[發(fā)明專利]一種結(jié)合沖動(dòng)作用和邊界層效應(yīng)的混合微型層透平

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310432422.1
• 申請(qǐng)日: 2013-09-22
• 公開（公告）號(hào): CN103470316A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 包光宇;史翊翔;蔡寧生
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): F01D15/10
• 分類號(hào): F01D15/10;F01D1/36;F01D5/06;F01D25/24
• 代理公司: 北京眾合誠成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于火力發(fā)電設(shè)備的機(jī)械裝置范圍，特別涉及一種結(jié)合沖動(dòng)作用和邊界層效應(yīng)的混合微型層透平。

背景技術(shù)

節(jié)能減排是當(dāng)今全世界關(guān)注的熱點(diǎn)。區(qū)別于傳統(tǒng)的火力發(fā)電，許多諸如太陽能、地?zé)崮堋⒐S廢氣、火電廠廢煙氣、生物質(zhì)等多種低品位熱能開始受到人們的關(guān)注。如果這些低品位熱能可以更好地被用來發(fā)電，可以緩解一部分傳統(tǒng)能源的壓力。

將低品位熱能轉(zhuǎn)化為電能，一般采用以低品位熱能為熱源，加熱流體工質(zhì)產(chǎn)生蒸汽推動(dòng)葉輪機(jī)械旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。目前，傳統(tǒng)的燃?xì)狻⒄羝钙?，無論是徑向還是軸向式，都屬于有葉透平，由工質(zhì)通過膨脹帶動(dòng)透平葉片從而推動(dòng)透平轉(zhuǎn)動(dòng)?；谶@種原理的有葉透平，通常更適合應(yīng)用于高參數(shù)的火力發(fā)電，而上述低品位熱能由于本身熱源溫度較低，產(chǎn)生的工質(zhì)蒸汽參數(shù)較低，使得傳統(tǒng)有葉透平葉型設(shè)計(jì)復(fù)雜，成本高，效率低。而且一些低品位熱能，比如工廠廢氣、廢煙氣和生物質(zhì)等，由于來流中含有固體和液體顆粒，使得傳統(tǒng)有葉透平葉片易受空穴腐蝕和固體顆粒的磨損，因此無法用于高粘度流體、低溫水蒸氣等氣液兩相流以及煙氣、煤漿等固液兩相流，限制了其工質(zhì)的范圍。同時(shí)，有葉透平隨著尺寸的縮小，比表面積大大增加，從流體與葉片表面摩擦損失增加，透平效率降低，造成有葉透平難以小型化。在這種工況條件下，如果應(yīng)用以邊界層透平為原型，結(jié)合了沖動(dòng)作用的新型混合式微型透平，有以下眾多優(yōu)勢(shì)：1.做功部件簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，呈薄圓盤形，制造成本低廉。2.適用功率范圍廣，大、小型皆宜。3.工質(zhì)范圍廣，除常規(guī)工質(zhì)（如蒸汽、燃?xì)?、有機(jī)工質(zhì)、水等）外，可利用多相流、高粘度流體、含磨粒流體等工質(zhì)，如濕蒸汽、泥漿、煙氣等。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)合沖動(dòng)作用和邊界層效應(yīng)的混合微型層透平，其特征在于，所述混合式微型透平主要包括定子外殼和轉(zhuǎn)子；定子外殼分為正六邊形前后端蓋和主體三個(gè)部分，三個(gè)部分中間分別鏜原型腔，前后端蓋的六角分別用螺栓與主體固定；后端蓋中心周圍平均開設(shè)有排氣孔。外殼中心位置開設(shè)有圓形軸孔，透平軸通過軸承過盈配合安裝在外殼上；透平軸上依次設(shè)置有軸肩和鍵槽，透平盤片通過鍵和間隙墊片平行布置于透平軸上組成轉(zhuǎn)子盤片組，轉(zhuǎn)子盤片組與透平軸間隙配合，末端用圓螺母鎖緊；透平盤片中部靠近軸位置開設(shè)排氣孔；透平盤片邊緣切有若干沖擊槽，以提高透平轉(zhuǎn)矩和輸出性能；主體上部開設(shè)有圓形進(jìn)氣口，外接噴嘴以進(jìn)氣；透平軸末端采用非連接式的磁性聯(lián)軸器，磁性聯(lián)軸器一端與軸采用頂緊螺栓鎖死，磁性聯(lián)軸器另一端設(shè)有圓盤結(jié)構(gòu)，接近圓周外圍平均布置磁極交錯(cuò)形式圓形磁鐵；磁性聯(lián)軸器成對(duì)使用，一半磁性聯(lián)軸器固定在透平軸上，另一半磁性聯(lián)軸器固定在電機(jī)軸上；透平軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過磁性力作用，一半磁性聯(lián)軸器帶動(dòng)另一半磁性聯(lián)軸器旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電。

所述透平軸上平行布置透平盤片，通過鍵和端蓋螺母鎖緊固定，透平盤片之間用圓形間隙片加以分隔，透平盤片與軸間隙配合。

所述透平盤片邊緣切有若干仿葉片式波浪形沖擊槽，入口氣流進(jìn)入透平空腔后先通過沖擊透平盤片邊緣沖擊槽傳遞動(dòng)能，流出后沿透平盤片表面螺旋前進(jìn)從透平盤片中心附近排氣口流出。

所述外殼采用六角形，邊緣設(shè)置螺孔，殼體后端開設(shè)排氣孔，單向出氣。

所述主體上部開設(shè)有圓形進(jìn)氣口采用圓柱形大截面入口，增大進(jìn)氣量，單個(gè)進(jìn)氣口設(shè)置在透平盤片上部，使進(jìn)氣切向流入腔體。

本發(fā)明的有益效果是一種混合型微型透平，為低品位熱能利用提供一種有效地動(dòng)力裝置，適用于低品位熱能利用，可以應(yīng)用于以有機(jī)物為工質(zhì)的ORC循環(huán)。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明采用邊緣切口式盤片，圓盤邊緣切有波浪式?jīng)_擊槽。當(dāng)氣體從進(jìn)口流入時(shí)，首先對(duì)沖擊槽進(jìn)行沖動(dòng)作用，之后進(jìn)入盤片間隙沿圓盤表面螺旋前進(jìn)，最終從中心排氣口流出。這種設(shè)計(jì)可以最大化利用來流氣體的動(dòng)能，在傳統(tǒng)邊界層透平的邊界層效應(yīng)的基礎(chǔ)上引入沖動(dòng)部分，不僅可以提高能量利用率，還可以提高透平輸出轉(zhuǎn)矩，更易于帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。

2、本發(fā)明由于采用六邊形外殼主體，是氣流在腔體內(nèi)部流動(dòng)更均勻，減小損失，也更利于安裝。進(jìn)氣口采用大截面圓柱式，可以提高進(jìn)氣量以提高透平輸出功率，并減小漸縮式噴嘴造成的能量損失。設(shè)計(jì)加工簡單。

3、本發(fā)明采用單向進(jìn)氣單向排氣，工質(zhì)流動(dòng)更易于控制，運(yùn)行更加穩(wěn)定。

4、本發(fā)明采用非連接式磁性聯(lián)軸器，可以極大地緩解這種混合式微型透平在與發(fā)電機(jī)軸連接時(shí)由于對(duì)心精度不高造成的傳動(dòng)機(jī)械損失。磁性聯(lián)軸器還可以減少軸的徑向受力，減小部件之間的磨損，提高混合式微型透平的使用壽命。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)剖視圖；