CN111706525A - 一种高温高效液力透平余能回收装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高温高效液力透平余能回收装置，包括叶轮、液力透平装置和调节阀体。液力透平装置的轴穿设在调节阀体的中心，且轴套接在轴承内，轴承的下方设有迷宫式油封，迷宫式油封与轴承体连接，设置在轴下端的轴流式转轮设置在调节阀体的中心，并紧固在轴上，调节阀体的内螺纹腔室一端和透平入口连通，另一端和密封腔室连接后和排出通道相连通；分隔部上设置有一端与排出通道相连通的调节腔室，另一端与导入通道相连通；其中，所述轴流式转轮位于导入通道和排出通道之间；叶轮设置在导入通道的出口和调节腔室进口之间。本发明有效地调节透平介质的流量，保证了透平不但能够适应各种工况，而且可以保持高效的工作效率。

Description

一种高温高效液力透平余能回收装置

技术领域

本发明属于泵体能量回收技术领域，具体为一种高温高效液力透平余能回收装置。

背景技术

余能回收利用成为我国石油化工、钢铁等领域完成节能减排的有效途径。目前我国对高余压液体进行回收利用的主流方式是采用液力透平装置,液力透平是利用工业流体(液体)高余压产生旋转动力,从而使发电机发电,或带动水泵、风机等,达到节能效果,但绝大部分采用反转泵模式液力透平,其转轮与过流部件按水泵工况设计,不适合透平工况,其效率低,降低了余压的回收率；工业生产中的余压能是可再生能源，用能量回收装置代替减压阀，避免了余压能的浪费。

目前，一体式液力透平装置因其结构简单、可完全实现零泄漏、能量回收效率高等优点而越来越多的应用到工业领域的高压富裕介质压力能量回收中，一体式液力透平对工艺系统的参数稳定性要求较高，若系统流量不稳定，很容易对液力透平工况产生影响，导致能量转换效率降低，很多工艺系统在运行过程中往往存在着一定流量波动，有的甚至会出现较大的波动，这就需要液力透平能够及时做出运行工况流量的调整。

发明内容

针对现有的技术方案存在的问题，本发明的目的在于提供一种高温高效液力透平余能回收装置。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种高温高效液力透平余能回收装置，其包括叶轮、液力透平装置和调节阀体；液力透平装置包括轴流式转轮、轴套、挡水圈、螺钉、轴承端盖、迷宫式油封、轴承、轴、轴承体；轴承体设置在调节阀体的上端，且轴承体与调节阀体之间通过一个螺栓连接，轴穿设在调节阀体的中心，且轴套接在轴承内，轴承的下方设有迷宫式油封，迷宫式油封底部的轴承端盖通过螺钉与轴承体连接，轴流式转轮设置在轴下端，且位于调节阀体的中心。

调节阀体其包括导入通道、排出通道、分隔部、调节腔室、密封腔室和内螺纹腔室；内螺纹腔室一端和透平入口连通，另一端和密封腔室连接后和排出通道相连通；分隔部上设置有一端与排出通道相连通的调节腔室，另一端与导入通道相连通；其中，所述轴流式转轮位于导入通道和排出通道之间。

叶轮，其设置在导入通道的出口和调节腔室进口之间。

进一步的，所述透平余能回收装置还包括一个防堵塞单元，其位于透平出口和透平入口之间的通道上。

进一步的，防堵塞单元包括防堵头以及与防堵头相连的连接头；所述连接头的外侧设置有外螺纹，所述连接头安装在导入通道的入口处，所述防堵头凸出在导入通道的外侧。

进一步的，防堵头的外圆周方向上均匀布置有若干个供泵送介质流通的过流孔以及若干个切割泵送介质中杂质的切割片，所述过流孔与导入通道相连通。

进一步的，过流孔和切割片间隔布置，从而使得杂质在进入过流孔之前便被有效地打散。

进一步的，轴的下方设有挡水圈，轴套套设在轴的外壁，O型密封圈镶嵌在轴套内，轴套的外壁设有机械密封。

进一步的，内螺纹腔室的入口和透平入口连通，排出通道的出口和透平出口连通。

进一步的，所述调节腔室、密封腔室和内螺纹腔室依次排布，且调节腔室和密封腔室分设在排出通道的径向两侧。

进一步的，叶轮包括前盖板、后盖板和叶片，叶片固定连接在前盖板和后盖板之间，所述的叶片呈前弯形，叶片的包角在20°-130°之间。

进一步的，所述的前弯形是指叶片的弯曲方向与叶轮旋转方向相反，所述的叶片的厚度以骨线为基准，按翼型厚度分布规律进行加厚。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明通过轴流式液力透平装置的设计，将余压液体从透平进口进入调节阀体后再进入泵体，经过轴流式转轮，驱动其旋转，轴流式转轮带动轴旋转，将液体余压能量转换为转子的旋转机械能，从而实现了液体余压能量回收。

