CN109707470A - 一种小型双层筒形缸结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小型双层筒形缸结构，包括内设有外缸内腔的外缸和设置在外缸内腔内且带有内缸内腔的内缸；所述的外缸内设置有分别与外缸内腔连通的外缸入口和外缸出口；所述的内缸内设置有分别与内缸内腔连通的内缸入口和内缸出口；所述的外缸入口内密封安装有与内缸入口连通的进气管；所述的内缸出口与外缸内腔连通；所述的内缸内腔内设置有叶轮，所述的叶轮传动连接有分别与内缸、外缸动密封连接的转轴；所述内外缸均为整体筒形缸结构。本发明的有益效果是：能够减小内缸内外两侧压差以及温差，降低内缸材料对抗压性能的要求，在满足强度要求的情况下，能够减小内缸的壁厚，从而减小制造材料的用量，以此起到降低生产成本的作用。

Description

一种小型双层筒形缸结构

技术领域

本发明涉及涡轮领域，具体是一种小型双层整体筒形气缸结构。

背景技术

透平指的是将流体介质中蕴有的能量转换成机械功的机器，又称涡轮。常规小型透平气缸主要采用单层缸结构，由于机组为高温高压，为满足强度要求，需将气缸壁做得足够厚；由于工质为高温，气缸内壁直接与高温工质接触，材料需满足高温要求，由于缸壁较厚，需采用大量的价格昂贵的耐高温材料；同时，由于缸壁较厚，且内外壁温差大，若温升过快会导致缸壁内温度梯度较大，从而产生较大的热应力，不能满足快速启动的要求。由于压力高，采用常规上下半中分结构会导致中分面位置的应力集中，因此常规上下半中分结构不能满足高温高压及快速启动要求。因而现有技术条件下的透平具有造价高、重量大、使用时产生的热应力高、难以满足快速启动的要求等缺陷。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供了一种造价低、质量轻的小型双层筒形缸结构，减少热应力的产生，满足快速启动的使用要求。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种小型双层筒形缸结构，包括内设有外缸内腔的外缸和设置在外缸内腔内且带有内缸内腔的内缸；所述的外缸内设置有分别与外缸内腔连通的外缸入口和外缸出口；所述的内缸内设置有分别与内缸内腔连通的内缸入口和内缸出口；所述的外缸入口内密封安装有与内缸入口连通的进气管；所述的内缸出口与外缸内腔连通；所述的内缸内腔内设置有叶轮，所述的叶轮传动连接有分别与内缸、外缸动密封连接的转轴。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述的进气管的轴线沿着叶轮的径向或切向。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述的外缸出口的长度方向沿着叶轮的径向设置以便于实现径向排气。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述的外缸出口的长度方向沿着叶轮轴线的长度方向设置以便于实现轴向排气。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述的进气管设置有一个。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述的进气管的轴线沿着内缸内腔的切向设置且设置有两个，两个进气管分别位于叶轮轴线的两侧。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述的内缸采用铸造的方式一体成型，或采用铸造的方式分两部分成型；所述的外缸采用铸造的方式一体成型，或采用铸造的方式分两部分成型。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述的外缸分两部分成型而分成的两部分采用螺纹连接的方式进行连接，连接处密封；所述的内缸分两部分成型而分成的两部分采用螺纹连接的方式进行连接，连接处密封。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述的外缸的一侧或两侧设置有端盖。

用于小型向心透平、小型压气机或小型膨胀机。

本方案所取得的有益效果是：

（1）采用双层气缸，使得内缸内外两侧压差以及温差能够减小，能够降低内缸材料对抗压性能的要求，并且仅需要使用内缸输出动力，外缸就能够选用较低要求的材料，由于内缸内外两侧压差较小，在满足强度要求的情况下，能够减小内缸的壁厚，从而减小高温材料的用量，以此起到降低生产成本的作用。内缸内外两侧均有高温的气体，内缸减小内缸侧壁的温度梯度，从而减小内外温差较大而导致的热应力，相应的能够加快机组启动时间，从而实现快速启动的功能。

