CN208153067U - 盘式透平的喷嘴结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种盘式透平的喷嘴结构，包括多个喷嘴环，每个喷嘴环上布置有1～2个喷嘴组，每个喷嘴组包括数个喷嘴流道，喷嘴组个数与盘片流道数相等，喷嘴流道深度与盘片流道轴向长度相等，保证一个喷嘴组严格对应一个盘片流道，所有喷嘴环上的喷嘴流道在安装时可以布置在喷嘴结构的相同周向位置，也可分散布置在不同周向位置。该喷嘴结构有效地降低了工质流入盘式透平轮盘过程中的能量损失，显著地提高了盘式透平的热功转化效率。

Description

盘式透平的喷嘴结构

技术领域

本实用新型涉及一种喷嘴结构，特别涉及一种无叶透平的喷嘴结构。

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，对圆盘状轮盘产生拖拽作用，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数个排气孔中流出。

盘式透平具有结构简单、制造成本低、制造维修容易，易微型化等优势，此外盘式透平可以采用多种工质，单相、两相和多相，牛顿或非牛顿流体均可，且对工质的清洁度要求低。盘式透平最大的优势是其在微型化时其转速不会升高很快，且流动效率会随着尺寸的减小而增加，为常规有叶透平微型化时转速飞升和效率迅速降低这两大问题提供了一种新颖的解决方案。

盘式透平根据进气结构可以分为喷嘴进气盘式透平和蜗壳进气盘式透平。喷嘴进气与蜗壳进气的区别主要在于：蜗壳进气盘式透平的静子其通流面积很大，故在进出口参数一定时工质质量流量很大；而喷嘴进气盘式透平的喷嘴是分散均匀布置在轮盘外缘，其通流面积小且质量流量小。

目前喷嘴进气的盘式透平采用的喷嘴在子午视图上是一对多结构，即子午视图上的一个喷嘴流道对应多个盘片流道。但该种喷嘴结构的盘式透平其工质在进入盘片流道时会在盘片的外缘面上滞止，并在轮盘进口处产生涡，导致能量损失。盘片厚度越大，能量损失越大，盘式透平的流动效率越低。

综上所述，喷嘴作为盘式透平的静子部件，工质在其中将热能转化为动能，并将以近切向进入到轮盘中，喷嘴结构决定其喷嘴内部能量转化效率并影响工质流入轮盘过程中的能量损失。因此，提出一种高效率的喷嘴结构对提高盘式透平气动性能并推动盘式透平市场化具有重要意义。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种盘式透平的喷嘴结构。

为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种盘式透平的喷嘴结构，该喷嘴结构包括多个层叠排布的喷嘴环，所述喷嘴环的一侧或两侧端面上设置有多个喷嘴流道，喷嘴环的同一侧端面上的所有喷嘴流道构成一个喷嘴组，所述喷嘴结构的喷嘴组的个数与盘式透平的轮盘上的盘片流道的个数相等。

优选的，所述喷嘴流道采用贯通喷嘴环内外圆周的楔形槽结构，喷嘴流道的深度小于喷嘴环的厚度，喷嘴流道的中线方向与喷嘴环的径向不重合，确保工质可以沿近切向流出至轮盘。

优选的，所述喷嘴流道的深度与所述盘片流道的轴向长度相等。

优选的，所述喷嘴环上的每个喷嘴组的喷嘴流道的个数大于1且小于等于8，每个喷嘴组的多个喷嘴流道均匀分散布置在喷嘴环上，或集中布置在喷嘴环上。喷嘴流道数过多，会导致工质流量增加，从而引起工质在轮盘进口速度减小，透平效率降低。

优选的，所述喷嘴结构中，不同喷嘴组的喷嘴流道布置在喷嘴结构的相同周向位置，或者，不同喷嘴组的喷嘴流道布置在喷嘴结构的不同周向位置。

所述透平包括壳体、喷嘴(即上述喷嘴结构)以及轮盘，喷嘴设置于壳体内，轮盘设置于喷嘴内，所述喷嘴组的轴向位置与该透平的轮盘上的盘片流道的轴向位置一一对应，喷嘴中的工质经各喷嘴组直接流入到轮盘的对应盘片流道中。

