CN111396138A - 一种适用于惰性混合工质的高效向心涡轮 - Google Patents

一种适用于惰性混合工质的高效向心涡轮 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于惰性混合工质的高效向心涡轮，包括进排气系统和转子系统，进排气系统包括涡轮蜗壳、导向器组件、涡轮机匣；导向器组件由导向器和隔热盘钎焊形成，导向器的安装端面开设安装台阶，涡轮机匣的安装端面开设安装台阶，导向器和涡轮机匣的安装端面相对后，两个安装台阶形成的安装槽内安装涡轮蜗壳；所述向心涡轮采用惰性混合气体工质，惰性混合气体由涡轮蜗壳法兰面进气，在涡轮蜗壳内腔沿周向和径向均匀进气，最后在涡轮机匣轴向排出。本发明按惰性混合气体工质特性设计导向装置、转子的叶片气动型面和气流通道，通过涡轮导向装置、涡轮转子的结构设计，从而获得轴功，实现惰性混合气体的能量转换效率得到极大提高。

Description

一种适用于惰性混合工质的高效向心涡轮
技术领域
本发明属于涡轮发动机技术领域，涉及一种适用于惰性混合工质的高效向心涡轮。
背景技术
涡轮是将气体的热能转化为动能和机械能，从而获得低温气体或输出轴功的一类装置。向心涡轮是气流方向沿径向由外向内的一类涡轮。一般燃气向心涡轮由涡轮导向装置和涡轮转子组成。涡轮导向装置将高温高压的低速气体转变为高速气体，并为涡轮转子提供合适的入口气流角，高速气体吹动涡轮转子旋转输出轴功，获得相对低温气体，从而完成能量转换。
一般向心涡轮的工质是空气、燃气、二氧化碳等，也有用氦气等惰性气体。
一般向心涡轮在直接使用惰性混合气体时，导向装置、转子的叶片气动型面和气流通道内存在一定流动分离，产生能量损失，因而能量转换效率较低。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是：提供一种适用于惰性混合工质的高效向心涡轮，按惰性混合气体工质特性设计导向装置、转子的叶片气动型面和气流通道，通过涡轮导向装置、涡轮转子的结构设计，从而获得轴功，实现惰性混合气体的能量转换。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种适用于惰性混合工质的高效向心涡轮，其包括进排气系统和转子系统，转子系统安装在进排气系统内，在进排气系统内旋转；进排气系统包括涡轮蜗壳6、导向器组件、涡轮机匣8；导向器组件由导向器5和隔热盘4钎焊形成，导向器5的安装端面开设安装台阶，涡轮机匣8的安装端面开设安装台阶，导向器5和涡轮机匣8的安装端面相对后，两个安装台阶形成的安装槽内安装涡轮蜗壳6；所述向心涡轮采用惰性混合气体工质，惰性混合气体由涡轮蜗壳法兰面进气，在涡轮蜗壳内腔沿周向和径向均匀进气，最后在涡轮机匣轴向排出。
其中，所述涡轮蜗壳6两侧端面上开设有凹槽，凹槽内分别安装第一金属O型密封圈3和第二金属O型密封圈7。
其中，所述导向器5和涡轮蜗壳6之间通过第一六角头螺栓1固定连接，第一六角头螺栓1与导向器5端面之间还设置有第一垫片2。
其中，所述涡轮机匣8和涡轮蜗壳6之间通过第二六角头螺栓9固定连接，第二六角头螺栓9与涡轮机匣8端面之间还设置有第二垫片10。
其中，所述转子系统由涡轮转子组件11组成，涡轮转子组件11由涡轮转子和芯轴摩擦焊接而成。
其中，所述涡轮蜗壳型线采用梨形，上半部分为半圆形，下半部分为梯形，梯形角度为30°。
其中，所述涡轮蜗壳出口宽度6.06mm，内径Φ126mm。
其中，所述涡轮转子子午型面结构尺寸包括：入口外径Φ85.3mm，入口宽度6.06mm，出口外径Φ59.7mm，出口内径Φ20.3mm，轴向宽度29.9mm。
其中，所述涡轮转子叶片数为10。
(三)有益效果
上述技术方案所提供的适用于惰性混合工质的高效向心涡轮，按惰性混合气体工质特性设计导向装置、转子的叶片气动型面和气流通道，通过涡轮导向装置、涡轮转子的结构设计，从而获得轴功，实现惰性混合气体的能量转换效率得到极大提高。
附图说明
图1为本发明惰性混合工质向心涡轮结构示意图；
图2为进排气系统剖视图。
图3为涡轮蜗壳型线图示。
图4为涡轮转子子午型面图示。
图中，1-第一六角头螺栓，2-第一垫片，3-第一金属O型密封圈，4-隔热盘，5-导向器，6-涡轮蜗壳，7-第二金属O型密封圈，8-涡轮机匣，9-第二六角头螺栓，10-第二垫片，11-涡轮转子组件
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