（2）便于提高动能的利用率。

（3）使内缸、外缸的热应力分布均匀，增加气缸安全性及密封性。

附图说明

图1为实施例3中两个进气管切向进气且旋转对称的结构示意图；

图2为实施例3中进气管径向进气的结构示意图；

图3为实施例5中外缸带有两个端盖的结构示意图；

图4为实施例3中两个进气管同侧切向进气的结构示意图。

其中：1-内缸，11-内缸内腔，12-内缸入口，13-内缸出口，2-外缸，21-外缸内腔，22-外缸入口，23-外缸出口，24-端盖，3-进气管，4-转轴。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

如图1、图2所示，本实施例中，一种小型双层筒形缸结构，包括内设有外缸内腔21的外缸2和设置在外缸内腔21内且带有内缸内腔11的内缸1；所述的外缸2内设置有分别与外缸内腔21连通的外缸入口22和外缸出口23；所述的内缸1内设置有分别与内缸内腔11连通的内缸入口12和内缸出口13；所述的外缸入口22内密封安装有与内缸入口12连通的进气管3；所述的内缸出口13与外缸内腔21连通；所述的内缸内腔11内设置有叶轮，所述的叶轮传动连接有分别与内缸1、外缸2动密封连接的转轴4。

将内缸1安装在外缸2的外缸内腔21中，由安装在外缸入口22内的进气管3向内缸1内通入气体，利用气体推动内缸内腔11内的叶轮转动，通过叶轮带动转轴4转动，以此即可利用转轴4输出动力。所述的气体采用高温高压气体。推动叶轮转动的气体通过内缸出口13进入到外缸2的外缸内腔21中，再通过外缸出口23排出外缸2。

由于内缸1的内外两侧均有工质气体，所以内缸1内外两侧的压差以及温差较小，避免使用时内缸1承受由内向外的单侧压力，从而减小了内缸1的负载，相应的在设计制造时，能够减小内缸1的设计要求，例如内缸1的壁厚、体积、对材料的要求，相应的能够降低生产成本以及重量。所述的工质气体指的是各种热机或热力设备借以完成热能与机械能相互转换的媒介气体。

由于外缸2的主要作用为对内缸1进行支撑、减缓气体的排出速度以保证内缸1的内外压差同时密封外缸内腔21工质气体，在气体经叶轮做功后，压力降低，温度降低。因而，对外缸2的制造要求也相对较低，可采用普通气缸材料进行制造，对于外缸2的壁厚也会减小。综合来看，整体外缸不需要使用耐高温高压材料进行制造，并且内缸1的壁厚相较于现有的气缸能够减小，对材料的用量也有可能减少。因而采用该结构能够降低生产制造的成本。

同时，由于内缸1内外两侧均有高温的气体，内缸1的内外两侧均能够与气体进行热交换并且内缸1的壁厚相较于现有技术更薄，以此能够避免内缸1壁厚内的温度梯度较大而产生热应力导致内缸1收缩不均匀，从而避免热应力导致的机组启动时间延长，有利于实现快速启动。

实施例2：

在上述实施例的基础上，本实施例中，所述的内缸内腔11内的转角处为圆角。将转角设计为圆角，能够避免内缸1应力集中，避免内缸1因为受热膨胀变形不均匀而导致连接处间隙增加，从而能够提高密封性能。所述的转轴4与内缸内腔11同轴。以此避免流动的气体冲击叶轮时产生斜向分力而导致动能损失以及使叶轮产生振动而影响叶轮使用寿命。

所述的外缸内腔21内的转角处为圆角。能够避免外缸2应力集中，避免外缸2因为受热膨胀变形不均匀而导致连接处间隙增加，从而能够提高密封性能。

实施例3：

如图1所示，在上述实施例的基础上，本实施例中，所述的进气管3的轴线沿着内缸内腔11的切向设置，所述的进气管3设置有两个且以转轴4的轴线旋转对称，相应的外缸2的外缸入口22设置有两个，内缸1的内缸入口12设置有两个。

