CN214035798U - 一种向心式透平轴向力调节装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种向心式透平轴向力调节装置，包括：外壳、主轴、涡轮、蜗壳和导流锥；涡轮的一端与蜗壳及主轴之间组合形成低压区A；涡轮的另一端与蜗壳之间组合形成高压区B；涡轮、外壳与导流锥之间组合形成次高压区C；随着涡轮膨胀做功，位于高压区B内的第一流体介质进入低压区A；且位于高压区B内的第二流体介质进入次高压区C；其中，蜗壳靠近低压区A的一端设置有蜗壳通孔；外壳靠近次高压区C的一端设置有外壳调节孔；外壳调节孔上设置有流量调节组件，用于调控次高压区C内的第二流体介质进入低压区A的流量。通过在外壳调节孔上增设流量调节组件，使排气流量可控，增强了机组运行稳定性，减小了能量损失。

Description

一种向心式透平轴向力调节装置

技术领域

本实用新型涉及向心透平结构技术领域，具体涉及一种向心式透平轴向力调节装置。

背景技术

在现有向心透平装置中，流体介质由向心透平进气口进入，一部分流体介质推动涡轮做功，另一部分介质则随着涡轮膨胀做功而流向靠近进气口的次高压区，使得次高压区内的气体压力作用在涡轮左侧盖板上，产生一个向右的轴向推力。而位于次高压区内的流体介质通过连通的孔道流入低压区，由此将会减小涡轮两侧的压力差，从而达到降低轴向力的目的。

但是，由于次高压区流向低压区的排气流量无法控制，容易导致轴向力不稳定，进而严重影响向心透平装置的正常运行。

另外，次高压区的流体介质通过连通的孔道流入低压区的排气流量过大，会导致能量损失过大。并且，过分降低次高压区内的气体压力，将会增大涡轮密封两侧的压力差，导致涡轮密封泄漏增加，进一步加剧了能量的损失，最终将会影响机组效率。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种向心式透平轴向力调节装置，该装置通过在外壳调节孔上增设流量调节组件，使次高压区的流体介质通过外壳调节孔和蜗壳通孔流向低压区的流量可控，从而使轴向力可调，增强了机组运行稳定性，减小了能量损失，解决了现有向心透平装置中存在的排气流量无法控制导致装置不稳定以及排气流量过大导致能量损失增加的问题。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下。

一种向心式透平轴向力调节装置，包括：

外壳，其内设置有主轴；

涡轮，设置于所述主轴的端部；

蜗壳，设置于所述涡轮与所述外壳之间，且所述涡轮的一端与所述蜗壳及所述主轴之间组合形成低压区A；所述涡轮的另一端与所述蜗壳之间组合形成高压区B；所述蜗壳靠近所述低压区A的一端设置有蜗壳通孔；

