[發明專利]一種多級液力透平導出輪裝置及其設計方法

在審

• 申請號: 201911005463.6
• 申請日: 2019-10-22
• 公開（公告）號: CN110685751A
• 公開（公告）日: 2020-01-14
• 發明（設計）人: 林通;李曉俊;朱祖超;宿向輝;胡建新
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學;江西應用技術職業學院
• 主分類號: F01D5/04
• 分類號: F01D5/04;F01D5/06;F01D5/14;F01D5/16;F01D9/02
• 代理公司: 33101 杭州九洲專利事務所有限公司
• 代理人: 王之懷;王洪新

本發明屬于流體機械及能量回收領域。目的是提供一種能夠對多級液力透平末級葉輪流出的流質增壓的導出輪裝置及其設計方法，以解決多級透平在高壓流動介質能量回收過程中末級葉輪出口部位空化的問題，使多級液力透平能夠穩定、高效地回收高壓流動介質中的能量。技術方案是：一種多級液力透平導出輪裝置，所述多級液力透平包括吸入段、泵體、吐出段、固定在透平軸上并與吸入段密封連接的平衡盤以及設置在泵體內且固定在透平軸上的各級葉輪；其特征在于：所述多級液力透平中還設置延伸段；所述吸入段、泵體、延伸段和吐出段沿流動介質的流動方向依次密封連接；所述延伸段內壁光滑并且沿流動介質的流動方向逐漸擴張形成圓錐狀，延伸段外壁為圓柱狀。

技術領域

本發明屬于流體機械及能量回收領域，具體是一種多級液力透平導出輪裝置及其設計方法。

背景技術

在石油化工、煉油、海水淡化等行業中存在大量高壓流體，通常采用多級泵反轉作透平使用完成能量回收，從而替代減壓閥完成減壓功能。多級透平的工作原理是將高壓來流由多級透平的吸入段引入，高壓來流驅動各級葉輪旋轉，使來流的壓能轉換成為各級葉輪的動能，各級葉輪通過平鍵固定在多級透平軸上，各級葉輪帶動透平軸旋轉，多級透平軸通過聯軸器與發電機組或負載相連，將高壓來流的內能轉換為電能或動能，最后高壓來流從多級透平的吐出段流出，完成余能的回收，實現多級泵反轉作液力透平的功能。由于多級透平結構這種方式可以大幅度地降低生產成本，所以在實際生產實踐中應用廣泛。

但在實際使用情況中，高壓流體通過各級葉輪完成能量轉換后，在末級葉輪出口處流體能量最低。當高壓來流為熱敏流體或含氣多相流，此時在多級透平末級葉輪出口處極易發生液體空化現象，發生空化現象后，該部位處的大量氣體凝聚及破裂會使多級透平產生噪音及振動等異常現象，導致透平回收效率降低、零件氣蝕及疲勞失效。

因此，需要對多級透平進行進一步的改進和完善，設計一種應用場合更廣的多級液力透平，使多級液力透平能夠穩定、高效地運行。

發明內容

本發明的目的是克服上述背景技術的不足，提供一種能夠對多級液力透平末級葉輪流出的流質進行增壓的導出輪裝置及其設計方法，以解決多級透平在高壓流動介質能量回收過程中存在末級葉輪出口部位空化的問題，使多級液力透平能夠穩定、高效地回收高壓流動介質中的能量。

本發明提供的技術方案是：

一種多級液力透平導出輪裝置，所述多級液力透平包括吸入段、泵體、吐出段、固定在透平軸上并與吸入段密封連接的平衡盤以及設置在泵體內且固定在透平軸上的各級葉輪；其特征在于：所述多級液力透平中還設置延伸段；所述吸入段、泵體、延伸段和吐出段沿流動介質的流動方向依次密封連接；所述延伸段內壁光滑并且沿流動介質的流動方向逐漸擴張形成圓錐狀，延伸段外壁為圓柱狀；延伸段內部還設置一導出輪，所述導出輪包括同軸套設固定在透平軸上的輪轂以及等間距且呈螺旋狀固定在輪轂外周的若干導出輪葉片；所述導出輪葉片的半徑沿流動介質的流動方向逐漸增大；所述導出輪葉片設置成沿流動介質的流動方向透平軸軸線方向逐漸收縮的翼型。

所述導出輪葉片的厚度略大于多級透平末級葉輪葉片的厚度，以保證導出輪葉片具有足夠的強度。

所述導出輪葉片數為奇數，以避免導出輪葉片發生交替葉片汽蝕；所述導出輪葉片數大于3片且小于多級透平末級葉輪葉片數，以避免導出輪葉片對流動介質的流動造成堵塞。

所述導出輪的進口直徑等于多級透平末級葉輪的出口直徑，以減少流動介質的流動損失；所述導出輪的出口直徑為導出輪的進口直徑的1.8倍，以提高導出輪的抗汽蝕性能。

所述導出輪葉片的進口角等于多級透平末級葉輪的葉片出口角，以減小流動損失。

上述多級液力透平導出輪裝置的設計方法，按照如下步驟進行：

1)由公式(1.1)確定導出輪葉片的進口直徑D1：

D1＝D3 (1.1)