CN208153063U - 盘式透平的轮盘结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种盘式透平的轮盘结构，包括盘片、盘片流道及垫片，盘片包括盘片外缘区域、盘片主体区域、盘片排气孔及盘片轴孔。盘片与垫片间隔布置，同心安装在转轴上，盘片外缘型线采用尖角、圆弧、椭圆弧等，盘片厚度可以是等厚度的，也可沿着盘片径向由外向内厚度减小，且在安装时沿轮盘旋转方向，盘片排气孔在周向上相差一定的角度。该轮盘结构有效地降低了盘式透平现有轮盘结构中工质从喷嘴或蜗壳中进入盘片流道和工质离开盘片流道过程中的能量损失及工质在轮盘中的流动损失，显著地提高了盘式透平的流动效率和整体气动性能。

Description

盘式透平的轮盘结构

技术领域

本实用新型涉及一种轮盘结构，特别涉及一种提高无叶透平流动效率的轮盘结构。

背景技术

盘式透平采用无叶透平结构型式，在其转轴上沿轴向布置有多个圆盘，相邻圆盘间距很小，在圆盘中心区域靠近转轴位置开有一个或数个排气孔，数个喷嘴或蜗壳布置在圆盘外侧，整个旋转部件封装在壳体内。

盘式透平的工质在喷嘴叶片通道或蜗壳中膨胀加速，依靠流体粘性，在流过多个圆盘形成的数个缝隙时，对轮盘产生拖拽作用，使其绕轴旋转，将流体的热能转换成机械功，最后从布置在圆盘上的排气孔中流出。

目前盘式透平的轮盘是由多个同心圆盘构成，盘片中心位置有数个排气孔，圆盘的外缘面没有进行处理，为钝形边缘，轮盘外缘与盘片流道外侧面平齐，且盘片的主体部分是等厚度的，此外，盘片的各排气孔安装在同一周向位置处。从盘式透平的做功原理来看，盘式透平经过蜗壳或者喷嘴膨胀加速，工质速度在轮盘进口处达到最大，并以近切向流入盘片流道，在盘片流道中以螺旋线的轨迹流动，最后从盘片的排气孔中流出。工质从喷嘴流入盘片流道时，由于各盘片的外缘是平齐的，工质将在盘片外缘滞止，产生能量损失。工质在盘片流道中流动，随着工质流向轮盘出口，速度边界层厚度增加，盘片流道两侧的边界层会相互干涉，降低透平做功能力，也即增加了工质在轮盘中的流动损失。此外，工质在轮盘中的速度主要以切向速度为主，轴向速度很小，所以工质很难流出盘片排气孔，在此处也会产生很大的能量损失。

因此提出一种可以有效降低轮盘能量损失的结构是盘式透平研究中的亟待解决的问题。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种盘式透平的轮盘结构。

为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种盘式透平的轮盘结构，该轮盘结构包括多个可同轴旋转的盘片以及设置于盘片端面侧的盘片流道，所述盘片上靠近盘片旋转中心的位置(环绕于盘片旋转中心处设置的轴孔)设置有与所述盘片流道相连通的排气孔，相邻盘片上的排气孔在周向上相差一定的角度并部分重叠，所述盘片的外缘面向外凸出为轴向截面的边缘呈中间高、两边低的形状。

优选的，所述盘片的端面侧设置有与所述盘片同轴固定的垫片，垫片的厚度与盘片的半径之比为0.004～0.06。

优选的，所述盘片的厚度与盘片的半径之比为0.01～0.06。

优选的，所述轴向截面的边缘为尖角状、圆弧状或椭圆弧状。

优选的，所述盘片上不同位置处的盘片厚度相等，或者，随着与盘片旋转中心距离的减小，盘片厚度减小。

优选的，所述盘片的个数为2～20，盘片上的排气孔的个数为2～8。

所述透平包括壳体以及设置于壳体内的蜗壳或喷嘴，所述轮盘结构设置于喷嘴或蜗壳内，相邻盘片之间的间隙及最外侧盘片与壳体之间的间隙分别构成盘片流道(即盘片流道位于盘片端面侧)，透平的工质自喷嘴或蜗壳进入盘片流道后经排气孔流出。

优选的，所述相邻盘片之间的间隙的尺寸由垫片厚度决定，所述最外侧盘片与壳体之间的间隙的尺寸小于等于相邻盘片之间的间隙尺寸。

本实用新型的有益效果体现在：

本实用新型所述的轮盘结构可以有效地降低盘式透平中工质从喷嘴或蜗壳进入盘片流道和工质离开盘片流道过程中的能量损失，显著地提高了盘式透平的流动效率和气动性能。

附图说明

图1为盘片外缘型线为尖角的盘式透平纵剖面示意图；

图2a为盘式透平轮盘的三维实体图(端面观)；

图2b为盘式透平轮盘的三维实体图(侧面观)；

图3为不同类型盘片外缘型线示意图；

图4为盘片厚度随盘片上位置变化的轮盘纵剖面示意图；

图中：1为盘片，2为相邻盘片之间的间隙；3为盘片与壳体之间的间隙，4为垫片，5为转轴，6为轮盘上游，7为壳体，8为盘片外缘区域，9为盘片主体区域，10为排气孔，11为轴孔，12为尖角型线，13为圆弧型线，14为椭圆弧型线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

