专利名称：透平膨胀机的喷嘴调节装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及透平膨胀机，特别涉及一种透平膨胀机的喷嘴调节装置。
背景技术：
余热回收技术具有低污染、低成本、节能等优点，近年来受到社会广泛 关注。透平膨胀机作为余热回收系统中的关键做功部件越来越受到科研机构 的重视。在对低温余热回收利用时，由于其热品位较低、热源供应不稳定等 特点，传统的具有不可调喷嘴叶片的透平膨胀机很难满足工业应用的要求。
具有可调喷嘴叶片的透平膨胀机，具有工况可调的优点，在余热回收系 统中能更好地适应变工况的要求，因此近几年得到快速发展。关于可调喷嘴 叶片的透平膨胀机国内外己经有大量的研究，喷嘴的调节形式多样化。
例如美国专利US4850795采用双列叶栅并且叶栅稠度不同，进口区为 低稠度，出口区为高稠度，这种结构由于出口叶栅稠度较高，限制了工作区 域的扩大，不能全面适应余热回收多变工况的需要；美国专利US3756739采 用在长叶片端部设有小叶片来控制工况调节，调节范围相对较窄并且控制结 构相对比较复杂；美国专利US4499732采用变叶高的调节形式，该型式结构 复杂，在变工况时只是通过改变流道内的叶片高度，而叶片安装角度并没有 改变，因此性能较不可调叶片提高有限，同时变叶高的调节形式也存在着冲 击损失大、效率不高等缺点；中国专利00204860. 4提出了一种内外环旋转的 扩压器，将扩压器叶片一分为二，并分别位于可以相对转动的两个环上，其 结构简单，但由于转动环上叶片的错开，使得流道结构发生改变，会带来较大的流动损失，而且不同工况下很难保证相应的位置关系，并且不能主动调 节流量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单的透平膨胀机的喷嘴调节装置，能
够实现在不同工况下，方便地实现对透平膨胀机流量的调节；同时能保证透 平膨胀机具有良好的密封性，在各个流量工况下依然保证有较高的流动效率。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。
一种透平膨胀机的喷嘴调节装置，其特征在于，包括齿轮轴，齿弧，
喷嘴出口环，同心镶嵌在喷嘴出口环的前端面的可转动的控制环，周向分布
在喷嘴出口环的前端面和控制环的前端面的叶片；每个叶片的头部设有滑槽、 尾部设有圆孔，对应每个叶片，喷嘴出口环的前端面设置有贯穿滑槽的第一 轴，控制环的前端面设置有贯穿圆孔的第二轴；控制环的后端面开设有固定 齿弧的凹坑，所述齿轮轴贯穿出喷嘴出口环的后端面与齿弧啮合。
本发明的进一步改进和特点在于
所述第一轴上设置有套筒。
所述控制环的前端面设置有盲坑，盲坑内固定有轴承，轴承连接第二轴。 所述控制环的后端面设置有滚轮，其外周开设有放置滚轮的凹坑。 所述齿轮轴与喷嘴出口环之间设置有轴密封。
由于本发明在喷嘴出口环的前端面的设置有同心镶嵌的可转动的控制 环，周向分布在喷嘴出口环的前端面和控制环的前端面的叶片。其中，每个 叶片的头部设有滑槽、尾部设有圆孔，喷嘴出口环的前端面设置有贯穿滑槽 的第一轴，控制环的前端面设置有贯穿圆孔的第二轴，旋转控制环，可以方 便改变叶片之间的通流面积，从而实现对透平膨胀机流量的调节。控制环同心镶嵌在喷嘴出口环的前端面，带动控制环旋转的齿弧固定在 控制环的后端面的凹坑内，齿轮轴贯穿喷嘴出口环的后端面与齿弧啮合。控 制环的驱动机构不直接连通透平膨胀机的流道，因此，能保证透平膨胀机具 有良好的密封性，并在各个流量工况下依然保证有较高的流动效率。
图l为具有本发明喷嘴调节装置的透平膨胀机的局部示意图2为喷嘴的叶片安装示意图3为喷嘴的叶片结构示意图4为图3沿A-A线的剖视图5为控制环的后端面结构示意图6为控制环的驱动机构示意图。
其中1、端盖；2、喷嘴出口环；3、叶片；4 、第一轴；5、控制环； 6、喷嘴进口环；7 、扩压器；8 、 "0"型密封圈；9、套筒；10、第二轴； 11、齿弧；12、滚轮；13、齿轮轴；14、滑槽；15、圆孔。
具体实施例方式
参照图1，端盖1与扩压器7固定，扩压器7和喷嘴出口环2后端面之间 设置有"0"型密封圈8，喷嘴出口环2和喷嘴进口环6之间设置叶片3和控 制环5。