优选的，所述喷嘴、轮盘之间的径向间隙与轮盘的盘片半径之比为0.003～0.025。

优选的，所述喷嘴的外侧与壳体之间设置有与喷嘴的各喷嘴组连通的进气腔室，所述工质自进气腔室进入喷嘴。

本实用新型的有益效果体现在：

本实用新型采用与盘式透平的盘片流道一对一的喷嘴结构，工质经过该喷嘴结构的一个喷嘴组的数个喷嘴流道后进入同一盘片流道，不会在盘片外缘处发生滞止，从而减少能量损失，提高流动效率。该喷嘴结构有效地降低了盘式透平现有的一对多喷嘴结构中工质流入轮盘过程中的能量损失，显著地提高了盘式透平的热功转化效率。

附图说明

图1为一对一喷嘴结构的三维实体图；

图2为一对一喷嘴进气盘式透平的纵剖面示意图；

图3为一对一喷嘴进气盘式透平的横截面示意图；

图4为喷嘴环的三维实体图；

图5为喷嘴环的纵剖面示意图；沿着喷嘴流道的中线到喷嘴流道出口后，然后再沿着径向方向剖；

图中：1、2、3、4、5依次为第一喷嘴环、第二喷嘴环、第三喷嘴环、第四喷嘴环、第五喷嘴环，6为喷嘴组，7为喷嘴流道，8为进气腔室，9盘片，10为左侧壳体，11为右侧壳体，12为盘片流道，13为动静腔室。

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。

目前盘式透平普遍采用的一对多喷嘴结构的低效率主要是工质从喷嘴进入轮盘时，在其盘片外缘面上的滞止引起的。在盘式透平中喷嘴与轮盘之间的径向间隙很小，且工质在轮盘出口处速度达到最大，若是喷嘴中的工质能直接流入到盘片流道中，可达到避免或减少工质滞止的效果。

如图1所示，本实用新型提供了一种盘式透平的一对一喷嘴结构，该喷嘴结构包括5个喷嘴环，其中，第一喷嘴环1、第二喷嘴环2、第三喷嘴环3、第四喷嘴环4均只包含一个喷嘴组6，该喷嘴组位于对应喷嘴环的一个端面上，第五喷嘴环5包含两个喷嘴组6，该两个喷嘴组位于第五喷嘴环的两个端面上，每个喷嘴组6包含2个喷嘴流道7。

如图2所示，喷嘴上游(喷嘴环外侧)是进气腔室8，进气腔室8起到稳压的作用，与各喷嘴组连通，喷嘴下游(喷嘴环内侧)是由5个盘片9构成的轮盘，所述轮盘中的5个盘片连同轮盘两侧的壳体组成了6个盘片流道12(即相邻盘片之间或两侧盘片与对应侧壳体之间的间隙)。喷嘴组6的个数与盘片流道12的个数相等，喷嘴流道7的深度与盘片流道12的轴向长度相等，即要保证喷嘴组6与盘片流道12完全一一对应。各喷嘴环与轮盘之间存在径向间隙，形成了一个动静腔室13，该径向间隙的大小要综合考虑加工及安装精度与透平气动性能，径向间隙与盘片9半径之比在0.003～0.025之间。比值越大，工质在径向间隙中会膨胀减速，进入盘片流道的速度减小，透平气动性能降低，比值越小，则喷嘴的加工精度提升且安装难度增加。本例比值取0.005。

所述喷嘴由5个喷嘴环构成，具有6个喷嘴组，5个喷嘴环一一叠置起来，安装在左侧壳体10上，最后与轮盘一起由右侧壳体11封装起来，与之相对应的，轮盘包含了5个盘片9，形成6个盘片流道12，位于相邻盘片之间间隙处的盘片流道由2个旋转的盘片端面构成，位于最外侧的盘片与壳体之间间隙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。喷嘴是静止部件，进气壳体(即左、右侧壳体10、11位于进气腔室8两侧的部分)的进气方向与喷嘴中工质的流动方向一致(图3)。喷嘴流道7的中线方向与喷嘴环的径向不重合，具体的，喷嘴流道7的中线与喷嘴流道7出口中点处的切向成一角度，该角度值为10°～30°，从而使工质可以沿近切向流出至轮盘。

