CN115288800A - 可变进气径流式涡轮机 - Google Patents
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Abstract
提供了一种可变进气径流式涡轮机。该可变进气径流式涡轮机包括叶轮、第一部分进气环以及第二部分进气环。第一部分进气环包括第一进气部。第一进气部连通第一部分进气环的径向内侧和第一部分进气环的径向外侧，在第一部分进气环的周向上非整周地延伸。第二部分进气环包括第二进气部。第二进气部连通第二部分进气环的径向内侧和第二部分进气环的径向外侧，在第二部分进气环的周向上非整周地延伸。第二部分进气环与第一部分进气环能够相对转动，使得第二进气部与第一进气部能够在径向上重叠。这样，通过使第一部分进气环与第二部分进气环相互配合，可变进气径流式涡轮机能够适应不同的流量下的工况。
Description
技术领域
本申请涉及涡轮机领域，更具体地涉及一种可变进气径流式涡轮机。
背景技术
径流式涡轮机广泛应用于能源动力或能源发电装置，具有结构紧凑、体积小、效率高等优点。部分进气径流式涡轮机可用于超临界二氧化碳循环发电系统、有机工质朗肯循环发电系统、微型燃气轮机和制冷循环系统等热力循环系统和装置。部分进气径流式涡轮机采用部分进气设计可以增加叶轮叶片的高度，显著提升微小型径流式涡轮机的效率。
进气度对部分进气径流式涡轮机的性能影响很大。然而，由于结构限制，现有的部分进气径流式涡轮机一般采用固定进气度设计，导致涡轮机在变流量工况条件下的性能显著下降。
发明内容
鉴于上述现有技术的状态而做出本申请。本申请的目的在于提供一种可变进气径流式涡轮机，其能够克服上述背景技术中说明的缺点中的至少一个缺点。
为了实现上述目的，本申请采用如下的技术方案。
本申请提供了一种如下的可变进气径流式涡轮机，该可变进气径流式涡轮机包括：叶轮；第一部分进气环，其包括第一进气部，所述第一进气部连通所述第一部分进气环的径向内侧和所述第一部分进气环的径向外侧，所述第一进气部在所述第一部分进气环的周向上非整周地延伸，所述第一部分进气环套装于所述叶轮的径向外侧；以及第二部分进气环，其包括第二进气部，所述第二进气部连通所述第二部分进气环的径向内侧和所述第二部分进气环的径向外侧，所述第二进气部在所述第二部分进气环的周向上非整周地延伸，所述第二部分进气环套装于所述第一部分进气环的径向外侧，所述第二部分进气环与所述第一部分进气环能够相对转动，使得所述第二进气部与所述第一进气部能够在径向上重叠。
在一个可选的方案中，所述第一进气部在所述第一部分进气环的周向上连续地延伸，所述第二进气部在所述第二部分进气环的周向上连续地延伸。
在另一个可选的方案中，所述第一进气部在所述第一部分进气环的周向上的延伸角度与所述第二进气部在所述第二部分进气环的周向上的延伸角度之和小于或等于360°。
在另一个可选的方案中，所述第一进气部在所述第一部分进气环的周向上的延伸角度为180°至270°，并且/或者所述第二进气部在所述第二部分进气环的周向上的延伸角度为180°至270°。
在另一个可选的方案中，还包括喷嘴环，所述喷嘴环包括多个喷嘴叶片，所述多个喷嘴叶片在所述喷嘴环的周向上间隔开，相邻的所述喷嘴叶片之间形成喷嘴流道，所述喷嘴环套装于所述叶轮的径向外侧并且位于所述叶轮与所述第一部分进气环之间，多个所述喷嘴流道中的至少一部分连通所述第一进气部与所述叶轮。
在另一个可选的方案中，多个所述喷嘴流道包括第一喷嘴流道和第二喷嘴流道，所述第一喷嘴流道和所述第二喷嘴流道具有不同的喉部面积，所述第一部分进气环与所述喷嘴环能够相对转动。
在另一个可选的方案中，所述多个喷嘴叶片中的至少两个具有不同的叶片出口角。
在另一个可选的方案中，所述多个喷嘴叶片中的至少两个具有不同的叶片进口角。
在另一个可选的方案中，所述多个喷嘴叶片中的至少两个具有不同的叶栅稠度。
在另一个可选的方案中，所述多个喷嘴叶片中的至少两个具有不同的叶片型线。
采用上述技术方案，在本申请的可变进气径流式涡轮机中，通过使第一部分进气环与第二部分进气环相互配合，进气流道的截面积可以通过第一进气部和第二进气部的重叠部分的大小来调节，从而与工质的流量相匹配，使得可变进气径流式涡轮机能够适应不同的流量下的工况。