导流锥，设置于所述外壳的一端，所述涡轮、所述外壳与所述导流锥之间组合形成次高压区C；

随着所述涡轮膨胀做功，位于高压区B内的第一流体介质进入低压区A；且位于高压区B内的第二流体介质进入次高压区C；

其中，所述外壳靠近所述次高压区C的一端设置有外壳调节孔；所述外壳调节孔上设置有流量调节组件，用于调控次高压区C 内的第二流体介质进入低压区A的流量。

进一步，所述涡轮靠近低压区A的一端与所述蜗壳之间设置有第一涡轮密封件，用于形成转动密封。

进一步，所述涡轮靠近次高压区C的一端与所述外壳之间设置有第二涡轮密封件，用于形成转动密封。

进一步，所述第一流体介质的流量大于所述第二流体介质的流量。

进一步，所述外壳与所述蜗壳之间组合形成一蜗壳腔室，所述蜗壳腔室通过所述蜗壳通孔与所述低压区A连通；所述蜗壳腔室通过所述外壳调节孔与所述次高压区C连通。

进一步，所述外壳调节孔为L型孔，所述外壳靠近所述外壳调节孔的折角部位的侧壁上设置有安装孔，用于安装流量调节组件，所述安装孔与所述外壳调节孔连通。

更进一步，所述流量调节组件包括：

调节杆，所述调节杆的一端穿过所述安装孔，且延伸至所述外壳调节孔内，用于对所述外壳调节孔进行过流断面调节；

压紧螺母，套设于所述调节杆的另一端上，且与所述调节杆螺纹连接；

密封垫，设置于所述安装孔内，所述压紧螺母的下端抵接于所述密封垫上；

锁紧螺母，固定设置于所述安装孔上；所述压紧螺母与所述锁紧螺母螺纹连接。

进一步，所述蜗壳通孔的数量为1～4个。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型的装置随着涡轮膨胀做功，位于高压区B内的流体介质大部分进入到低压区A，少部分进入次高压区C，且位于次高压C内的流体介质依次通过外壳调节孔、蜗壳通孔，并进入到低压区A中。

通过在外壳调节孔上增设流量调节组件，使次高压区C的流体介质通过外壳调节孔和蜗壳通孔流向低压区A的流量可控，从而使轴向力可调，增强了机组运行稳定性，减小了能量损失，解决了现有向心透平装置中存在的排气流量无法控制导致装置不稳定以及排气流量过大导致能量损失增加的问题。

2、本实用新型的装置通过流量调节组件能够控制流体介质通过外壳调节孔内的过流截面面积，用以控制流量，从而可有效调控次高压区C内的压力。

该压力作用在涡轮上，产生向右的轴向力；通过控制次高压区 C内的压力，即可控制轴向力处于推力轴承载荷的合理区间；从而能够有效调控涡轮转动密封两侧的压力差，在减少能量损失的同时，能够增强机组运行稳定性。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图。

图2为图1中上半部分的局部结构示意图。

图3为图2中M部分的结构示意图。

图中：1、外壳；2、主轴；3、涡轮；4、蜗壳；5、蜗壳通孔；6、导流锥；7、外壳调节孔；8、流量调节组件；801、调节杆；802、压紧螺母；803、密封垫；804、锁紧螺母；9、第一涡轮密封件；10、第二涡轮密封件；11、蜗壳腔室；12、安装孔；

低压区A；高压区B；次高压区C。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，为本实用新型实施例提供的一种向心式透平轴向力调节装置的结构示意图，该向心式透平轴向力调节装置包括：外壳1、涡轮3、蜗壳4和导流锥6。

请参阅图1，外壳1的端部与向心透平进气口13连接；在此，外壳的端部设置有朝向轴向内侧的固定部，固定部的中部具有一通槽。流体介质由向心透平进气口13进入后，通过通槽进入到涡轮的一侧，并推动涡轮做功。

外壳1内设置有主轴2；涡轮3设置于主轴2的端部。在此，涡轮与主轴过盈配合连接，且为刚性连接。涡轮朝向向心透平进气口的一端与外壳的固定部抵接，且为可转动连接。

蜗壳4设置于涡轮3与外壳1之间，且涡轮3的一端与蜗壳4 及主轴2之间组合形成低压区A；涡轮3的另一端与蜗壳4之间组合形成高压区B；蜗壳4靠近低压区A的一端设置有蜗壳通孔5。在本实施方式中，蜗壳通孔5的数量为1～4个，可根据需要合理设置。蜗壳通孔的设置主要是起到减少次高压区内压力的作用，并引导次高压区C内的流体介质在通过外壳调节孔后，再通过蜗壳通孔，最终流入低压区A内。

导流锥6设置于外壳1靠近向心透平进气口13的一端；涡轮 3、外壳1与导流锥6之间组合形成次高压区C。在此，导流锥设置于向心透平进气口13内，且通过螺栓与外壳的固定部密封可拆卸连接。沿流体介质的流动方向，导流锥的尺寸逐渐增大，形成锥形体结构。位于向心透平进气口内的流体介质通过导流锥的导流作用，且在通过外壳的固定部内的通槽后，进入到涡轮的一侧，并推动涡轮做功。

随着涡轮3膨胀做功，位于高压区B内的第一流体介质进入低压区A；且位于高压区B内的第二流体介质进入次高压区C；且第一流体介质的流量大于第二流体介质的流量。当然，流体介质为气态。涡轮做功后大部分的流体介质进入到低压区A，而少部分由于涡轮密封件泄漏而进入到次高压区C，且低压区A与次高压区C分别位于高压区B的两侧。

