CN109252900B - 一种复合式透平 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种复合式透平，包括：变向进气部，用于改变进气工质的流向；高压离心透平部，与变向进气部连通；变向出气部，与高压部连通，用于改变从高压部流出的进气工质的流向；以及低压轴流透平部，与变向出气部连通。采用本发明的复合式透平，高压段采用离心透平，低压段采用轴流透平。高压段离心式透平具有气动与几何的相容性，即沿着流动方向，工质不断膨胀，比容增大，过流面积因半径的增大也同步增大，使叶片高度沿着径向变化缓慢甚至不变化。低压段轴流式透平具有效率高、焓降大，结构紧凑、叶轮结构简单、加工成本低等优点。

Description

一种复合式透平
技术领域
本发明涉及透平，具体涉及一种复合式透平。
背景技术
多级轴流透平具有功率大、效率高等优点。由于多级轴流透平的焓降大，在出口背压大致不变的条件下，进口蒸汽参数(初温、初压) 就很高。然而，由于进口蒸汽压力、温度都很高，比容较小，在多级轴流透平高压段的进口处蒸汽容积流量较小，所需的通流面积也较小，因此，多级轴流透平高压段多采用部分进气结构。采用部分进气结构的级会产生部分进气损失，包括鼓风损失和斥气损失。为减小级的部分进气损失通常会减小喷管叶高，叶高的减小会导致叶栅端部损失增加；而增大喷管叶栅叶高减小部分进气度使叶栅端壁次流损失减小会导致鼓风损失和斥气损失都增大。此外，由于高压级段蒸汽的比容较小，而漏气间隙又不可能按比例减小，故漏气量相对较大，漏气损失较大。对部分进气的级，由于不进气的动叶弧段成为漏气的通道，使漏气损失更有所增大，导致多级轴流透平的效率相对较低。
在发明专利CN202970801U中采用组合式透平，在同一根主轴上串联离心-向心的结构方式，高压涡轮采用多级离心的形式，低压涡轮采用单级向心的形式。但是，由于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，工质不断膨胀，比容增大，但流道的旋成面周长减小，迫使叶片沿着径向方向高度急剧增大，极大的限制了工质流量，使得该组合式透平流量小，效率低，且叶轮结构复杂、流场复杂、制造成本高。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种复合式透平。
本发明提供了一种复合式透平，具有这样的特征，包括：变向进气部，用于改变进气工质的流向；高压离心透平部，与变向进气部连通；变向出气部，与高压部连通，用于改变从高压部流出的进气工质的流向；以及低压轴流透平部，与变向出气部连通。采用本发明的复合式透平，高压段采用离心透平，低压段采用轴流透平。高压段离心式透平气流流动过程中具有气动与几何的相容性，即沿着流动方向，工质不断膨胀，比容增大，过流面积因半径的增大也同步增大，使叶片高度沿着径向变化缓慢甚至不变化。低压段采用轴流式透平具有效率高、焓降大，结构紧凑、叶轮结构简单、加工成本低。
在本发明提供的复合式透平中，还可以具有这样的特征：其中，高压离心透平部与低压轴流透平部采用同一根主轴串联连接。
在本发明提供的复合式透平中，还可以具有这样的特征：其中，变向进气部包括进气道以及进口导流锥，进气道用于实现进气工质的流动以及流动方向的改变，导流锥安装在进气道内，用于改变进气工质的方向，将进气工质由轴向变成径向。这样的变向使得进气工质能够沿径向分布在透平的动叶以及静叶。
在本发明提供的复合式透平中，还可以具有这样的特征：其中，变向出气部包括出气道以及出口导流锥，出气道的两端分别与高压离心透平部以及低压轴流透平部连通，将从高压离心透平部中的径向流出的进气工质的方向转化为轴向流入至低压轴流透平部内，出口导流锥安装在出气道内，用于改变进气工质的方向，将进气工质由径向变成轴向。这样的构造以及变向能够实现进气工质的流动方向从径向再次转化为轴向，从而进入到轴流透平中。
在本发明提供的复合式透平中，还可以具有这样的特征：其中，高压离心透平部包含至少一级离心透平。也可以采用多级离心透平，不仅效率高，还解决了离心-向心组合式透平在流量和功率小的缺点，广泛适用于不同流量、不同功率级。
在本发明提供的复合式透平中，还可以具有这样的特征：其中，离心透平的叶片均采用直叶片。采用直叶片的结构，能够使得沿叶高方向均可设计与运行在最佳反动度和最佳速比处，使透平效率更高，叶片制造更简单。
在本发明提供的复合式透平中，还可以具有这样的特征：其中，在离心透平的动叶顶部进行密封设置，能够减小透平级间泄漏量。
在本发明提供的复合式透平中，还可以具有这样的特征：其中，低压轴流透平部包含至少一级轴流透平，也可以包含多级轴流透平。当采用多级形式时，能够增大透平焓降与效率。
在本发明提供的复合式透平中，还可以具有这样的特征：其中，在轴流透平的静叶围带处进行密封装置，能够减小透平级间泄漏量。
在本发明提供的复合式透平中，还包括：止推轴承，其中，止推轴承设置在变向出气部内，用于平衡进气工质在流动过程中产生的轴向推力以及径向推力。
附图说明
图1是本发明的实施例中复合式透平的剖视图；以及
图2是图1中A处的局部放大图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对复合式透平作具体阐述。
图1是本发明的实施例中复合式透平的剖视图，以及图2是图1 中A处的局部放大图。
如图1、2所示，复合式透平100包括变向主轴10、进气部20、高压离心透平部30、变向出气部40、低压轴流透平部50以及止推轴承60。
主轴10将高压离心透平部30和低压轴流透平部50进行串联连接。
变向进气部20包括进气道21、进口法兰22以及进口导流锥23。
进气道21套设在主轴的一端，供进气工质流入。
进口法兰22设置在进气道21的进口处。
进口导流锥23设置在进气道21内的靠近主轴10的位置处，用于改变进气工质的流动方向，使得沿着主轴10的轴向进入进气道21 的进气工质流动方向由轴向变为径向。
高压离心透平部30与变向进气部20连通，包括单级离心透平，该单级离心透平包括离心静叶31、离心动叶32、导叶33以及气缸 34。所有的叶片均采用直叶片，沿叶高方向设计与运行在最佳反动度和最佳速比处，使透平效率更高。离心动叶32的顶部进行密封装置，减小级间泄漏量。
在高压离心透平部30内，静止部件为离心静叶31、导叶33以外侧的气缸34，其中，离心静叶31与进口导流锥23固定连接。离心静叶31以及导叶33均与气缸34固定连接。
变向出气部40与高压离心透平部30连通，用于输出从高压离心透平部30内流出的进气工质，包括出气道41以及出口导流锥42。
出口导流锥42设置在出气道41内的靠近主轴10的位置处，与离心透平的出口导叶33固定连接，用于改变进气工质的流动方向，使得从高压离心透平部30内流出的进气工质的流动方向由径向再次变为轴向，从而进入低压轴流透平部50。
低压轴流透平部50与变向出气部40连通，包含多级轴流透平，轴流透平每级均包括轴流静叶51以及轴流动叶52。轴流静叶51与气缸34固定连接，且围带处进行密封设置，减小级间泄漏量。
止推轴承60设置在出口导流锥42与主轴10之间，用于平衡进气工质在流动过程中产生的轴向推力以及径向推力。
复合式透平100的工作过程为：进气工质沿着主轴10的轴向从进口法兰22进入到进气道21中，经过进口导流锥23的作用后，进气工质的流动方向由轴向变为径向。然后进入离心静叶31后，接着继续进入到离心动叶32，推动转子旋转，随后进气工质进入导叶33转变气流方向，进入出气道41，经过出口导流锥42的作用后，流动方向由径向再次变为轴向，进入轴流透平的轴流静叶51，最后进入轴流动叶52，推动转子旋转输出机械功。
上文中，参照附图描述了本发明的具体实施方式。但是，本领域的普通技术人员能够理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，还可以对本发明的具体实施方式作各种变更和替换，这些变更和替换都落在本发明权利要求书所限定的范围内。
在本实施例中，复合式透平中，高压离心透平部包含单级离心透平，低压轴流透平部包含多级轴流透平，离心透平与轴流透平采用同一根主轴进行串联连接。在其他实施例中，高压离心透平部还可以为包含多级离心透平，低压轴流透平部也可以为包含单级轴流透平，离心透平与轴流透平采用不同的轴进行连接。进一步地，在其他实施例中，在离心透平中可以根据需要不设置导叶。

