CN210509297U - 一种带导向叶片的重入式涡轮 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种带导向叶片的重入式涡轮，通过一级导向叶片、二级导向叶的结构设计，精确控制静叶的流道设计，实现两级的压比合理分配；既可以改变气流方向，起到整流的作用，又可以改变二级导向叶前端进气压力。根据不同要求，气流通过二级导向叶后，以超音速或音速再次冲击涡轮作功。在重入式结构布置一级导向叶片、二级导向叶，代替多级涡轮中的静叶，改变工质流动方向，降低工质压力，增大工质速度。采用导向静叶代替多级涡轮的静叶，减少了整体装置的重量，提高了装置的比功率，改善了气动特性，提高效率。

Description

一种带导向叶片的重入式涡轮

技术领域

本实用新型涉及一种带导向叶片的重入式涡轮，属于旋转机械领域。

背景技术

本实用新型提出了重入涡轮方案─采用只有一排动叶叶片、重入式腔道内布置导向叶片的“多级”重入涡轮。考虑到管道或者腔道作为重入式结构对工质的整流作用不明显，在腔道内设置一个或若干个导向叶片，改变工质的流动方向，起到代替多级涡轮中的一排静叶装置的作用。重入涡轮的重入式管道有各种不同的结构方案，本实用新型是在不同结构的重入式管道的不同位置内布置导向叶片，既可以改变气流方向，起到整流的作用；又可以作为次级喷嘴或多级涡轮中的静叶，起到降压增速的作用。重入式涡轮利用有限的几个导向叶片改变工质方向，通过一排动叶就实现压力或速度的逐级下降，将压力或速度分级，达到多级涡轮的作功能力，减小余速损失，增大了涡轮的动力输出。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种带导向叶片的重入式涡轮，在重入式管道或者腔道内布置导向叶片，其作用和多级涡轮中的静叶的功能一致，改变工质流动方向，使气体或液体工质膨胀，压力下降，速度增加。

本实用新型的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种重入式腔道内置导向叶片的涡轮，包括一级喷嘴、壳体、涡轮盖、排气系统以及重入式结构；

壳体和涡轮盖构成涡轮腔内部设置单排动叶；

一级喷嘴与排气系统焊接在涡轮盖上，重入式结构焊接在壳体上，内部设置导向结构；

气体工质经一级喷嘴进入涡轮腔，推动单排动叶作功后经单排动叶一级出口进入重入式结构，经导向结构导向至单排动叶的二级入口，再次推动单排动叶作功后，经排气系统排出。

优选的，重入式结构包括一级导向叶片、二级导向叶片、腔道导向叶片以及腔道；一级导向叶片设置在单排动叶一级出口，将气体工质导向至腔道，经腔道导向叶片改变空间方向后，导向至二级导向叶片，经二级导向叶片导向至单排动叶的二级入口。

优选的，一级导向叶片，二级导向叶片均为静叶。

优选的，腔道导向叶片为弧形叶片，根据腔道折转角度圆滑过渡转向。

优选的，单排动叶的外径为60mm～200mm。

优选的，一级喷嘴的局部进气度为0.2～0.4。

优选的，二级导向叶片的通流面积为一级导向叶片通流面积的2～3倍。

优选的，腔道沿气体流动方向为等截面设计。

优选的，气体工质的流量为0.08Kg/s～1Kg/s。

优选的，腔道位于单排动叶的同侧。

本实用新型与现有技术相比的有益效果是：

(1)本实用新型的主要从涡轮端进行设计创新，在重入式管道或者大的空腔中布置导向叶片，改善了涡轮气动特性，提高效率。

(2)本实用新型在重入式结构布置一级导向叶片、二级导向叶，代替多级涡轮中的静叶，改变工质流动方向，降低工质压力，增大工质速度。导向静叶代替多级涡轮的静叶，减少了整体装置的重量，提高了装置的比功率。

(3)通过一级导向叶片、二级导向叶的结构设计，精确控制静叶的流道设计，实现两级的压比合理分配；既可以改变气流方向，起到整流的作用，又可以改变二级导向叶前端进气压力。根据不同要求，气流通过二级导向叶后，以超音速或音速再次冲击涡轮作功。

附图说明

图1为本实用新型重入式涡轮示意图；

图2为重入式涡轮俯视图；

图3为重入式涡轮主视图；

图4为重入式涡轮左视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细的描述：

导向叶片布置的位置有三处，沿着工质流动的方向，一级导向叶片在动叶的后侧，离涡轮盘很近的位置，在工质冲击动叶作功后，通过导向叶片改变工质流动方向，整流；腔道导向叶片可以布置在重入式管道中间某一位置，通常在管道或者腔道折转角较大的位置，也是为了改变工质流动方向；二级导向叶片可以布置在二级和任一后面级的涡轮盘的前端，主要是为了改变工质流动方向，增加工质流动速度的作用，如图1所示。三个位置的导向叶片可在重入式管道或腔道结构中任意选一种或几种进行布置，改变工质的方向及速度，达到提高效率的目的。

布置导向叶片的重入式涡轮泵主要由一级喷嘴1、壳体2、涡轮盖3、排气系统4、一级导向叶片5、二级导向叶片6、重入式结构7、腔道8、单排动叶9布置导向叶片的重入式涡轮泵的方案如图1～4所示。

多级重入式涡轮泵主要包括三大部分：壳体部分、重入式结构和转子轴系部分。

壳体部分：包括涡轮泵壳体2和涡轮盖3。其中，涡轮壳体外部焊接重入式结构7；涡轮泵壳体内部安装转子轴系组件，外部有与液压能源相联接的接口、与燃气导管相联接的接口；同时提供了转子轴系的冷却通道、相关参数的测量接口及进气部分。涡轮盖上有一级喷嘴1、排气系统4和与外界排气管相联接的接口。壳体2和涡轮盖3构成涡轮腔内部设置单排动叶9。