由于次高压区C内的气体压力作用在涡轮左侧盖板上，产生了一个向右的轴向力，轴向力的作用位置在涡轮上，由于涡轮与主轴过盈配合连接，因此，轴向力最终作用在主轴上，形成向右的作用力。

为了方便调节次高压区C内的气体压力，以便于调节轴向力的大小，外壳1靠近次高压区C的一端设置有外壳调节孔7；外壳调节孔7上设置有流量调节组件8，用于调控次高压区C内的第二流体介质进入低压区A的流量。

本实施方式中，随着涡轮膨胀做功，位于高压区B内的流体介质大部分进入到低压区A，少部分进入次高压区C，且位于次高压C 内的流体介质依次通过外壳调节孔、蜗壳通孔，并进入到低压区A 中。通过在外壳调节孔上增设流量调节组件，使次高压区C的流体介质通过外壳调节孔和蜗壳通孔流向低压区A的流量可控，从而使轴向力可调，增强了机组运行稳定性，减小了能量损失。

当然，该装置通过流量调节组件能够控制流体介质通过外壳调节孔内的过流截面面积，用以控制流量，从而可有效调控次高压区 C内的压力，该压力作用在涡轮上，产生向右的轴向力；通过控制次高压区C内的压力，即可控制轴向力处于推力轴承载荷的合理区间，从而能够有效调控涡轮转动密封两侧的压力差，也就是高压区 B朝向次高压区C的压力差，在减少能量损失的同时，能够增强机组运行稳定性。

请参阅图1至图2，涡轮3靠近低压区A的一端与蜗壳4之间设置有第一涡轮密封件9，用于形成转动密封。涡轮3靠近次高压区C的一端与外壳1之间设置有第二涡轮密封件10，用于形成转动密封。由于第二涡轮密封件的密封泄漏，导致高压区B内的第二流体介质流入到次高压区C中。

具体地，外壳1与蜗壳4之间组合形成一蜗壳腔室11，蜗壳腔室11通过蜗壳通孔5与低压区A连通；蜗壳腔室11通过外壳调节孔7与次高压区C连通。也就是说，外壳调节孔的一端与蜗壳腔室连通，另一端与次高压区C连通。蜗壳通孔的一端与蜗壳腔室连通另一端与低压区A连通。由此，可连通次高压区C和低压区A，使次高压区C内的流体介质进入低压区A内。

请参阅图2至图3，外壳调节孔7为L型孔，外壳1靠近外壳调节孔7的折角部位的侧壁上设置有安装孔12，用于安装流量调节组件8，安装孔12与外壳调节孔7连通。例如，外壳调节孔朝向次高压区C的一端为竖向孔，外壳调节孔朝向蜗壳腔室的一端为横向孔，安装孔位于竖向孔的上侧，且与竖向孔位于同一轴线上。流量调节组件的下端插入竖向孔的上端，从而可对竖向孔和横向孔之间形成过流断面调节。

当调控流量调节组件与竖向孔上端的位移，可用于调节横向孔的阻断面积，进而可实现对次高压区C流入低压区A内的流体介质的流量的控制，从而使得次高压区C内的压力在第二涡轮密封件可承受载荷的合理区间内，且有助于调控轴向力的大小，以便于提高机组的运行稳定性。

请参阅图3，流量调节组件8包括：调节杆801、压紧螺母 802、密封垫803和锁紧螺母804。

调节杆801的一端穿过安装孔12，且延伸至外壳调节孔7内，用于对外壳调节孔7进行过流断面调节；在此，调节杆主要起到限流的作用，通过调节杆可用于调节次高压区C朝向低压区A流动的流体介质在外壳调节孔内的流量。

压紧螺母802套设于调节杆801的另一端上，且与调节杆801 螺纹连接；密封垫803设置于安装孔12内，压紧螺母802的下端抵接于密封垫803上。例如，安装孔的截面形状为台阶形，压紧螺母802以及密封垫均压紧在台阶形安装孔的上端，而调节杆则延伸至安装孔的下端，且位于外壳调节孔内。密封垫的数量可以为1～4 个，可根据实际需要设置。密封垫的设置主要是提高流量调节组件在安装孔内的密封性，避免流体介质泄漏。

