一种液力透平装置的制作方法

文档序号:15579049发布日期:2018-09-29 06:22

本发明属于能量转换技术领域,特别涉及一种液力透平装置。



背景技术:

透平是将流体工质中蕴有的能量转换成机械能的机器。在石油化工、石油加工、化肥、海水淡化、钢铁冶金等行业有大量高压液体,这些高压液体的能量目前大多被浪费。在国外,一些发达国家目前利用这些高压液体的能量方式有专用的液力能量回收透平,而在我国和一些发展中国家,大多数情况下这些能量被浪费掉,国内近年在化肥行业也有利用反转泵来回收的装置,但是由于设计理论的欠缺,回收能量效率普遍较低,这导致这些能量没有较充分利用或被浪费。因此,在能源问题凸显的今天,随着透平应用领域的增大,能量回收水力透平的开发研究有着重大的意义及经济价值,其一能为节能减排作出贡献,其次能为国家的经济建设作出重大贡献,降低单位GDP的能耗。

透平的工作条件和所用工质不同,所以它的结构型式多种多样,但基本工作原理相似。透平的最主要的部件是一个旋转元件,即转子,或称叶轮,它安装在透平轴上,具有沿圆周均匀排列的叶片。流体所具有的能量在流动中,经过喷管时转换成动能,流过叶轮时流体冲击叶片,推动叶轮转动,从而驱动透平轴旋转。透平轴直接或经传动机构带动其他机械,输出机械功。透平机械的工质可以是水及其它液体、蒸汽、燃气、空气和其他气体或混合气体。

在实际工程环境中,工质液体通常具有较高的能量头和复杂多变的工况。现有逆转泵型水力透平,即为叶片离心泵反转运行,其结构简单,成本低廉,但由十水力流动性能不佳,整机机械效率偏低,因此能量回收效率较低,且其工作效率对流量的变化十分敏感,其工作性能对工况的要求是严格和苛刻的。流量高于最佳工况的10%时能量回收透平效率下降50%,流量低于最佳工况的40%时,能量回收装置无回收能量的功能。

在我国中西部广大农村地区存在着许多高水头,小流量的自然水力条件。

申请号为CN201410408215.7号的中国发明专利公开了一种工业流体高余压回收超低比转速多级水轮机。技术方案是,机壳内经轴承竖直装有上端伸出机壳上部的主轴,机壳内的主轴上自上而下依次装有首级水力透平级和至少一个次级水力透平级,首级水力透平级上方的机壳上设置有与其进水端相连通的进水管,最底端的一个次级水力透平级的下方在机壳上设置有与其出水端相连通的尾水管,可利用100~200m水头,实现与发电机的无减速机直联,提高了装置效率及可靠性,回收效率高。

申请号为CN201410775988.9号的中国发明专利公开了一种基于水泵水轮机的液力透平设计方法,液力透平转轮的直径根据水泵水轮机全特性曲线高效运行区单位转速和单位流量相似得到,液力透平的转轮是基于水泵水轮机叶轮按照中间流面分割并进行背靠背式叶片水力变换得到,液力透平导叶的开度是依据水泵水轮机全特性曲线中对应工况点的活动导叶开度进行设置,蜗壳水力模型基圆为液力透平外径的1.2~1.6倍,液力透平出水管水力模型是根据双吸泵双吸结构进水管设计以及优化得到。

申请号为CN201610812134.2号的中国发明专利公开了一种离心式液力透平叶轮,包括透平前盖板、后盖板和叶片,叶片位于前盖板和后盖板之间,叶片呈弧形,叶片包括叶片根部区域、叶片弧形区域和叶片端部区域,叶片设置在前盖板和后盖板之间,且叶片根部区域在后盖板上呈顺时针放置,叶片端部区域在后盖板上呈逆时针放置。

在我国中西部广大农村地区存在着许多高水头,小流量且复杂多变的自然水力条件。目前普遍使用的离心式透平难以适应高水头及多变的工况,而多级离心透平结构复杂,制造维护成本高,且水力效率较低。



技术实现要素:

针对上述存在的缺陷,本发明人提供了一种液力透平装置,其设计成适应于高水头,小流量的工况,且其具有调节机构以适应工况的变化,整体结构简单,制造成本低,易于维护。

实现上述目的所采用的技术方案是:

一种液力透平装置,包括入口装置,导轨,连杆,喷针,透平转轮主轴,灯泡体,导叶,磁力联轴器,蜗壳;

所述入口装置与蜗壳连接,连接处设有通孔,所述入口装置内设有漏斗型空腔,所述漏斗型空腔内设有流线型灯泡体;所述灯泡体与入口装置之间安装有导叶;所述灯泡体内设有导轨、连杆和喷针,导轨与入口装置共轴;连杆共有两段两个关节,关节一上下移动,关节二在导轨上滑动;喷针一端与连杆相连,通过控制连杆的上下移动使喷针在灯泡体内左右移动,以此调节流量;喷针另一端置于通孔入口处;

所述透平转轮包括转轮叶片,调节销和转轮轮毂,转轮叶片与转轮轮毂通过调节销链接,调节销调节转轮叶片的角度,以调节透平的输出功率;转轮轮毂与主轴以键链接,并以轴头螺母定位;

