一种水力工况调节旋转导叶模块及其在透平泵中的装配方法与流程

本发明属于流体机械技术领域，具体的说，是涉及一种水力工况调节旋转导叶模块及其在透平泵中的装配方法。

背景技术：

泵及透平或两者相结合的透平泵一体机(简称为透平泵)是工业中不可缺少的介质增压或将能量进行回收的装置，现有装置的结构对工况调节具有一定的局限性，往往需要不同型号、规格的设备来满足不同工况的使用需求。

透平泵将泵与能量回收装置相结合，常用于反渗透海水淡化系统中。但系统对海水淡化回收率的要求并不是一成不变，因此对此类泵及能量回收装置提出了更高的工况调节要求。现有技术调节回收率的主要方式包括旁路调节(图1所示)以及针阀调节(图2所示)，两者的原理都是通过减小高压介质流程来达到工况调节的目的。但造成的结果是装置结构更加复杂且能量回收效率得不到保证。最好的方式是采用活动导叶进行工况调节，但是活动导叶结构的设计多种多样，却难以匹配泵或能量回收装置进行结构设计，目前公开的专利只公布了形式，却难以明确在泵类装置的具体应用方式。

技术实现要素：

本发明提出了一种水力工况调节旋转导叶模块及其在透平泵中的装配方法，该技术方案能够应用于反渗透海水淡化等系统中，不仅能够在不更换装置的情况便能进行工况调节，还能拓宽在多工况应用条件下的高效区范围。

本发明通过以下的技术方案予以实现：

一种水力工况调节旋转导叶模块，旋转导叶模块包括：旋转导叶后盖板、旋转导叶前盖板、旋转导叶驱动齿轮、旋转导叶，所述的旋转导叶后盖板呈圆环状，所述的旋转导叶前盖板呈圆环状；

所述的旋转导叶是一体化成型的独立构件，包含：旋转导叶后座、叶片、旋转导叶前座、轴，所述的旋转导叶后座、转导叶前座都呈圆柱形，所述的叶片呈片状，所述的叶片位于旋转导叶后座、转导叶前座之间，所述的轴与旋转导叶前座相连接，所述的旋转导叶后座、旋转导叶前座、轴的中心轴同轴；

所述的旋转导叶后盖板上设置有用于旋转导叶安装的插槽，所述的旋转导叶前盖板上设置有用于配合旋转导叶前座安装的插孔和允许轴穿过的通孔，所述的旋转导叶驱动齿轮位于轴的端部，所述的轴上设置有键槽，旋转导叶连接键插入键槽内，旋转导叶驱动齿轮通过键槽和旋转导叶连接键与轴相连接；

一种水力工况调节旋转导叶模块的透平泵包括：中心齿轮旋盖、中心齿轮、透平侧盖板、透平侧盖板密封环、旋转导叶模块、透平蜗壳定位销孔、装置外壳，螺栓、端面摩擦止推轴承、透平叶轮、透平蜗壳模块、旋转导叶定位销孔、旋转导叶前密封环、旋转导叶后密封环、蜗壳导流块、透平侧进口；

所述的装置外壳、透平蜗壳模块、旋转导叶模块、透平叶轮、端面摩擦止推轴承的位置由外到内依次组合，所述的透平蜗壳模块插装于装置外壳内侧，所述的旋转导叶模块插装于透平蜗壳模块内侧，所述的端面摩擦止推轴承位于透平叶轮的外侧，所述的透平叶轮与端面摩擦止推轴承形成端面摩擦接触形式；

所述的透平侧盖板上设置有允许轴通过的通孔，所述的中心齿轮、中心齿轮旋盖从内向外依次套在透平侧盖板上的出口管的外壁上，所述的中心齿轮旋盖呈管状，内壁上设置有螺纹，透平泵出口管的外壁上设置有螺纹，所述的旋转导叶驱动齿轮的内壁上设置有齿形，所述的中心齿轮与旋转导叶驱动齿轮相啮合匹配，所述的中心齿轮旋盖的作用是用于中心齿轮的固定；