当然，在其他实施方式中，压紧螺母与调节螺杆还可设置固定连接，例如，焊接或者一体成型连接，通过精准计算后将配套的压紧螺母与调节螺杆一起压紧在安装孔内，且对外壳调节孔的过流截面面积形成有效的调节。

锁紧螺母804固定设置于安装孔12上；压紧螺母802与锁紧螺母804螺纹连接。

使用时，通过设置相应高度的调节杆，并通过调节杆对调节外壳调节孔内的过流断面面积进行有效调节，用以调控次高压区C 流向低压区A的流体介质的在外壳调节孔内的流速，且通过相应垫片的数量提高密封性，并通过压紧螺母与锁紧螺母的螺纹固定，用以锁紧，从而在实现流速可调的同时，提高安装孔的密封性。

另外，还可以通过流速计量表对外壳调节孔内的流体流量进行精准测量。通过调整调节杆的端部对外壳调节孔形成过流截面面积大小，配合检测的流速，有效调控涡轮两侧的压力差，达到稳定调控轴向力的目的。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种向心式透平轴向力调节装置，其特征在于，包括：

外壳(1)，其内设置有主轴(2)；

涡轮(3)，设置于所述主轴(2)的端部；

蜗壳(4)，设置于所述涡轮(3)与所述外壳(1)之间，且所述涡轮(3)的一端与所述蜗壳(4)及所述主轴(2)之间组合形成低压区A；所述涡轮(3)的另一端与所述蜗壳(4)之间组合形成高压区B；所述蜗壳(4)靠近所述低压区A的一端设置有蜗壳通孔(5)；

导流锥(6)，设置于所述外壳(1)的一端；所述涡轮(3)、所述外壳(1)与所述导流锥(6)之间组合形成次高压区C；

随着所述涡轮(3)膨胀做功，位于高压区B内的第一流体介质进入低压区A；且位于高压区B内的第二流体介质进入次高压区C；

其中，所述外壳(1)靠近所述次高压区C的一端设置有外壳调节孔(7)；所述外壳调节孔(7)上设置有流量调节组件(8)，用于调控次高压区C内的第二流体介质进入低压区A的流量。

2.根据权利要求1所述的向心式透平轴向力调节装置，其特征在于，所述涡轮(3)靠近低压区A的一端与所述蜗壳(4)之间设置有第一涡轮密封件(9)，用于形成转动密封。

3.根据权利要求1所述的向心式透平轴向力调节装置，其特征在于，所述涡轮(3)靠近次高压区C的一端与所述外壳(1)之间设置有第二涡轮密封件(10)，用于形成转动密封。

4.根据权利要求1所述的向心式透平轴向力调节装置，其特征在于，所述第一流体介质的流量大于所述第二流体介质的流量。

5.根据权利要求1所述的向心式透平轴向力调节装置，其特征在于，所述外壳(1)与所述蜗壳(4)之间组合形成一蜗壳腔室(11)，所述蜗壳腔室(11)通过所述蜗壳通孔(5)与所述低压区A连通；所述蜗壳腔室(11)通过所述外壳调节孔(7)与所述次高压区C连通。

6.根据权利要求1所述的向心式透平轴向力调节装置，其特征在于，所述外壳调节孔(7)为L型孔，所述外壳(1)靠近所述外壳调节孔(7)的折角部位的侧壁上设置有安装孔(12)，用于安装流量调节组件(8)，所述安装孔(12)与所述外壳调节孔(7)连通。

7.根据权利要求6所述的向心式透平轴向力调节装置，其特征在于，所述流量调节组件(8)包括：

调节杆(801)，所述调节杆(801)的一端穿过所述安装孔(12)，且延伸至所述外壳调节孔(7)内，用于对所述外壳调节孔(7)进行过流断面调节；

压紧螺母(802)，套设于所述调节杆(801)的另一端上，且与所述调节杆(801)螺纹连接；

密封垫(803)，设置于所述安装孔(12)内，所述压紧螺母(802)的下端抵接于所述密封垫(803)上；

锁紧螺母(804)，固定设置于所述安装孔(12)上；所述压紧螺母(802)与所述锁紧螺母(804)螺纹连接。

8.根据权利要求1所述的向心式透平轴向力调节装置，其特征在于，所述蜗壳通孔(5)的数量为1～4个。

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