如图1所示，本实用新型提供了一种提高盘式透平流动效率的轮盘结构，包括盘片1、盘片流道及垫片4，盘片1与垫片4交替间隔布置，数个盘片和垫片共同构成轮盘，同心安装在转轴5上，最后连同轮盘上游6的蜗壳或喷嘴封装在透平壳体7中。形成于相邻盘片之间的间隙2处的盘片流道，由2个旋转的盘片端面构成，形成于最外侧的盘片与壳体7之间的间隙3处的盘片流道，由一个旋转的盘片端面和一个固定的壳体内壁面构成。盘片1为圆盘状，其侧面为盘片外缘区域8，其端面为盘片主体区域9，盘片主体区域9中心设置用于连接转轴5的轴孔11，数个(例如3个)排气孔10位于盘片主体区域9内，环绕于轴孔5外侧均匀分散布置。盘片1的厚度应综合考虑盘片加工及安装精度和透平气动性能，盘片厚度与盘片半径之比在0.01～0.06之间。垫片4的厚度决定了相邻盘片之间的间隙2的尺寸，不宜过大或多小，垫片厚度与盘片半径之比在0.004～0.06之间，最外侧的盘片与壳体之间的间隙3的尺寸要小于等于相邻盘片之间的间隙2的尺寸，避免较多的工质从盘片与壳体之间的间隙3中流出所导致的做功能力及透平效率下降。

如图2a、图2b所示，所述垫片4位于轴孔11外侧，排气孔10沿垫片4的外侧布置，轮盘在安装时，沿轮盘的旋转方向，各盘片1的排气孔10在周向上均匀错开一定的角度(错开的角度与工质在轮盘出口的切向速度相关，切向速度越大，错开的角度越大)，形成了一个类似叶片的流道区域，有效避免了工质由盘片流道流出轮盘时，工质切向速度急剧减小的现象，降低了在工质流出过程中的能量损失，提高了盘式透平的气动性能。

如图3所示，盘片外缘区域8可采用尖角型线12、圆弧型线13或椭圆弧型线14，在盘片的外缘面的沿轴向截面形成中间高、两边低的外凸边缘，可以有效地降低工质从喷嘴或蜗壳进入轮盘过程中的能量损失，显著降低工质在轮盘表面发生的滞止，大大提高盘式透平的热功转化效率，特别适用于一对多喷嘴进气盘式透平和蜗壳进气盘式透平。其中，尖角型线12由盘片厚度和尖角两型线之间的夹角决定，圆弧型线13由盘片厚度确定，而椭圆弧型线14则是由盘片厚度与椭圆率决定。

如图4所示，盘片主体区域9除了采用等厚度，还可以采用变厚度设计，随着工质流向轮盘出口，即随着与转轴中心的距离减小，盘片厚度减小，盘片间隙增加，这样可以保证盘片流道两侧的边界层不会相互干涉，避免了做功能力的下降，这种变厚度的盘片加工时可采用压模的方法，可较为方便的制造。

Claims (9)

1.一种盘式透平的轮盘结构，其特征在于：该轮盘结构包括多个可同轴旋转的盘片(1)以及设置于盘片(1)端面侧的盘片流道，所述盘片(1)上靠近盘片旋转中心的位置设置有与所述盘片流道相连通的排气孔(10)，相邻盘片(1)上的排气孔(10)在周向上相差一定的角度并部分重叠，所述盘片(1)的外缘面向外凸出为轴向截面的边缘呈中间高、两边低的形状。

2.根据权利要求1所述一种盘式透平的轮盘结构，其特征在于：所述盘片(1)的端面侧设置有与所述盘片(1)同轴固定的垫片(4)，垫片(4)的厚度与盘片(1)的半径之比为0.004～0.06。

3.根据权利要求1所述一种盘式透平的轮盘结构，其特征在于：所述盘片(1)的厚度与盘片(1)的半径之比为0.01～0.06。

4.根据权利要求1所述一种盘式透平的轮盘结构，其特征在于：所述轴向截面的边缘为尖角状、圆弧状或椭圆弧状。

5.根据权利要求1所述一种盘式透平的轮盘结构，其特征在于：所述盘片(1)上不同位置处的盘片厚度相等，或者，随着与盘片(1)旋转中心距离的减小，盘片厚度减小。

6.根据权利要求1所述一种盘式透平的轮盘结构，其特征在于：所述盘片(1)的个数为2～20，盘片(1)上的排气孔(10)的个数为2～8。

7.一种盘式透平，其特征在于：该透平的轮盘包括多个可同轴旋转的盘片(1)以及设置于盘片(1)端面侧的盘片流道，所述盘片(1)上靠近盘片旋转中心的位置设置有与所述盘片流道相连通的排气孔(10)，相邻盘片(1)上的排气孔(10)在周向上相差一定的角度并部分重叠，所述盘片(1)的外缘面向外凸出为轴向截面的边缘呈中间高、两边低的形状。

8.根据权利要求7所述一种盘式透平，其特征在于：所述透平包括壳体(7)以及设置于壳体(7)内的蜗壳或喷嘴，所述轮盘设置于喷嘴或蜗壳内，相邻盘片(1)之间的间隙及最外侧盘片(1)与壳体(7)之间的间隙分别构成盘片流道，透平的工质自喷嘴或蜗壳进入盘片流道后经排气孔(10)流出轮盘。

9.根据权利要求8所述一种盘式透平，其特征在于：所述最外侧盘片(1)与壳体(7)之间的间隙的尺寸小于等于相邻盘片(1)之间的间隙的尺寸。