[發明專利]旋轉式可變噴嘴部分進氣軸流式渦輪

有效

• 申請號: 202010005628.6
• 申請日: 2020-01-03
• 公開（公告）號: CN111005771B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 張揚軍;應祺煜;諸葛偉林;錢煜平
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: F01D9/04
• 分類號: F01D9/04;F01D17/00;F01D1/04;F01K25/10;F01K7/32
• 代理公司: 北京五洲洋和知識產權代理事務所(普通合伙) 11387
• 代理人: 張向琨

本發明提供了一種旋轉式可變噴嘴部分進氣軸流式渦輪，包括機匣、噴嘴和進氣盤，噴嘴和進氣盤收容于機匣內，噴嘴固定于機匣，噴嘴包括環體和多個噴嘴葉片，環體包括周面，各噴嘴葉片由環體的周面沿徑向向外延伸至機匣的內壁，所述多個噴嘴葉片在周面上沿周向間隔布置并形成流通面積不同的多個導氣區；進氣盤設置于噴嘴的上游，進氣盤設有沿軸向貫通的導孔，進氣盤能夠沿周向轉動以使導孔與噴嘴的對應的導氣區沿軸向相對。本發明的旋轉式可變噴嘴部分進氣軸流式渦輪具有較好的全工況性能，解決了現有技術渦輪變工況工作時效率大幅下降的問題。

技術領域

本發明涉及葉輪機械領域，尤其涉及一種旋轉式可變噴嘴部分進氣軸流式渦輪。

背景技術

超臨界二氧化碳布雷頓循環由于其循環效率高、結構尺寸小、工作溫度范圍寬而在太陽能與核能發電、交通動力等領域受到廣泛關注。渦輪作為循環中唯一的功輸出部件而顯得尤為重要，渦輪的性能好壞直接決定了整體系統的性能表現。

由于超臨界二氧化碳密度大的特點，在小功率等級的循環系統中，超臨界二氧化碳工質在渦輪入口處的體積流量往往較小，會導致噴嘴葉片葉高較小，引起渦輪性能下降，而部分進氣的結構方式可以在保證流通面積的同時增大葉高，改善小功率系統中渦輪的性能，因此在超臨界二氧化碳循環系統中得到諸多應用。部分進氣渦輪的噴嘴結構一般由設計工況確定，因此在非設計工況下工質在渦輪噴嘴中的流動與設計工況的流動狀態相差較大，從而導致渦輪效率大幅下降。

對于需要變工況條件下運行的系統如交通動力系統和太陽能發電系統，渦輪效率的下滑會極大地影響系統性能。目前，主要應用可變噴嘴技術來應對變工況的情況，該技術是通過噴嘴葉片的移動來改變噴嘴喉口，進而改善渦輪性能，但是該技術的葉片型線固定且存在葉片結構復雜、可靠性低、成本高等缺點。

發明內容

鑒于背景技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種旋轉式可變噴嘴部分進氣軸流式渦輪，其能夠根據不同工況改變噴嘴的流通面積，改善部分進氣軸流式渦輪在變工況下的性能，解決現有技術渦輪變工況工作時效率大幅下滑的問題。

為了實現上述目的，本發明提供了一種旋轉式可變噴嘴部分進氣軸流式渦輪，其包括機匣、噴嘴和進氣盤，噴嘴和進氣盤收容于機匣內，噴嘴固定于機匣，噴嘴包括環體和多個噴嘴葉片，環體包括周面，各噴嘴葉片由環體的周面沿徑向向外延伸至機匣的內壁，所述多個噴嘴葉片在周面上沿周向間隔布置并形成流通面積不同的多個導氣區；進氣盤設置于噴嘴的上游，進氣盤設有沿軸向貫通的導孔，進氣盤能夠沿周向轉動以使導孔與噴嘴的對應的導氣區沿軸向相對。

在一實施例中，噴嘴還包括多個間隔部，各間隔部由環體的周面沿徑向向外延伸至機匣的內壁，各間隔部與各導氣區在周面上沿周向交替布置。

在一實施例中，各導氣區的周向尺寸與進氣盤的導孔的周向尺寸相同。

在一實施例中，各導氣區的噴嘴葉片的數量不同。

在一實施例中，設置于不同導氣區的噴嘴葉片的形狀不同。

在一實施例中，同一導氣區內的所有噴嘴葉片的形狀相同。

在一實施例中，所述多個噴嘴葉片沿周向間隔布置在環體的整個周面上，各導氣區由相鄰的多個噴嘴葉片形成，各噴嘴葉片包括葉片出口安裝角，所述多個噴嘴葉片的多個葉片出口安裝角的角度均不相同。

在一實施例中，所述多個噴嘴葉片的葉片出口安裝角沿環體的順時針方向逐漸遞減。

在一實施例中，所述多個噴嘴葉片的葉片出口安裝角沿環體的逆時針方向逐漸遞減。

在一實施例中，旋轉式可變噴嘴部分進氣軸流式渦輪還包括葉輪，葉輪收容于機匣內且沿軸向設置于噴嘴的下游，葉輪包括輪盤和多個葉輪葉片，輪盤包括與機匣內壁相對的盤面，所述多個葉輪葉片沿周向間隔布置在輪盤的盤面上。

本發明的有益效果如下：