CN112796890B - 一种轴流式涡轮机可变扩张比耐高温的消声扩压器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轴流式涡轮机可变扩张比耐高温的消声扩压器，包括外壳和内壳，所述外壳为倒置圆台形筒状体，其底部设有用于连接的内外凸缘，所述内壳为由若干片子母板搭接围成的能张能收的倒置圆台形筒状体，其顶端设有外檐，所述内壳与所述外壳同轴心穿装在所述外壳中，其顶端外檐盖压在所述外壳的顶端端面上，其底端通过弹簧铰链固定连接在所述外壳底端设有的环形内凸缘上，所述外壳与所述内壳之间设有环形空腔，所述外壳内壁设有吸声材料，所述子母板设置有若干通孔。本发明的消声扩压器不仅能调节扩张比，能有效提升涡轮机变工况运行时的效率的同时还能改善涡轮机噪声问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种轴流式涡轮机消声扩压器，特别涉及一种轴流式涡轮机可变扩张比耐高温的消声扩压器，属于动力设备性能提升领域。
背景技术
近年来，随着对于内燃机尾气排放的控制和能源节约的要求越来越严格，增压技术得到了巨大的发展。增压器通常所采用的单级轴流式涡轮，要求从涡轮进气壳、喷嘴环、动叶到涡轮排气壳的每一个燃气所通过的部件，都要求最小的空气动力损失。然而在涡轮动叶出口处的燃气具有很高的速度，如不加以利用，就以动能形式损失掉，俗称涡轮的余速损失，且膨胀比越大，这一损失占涡轮总焓降比例也就越大。除此之外，伴随着增压比的提升，往往带来较高的噪声水平，严重影响了所从事行业人员的身心健康。
目前，国内外增压器厂家均在排气道进口处添加一短的轴向排气扩压器。在扩压器结构参数中出口面积与入口面积之比称为扩张比，扩张比是影响扩压器效率的一个主要因素，通常扩张比应设在2.5左右，然而因增压器经常在变工况下运行，在目前的扩压器中，一旦扩张比确定后，便不能改变，导致涡轮机在某些工况下运行余速损失很大。此外，普通的扩压器几乎不会降低涡轮机的噪声水平。
申请号为CN201110421605.4，名称为一种燃气轮机波浪形扩压器。该发明专利涉及燃气轮机扩压器出口形状设计，主要解决了气流在周向上的分配和冲击位置，减小气流在燃烧室腔内的流阻损失问题，该发明专利主要提出一种新线型来减小燃气轮机过渡段周围气流速度和压力不均匀度，然而由于其线型的固定，当涡轮机变工况运行时，流场特性的变化，导致出口流量的变化，当运行至大流量工况时，较小的出口带来的效率下降问题无法得到实质性改善。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的技术问题和缺陷，提供一种轴流式涡轮机可变扩张比耐高温的消声扩压器。
本发明设计的可调节扩张比结构，并采用耐高温吸声材料与穿孔板构建了阻抗复合式消声结构，在有效提升涡轮机变工况运行时的效率的同时还能改善涡轮机噪声问题。
为达到上述目的，本发明实现目的所采取的技术方案是：
一种轴流式涡轮机可变扩张比耐高温的消声扩压器，包括外壳2和内壳10所述外壳2为倒置圆台形筒状体，其底部设有用于连接的内外凸缘，所述内壳10为由若干片子母板1搭接围成的能张能收的倒置圆台形筒状体，其顶端设有外檐1-3，所述内壳10与所述外壳2同轴心穿装在所述外壳2中，其顶端外檐1-3盖压在所述外壳2的顶端端面上，其底端通过弹簧铰链3固定连接在所述外壳2底端设有的环形内凸缘上，所述外壳2与所述内壳10之间设有环形空腔9，所述外壳2内壁设有吸声材料7，所述子母板1设置有若干通孔8。
进一步优选，所述内壳10收缩状态的出口半径为r2，入口半径为r1，r2比r1为(1.36-1.45)：1。
进一步优选，所述环形空腔9的间距d1在50mm-150mm范围内。
进一步优选，所述子母板1为4片，每片所述子母板1右端外壁沿母线设有一条凹陷的阶梯状搭接面A1-2，左端内壁沿母线设有一条凹陷的阶梯状搭接面B1-1，其中所述搭接面1-2和搭接面1-1的宽度均为10mm-120mm，所述阶梯的高度均为2mm-5mm。
进一步优选，所述外檐1-3的断截面为弧形，其弧线以所述子母板1母线为半径，以所述弹簧铰链3旋转轴为圆心，所述外檐1-3的宽度为60mm-160mm。
进一步优选，所述子母板1弧长在
范围内。