所述的旋转导叶前密封环设置在旋转导叶上，位于安装旋转导叶前盖板通孔的两侧，作用是防止介质从通孔渗漏；

所述的旋转导叶后密封环设置在旋转导叶后盖板上，作用是防止旋转导叶模块与装置外壳配合处发生泄漏。

所述的透平蜗壳定位销孔分别位于透平蜗壳模块和外壳上，作用是通过插入定位销的方式对透平蜗壳模块进行插装定位固定；

所述的旋转导叶定位销孔分别位于旋转导叶模块和外壳上，作用是通过插入定位销的方式对旋转导叶模块进行插装定位固定；

所述的透平侧盖板通过螺栓定位安装在装置外壳上，所述的透平侧盖板密封环设置在透平侧盖板上，作用是用于安装密封圈保证介质无泄漏。

本发明提出的一种水力工况调节旋转导叶模块及其在透平泵中的应用方法，在调节使用时，将中心齿轮旋盖旋开，通过中心齿轮转动并带动旋转导叶驱动齿轮，导叶发生旋转进而改变导叶开度；调节完毕后，旋紧中心齿轮旋盖使其压紧中心齿轮，保证中心齿轮与旋转导叶同步固定。在变工况下，高压介质从透平侧进口流入，流经蜗壳导流块、透平蜗壳模块、旋转导叶模块，驱动作用于透平叶轮产生动力，泄压后经透平侧出口流出。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

a.通过多个扇形组成的旋转导叶驱动齿轮的结构，驱动力更高，可有效避免旋转导叶过紧而产生难以调节的情况；

b.齿轮驱动的方式简单有效，为旋转导叶与蜗壳两种水力部件相结合的透平方式，提出了具体的实施方案；

c.旋转导叶可以有效满足所应用的泵、透平、透平泵的多工况要求，对于不同工况无需更换整套设备，同时拓宽装置水力高效区范围；

d.对于旋转导叶的调控方式也简单高效，由此形成的泵、透平、透平泵美观使用方便，无需停机便可进行旋转导叶的实时调节。

本发明技术方案采用的水力工况调节旋转导叶模块，原理清晰、技术成熟、可操作性强，能够应用于反渗透海水淡化等系统中，可以使得在不更换装置的情况便能进行工况调节，还能拓宽在多工况应用条件下的高效区范围。

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“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。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。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，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附图。

在附图中：

图1为现有技术调节回收率的旁路调节方式示意图；

图2为现有技术调节回收率的针阀调节方式示意图；

图3为旋转导叶模块结构示意图；

图4为旋转导叶结构示意图；

图5为旋转导叶驱动齿轮和旋转导叶剖面示意图；

图6为透平泵整体外观结构图；

图7为透平泵中心齿轮和旋转导叶驱动齿轮啮合局部放大图；

图8为透平泵平面剖视图；

图9为透平泵立体剖视图；

图10为调节旋转导叶模块工作原理图；

图中：1-旋转导叶后盖板，2-旋转导叶前盖板，3-旋转导叶驱动齿轮，4-旋转导叶，5-旋转导叶连接键，6-旋转导叶后座，7-叶片，8-旋转导叶前座，9-轴，10-中心齿轮旋盖，11-中心齿轮，12-透平侧盖板，13-透平侧盖板密封环，14-旋转导叶模块，15-透平蜗壳定位销孔，16-装置外壳，17-螺栓，18-端面摩擦止推轴承，19-透平叶轮，20-透平蜗壳模块，21-旋转导叶定位销孔，22-旋转导叶前密封环，23-旋转导叶后密封环，24-蜗壳导流块，25-透平侧进口。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施例。

实施例：如图3所示，一种水力工况调节旋转导叶模块，旋转导叶模块14包括：旋转导叶后盖板1、旋转导叶前盖板2、旋转导叶驱动齿轮3、旋转导叶4，旋转导叶后盖板1呈圆环状，旋转导叶前盖板2呈圆环状；

如图4所示，旋转导叶4是一体化成型的独立构件，包含：旋转导叶后座6、叶片7、旋转导叶前座8、轴9，旋转导叶后座6、转导叶前座8都呈圆柱形，叶片7呈片状，叶片7位于旋转导叶后座6、转导叶前座8之间，轴9与旋转导叶前座8相连接，旋转导叶后座6、旋转导叶前座8、轴9的中心轴同轴；

旋转导叶后盖板1上设置有用于旋转导叶4安装的插槽，旋转导叶前盖板2上设置有用于配合旋转导叶前座8安装的插孔和允许轴9穿过的通孔，旋转导叶驱动齿轮3位于轴9的端部，轴9上设置有键槽，旋转导叶连接键5插入键槽内，旋转导叶驱动齿轮3通过键槽和旋转导叶连接键5与轴9相连接；