附图说明
图1示出了根据本申请的一个实施例的可变进气径流式涡轮机的立体图。
图2示出了图1中的可变进气径流式涡轮机的立体图，其中涡轮壳以剖视的方式示出且省略了剖面线。
图3示出了图1中的可变进气径流式涡轮机的第一进气部和第二进气部，其中箭头表示工质的流动方向。
图4示出了图1中的可变进气径流式涡轮机的进气流道，其中箭头表示工质的流动方向。
附图标记说明
1涡轮壳；1a工作腔；1b引气流道；1c排气流道；
2叶轮；2a叶轮叶片；
3喷嘴环；3a喷嘴叶片；3b喷嘴流道；
4第一部分进气环；4a第一进气部；
5第二部分进气环；5a第二进气部；
A进气流道。
具体实施方式
下面参照附图描述本申请的示例性实施例。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本申请，而不用于穷举本申请的所有可行的方式，也不用于限制本申请的范围。
在本申请中，两者在某个方向上“错开”表示沿着该方向观察时两者不存在彼此重合的部分，否则这两者在该方向上“重叠”。
图1至图4示出了根据本申请的一个实施例的可变进气径流式涡轮机，该可变进气径流式涡轮机可以包括涡轮壳1、叶轮2、喷嘴环3、第一部分进气环4以及第二部分进气环5。
涡轮壳1可以限定工作腔1a、引气流道1b以及排气流道1c。其中，工作腔1a可以具有中心轴线。引气流道1b可以位于工作腔1a的径向外侧，并且围绕工作腔1a的中心轴线螺旋状地延伸。引气流道1b的截面积可以自工质流动方向的上游向下游逐渐减小。排气流道1c可以在工作腔1a的轴向上位于工作腔1a的一侧，并且沿工作腔1a的中心轴线延伸。引气流道1b和排气流道1c可以连通工作腔1a和涡轮壳1的外部。
叶轮2可以包括多个叶轮叶片2a，多个叶轮叶片2a可以在叶轮2的周向上均匀地布置。叶轮2可以设置于工作腔1a内，并且与工作腔1a同轴地布置。
喷嘴环3可以包括多个喷嘴叶片3a，多个喷嘴叶片3a可以在喷嘴环3的周向上排列。喷嘴叶片3a可以在沿喷嘴环3的径向延伸的同时沿喷嘴环3的周向延伸，相邻的喷嘴叶片3a之间可以形成喷嘴流道3b。喷嘴流道3b可以从喷嘴环3的径向外侧向喷嘴环3的径向内侧渐缩，使得喷嘴流道3b的截面积自工质流动方向的上游向下游逐渐减小。喷嘴环3可以位于叶轮2的径向外侧并且与涡轮壳1形成为一体，喷嘴流道3b的出口可以对准叶轮2，喷嘴环3可以与叶轮2同轴地布置。
进一步地，多个喷嘴流道3b可以包括第一喷嘴流道和第二喷嘴流道，第一喷嘴流道和第二喷嘴流道可以具有不同的喉部面积。多个喷嘴叶片3a中的至少两个可以具有不同的叶片出口角。例如，限定第一喷嘴流道的至少一个喷嘴叶片3a和限定第二喷嘴流道的至少一个喷嘴叶片3a可以具有不同的叶片出口角。
第一部分进气环4可以开设有第一进气部(缺口)4a，第一进气部4a可以连通第一部分进气环4的径向内侧和径向外侧。第一进气部4a可以在第一部分进气环4的周向上连续且非整周地延伸。例如，第一进气部4a的延伸角度(延伸范围对应的圆心角，下同)可以为180°至270°。第一部分进气环4可以套装于喷嘴环3的径向外侧并且与叶轮2同轴地布置。第一部分进气环4可以与涡轮壳1枢转连接，使得第一部分进气环4能够围绕叶轮2转动。
第二部分进气环5可以开设有第二进气部(缺口)5a，第二进气部5a可以连通第二部分进气环5的径向内侧和径向外侧。第二进气部5a可以在第二部分进气环5的周向上连续且非整周地延伸。例如，第二进气部5a的延伸角度可以为180°至270°。第二部分进气环5可以套装于第一部分进气环4的径向外侧并且与叶轮2同轴地布置。第二部分进气环5可以与涡轮壳1枢转连接，使得第二部分进气环5能够围绕叶轮2转动。
下面参照图3和图4介绍可变进气径流式涡轮机的工作原理。
在执行机构(图中未示出)的驱动下，第一部分进气环4可以相对第二部分进气环5转动，使得第一进气部4a和第二进气部5a在叶轮2的径向上重叠。通过蜗壳1的限定使得第一进气部4a和第二进气部5a彼此重叠的部分可以共同形成为进气流道A，工质可以依次经由引气流道1b和进气流道A进入喷嘴流道3b。喷嘴流道3b可以将工质的压力能转换为动能，使得从喷嘴流道3b离开的工质能够以较高的速度冲击叶轮叶片2a，进而驱动叶轮2转动。之后，工质可以从排气流道1c离开涡轮壳1。