进一步优选，所述弹簧铰链3与所述外壳2相连接的一侧上开设有矩形沉孔，矩形沉孔中开设有用于螺栓安装定位用的腰形通孔，所述弹簧铰链3的宽度为50mm-100mm。
进一步优选，所述外壳2顶端端面为外凸弧线形，底部环形内凸缘的宽度等于所述环形空腔9的间距d1。
进一步优选，所述通孔8为均匀阵列分布，孔径大小为5mm-10mm，穿孔率为25％-50％。
进一步优选，所述吸声材料7为耐高温、高孔隙率的可塑柔性材料或可塑涂层材料，在600℃以上高温下2000Hz-20000Hz吸声系数在0.7-1范围。
进一步优选，所述的可塑柔性材料采用螺钉固定在所述外壳2的内壁上，所述的可塑涂层材料均匀涂抹在所述外壳2的内壁上，涂层厚度为10mm-30mm。
本发明的消声扩压器的工作原理
当涡轮机工作时，动叶会排出高速高温燃气，当增压器变工况运行时，流量增大，膨胀比增大，扩压器内压力上升，此时穿孔扩压内壳子母板受到压力的作用就会推动耐高温弹簧铰链向外扩张，此时穿孔扩压内壳子母板的底部因受到铰链的固定绕铰链做径向圆周运动，穿孔扩压内壳子母板的顶部受压力作用沿径向扩张，此时扩压器出口扩张带动子母板做周向扩张，此时出口面积扩大，流速便会降低，从而回收更多的余速动能，当涡轮机转速降低，扩压器内压力降低，耐高温弹簧铰链将推动穿孔扩压内壳子母板顶部沿径向收缩，此时子母板也将沿周向收缩，扩压器出口面积减小，从而实现扩张比的变化。涡轮机高速旋转产生的气动噪声流经扩压器时，声波通过表面的通孔进入所述环形空腔，通过所述的吸声材料与共振腔吸声声波，从而降低涡轮机噪声水平。
与现有技术相比，本发明的技术方案的优点和有益效果在于：
1.本发明利用压差与弹簧的蓄能作用将扩压器扩张比设计成可自动调节形式，更有利于增压器变工况运行时余速动能的回收利用，较原有形式扩压器效率提升1％以上；
2.应用新型的二氧化硅气凝胶毡的耐高温、孔隙率大、吸声系数高等特性，构件了阻抗复合式消声结构，在涡轮机的恶劣工作环境中实现了消声的功能，可长期适用于600℃内的工作环境，根据吸声材料厚度的不同可降低涡轮机噪声2dB-5dB以上。
3.本发明能够根据不同型号增压器涡轮机选择不同刚度的弹簧，能够实现适用于任何轴流式涡轮机机型。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图,
图2为子母板结构放大图，
图3为弹簧铰链结构放大图，
图4为子母板示意图,
图5为子母板背面右侧示意图,
图6为子母板与外壳装配位置示意图,
图7外壳示意图,
图8为内壳俯视图,
图中：1.子母板，1-1.搭接面B，1-2.搭接面A，1-3.外檐，2.外壳，3.弹簧铰链，4.安装孔，5.螺栓，6.螺钉，7.吸声材料，8.通孔，9.环形空腔，10.内壳。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施案例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施案例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-图8所示，为本发明的一种轴流式涡轮机可变扩张比耐高温的消声扩压器，包括：外壳2和内壳10，所述外壳2为倒置圆台形筒状体，其底部设有用于连接的内外凸缘，所述内壳10由4片子母板1搭接围成的能张能收的倒置圆台形筒状体，其顶端设有外檐1-3，所述内壳10与所述外壳2同轴心穿装在所述外壳2中，其顶端外檐盖压在所述外壳2的顶端端面上，其底端通过弹簧铰链3固定连接在所述外壳2底端设有的环形内凸缘上，所述外壳2与所述内壳10之间设有环形空腔9，所述外壳2内壁设有吸声材料7，所述子母板1设置有4排8列阵列分布的通孔8。
所述环形空腔9间距d1不小于0.2r1，本实施案例r1为213mm，d1＝0.3r1。
所述内壳10大径r2与小径r1的初始状态比值为1.4：1。
所述子母板1钢板厚度d为6mm，通孔直径6mm，穿孔率50％，通孔均匀分布。
所述子母板1顶端外檐1-3形状为内壳10母线绕所述弹簧铰链3径向旋转形成的圆周一部分，宽度为70mm，其厚度为d。
所述外壳2的顶端端面弧线与所述顶端外檐1-3的互为同心圆。
所述外檐1-3盖压所述外壳2的顶端端面上，安装时两者之间留有间隙，间隙为0.03mm。
