紧凑型小容积流量大压比混流式工业透平的制作方法

本发明涉及工业透平技术领域，尤其是涉及一种紧凑型小容积流量大压比混流式工业透平。

背景技术

透平机是将流体介质中蕴有的能量与机械能相互转换的机器，又称涡轮或涡轮机。

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气体，如蒸气、燃气、空气和其他气体或混合气体，也可以是液体，如水、油或其他液体。

以水为工质的透平称为水轮机；以蒸气为工质的透平称为气轮机；以燃气为工质的透平称为燃气透平。

由于节能环保领域的发展，小容积流量的工业透平有很大的需求，对于小容积流量大压比的压缩气体，目前市场上普遍采用轴流式透平、离心式透平、和离心式+轴流式混流透平，但各有优缺点。

离心式透平适合小容积流量压比不大的领域，做完功的工质迅速膨胀，受到结构尺寸和成本的控制，透平设置成单级或级数不多；

轴流式透平适用于大容积流量，对于小容积流量大压比受到很大的限制，机组细长，刚性差。

离心式+轴流式的混流透平在一定程度上满足了小容积流量大压比的工业透平的市场需求。但流道上既有离心级叶型和轴流级叶型，增加了设计难度和制造成本。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供紧凑型小容积流量大压比混流式工业透平，以解决小容积流量大压比工业透平的设计、制造、成本控制的技术问题。

本发明提供的一种紧凑型小容积流量大压比混流式工业透平，包括联合汽阀和透平主体，所述联合汽阀与所述透平主体连接，在所述联合汽阀上设置与第一进口，在所述透平主体上设置有第一出口；

在所述透平主体内设置有转子，所述转子包括至少一个叶轮和主轴，所述叶轮位于所述透平主体内，所述主轴一端与所述叶轮连接，另一端伸出所述透平主体外；

在靠近所述联合汽阀的所述叶轮的径向方向上设置至少一周所述径向动叶片，在所述叶轮轴向设置有至少一周轴向动叶片；

在所述透平主体内设置有与叶轮的径向动叶片配合的径流隔板和与叶轮的轴向动叶片配合的轴流隔板；

在所述透平主体内设置有用于将工质导向四周的导流密封罩，且所述导流密封罩设置在所述径流隔板上。

进一步地，所述叶轮为多个，多个叶轮包括初级叶轮和多个次级叶轮，所述径向动叶片设置在所述初级叶轮上，在远离所述初级叶轮的所述次级叶轮上设置有密封凸台；

或者

所述叶轮为一个，所述叶轮为初级叶轮，所述径向动叶片设置在所述初级叶轮上，在初级叶轮另一侧设置有密封凸台；

且所述叶轮上均设置有平衡孔。

进一步地，所述径流隔板上设置有与径向动叶片配合的径向静叶片；

所述轴流隔板上设置有与轴向动叶片配合的轴向静叶片。

进一步地，所述径向静叶片和所述径向动叶片为径向级叶型；所述轴向动叶片和所述轴向静叶片为轴向级叶型；径向级叶型和轴向级叶型的叶型一致，径向级为轴流式透平的前面级旋转而成。

进一步地，还包括变速箱，所述主轴一端位于所述变速箱内；

在所述变速箱内的主轴上设置有平衡块和第一齿轮，且所述第一齿轮与输出轴上的第二齿轮啮合；

在所主轴上设置有用于支撑主轴的支撑轴承，所述平衡块使支撑轴承左右两侧的平衡。

进一步地，所述径流隔板上设置有用于防止工质在后汽封室与腔室之间流动的径流汽封。

进一步地，在所述透平主体内设置与密封凸台配合的径向汽封，且径向汽封用于防止工质在前汽封室和排汽室之间流动。

进一步地，所述主轴上设置有轴向密封；所述轴向密封用于防止工质从所述主轴与所述透平主体连接处泄漏。

进一步地，所述透平主体内的腔室中设置有导向凸台，所述导向凸台用于将工质导向轴流隔板。

进一步地，还包括底座，所述联合汽阀、透平主体和变速箱依次设置在所述底座上。

本发明提供的紧凑型小容积流量大压比混流式工业透平的工质从第一进口进入到联合汽阀中，流入到进汽室中，在工质进入到透平主体中的时候，导流密封罩将工质导向四周，使其流向径流隔板上的径向静叶片，经过径向静叶片工质更好的作用在径向动叶片上，工质继续流向轴流隔板上的轴向静叶片，经过轴向静叶片工质更好的作用在轴向动叶片上，径向动叶片和轴向动叶片使主轴旋转，从而实现机械能的输出，满足小容积流量大压比混流式工业透平的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的紧凑型小容积流量大压比混流式工业透平的结构示意图；