结合图2、 3、 4，控制环5与喷嘴出口环2同心，并镶嵌在喷嘴出口环2 的前端面，二者的前端面平齐，并且可相对旋转；叶片3周向分布在喷嘴出 口环2的前端面和控制环5的前端面上，每个叶片3的头部设有滑槽14、尾 部设有圆孔15，对应每个叶片3，喷嘴出口环2的前端面设置有贯穿滑槽14 的第一轴4，控制环5的前端面设置有贯穿圆孔15的第二轴10。本实施例中，第一轴4的功能利用连接喷嘴进口环6和喷嘴出口环2的 双头螺栓实现，双头螺栓的一端贯穿叶片3头部的滑槽14，并固定在喷嘴出 口环2的前端面，双头螺栓和滑槽14之间设置有套筒9。套筒9的高度略大 于喷嘴的叶片3厚度，当叶片3转动时，具有减小双头螺栓与滑槽14间的摩 擦力的作用，还起到限定喷嘴进口环6和喷嘴出口环2间距的作用，以保证 叶片3与上述两者的间隙不变。第二轴10的一端贯穿连接在设在叶片3尾部 的圆孔15内，其另一端与轴承连接，轴承紧配合固定于设置在控制环5的前 端面的圆形盲坑内。本实例中，第二轴10的功能利用销来实现。
结合图5、 6，控制环5的后端面开设有固定齿弧11的凹坑，齿轮轴13 的一端贯穿出喷嘴出口环2的后端面与齿弧11啮合，齿轮轴13的另一端伸 出喷嘴出口环2。具体实施中，齿轮轴13与喷嘴出口环2之间采用填料实现 轴密封，在填料压盖和喷嘴出口环2上分别安装有套管，用来支撑齿轮轴13; 填料压盖还起到延长齿轮轴13两支撑端距离的作用，縮小齿轮轴13悬臂端 的长度。齿轮轴13可以外接电动执行机构实现无级调速。
控制环5的后端面通过转轴设置有滚轮12，其外周开设有放置滚轮12 的凹坑。本实施例中，控制环5的后端面上均布三个滚轮12，滚轮12外端面 突出于控制环5的外径，在控制环5转动时滚轮12与喷嘴出口环2接触。
当透平膨胀机工况发生变化时，用扳手扳动齿轮轴13的末端，固定在控 制环5后端面上的齿弧11，由于和齿轮轴13相互啮合而发生转动，继而带动 控制环5旋转。叶片3的尾部和第二轴的一端连在一起，其另一端和轴承连 接后嵌入控制环5的前端面的盲孔中；叶片的头部有一滑槽14，套有套筒9 的双头螺栓穿过滑槽14并相对不动；当控制环5旋转时，叶片3会发生相应 的转动和平动，从而改变透平膨胀机通流面积，实现流量的控制。本发明只有齿轮轴13伸出喷嘴出口环2，因此较容易保证密封，密封性 能良好；采用齿轮轴13、齿弧ll啮合形式的驱动机构，不仅调节精度易于保 证，更可通过优化啮合比实现微调控制；叶片3采用双轴调节，因此完全适 用于高稠度叶片，在小型透平膨胀机中也能正常使用，有着较宽的应用范围； 喷嘴的叶片3可以通过改变通流面积来主动调节流量，并且叶片3还可以根 据结构要求做成其它的翼型叶片或是简单的楔形叶片。
综上所述，本发明的调节结构简单，密封性能良好，控制精度高，调节 范围较宽，可实现无级调节，采用传感器和电动机及其他设备来实现自动控 制，可作进一步的升级和改进以实现全自动流量控制。
权利要求
1、一种透平膨胀机的喷嘴调节装置，其特征在于，包括齿轮轴(13)，齿弧(11)，喷嘴出口环(2)，同心镶嵌在喷嘴出口环(2)的前端面的可转动的控制环(5)，周向分布在喷嘴出口环(2)的前端面和控制环(5)的前端面的叶片(3)；每个叶片(3)的头部设有滑槽(14)、尾部设有圆孔(15)，对应每个叶片(3)，喷嘴出口环(3)的前端面设置有贯穿滑槽(14)的第一轴(4)，控制环(3)的前端面设置有贯穿圆孔(15)的第二轴(10)；控制环(5)的后端面开设有固定齿弧(11)的凹坑，所述齿轮轴(13)贯穿出喷嘴出口环(2)的后端面与齿弧(11)啮合。
2、 根据权利要求1所述的一种透平膨胀机的喷嘴调节装置，其特征在于， 所述第一轴(4)上设置有套筒(9)。
3、 根据权利要求1所述的一种透平膨胀机的喷嘴调节装置，其特征在于， 所述控制环(5)的前端面设置有盲坑，盲坑内固定有轴承，轴承连接第二轴(10)。
4、 根据权利要求1所述的一种透平膨胀机的喷嘴调节装置，其特征在于， 所述控制环(5)的后端面设置有滚轮(12),其外周开设有放置滚轮(12) 的凹坑。
5、 根据权利要求1所述的一种透平膨胀机的喷嘴调节装置，其特征在于， 所述齿轮轴(13)与喷嘴出口环(2)之间设置有轴密封。
全文摘要
本发明涉及透平膨胀机，公开了一种透平膨胀机的喷嘴调节装置。它包括齿轮轴(13)，齿弧(11)，喷嘴出口环(2)，同心镶嵌在喷嘴出口环(2)的前端面的可转动的控制环(5)，周向分布在喷嘴出口环(2)的前端面和控制环(5)的前端面的叶片(3)；每个叶片(3)的头部设有滑槽(14)、尾部设有圆孔(15)，对应每个叶片(3)，喷嘴出口环(2)的前端面设置有贯穿滑槽(14)的第一轴(4)，控制环(5)的前端面设置有贯穿圆孔(15)的第二轴(10)；控制环(5)的后端面开设有固定齿弧(11)的凹坑，所述齿轮轴(13)贯穿出喷嘴出口环(2)的后端面与齿弧(11)啮合。
文档编号F01D17/00GK101586478SQ200910021919
公开日2009年11月25日 申请日期2009年4月8日 优先权日2009年4月8日
发明者刘小民, 史蒂夫·A·洛兹尼亚克, 周海洋, 布鲁斯·菲利普·彼德曼, 光 席, 张丽丽 申请人:西安交通大学