动方向。该径向离心透平10工作时，工质气体的气流由垂直于旋转轴11延伸的方向进入双进气预旋蜗壳21，被双进气预旋蜗壳21分为两股气流，以螺旋形流动的形式到达旋转轴11附近。两股气流进入轮盘13的导流锥28后改为径向运动，由轮盘13较小直径向较大直径方向进行离心膨胀，依次交替地通过静叶栅15和动叶栅14，最后汇合为一股气流进入出气蜗壳22，然后排出。
在工质气流的推动作用下，动叶栅14带动轮盘13旋转做功，轮盘13带动旋转轴11进行旋转，旋转轴11带动发电机或其他工作机(图中未示出)工作，将工质气体的热能转变为旋转机械能。。
工质气体在离心膨胀过程中，随着半径的增大体积流量增大，膨胀比增大。
实施例的作用与效果
根据本实施例的径向离心透平，因为采用双进气预旋蜗壳导入气流，能够增大进气量并提高做功能力；动叶栅和静叶栅对称设置，因此该径向离心透平的轴向力平衡，无需额外设置复杂的轴向力平衡机构；本实施例的径向离心透平，流动中具有气动和几何的相容性，沿着流动方向，叶片高度变化缓慢；动叶栅和静叶栅均采用直叶片，均可设计在最佳速比；环形动叶栅通过顶部围带固定成一个整体，离心力很小且与叶片长度无关，可避免旋转过程中产生较大振动，提高系统的稳定性；动叶栅和静叶栅分别嵌入蜗壳和轮盘凹槽中，形成迷宫密封，减少了间隙损失，提高透平的做功效率。
当然，本发明所涉及的径向离心透平，并不仅仅限定于以上实施例中所述的结构，以上仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种径向离心透平，其特征在于，包括：
旋转轴，关于旋转轴轴向中心位置的垂直面完全对称，用于固定轮盘并在该轮盘的带动下旋转；
壳体，含有分别关于所述旋转轴轴向中心位置的垂直面完全对称的、供气流进入所述径向离心透平的双进气预旋蜗壳和供所述气流流出的出气蜗壳；
轮盘，能够绕中心轴线旋转，关于所述旋转轴轴向中心位置的垂直面完全对称；
多组动叶栅，每组动叶栅分别设置在所述轮盘的端面上，所述动叶栅的一端固定在所述轮盘上，另一端通过动叶围带可转动地嵌入所述壳体，在所述气流的作用下带动所述轮盘进行旋转，动叶栅关于旋转轴轴向中心位置的垂直面完全对称安装；
多组静叶栅，每组静叶栅的一端固定在所述壳体上，另一端通过静叶围带和围带密封梳齿嵌入所述轮盘，静叶栅关于旋转轴轴向中心位置的垂直面完全对称安装；以及
密封体，被设置在所述旋转轴和所述壳体的连接处，用于防止所述气流泄漏，
其中，所述动叶栅和所述静叶栅在所述旋转轴的径向方向交替排列，并且最靠近所述旋转轴的是一组所述静叶栅。
2.根据权利要求1所述的径向离心透平，其特征在于：
其中，所述动叶栅的动叶和所述静叶栅的静叶均为直叶片，该直叶片沿叶高方向截面形状不变。
3.根据权利要求1所述的径向离心透平，其特征在于：
其中，所述动叶围带和所述壳体之间，以及所述静叶围带和所述轮盘之间形成迷宫密封。
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