参照图1所示，本发明适用于惰性混合工质的高效向心涡轮包括进排气系统和转子系统，转子系统安装在进排气系统内，在进排气系统内旋转；进排气系统包括涡轮蜗壳6、导向器组件、涡轮机匣8；导向器组件由导向器5和隔热盘4钎焊形成，导向器5的安装端面开设安装台阶，涡轮机匣8的安装端面开设安装台阶，导向器5和涡轮机匣8的安装端面相对后，两个安装台阶形成的安装槽内安装涡轮蜗壳6；所述向心涡轮采用惰性混合气体工质，惰性混合气体由涡轮蜗壳法兰面进气，在涡轮蜗壳内腔沿周向和径向均匀进气，最后在涡轮机匣轴向排出。
涡轮蜗壳6两侧端面上开设有凹槽，凹槽内分别安装第一金属O型密封圈3和第二金属O型密封圈7，实现导向器5、涡轮机匣8与涡轮蜗壳6之间的密封。
导向器5和涡轮蜗壳6之间通过第一六角头螺栓1固定连接，第一六角头螺栓1与导向器5端面之间还设置有第一垫片2；涡轮机匣8和涡轮蜗壳6之间通过第二六角头螺栓9固定连接，第二六角头螺栓9与涡轮机匣8端面之间还设置有第二垫片10。
转子系统由涡轮转子组件11组成，涡轮转子组件11由涡轮转子和芯轴摩擦焊接而成。
安装时，如图1，导向器5从左侧插入涡轮蜗壳内孔，通过第一六角头螺栓1和第一垫片2连接到涡轮蜗壳6，并压缩第一金属O型密封圈3以密封惰性混合气体；涡轮机匣8从右侧插入涡轮蜗壳内孔，通过第二六角头螺栓9和第二垫片10连接到涡轮蜗壳6，并压缩第二金属O型密封圈7实现密封。
涡轮蜗壳剖视图如图2，惰性混合气体由涡轮蜗壳法兰面进气，在涡轮蜗壳内腔沿周向和径向均匀进气，最后在涡轮机匣轴向排出。
本发明按惰性混合气体工质特性设计了涡轮蜗壳、导向器、涡轮机匣的流道型面及涡轮转子的叶型。涡轮蜗壳型线采用梨形，如图3所示，上半部分为圆形，下半部分为梯形，梯形角度为30°，出口宽度6.06mm，内径Φ126mm。涡轮转子子午型面结构尺寸如图4，入口外径Φ85.3mm，入口宽度6.06mm，出口外径Φ59.7mm，出口内径Φ20.3mm，轴向宽度29.9mm。叶片数为10。
本发明向心涡轮可使一定流量惰性混合气体压力降低到初始压力的1/1.5～1/2.5，转速50000r/min～100000r/min，能量转换效率88％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种适用于惰性混合工质的高效向心涡轮，其特征在于，包括进排气系统和转子系统，转子系统安装在进排气系统内，在进排气系统内旋转；进排气系统包括涡轮蜗壳(6)、导向器组件、涡轮机匣(8)；导向器组件由导向器(5)和隔热盘(4)钎焊形成，导向器(5)的安装端面开设安装台阶，涡轮机匣(8)的安装端面开设安装台阶，导向器(5)和涡轮机匣(8)的安装端面相对后，两个安装台阶形成的安装槽内安装涡轮蜗壳(6)；所述向心涡轮采用惰性混合气体工质，惰性混合气体由涡轮蜗壳法兰面进气，在涡轮蜗壳内腔沿周向和径向均匀进气，最后在涡轮机匣轴向排出。
2.如权利要求1所述的适用于惰性混合工质的高效向心涡轮，其特征在于，所述涡轮蜗壳(6)两侧端面上开设有凹槽，凹槽内分别安装第一金属O型密封圈(3)和第二金属O型密封圈(7)。
3.如权利要求2所述的适用于惰性混合工质的高效向心涡轮，其特征在于，所述导向器(5)和涡轮蜗壳(6)之间通过第一六角头螺栓(1)固定连接，第一六角头螺栓(1)与导向器(5)端面之间还设置有第一垫片(2)。
4.如权利要求3所述的适用于惰性混合工质的高效向心涡轮，其特征在于，所述涡轮机匣(8)和涡轮蜗壳(6)之间通过第二六角头螺栓(9)固定连接，第二六角头螺栓(9)与涡轮机匣(8)端面之间还设置有第二垫片(10)。
5.如权利要求4所述的适用于惰性混合工质的高效向心涡轮，其特征在于，所述转子系统由涡轮转子组件(11)组成，涡轮转子组件(11)由涡轮转子和芯轴摩擦焊接而成。
6.如权利要求5所述的适用于惰性混合工质的高效向心涡轮，其特征在于，所述涡轮蜗壳型线采用梨形，上半部分为半圆形，下半部分为梯形，梯形角度为30°。
7.如权利要求6所述的适用于惰性混合工质的高效向心涡轮，其特征在于，所述涡轮蜗壳出口宽度6.06mm，内径Φ126mm。
8.如权利要求7所述的适用于惰性混合工质的高效向心涡轮，其特征在于，所述涡轮转子子午型面结构尺寸包括：入口外径Φ85.3mm，入口宽度6.06mm，出口外径Φ59.7mm，出口内径Φ20.3mm，轴向宽度29.9mm。
9.如权利要求8所述的适用于惰性混合工质的高效向心涡轮，其特征在于，所述涡轮转子叶片数为10。
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