Claims (7)

1.一种复合式透平，其特征在于，包括：
变向进气部，用于改变进气工质的流向，所述变向进气部包括进气道以及进口导流锥，所述进气道用于实现所述进气工质的流动以及流动方向的改变，所述导流锥安装在所述进气道内，用于改变所述进气工质的方向，将所述进气工质由轴向变成径向；
高压离心透平部，与所述变向进气部连通；
变向出气部，与所述高压离心透平部连通，用于改变从所述高压离心透平部流出的所述进气工质的流向，所述变向出气部包括出气道以及出口导流锥，所述出气道的两端分别与所述高压离心透平部以及低压轴流透平部连通，将从所述高压离心透平部中的径向流出的所述进气工质的方向转化为轴向流入至低压轴流透平部内，所述出口导流锥安装在所述出气道内，用于改变所述进气工质的方向，将所述进气工质由径向变成轴向；
低压轴流透平部，与所述变向出气部连通，以及
止推轴承，
其中，所述止推轴承设置在所述变向出气部内，设置在所述出口导流锥和主轴之间，用于平衡所述进气工质在流动过程中产生的轴向推力以及径向推力。
2.根据权利要求1所述的复合式透平，其特征在于：
其中，所述高压离心透平部与所述低压轴流透平部采用同一根主轴串联连接。
3.根据权利要求1所述的复合式透平，其特征在于：其中，所述高压离心透平部包含至少一级离心透平。
4.根据权利要求3所述的复合式透平，其特征在于：其中，所述离心透平的叶片均采用直叶片。
5.根据权利要求3所述的复合式透平，其特征在于：其中，在所述离心透平的动叶顶部进行密封设置。
6.根据权利要求1所述的复合式透平，其特征在于：其中，所述低压轴流透平部包含至少一级轴流透平。
7.根据权利要求6所述的复合式透平，其特征在于：其中，在所述轴流透平的静叶围带处进行密封设置。
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