图2为图1所示紧凑型小容积流量大压比混流式工业透平的局部放大图；

图3为图1所示紧凑型小容积流量大压比混流式工业透平的转子的结构示意图；

图4为图3所示转子的叶轮的结构示意图。

图标：100－联合汽阀；200－透平主体；300－变速箱；400－第一进口；500－第一出口；600－进汽室；700－前汽封室；800－后汽封室；900－主轴；110－转子；120－支撑轴承；130－平衡块；140－输出轴；150－底座；160－腔室；170－排汽室；180－导流密封罩；190－导向凸台；210－径流隔板；220－径向静叶片；230－径流汽封；240－轴流隔板；250－轴向静叶片；260－径向汽封；270－径向动叶片；280－轴向动叶片；290－叶轮；291－初级叶轮；292－次级叶轮；310－平衡孔；320－密封凸台。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1－图4所示，本发明提供的一种紧凑型小容积流量大压比混流式工业透平，包括联合汽阀100和透平主体200，所述联合汽阀100与所述透平主体200连接，在所述联合汽阀100上设置与第一进口400，在所述透平主体200上设置有第一出口500；

在所述透平主体200内设置有转子110，所述转子110包括至少一个叶轮290和主轴900，所述叶轮290位于所述透平主体200内，所述主轴900一端与所述叶轮290连接，另一端伸出所述透平主体200外；

在靠近所述联合汽阀100的所述叶轮290的径向方向上设置至少一周所述径向动叶片270，在所述叶轮290轴向设置有至少一周轴向动叶片280；

在所述透平主体200内设置有与叶轮290的径向动叶片270配合的径流隔板210和与叶轮290的轴向动叶片280配合的轴流隔板240；

在所述透平主体200内设置有用于将工质导向四周的导流密封罩180，且所述导流密封罩180设置在所述径流隔板210上。

在一些实施例中，该工业透平内形成了进汽室600、腔室160、排汽室170、前汽封室700和后汽封室800；该工业透平利用的工质可以为高压的蒸汽或者二氧化碳等压缩性气体。

工质从联合汽阀100的第一进口400进入进汽室600内，进汽室600与透平主体200之间连通的开口正好朝向导流密封罩180的中心，工质在导流密封罩180的作用向流向将径流隔板210，经过径流隔板210流入到腔室160中，在腔室160中工质转向流向轴流隔板240，最后流入到排汽室170，从排汽室的第一出口500排出。

在此过程中，工质使径向动叶片270和轴向动叶片280带动主轴900转向动，将动能转换成轴旋转的机械能，使转子110转动；该工业透平可以用在拖动发电机、压缩机、水泵等。

基于上述实施例基础之上，进一步地，所述叶轮290为多个，多个叶轮290包括初级叶轮291和多个次级叶轮292，所述径向动叶片270设置在所述初级叶轮291上，在远离所述初级叶轮291的所述次级叶轮292上设置有密封凸台320；

或者

所述叶轮290为一个，所述叶轮290为初级叶轮291，所述径向动叶片270设置在所述初级叶轮291上，在初级叶轮291另一侧设置有密封凸台320；

且所述叶轮290上均设置有平衡孔310。

在一些实施例中，主轴900上可以仅设置一个初级叶轮291，还可以根据需求再设置多个次级叶轮292。

当仅有一个初级叶轮291的时候，在初级叶轮291的径向设置有多周径向动叶片270；设置一周径向动叶片270为一级，一般在初级叶轮291上最多可设置三级径向动叶片270；径向动叶片270设置在初级叶轮291朝向导流密封罩180一侧，

在初级叶轮291另一侧设置有密封凸台320。

在一些实施例中，主轴900上设置有一个初级叶轮291和至少一个次级叶轮292，根据使用需求，在主轴900上依次设置多个次级叶轮292。在次级叶轮292上均设置有轴向动叶片280，在透平主体200内设置有与叶轮290个数对应的轴流隔板240；工质经过轴向静叶片250的导向，且能够使工质的压力和温度降低，增加工质的流速，使工质更好的作用在轴向动叶片280上。

基于上述实施例基础之上，进一步地，所述径流隔板210上设置有与径向动叶片270配合的径向静叶片220；

所述轴流隔板240上设置有与轴向动叶片280配合的轴向静叶片250。

基于上述实施例基础之上，进一步地，所述径向静叶片和所述径向动叶片270为径向级叶型；所述轴向动叶片280和所述轴向静叶片250为轴向级叶型；径向级叶型和轴向级叶型的叶型一致，径向级为轴流式透平的前面级旋转一定角度而成。