如图8、图9所示，一种水力工况调节旋转导叶模块的透平泵包括：中心齿轮旋盖10、中心齿轮11、透平侧盖板12、透平侧盖板密封环13、旋转导叶模块14、透平蜗壳定位销孔15、装置外壳16，螺栓17、端面摩擦止推轴承18、透平叶轮19、透平蜗壳模块20、旋转导叶定位销孔21、旋转导叶前密封环、旋转导叶后密封环23、蜗壳导流块24、透平侧进口25；

装置外壳16、透平蜗壳模块20、旋转导叶模块14、透平叶轮19、端面摩擦止推轴承18的位置由外到内依次组合，透平蜗壳模块20插装于装置外壳16内侧，旋转导叶模块14插装于透平蜗壳模块20内侧，端面摩擦止推轴承18位于透平叶轮19的外侧，透平叶轮19与端面摩擦止推轴承18形成端面摩擦接触形式；

如图6-9所示，透平侧盖板12上设置有允许轴9通过的通孔，中心齿轮11、中心齿轮旋盖10从内向外依次套在透平侧盖板12上的出口管的外壁上，中心齿轮旋盖10呈管状，内壁上设置有螺纹，透平泵出口管的外壁上设置有螺纹，旋转导叶驱动齿轮3的内壁上设置有齿形，中心齿轮11与旋转导叶驱动齿轮3相啮合匹配，中心齿轮旋盖10的作用是用于中心齿轮11的固定；

如图5所示，旋转导叶前密封环22设置在旋转导叶4上，位于安装旋转导叶前盖板2通孔的两侧，作用是防止介质从通孔渗漏；

如图5所示，旋转导叶后密封环23设置在旋转导叶后盖板1上，作用是防止旋转导叶模块14与装置外壳16配合处发生泄漏。

如图8、图9所示，透平蜗壳定位销孔15分别位于透平蜗壳模块20和外壳16上，作用是通过插入定位销的方式对透平蜗壳模块20进行插装定位固定；

如图8、图9所示，旋转导叶定位销孔21分别位于旋转导叶模块14和外壳16上，作用是通过插入定位销的方式对旋转导叶模块14进行插装定位固定；

如图8所示，透平侧盖板12通过螺栓17定位安装在装置外壳16上，透平侧盖板密封环13设置在透平侧盖板12上，作用是用于安装密封圈保证介质无泄漏。

本发明提出的一种水力工况调节旋转导叶模块及其在透平泵中的应用方法，在调节使用时，将中心齿轮旋盖10旋开，通过中心齿轮11转动并带动旋转导叶驱动齿轮3，导叶4发生旋转进而改变导叶开度；调节完毕后，旋紧中心齿轮旋盖10使其压紧中心齿轮11，保证中心齿轮11与旋转导叶4同步固定。如图10所示，在变工况下，高压介质从透平侧进口25流入，流经蜗壳导流块24、透平蜗壳模块20、旋转导叶模块14，驱动作用于透平叶轮19产生动力，泄压后经透平侧出口流出。

一种旋转导叶模块在透平泵中的装配方法，将旋转导叶4插装于旋转导叶后盖板1后，盖装旋转导叶前盖板2，分别在旋转导叶前密封环22、旋转导叶后密封环23内安装密封圈；由此形成的旋转导叶模块14插装于装置外壳16中，通过透平蜗壳定位销孔15插装定位销进行转导叶模块14的定位固定，旋转导叶模块14与透平蜗壳模块20及预先安装好的透平叶轮19形成间隙配合；端面摩擦止推轴承18与透平侧盖板12进行过盈配合安装，透平蜗壳模块20与装置外壳16进行过盈配合安装；将与端面摩擦止推轴承18配合好的透平侧盖板12用螺栓17固定于装置外壳16上，保证旋转导叶4的轴9穿过透平侧盖板12的预设通孔；最后安装旋转导叶驱动齿轮3，将旋转导叶驱动齿轮3安装在伸出在透平侧盖板12的轴9的端头上，并用旋转导叶连接键5过盈配合进行固定连接；将中心齿轮11与旋转导叶驱动齿轮3进行齿形啮合安装，最后将中心齿轮旋盖10旋入透平泵出口管，对中心齿轮11压紧固定，完成旋转导叶模块的安装。

本实施例提出的一种水力工况调节旋转导叶模块及其在透平泵中的装配方法，能够应用于反渗透海水淡化等系统中，不仅能够在不更换装置的情况下进行工况调节，还能拓宽在多工况应用条件下的高效区范围。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围。