如图4所示，本例中每个喷嘴组6均有2个喷嘴流道7，每个喷嘴组上的2个喷嘴流道均匀分散布置在喷嘴环上，喷嘴流道7的结构采用贯通喷嘴环内外圆周的楔形槽，开口小的一侧朝内。如图2、图5所示，对于第一、第二、第三及第四喷嘴环1、2、3、4，喷嘴环的厚度等于盘片厚度和盘片流道的轴向长度之和，第五喷嘴环5的厚度等于盘片厚度与两倍的盘片流道的轴向长度之和，喷嘴的所有喷嘴组均在喷嘴环的表面，容易机械加工。另外，两种喷嘴环(根据其厚度不同分类)在喷嘴中的排列位置和对应数量可以调整。

本例中各喷嘴环在安装时，6个喷嘴组6上的喷嘴流道分散均匀布置在喷嘴的周向位置上(图1)。也可将各喷嘴组上的喷嘴流道布置在相同的周向位置，若是这种安装方式，第五喷嘴环5的结构将会发生变化，其两个喷嘴组中的喷嘴流道要布置在相同的周向位置。不同喷嘴组的喷嘴流道布置在相同周向位置的布置方式与喷嘴流道分散均匀的布置方式相比，其对部分工质从喷嘴流道流出后逃逸到压降小的外侧盘片流道这一流动现象有削弱作用，在一定程度上提高了透平的气动性能。

Claims (9)

1.一种盘式透平的喷嘴结构，其特征在于：该喷嘴结构包括多个层叠排布的喷嘴环，所述喷嘴环的一侧或两侧端面上设置有多个喷嘴流道(7)，喷嘴环的同一侧端面上的所有喷嘴流道(7)构成一个喷嘴组(6)，所述喷嘴结构的喷嘴组(6)的个数与盘式透平的轮盘上的盘片流道(12)的个数相等。

2.根据权利要求1所述一种盘式透平的喷嘴结构，其特征在于：所述喷嘴流道(7)采用贯通喷嘴环内外圆周的楔形槽结构，喷嘴流道(7)的深度小于喷嘴环的厚度，喷嘴流道(7)的中线方向与喷嘴环的径向不重合。

3.根据权利要求2所述一种盘式透平的喷嘴结构，其特征在于：所述喷嘴流道(7)的深度与所述盘片流道(12)的轴向长度相等。

4.根据权利要求1所述一种盘式透平的喷嘴结构，其特征在于：所述喷嘴环上的每个喷嘴组(6)的喷嘴流道(7)的个数大于1且小于等于8，每个喷嘴组(6)的喷嘴流道(7)均匀分散布置在喷嘴环上，或集中布置在喷嘴环上。

5.根据权利要求1或4所述一种盘式透平的喷嘴结构，其特征在于：所述喷嘴结构中，不同喷嘴组(6)的喷嘴流道(7)布置在喷嘴结构的相同周向位置，或者，不同喷嘴组(6)的喷嘴流道(7)布置在喷嘴结构的不同周向位置。

6.一种盘式透平，其特征在于：该透平的喷嘴包括多个层叠排布的喷嘴环，所述喷嘴环的一侧或两侧端面上设置有多个喷嘴流道(7)，喷嘴环的同一侧端面上的所有喷嘴流道(7)构成一个喷嘴组(6)，所述喷嘴组(6)的轴向位置与该透平的轮盘上的盘片流道(12)的轴向位置一一对应。

7.根据权利要求6所述一种盘式透平，其特征在于：所述透平包括壳体以及轮盘，所述喷嘴设置于壳体内，轮盘设置于喷嘴内，喷嘴中的工质经各喷嘴组(6)直接流入到轮盘的对应盘片流道(12)中。

8.根据权利要求7所述一种盘式透平，其特征在于：所述喷嘴与轮盘之间存在径向间隙，该径向间隙与轮盘的盘片半径之比为0.003～0.025。

9.根据权利要求7所述一种盘式透平，其特征在于：所述喷嘴与壳体之间设置有与喷嘴的各喷嘴组(6)连通的进气腔室(8)，所述工质自进气腔室(8)进入喷嘴。