如图2所示，所述的进气管3也能够设置一个，并且使进气管3的轴线沿着内缸内腔11的切向设置。

如图4所示，所述的进气管3的轴线沿着内缸内腔11的切向设置，所述的进气管3设置有两个且分别设置在转轴4轴线的两侧。该两个进气管3能够单独使用也能够同时使用。

实施例4：

如图2所示，在上述实施例的基础上，本实施例中，所述的进气管3的轴线沿着内缸内腔11的径向设置。以此能够使得内缸1、外缸2的结构对称，从而便于生产制造，能够减少连接结构的使用，减少内缸1或外缸2上的缝隙，有利于提高密封性能。

实施例5：

如图3所示，在上述实施例的基础上，本实施例中，为了便于内缸1的安装，所述的外缸2的两侧设置有端盖24，将内缸1安装在外缸内腔21之后，使用端盖24从两侧将外缸内腔21密封。以此使得内缸1便于安装，并且外缸内腔21也便于加工制造。外缸内腔21内相应的能够设置凸台或支撑座等支撑结构对内缸1进行支撑、固定。

或者在外缸2的一端设置端盖24，在外缸2的另一端与外缸2一体成型，以此能够减小外缸2上的缝隙和连接结构，增强外缸2的密封性能。

实施例6：

在上述实施例的基础上，本实施例中，所述的内缸出口13与外缸出口23的长度方向不在同一方向，避免从内缸出口13排出的气体直接通过外缸出口23排出而导致外缸内腔21内的压力损失较大，从而避免内缸1内外两侧的压差增加。

实施例7：

在上述实施例的基础上，本实施例中，所述的内缸1对于多级轴流式机组可采用上下半结构，并通过红套环、钢带、上下半套环等进行箍紧。使内缸形成筒形结构。

以上所述的，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种小型双层筒形缸结构，其特征在于：包括内设有外缸内腔（21）的外缸（2）和设置在外缸内腔（21）内且带有内缸内腔（11）的内缸（1）；所述的外缸（2）内设置有分别与外缸内腔（21）连通的外缸入口（22）和外缸出口（23）；所述的内缸（1）内设置有分别与内缸内腔（11）连通的内缸入口（12）和内缸出口（13）；所述的外缸入口（22）内密封安装有与内缸入口（12）连通的进气管（3）；所述的内缸出口（13）与外缸内腔（21）连通；所述的内缸内腔（11）内设置有叶轮，所述的叶轮传动连接有分别与内缸（1）、外缸（2）动密封连接的转轴（4）。

2.根据权利要求1所述的一种小型双层筒形缸结构，其特征在于：所述的进气管（3）的轴线沿着叶轮的径向或切向。

3.根据权利要求2所述的一种小型双层筒形缸结构，其特征在于：所述的外缸出口（23）的长度方向沿着叶轮的径向设置以便于实现径向排气。

4.根据权利要求2所述的一种小型双层筒形缸结构，其特征在于：所述的外缸出口（23）的长度方向沿着叶轮轴线的长度方向设置以便于实现轴向排气。

5.根据权利要求2所述的一种小型双层筒形缸结构，其特征在于：所述的进气管（3）设置有一个。

6.根据权利要求2所述的一种小型双层筒形缸结构，其特征在于：所述的进气管（3）的轴线沿着内缸内腔（11）的切向设置且设置有两个，两个进气管（3）分别位于叶轮轴线的两侧。

7.根据权利要求1所述的一种小型双层筒形缸结构，其特征在于：所述的内缸（1）采用铸造的方式一体成型，或采用铸造的方式分两部分成型；所述的外缸（2）采用铸造的方式一体成型，或采用铸造的方式分两部分成型。

8.根据权利要求7所述的一种小型双层筒形缸结构，其特征在于：所述的外缸（2）分两部分成型而分成的两部分采用螺纹连接的方式进行连接，连接处密封；所述的内缸（1）分两部分成型而分成的两部分采用螺纹连接的方式进行连接，连接处密封。

9.根据权利要求1所述的一种小型双层筒形缸结构，其特征在于：所述的外缸（2）的一侧或两侧设置有端盖（24）。

10.根据权利要求1所述的一种小型双层筒形缸结构，其特征在于：用于小型向心透平、小型压气机或小型膨胀机。