重入式结构设置在腔道8内，包括一级导向叶片6、二级导向叶7、腔道导向叶片5。二级导向叶片7的通流面积为一级导向叶片(6)通流面积的2～3倍，一级、二级导向叶均为静叶，通过流道的合理设计，使流道的最小截面(喉径)达到合理比值，相互配合，实现气体的降压增速。精确控制静叶的流道设计，实现两级的压比合理分配；使两级涡轮都以接近最佳速比的状态冲击涡轮作功。其中，二级导向叶7的设计直接影响了整个涡轮泵功率提高的的幅度。腔道导向叶片5弧形叶片，根据腔道折转角度圆滑过渡转向，将气体工质导向二级导向叶片7。腔道8沿气体流动方向为等截面设计。

重入式管道的结构设计直接决定了重入式涡轮泵的输出效率，是整个系统设计的关键。

涡轮泵是由涡轮带动泵，对泵端工质进行增压的一种联动装置。重入式涡轮泵系统工作时涡轮端的工质是高温或高压的气体，通过高压工质降压增速冲击涡轮作功，工质的压力能转化为涡轮盘的动能；泵端，通过轴系与涡轮盘相联接，高速转动涡轮盘带动泵旋转作功，将动能转化为泵端工质的压力能，为系统提供高压工质。

重入式涡轮适用于局部进气度小、动叶为冲击式叶片的情况，是只有一排冲击式叶片，重复进气的“两级”或“多级”涡轮机。

重入式涡轮泵涡轮工作的原理示意如图2所示。重入式涡轮工质气体在一级喷嘴1中产生焓降，压力由p0下降至p1，获得较高速度c1后，进入涡轮腔内冲击涡轮动叶作功，工质动能转化为机械能。冲击叶片后，工质速度较低，通过重入式结构中的一级导向叶片6改变方向，在二级导向叶7的作用下再次产生焓降，压力由p1再次下降至p2，压力能转化为速度能，获得较高速度c2冲击叶片，此时相当于“第二级”涡轮作功，最后从排气系统4中排出。工质在一排工作叶片上不同弧段以高速冲击涡轮叶片作功。由于本实用新型设计的重入式涡轮试验样机中涡轮盘直径很小，只能实现两次重入，如果轮盘直径变大或减小各级之间压比，则可实现三次或多次重复进气。

重入式涡轮体积小，在紧凑的空间中可实现大功率的输出，轮盘直径在60mm-200mm之间；重入式涡轮转速高，工作转速在1000-120000r/min之间。创新的采用一排动叶叶片，多次重复进气，实现近似两级或多级涡轮的作功能力，在不增加整个涡轮泵的质量的情况下，提高单位质量的比功率。结构设计中增设重入式结构和导向叶片，改变工质气体流动方向。气流二次或多次引入至涡轮腔内继续做功。充分利用涡轮初次做功后的余速，减小余速损失和鼓风损失，提高涡轮效率。通过重入式结构和导向叶片的结构设计，实现两级的压比合理分配。

以上所述，仅为实用新型最佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

本实用新型说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种重入式腔道内置导向叶片的涡轮，其特征在于，包括一级喷嘴(1)、壳体(2)、涡轮盖(3)、排气系统(4)以及重入式结构；

壳体(2)和涡轮盖(3)构成涡轮腔内部设置单排动叶(9)；

一级喷嘴(1)与排气系统(4)焊接在涡轮盖(3)上，重入式结构焊接在壳体(2)上，内部设置导向结构；

气体工质经一级喷嘴(1)进入涡轮腔，推动单排动叶作功后经单排动叶一级出口进入重入式结构，经导向结构导向至单排动叶的二级入口，再次推动单排动叶作功后，经排气系统(4)排出。

2.如权利要求1所述的重入式腔道内置导向叶片的涡轮，其特征在于，重入式结构包括一级导向叶片(6)、二级导向叶片(7)、腔道导向叶片(5)以及腔道(8)；一级导向叶片(6)设置在单排动叶一级出口，将气体工质导向至腔道(8)，经腔道导向叶片(5)改变空间方向后，导向至二级导向叶片(7)，经二级导向叶片(7)导向至单排动叶的二级入口。

3.如权利要求2所述的重入式腔道内置导向叶片的涡轮，其特征在于，一级导向叶片(6)，二级导向叶片(7)均为静叶。

4.如权利要求3所述的重入式腔道内置导向叶片的涡轮，其特征在于，腔道导向叶片(5)为弧形叶片，根据腔道折转角度圆滑过渡转向。

5.如权利要求3所述的重入式腔道内置导向叶片的涡轮，其特征在于，单排动叶的外径为60mm～200mm。

6.如权利要求1所述的重入式腔道内置导向叶片的涡轮，其特征在于，一级喷嘴(1)的局部进气度为0.2～0.4。

7.如权利要求3所述的重入式腔道内置导向叶片的涡轮，其特征在于，二级导向叶片(7)的通流面积为一级导向叶片(6)通流面积的2～3倍。

8.如权利要求7所述的重入式腔道内置导向叶片的涡轮，其特征在于，腔道(8)沿气体流动方向为等截面设计。

9.如权利要求8所述的重入式腔道内置导向叶片的涡轮，其特征在于，气体工质的流量为0.08Kg/s～1Kg/s。

10.如权利要求8所述的重入式腔道内置导向叶片的涡轮，其特征在于，腔道(8)位于单排动叶(9)的同侧。

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