当工质的流量较大时，可以使第一部分进气环4相对第二部分进气环5转动，使得进气流道A的截面积增大。或者，当工质的流量较小时，第一部分进气环4可以相对第二部分进气环5转动，使得进气流道A的截面积减小。这样，通过使第一部分进气环4与第二部分进气环5相互配合，进气流道A的截面积可以与工质的流量相匹配，使得可变进气径流式涡轮机能够适应不同的流量下的工况。
进一步地，可以转动第一部分进气环4和第二部分进气环5，使得进气流道A对准一个或多个特定的喷嘴叶片3a。当工质的流量较大时，可以使进气流道A对准喉部面积较大的喷嘴流道3b。当工质的流量较小时，可以使进气流道A对准喉部面积较小的喷嘴流道3b。这样，通过使第一部分进气环4和第二部分进气环5与喷嘴环3配合，喷嘴流道3b的喉部面积可以与工质的流量相匹配，使得可变进气径流式涡轮机能够适应不同的流量下的工况。
此外，第一进气部4a在第一部分进气环4的周向上的延伸角度与第二进气部5a在第二部分进气环5的周向上的延伸角度之和可以小于或等于360°。可以使第一部分进气环4相对第二部分进气环5转动，使得第一进气部4a和第二进气部5a在叶轮2的径向上错开。这样，引气流道1b与工作腔1a可以被第一部分进气环4和第二部分进气环5分隔开，使得引气流道1b内的工质不会进入工作腔1a。
本申请至少具有以下优点：
(i)通过使第一部分进气环4与第二部分进气环5相互配合，进气流道A的截面积可以通过第一进气部4a和第二进气部5a的重叠部分的大小来调节，从而与工质的流量相匹配，使得可变进气径流式涡轮机能够适应不同的流量下的工况。
(ii)通过使第一部分进气环4和第二部分进气环5与喷嘴环3配合，进气通道A可以对准具有特定喉部面积的喷嘴流道3b，从而喷嘴流道3b的喉部面积可以与工质的流量相匹配，使得可变进气径流式涡轮机能够适应不同的流量下的工况。
应当理解，上述实施例仅是示例性的，不用于限制本申请。本领域技术人员可以在本申请的教导下对上述实施例做出各种变型和改变，而不脱离本申请的范围。
应当理解，第一部分进气环4和第二部分进气环5不限于均与涡轮壳1枢转连接。例如，第一部分进气环4和第二部分进气环5中的一者可以与涡轮壳1固定，第一部分进气环4和第二部分进气环5中的另一者可以与涡轮壳1枢转连接。
应当理解，第一进气部4a不限于在第一部分进气环4的周向上连续地延伸，第二进气部5a不限于在第二部分进气环5的周向上连续地延伸。例如，第一进气部4a可以在第一部分进气环4的周向上间断地延伸，使得第一进气部4a被分隔为多个子第一进气部。第二进气部5a可以在第二部分进气环5的周向上间断地延伸，使得第二进气部5a被分隔为多个子第二进气部。进一步地，子第一进气部和子第二进气部的数量可以与喷嘴流道3b的数量相同。第一部分进气环4可以与喷嘴环3固定，一个子第一进气部可以对准一个喷嘴流道3b。或者，第二部分进气环5可以与喷嘴环3固定，一个第二进气部可以对准一个喷嘴流道3b。
应当理解，第一进气部4a和第二进气部5a不限于实施例所示出的方式。例如，第一进气部4a和第二进气部5a可以为在径向上贯通的通孔。
应当理解，多个喷嘴叶片3a中的至少两个不限于具有不同的叶片出口角。例如，多个喷嘴叶片3a中的至少两个可以具有不同的叶片进口角、叶栅稠度或叶片型线。
Claims (10)
1.一种可变进气径流式涡轮机，其特征在于，包括：
叶轮(2)；
第一部分进气环(4)，其包括第一进气部(4a)，所述第一进气部(4a)连通所述第一部分进气环(4)的径向内侧和所述第一部分进气环(4)的径向外侧，所述第一进气部(4a)在所述第一部分进气环(4)的周向上非整周地延伸，所述第一部分进气环(4)套装于所述叶轮(2)的径向外侧；以及