所述磁力联轴器包括内磁体,隔离罩和外磁体,内磁体外圆柱表面上装有~枚磁极间隔布置的永久磁块;在外磁体内表面与内磁体对应处分别安装磁极相反的永久磁块;外磁体与发电机同轴,内磁体与外磁体之间安装有隔离罩,所述内磁体与主轴以键链接,并以轴肩及轴头螺母进行轴向定位;

水流经过入口装置加速后冲击转轮叶片,并带动转轮轮毂和主轴旋转,通过磁力联轴器输出动力产生电能。

所述入口装置与蜗壳连接处的通孔直径为入口装置扩口直径的1/5~1/4。

所述导叶分为前后两级,每级包含2个叶片。

所述蜗壳呈圆台形,其底部直径为顶部直径的1.1~1.2倍;转轮轮毂的直径约为蜗壳底部直径的0.5~0.6倍。

所述转轮叶片呈碗状,外侧具有圆弧形开口。

所述隔离罩内部材料为金属,外面包有塑料隔层。

所述隔离罩同时也是该透平装置的外壳,隔离罩在与蜗壳相接的面上设有密封槽,内部放置密封圈。

所述主轴和蜗壳之间还设有机械密封。

本发明的有益效果:

(1)本发明的透平装置可以适应极高水头的工况,适宜安装在河道下游以充分利用水流的动能,使其高效转换成电能。

(2)本发明的透平装置在蜗壳入口段具有流量调节机构,该机构通过控制喷针的移动,改变其与蜗壳喉部的相对位置来调节流量,进而可以调节透平转速。

(3)本发明的透平装置的转轮叶片角度可根据工况的变化不断改变角度,该机构与蜗壳入口段内的调节机构相互协调运作,可以改变透平的输出功率,该调节机构水力损失小,结构简单,可靠性高。

(4)本发明的透平装置采用磁力联轴器,没有轴向泄漏,具有极高的安全性,因此其不仅可用于水力发电,也可用于工业废水等液体的能量回收利用。

附图说明

图1是液力透平工作示意图;

图2是液力透平装配图;

图3是透平入口装置结构示意图;

图4是透平转轮示意图;

图5是透平磁力联轴器示意图;

附图标记说明:

入口装置1,导轨2,连杆3,喷针4,转轮叶片5,调节销6,转轮轮毂7,主轴8,机械密封9,内磁体10,灯泡体11,导叶12,隔离罩13,外磁体14,蜗壳15。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

图1为该液力透平装置的工作示意图。水流流动方向如图中箭头方向所示,转轮旋转方向为逆时针。水流在入口处速度较低,经过喷针后速度增大,流过蜗壳喉部利用动能推动转轮带动磁力联轴器旋转做功产生电能。

图2示出了本实施例所述的一种液力透平装配图,包括入口装置1,导轨2,连杆3,喷针4,转轮叶片5,调节销6,转轮轮毂7,主轴8,机械密封9,内磁体10,灯泡体11,导叶12,隔离罩13,外磁体14,蜗壳15。

图3给出了透平入口段结构示意图。

一种液力透平装置,包括入口装置1,导轨2,连杆3,喷针4,透平转轮主轴8,灯泡体11,导叶12,磁力联轴器,蜗壳15;

所述入口装置1与蜗壳15连接,连接处设有通孔,所述入口装置1内设有漏斗型空腔,所述漏斗型空腔内设有流线型灯泡体11;所述灯泡体11与入口装置1之间安装有导叶12;所述灯泡体11内设有导轨2、连杆3和喷针4,导轨2与入口装置1共轴;连杆3共有两段两个关节,关节一上下移动,关节二在导轨2上滑动;喷针4一端与连杆3相连,通过控制连杆3的上下移动使喷针4在灯泡体11内左右移动,以此调节流量;喷针4另一端置于通孔入口处;

所述透平转轮包括转轮叶片5,调节销6和转轮轮毂7,转轮叶片5与转轮轮毂7通过调节销6链接,调节销6调节转轮叶片5的角度,以调节透平的输出功率;转轮轮毂7与主轴8以键链接,并以轴头螺母定位;

所述磁力联轴器包括内磁体10,隔离罩13和外磁体14,内磁体10外圆柱表面上装有12~20枚磁极间隔布置的永久磁块;在外磁体14内表面与内磁体10对应处分别安装磁极相反的永久磁块;外磁体14与发电机同轴,内磁体10与外磁体14之间安装有隔离罩13,所述内磁体10与主轴8以键链接,并以轴肩及轴头螺母进行轴向定位;

水流经过入口装置1加速后冲击转轮叶片5,并带动转轮轮毂7和主轴8旋转,通过磁力联轴器输出动力产生电能。

所述入口装置1与蜗壳15连接处的通孔直径为入口装置1扩口直径的1/5~1/4。

所述导叶12分为前后两级,每级包含2个叶片。

所述蜗壳15呈圆台形,其底部直径为顶部直径的1.1~1.2倍;转轮轮毂7的直径约为蜗壳15底部直径的0.5~0.6倍。

所述转轮叶片5呈碗状,外侧具有圆弧形开口。

隔离罩13内部材料为金属,外面包有塑料隔层。

隔离罩13同时也是该透平装置的外壳,隔离罩13在与蜗壳15相接的面上设有密封槽,内部放置密封圈。

主轴8和蜗壳15之间还设有机械密封9。

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