(2)通过在余压液体从透平进口进入泵体前添加调节阀体，将进入透平腔室中的透平介质流量进行调节。调节阀体包括通向透平腔室的导入通道和远离透平腔室的排出通道，导入通道始终保持通畅，以保证透平介质流动的最低流量；排出通道可以根据实时情况调整排出通道开口的大小，从而调整进入透平腔室的透平介质流量。有效地调节透平介质的流量，保证了透平不但能够适应各种工况，而且可以保持高效的工作效率。

(3)利用新式的液力透平的叶轮，可以有效提高液力透平的效率和运行稳定性。叶片呈前弯形。其中的叶片包角在20°-130°之间，前弯形叶片可使液力透平的叶轮外径减小10-15％。这有利于减小液力透平的体积和重量，节约材料，有效减小液力透平叶轮内部的水力损失。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是本发明结构示意图；

图2是图1中液力透平装置的结构示意图；

图3是图1中调节阀体的结构示意图；

图4是本发明防堵塞单元的结构示意图；

图5是本发明叶轮的叶片结构示意图；

图6是本发明叶轮结构示意图。

图中标注：1-调节阀体，2-防堵塞单元，21-防堵头，22-连接头，23-过流孔，24-切割片，3-透平出口，4-透平入口，5-轴套，6-机械密封，7-螺栓，8-O型密封圈，9-挡水圈，10-螺钉，11-轴承端盖，12-迷宫式油封，13-轴承，14-轴，15-轴承体，30-轴流式转轮，31-导入通道，32-排出通道，33-分隔部，34-叶轮，340-叶片，341-盖板，342-后盖板，41-调节腔室，42-密封腔室，43-内螺纹腔室。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-6所示，本实施例的一种高温高效液力透平余能回收装置，其包括叶轮34、液力透平装置、调节阀体1、防堵塞单元2。

液力透平装置包括轴流式转轮3、轴套5、挡水圈9、螺钉10、轴承端盖11、迷宫式油封12、轴承13、轴14、轴承体15；轴承体15设置在调节阀体1的上端，且轴承体15)与调节阀体1之间通过一个螺栓7连接，轴14穿设在调节阀体1的中心，且轴14套接在轴承13内，轴承13的下方设有迷宫式油封12，迷宫式油封12底部的轴承端盖11通过螺钉10与轴承体15连接，轴流式转轮3设置在轴14下端，且位于调节阀体1的中心。

轴14的下方设有挡水圈9，轴套5套设在轴14的外壁，O型密封圈8镶嵌在轴套5内，轴套5的外壁设有机械密封6。

余压液体从液力透平进口进入调节阀体1后再进入泵体，经过轴流式转轮30，驱动其旋转，轴流式转轮30带动轴14旋转，将液体余压能量转换为转子的旋转机械能。从液力透平输出的机械能可连接发电机发电，或者直接驱动泵或风机等工作机工作。从轴流式转轮30流出的低压流体经泵体的出口流出，从而实现了液体余压能量回收。

防堵塞单元2位于透平出口3和透平入口4之间的通道上。防堵塞单元2包括防堵头21以及与防堵头21相连的连接头22；所述连接头22的外侧设置有外螺纹，所述连接头22安装在导入通道31的入口处，所述防堵头21凸出在导入通道31的外侧。防堵头21的外圆周方向上均匀布置有若干个供泵送介质流通的过流孔23以及若干个切割泵送介质中杂质的切割片24，过流孔23与导入通道31相连通。过流孔23和切割片24间隔布置，从而使得杂质在进入过流孔23之前便被有效地打散。

调节阀体1其包括导入通道31、排出通道32、分隔部33、调节腔室41、密封腔室42和内螺纹腔室43；内螺纹腔室43一端和透平入口4连通，另一端和密封腔室42连接后和排出通道32相连通；分隔部33上设置有一端与排出通道32相连通的调节腔室41，另一端与导入通道31相连通；其中，所述轴流式转轮3位于导入通道31和排出通道32之间；

调节腔室41、密封腔室42和内螺纹腔室43依次排布，且调节腔室41和密封腔室42分设在排出通道32的径向两侧。

内螺纹腔室43的入口和透平入口4连通，排出通道32的出口和透平出口3连通。

流体经过透平入口4进入内螺纹腔室43和密封腔室42，调节腔室41将流体送入叶轮34中，经过叶轮34的旋转送入导入通道31，再通向远离透平腔室的排出通道32，所述导入通道31始终保持通畅，以保证透平介质流动的最低流量；所述排出通道32上则设置有防堵塞单元2和流量控制组件，排出通道32可以根据实时情况调整排出通道开口的大小，从而调整进入透平腔室的透平介质流量。

通过在余压液体从透平进口进入泵体前添加调节阀体，将进入透平腔室中的透平介质流量进行调节。调节阀体包括通向透平腔室的导入通道和远离透平腔室的排出通道，导入通道始终保持通畅，以保证透平介质流动的最低流量；排出通道可以根据实时情况调整排出通道开口的大小，从而调整进入透平腔室的透平介质流量。有效地调节透平介质的流量，保证了透平不但能够适应各种工况，而且可以保持高效的工作效率。