在一些实施例中，在径流隔板210上设置有径向动叶片270，在轴流隔板240上设置有轴向动叶片280，在工质流向径流隔板210上的径向静叶片220，经过径向静叶片220的导向和加速后，作用在径向动叶片270上，工质在腔室160内转向流向轴流隔板240；经过轴向静叶片250的导向和加速后，作用在轴向动叶片280上，多个次级叶轮292时，工质依次经过轴向静叶片250、轴向动叶片280……轴向静叶片250、轴向动叶片280后，工质进入排汽室170，从第一出口500排出。

径向级叶型和轴向级叶型的叶型一致，径向级为轴流式透平的前面级旋转一定角度而成。

简单理解为径向动叶片可以理解为将轴向动叶片旋转90°而成。

如图3所示，基于上述实施例基础之上，进一步地，进一步地，还包括变速箱300，所述主轴900一端位于所述变速箱300内；

在所述变速箱300内的主轴900上设置有平衡块130和第一齿轮，且所述第一齿轮与输出轴140上的第二齿轮啮合；

在所主轴900上设置有用于支撑主轴900的支撑轴承120，所述平衡块130使支撑轴承120左右两侧的平衡。

在一些实施例中，主轴900将机械能传递到变速箱300中，在变速箱300中，主轴900上设置有且仅有一个支撑轴承120，转子110采用单支点支撑的悬臂梁结构，支撑轴承120支撑主轴900，主轴900一端设置有叶轮290，另一端设置第一齿轮，第一齿轮与输出轴140上的第二齿轮啮合，从而通过输出轴140将动力输出。

第一齿轮与可以与变速齿轮组啮合，变速齿轮组的动力通过输出还走输出。

在主轴900上设置有用于调节支撑轴承120两侧的平衡的平衡块130，通过调节平衡块130的大小使支撑轴承120两侧平衡；且平衡块130一般为圆柱形。

基于上述实施例基础之上，进一步地，所述径流隔板210上设置有用于防止工质在后汽封室800与腔室160之间流动的径流汽封230。

在一些实施例中，进汽室600、腔室160、排汽室170、前汽封室700和后汽封室800内的压力大小关系为；进汽室600＞腔室160＞排汽室170＞前汽封室700＝后汽封室800。

为了防止后汽封室800与腔室160之间的工质流动，在径流隔板210上设置有径流汽封230。径流汽封230一般固定在径流隔板210的阶梯上。

基于上述实施例基础之上，进一步地，在所述透平主体200内设置与密封凸台320配合的径向汽封260，且径向汽封260用于防止工质在前汽封室700和排汽室170之间流动。

在一些实施例中，叶轮290上设置密封凸台320与径向汽封260配合，防止前汽封室700和排汽室170之间的流动，径向汽封260的密封面可以与密封凸台320上表面接触或者径向汽封260的密封面与密封凸台320的外表面接触，从而实现汽封。

基于上述实施例基础之上，进一步地，所述主轴900上设置有轴向密封；所述轴向密封用于防止工质从所述主轴900与所述透平主体200连接处泄漏。

主轴900从透平主体200中伸出，为了减少工质从主轴900与透平主体200之间的缝隙漏出，在主轴900上设置与轴向密封，轴向密封能够有效的减少工质从此处泄漏，

基于上述实施例基础之上，进一步地，所述透平主体200内的腔室160中设置有导向凸台190，所述导向凸台190用于将工质导向轴流隔板240。

在一些实施例中，工质流入到腔室b内，在导向凸台190的作用下，将工质导向轴流隔板240。

基于上述实施例基础之上，进一步地，还包括底座150，所述联合汽阀100、透平主体200和变速箱300依次设置在所述底座150上。

本发明提供的紧凑型小容积流量大压比混流式工业透平的工质从第一进口400进入到联合汽阀100中，流入到进汽室600中，在工质进入到透平主体200中的时候，导流密封罩180将工质导向四周，使其流向径流隔板210，经过径向静叶片220工质更好的作用在径向动叶片270上，工质继续流向轴流隔板240，经过轴向静叶片250工质更好的作用在轴向动叶片280上，径向动叶片270和轴向动叶片280使主轴900旋转，从而实现机械能的输出，满足小容积流量大压比混流式工业透平的需求。

紧凑型小容积流量大压比混流式工业透平能够利用高压的蒸汽或者二氧化碳等压缩性气体，实现小容积流量大压比的压缩气体的利用，从而满足小容积流量的工业透平的需求；解决现在小容积流量大压比工业透平的设计、制造、成本控制难题；且在转子110的左侧的高压侧与外界实现零漏气，联合汽阀100与透平主体200的端盖连接，端盖与透平主体200通过法连连接；径流隔板210与透平主体200通过法兰连接，导流密封罩180与径流隔板210通过法兰连接，从而将进汽室600与外界完全隔开。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。