第二部分进气环(5)，其包括第二进气部(5a)，所述第二进气部(5a)连通所述第二部分进气环(5)的径向内侧和所述第二部分进气环(5)的径向外侧，所述第二进气部(5a)在所述第二部分进气环(5)的周向上非整周地延伸，所述第二部分进气环(5)套装于所述第一部分进气环(4)的径向外侧，所述第二部分进气环(5)与所述第一部分进气环(4)能够相对转动，使得所述第二进气部(5a)与所述第一进气部(4a)能够在径向上重叠。
2.根据权利要求1所述的可变进气径流式涡轮机，其特征在于，所述第一进气部(4a)在所述第一部分进气环(4)的周向上连续地延伸，所述第二进气部(5a)在所述第二部分进气环(5)的周向上连续地延伸。
3.根据权利要求2所述的可变进气径流式涡轮机，其特征在于，所述第一进气部(4a)在所述第一部分进气环(4)的周向上的延伸角度与所述第二进气部(5a)在所述第二部分进气环(5)的周向上的延伸角度之和小于或等于360°。
4.根据权利要求2所述的可变进气径流式涡轮机，其特征在于，
所述第一进气部(4a)在所述第一部分进气环(4)的周向上的延伸角度为180°至270°，并且/或者
所述第二进气部(5a)在所述第二部分进气环(5)的周向上的延伸角度为180°至270°。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的可变进气径流式涡轮机，其特征在于，还包括喷嘴环(3)，所述喷嘴环(3)包括多个喷嘴叶片(3a)，所述多个喷嘴叶片(3a)在所述喷嘴环(3)的周向上间隔开，相邻的所述喷嘴叶片(3a)之间形成喷嘴流道(3b)，所述喷嘴环(3)套装于所述叶轮(2)的径向外侧并且位于所述叶轮(2)与所述第一部分进气环(4)之间，多个所述喷嘴流道(3b)中的至少一部分连通所述第一进气部(4a)与所述叶轮(2)。
6.根据权利要求5所述的可变进气径流式涡轮机，其特征在于，多个所述喷嘴流道(3b)包括第一喷嘴流道和第二喷嘴流道，所述第一喷嘴流道和所述第二喷嘴流道具有不同的喉部面积，所述第一部分进气环(4)与所述喷嘴环(3)能够相对转动。
7.根据权利要求5所述的可变进气径流式涡轮机，其特征在于，所述多个喷嘴叶片(3a)中的至少两个具有不同的叶片出口角。
8.根据权利要求5所述的可变进气径流式涡轮机，其特征在于，所述多个喷嘴叶片(3a)中的至少两个具有不同的叶片进口角。
9.根据权利要求5所述的可变进气径流式涡轮机，其特征在于，所述多个喷嘴叶片(3a)中的至少两个具有不同的叶栅稠度。
10.根据权利要求5所述的可变进气径流式涡轮机，其特征在于，所述多个喷嘴叶片(3a)中的至少两个具有不同的叶片型线。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211073694.2A CN115288800A (zh) | 2022-09-02 | 2022-09-02 | 可变进气径流式涡轮机 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115288800A true CN115288800A (zh) | 2022-11-04 |
Family
ID=83832887
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211073694.2A Pending CN115288800A (zh) | 2022-09-02 | 2022-09-02 | 可变进气径流式涡轮机 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115288800A (zh) |
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2022
- 2022-09-02 CN CN202211073694.2A patent/CN115288800A/zh active Pending
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Legal Events
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