叶轮34设置在导入通道31的出口和调节腔室41进口之间。

叶轮34包括前盖板341、后盖板342和叶片340，叶片340固定连接在前盖板341和后盖板342之间，所述的叶片340呈前弯形，叶片340的包角在20°-130°之间。所述的前弯形是指叶片340的弯曲方向与叶轮34旋转方向相反，所述的叶片340的厚度以骨线为基准，按翼型厚度分布规律进行加厚。

叶片340的厚度以骨线为基准，按翼型厚度分布规律进行加厚。这种形式的叶片340厚度分布规律，能有效的减小叶轮进口的冲击损失和叶轮进出口叶片排挤，能使液力透平的效率进一步提高。

本实施例的叶片340数量为6至20个均布。叶片340数量太少，则效率较低；叶片340数量过多，则同样效率较低，且铸造难度大。因此，叶片340的数量取6至20个，且叶片340均匀布置在叶轮中，例如，叶片340可以是6个、9个、10个、15个、20个。当叶片包角较小时，设置较多的叶片340；叶片包角较大时，设置较少的叶片340。

利用新式的液力透平的叶轮，可以有效提高液力透平的效率和运行稳定性。叶片呈前弯形。其中的叶片包角在20°-130°之间，前弯形叶片可使液力透平的叶轮外径减小10-15％。这有利于减小液力透平的体积和重量，节约材料，有效减小液力透平叶轮内部的水力损失。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高温高效液力透平余能回收装置，包括叶轮(34)、液力透平装置和调节阀体(1)；其特征在于，液力透平装置包括轴流式转轮(3)、轴套(5)、挡水圈(9)、螺钉(10)、轴承端盖(11)、迷宫式油封(12)、轴承(13)、轴(14)、轴承体(15)；轴承体(15)设置在调节阀体(1)的上端，且轴承体(15)与调节阀体(1)之间通过一个螺栓(7)连接，轴(14)穿设在调节阀体(1)的中心，且轴(14)套接在轴承(13)内，轴承(13)的下方设有迷宫式油封(12)，迷宫式油封(12)底部的轴承端盖(11)通过螺钉(10)与轴承体(15)连接，轴流式转轮(3)设置在轴(14)下端，且位于调节阀体(1)的中心；

调节阀体(1)其包括导入通道(31)、排出通道(32)、分隔部(33)、调节腔室(41)、密封腔室(42)和内螺纹腔室(43)；内螺纹腔室(43)一端和透平入口(4)连通，另一端和密封腔室(42)连接后和排出通道(32)相连通；分隔部(33)上设置有一端与排出通道(32)相连通的调节腔室(41)，另一端与导入通道(31)相连通；其中，所述轴流式转轮(3)位于导入通道(31)和排出通道(32)之间；

叶轮(34)，其设置在导入通道(31)的出口和调节腔室(41)进口之间。

2.根据权利要求1所述的一种高温高效液力透平余能回收装置，其特征在于，所述透平余能回收装置还包括一个防堵塞单元(2)，其位于透平出口(3)和透平入口(4)之间的通道上。

3.根据权利要求2所述的一种高温高效液力透平余能回收装置，其特征在于，防堵塞单元(2)包括防堵头(21)以及与防堵头(21)相连的连接头(22)；所述连接头(22)的外侧设置有外螺纹，所述连接头(22)安装在导入通道(31)的入口处，所述防堵头(21)凸出在导入通道(31)的外侧。

4.根据权利要求3所述的一种高温高效液力透平余能回收装置，其特征在于，防堵头(21)的外圆周方向上均匀布置有若干个供泵送介质流通的过流孔(23)以及若干个切割泵送介质中杂质的切割片(24)，所述过流孔(23)与导入通道(31)相连通。

5.根据权利要求4所述的一种高温高效液力透平余能回收装置，其特征在于，过流孔(23)和切割片(24)间隔布置，从而使得杂质在进入过流孔(23)之前便被有效地打散。

6.根据权利要求1所述的一种高温高效液力透平余能回收装置，其特征在于，轴(14)的下方设有挡水圈(9)，轴套(5)套设在轴(14)的外壁，O型密封圈(8)镶嵌在轴套(5)内，轴套(5)的外壁设有机械密封(6)。

7.根据权利要求1所述的一种高温高效液力透平余能回收装置，其特征在于，内螺纹腔室(43)的入口和透平入口(4)连通，排出通道(32)的出口和透平出口(3)连通。

8.根据权利要求1所述的一种高温高效液力透平余能回收装置，其特征在于，所述调节腔室(41)、密封腔室(42)和内螺纹腔室(43)依次排布，且调节腔室(41)和密封腔室(42)分设在排出通道(32)的径向两侧。

9.根据权利要求1所述的一种高温高效液力透平余能回收装置，其特征在于，叶轮(34)包括前盖板(341)、后盖板(342)和叶片(340)，叶片(340)固定连接在前盖板(341)和后盖板(342)之间，所述的叶片(340)呈前弯形，叶片(340)的包角在20°-130°之间。

10.根据权利要求9所述的一种高温高效液力透平余能回收装置，其特征在于，所述的前弯形是指叶片(340)的弯曲方向与叶轮(34)旋转方向相反，所述的叶片(340)的厚度以骨线为基准，按翼型厚度分布规律进行加厚。

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