所述子母板1的厚度d2为0.45d，每片所述子母板1右端外壁沿母线设有一条凹陷的阶梯状搭接面B1-2，左端内壁沿母线设有一条凹陷的阶梯状搭接面A1-1。
所述子母板1的顶端弧长为528mm，搭接面A和搭接面B的宽度均为50mm，所述阶梯的高度均为3mm，底部弧长所占底部圆周长的比例等于顶部弧长所占顶部圆周长的比例。
所述弹簧铰链3布置在每块所述子母板1底部外侧两端，每端各布置一个，距离端点10mm，每个弹簧铰链布置3个螺栓与所述外壳2内凸缘连接。
所述外壳2的壁厚为1.5d。
所述吸声材料7选用厚度为15mm的二氧化硅气凝胶毡，采用螺钉固定连接在所述外壳2的内壁上。
所述子母板1轴向长度L为1.1r1。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式。当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，任何熟悉本技术领域的技术人员，当可根据本发明作出各种相应的改变和变形。凡采用等同替换或等效变换所形成的技术方案，都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种轴流式涡轮机可变扩张比耐高温的消声扩压器，包括：外壳(2)和内壳(10)其特征在于：所述外壳(2)为倒置圆台形筒状体，其底部设有用于连接的内外凸缘，所述内壳(10)为由若干片子母板(1)搭接围成的能张能收的倒置圆台形筒状体，其顶端设有外檐(1-3)，所述内壳(10)与所述外壳(2)同轴心设置，且所述内壳(10)穿装在所述外壳(2)中，所述内壳(10)顶端外檐(1-3)盖压在所述外壳(2)的顶端端面上，所述内壳(10)底端通过弹簧铰链(3)固定连接在所述外壳(2)底端设有的环形内凸缘上，所述外壳(2)与所述内壳(10)之间设有环形空腔(9)，所述外壳(2)内壁设有吸声材料(7)，所述子母板(1)设置有若干通孔(8)。
2.根据权利要求1所述的一种轴流式涡轮机可变扩张比耐高温的消声扩压器，其特征在于：所述内壳(10)收缩状态的出口半径为r2，入口半径为r1，r2比r1为(1.36-1.45)：1。
3.根据权利要求1所述的一种轴流式涡轮机可变扩张比耐高温的消声扩压器，其特征在于：所述环形空腔(9)的间距d1在50mm-150mm范围内。
4.根据权利要求1所述的一种轴流式涡轮机可变扩张比耐高温的消声扩压器，其特征在于：所述子母板(1)为4片，每片所述子母板(1)右端外壁沿母线设有一条凹陷的阶梯状搭接面A(1-2)，左端内壁沿母线设有一条凹陷的阶梯状搭接面B(1-1)；其中所述搭接面(1-2)和搭接面(1-1)的宽度均为10mm-120mm，所述阶梯的高度均为2mm-5mm。
5.根据权利要求1所述的一种轴流式涡轮机可变扩张比耐高温的消声扩压器，其特征在于：所述外檐(1-3)的断截面为弧形，其弧线以所述子母板(1)母线为半径，以所述弹簧铰链(3)旋转轴为圆心，所述外檐(1-3)的宽度为60mm-160mm。
6.根据权利要求1所述的一种轴流式涡轮机可变扩张比耐高温的消声扩压器，其特征在于：所述弹簧铰链(3)与所述外壳(2)相连接的一侧上开设有矩形沉孔，矩形沉孔中开设有用于螺栓安装定位用的腰形通孔，所述弹簧铰链(3)的宽度为50mm-100mm。
7.根据权利要求1所述的一种轴流式涡轮机可变扩张比耐高温的消声扩压器，其特征在于：所述外壳(2)顶端端面为外凸弧线形，底部环形内凸缘的宽度等于所述环形空腔(9)的间距d1。
8.根据权利要求1所述的一种轴流式涡轮机可变扩张比耐高温的消声扩压器，其特征在于：所述通孔(8)为均匀阵列分布，孔径大小为5mm-10mm，穿孔率为25％-50％。
9.根据权利要求1所述的一种轴流式涡轮机可变扩张比耐高温的消声扩压器，其特征在于：所述吸声材料(7)为耐高温、高孔隙率的可塑柔性材料或可塑涂层材料。
10.根据权利要求9所述的一种轴流式涡轮机可变扩张比耐高温的消声扩压器，其特征在于：所述的可塑柔性材料采用螺钉固定在所述外壳(2)的内壁上，所述的可塑涂层材料均匀涂抹在所述外壳(2)的内壁上，涂层厚度为10mm-30mm。
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