专利名称：带叶盘式附面层透平的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种带叶盘式附面层透平，属于能源与动力领域。
背景技术：
盘式附面层透平具有结构简单、机械加工要求低、成本小和流体适应范围广等特点，可以应用在多种叶轮式透平无法适应的场合，特别适用于高粘性、非牛顿流体或者非常规燃料如生物质燃烧后的烟气。由于盘式附面层透平工作盘片组中每相邻两工作盘片构成的环形通道具有自洁功能，还适用于带颗粒的多相流体。但目前对盘式附面层透平的研究仅限于实验室，尚未获得广泛应用。影响盘式附面层透平应用的主要问题是其效率低、寿命短。仅依赖附面层摩擦力矩推动转轴旋转而实现热转功的盘式透平力矩小，透平内压降低，等熵效率不高(14%_35%)。此外，为了提高盘式附面层透平输出功率，研究者们多采用增加透平进出口压差来提高转速，同时使用大直径薄轻盘片的方法。然而，盘片在高转速条件下由于流动的波动会发生震动。由于盘片组中相邻两盘片所构成的流动通道间隙小(一般不到1 mm)，盘片发生震动后会引起盘片间流动情况的进一步恶化，而这又会加强盘片的震动。通常情况下，盘片震动会随着转速提高而加剧，甚至突然会发生破碎，因此盘式附面层透平工作盘片的寿命一般较短。因此，为了改善盘式附面层透平技术经济性能并推进其应用，有必要通过改进盘片结构来提高其等熵效率同时减小震动。
发明内容
本发明的目的在于提出一种等熵效率高、震动小的带叶盘式附面层透平。一种带叶盘式附面层透平，其特征在于包括筒体、安装于筒体两端的端盖、还包括穿过端盖并通过轴承支撑于筒体中心的转轴、转轴上安装着工作盘片组，工作盘片组中每相邻工作盘片之间安装着将盘片间环形通道分隔为多个扇形通道的叶片，还包括设于工作盘片侧面的喷嘴，其中喷嘴入口气流方向与叶片入口处叶型夹角为0-15度，上述透平工作盘片上设有出口气流通道，端盖上设有透平气流出口孔。上述叶片均勻分布于工作盘片上，构成多个流动特性类似的扇形通道，一方面可以避免常规盘式附面层透平环形流体通道内局部流动损失大的不足；另一方面叶片还可以起到盘片加强肋的作用，与环形通道相比，多个流体特性相同的扇形通道内流动波动幅度能够显著降低，从而可缓解盘片组的震动以及由此而引起的盘片寿命短的问题。上述叶片为直线型或弧线型，较常规不带叶片的盘式附面层透平加工难度增加不大，而因增加叶片叶型对气流流动方向改变所产生的推力矩能够显著改善透平的等熵效率，还可以省略常规盘式附面层透平所需的盘片间垫片。而与常规向心透平等相比，尽管该透平等熵效率略低，但是由于该透平叶片型线简单，对材料和工艺加工精度要求不高。上述出口气流通道布置于盘片组的轴向，每相邻两盘片构成一个流动工作元件， 采用轴向通道的盘片组实际相当于多个具有相同进出口操作条件的并联形式的流动工作元件，当其中某些盘片工作失效后或者损坏后不会影响其他盘片的正常工作，透平整体还可以继续工作。上述转轴可为空心转轴，在位于叶片根部的空心转轴径向开有流体入口孔，上述出口气流通道即为空心转轴的空腔，不需要在透平端盖上增设透平气流出口孔；这种布置方式可以延长流体在工作盘片上的流程，可提高透平的等熵效率和输出功率，从而改善透平的做功能力。上述喷嘴入口气流方向与叶片入口处叶型夹角如果为0度，一方面有助于稳定叶片入口处气流流场，降低叶片入口处气流压损，另一方面还可以降低因气流直接冲击而对叶片强度的较高要求。
图1是盘式附面层透平结构图
图2是带叶盘式附面层透平工作盘片结构图
图3是以空心轴空腔作为出口气流通道的带叶盘式附面层透平盘片结构4是常规盘式附面层透平工作盘片结构图
图中标号名称1.喷嘴，2.筒体，3.工作盘片，4.叶片，5.转轴，6.垫片，7.出口气流通道，8.左端盖，9.右端盖，10.空心轴径向气流入口孔，11.左轴承，12.右轴承， 13.透平气流出口孔，14.工作盘片组。
具体实施例方式参照附图，本发明提供一种带叶盘式附面层透平，其中包括筒体2、安装于筒体2 两端的端盖8和9、还包括穿过端盖并通过轴承11和12支撑于筒体中心的转轴5、转轴5上安装着工作盘片组14，工作盘片组14中相邻工作盘片3之间安装着叶片4，其中喷嘴1入口气流方向与叶片4入口处叶型夹角为0度；上述透平工作盘片组14上设有出口气流通道 7，左端盖8上设有透平气流出口孔13。下面参照图2、图3详细说明本发明提供的带叶盘式附面层透平的运行过程。工作流体通过喷嘴1沿着工作盘片组14边缘切向进入工作盘片3与叶片4间隙所构成的扇形流体通道，在流体与工作盘片间摩擦力矩和叶片4叶型改变气流方向所产生的推力矩协同作用下，推动转轴5旋转，从而实现热转功。做完功的低压流体沿着轴线方向的出口气流通道7从盘片组14上流出透平气流出口孔13。图3所示的以空心轴空腔作为出口气流通道的带叶盘式附面层透平实施过程基本与图2类似，不同在于，做完功后的低压流体通过叶片4根部空心转轴5径向的气流入口孔10进入空心转轴的空腔即出口气流通道7排出透平。该透平转轴空腔即相当于透平气流出口孔，不需要在透平端盖上增设气流出口孔13。与图4所示工作盘片型式的盘式附面层透平相比，采用图2和图3所示的带叶盘片，一方面能够协同利用摩擦力矩和叶片叶型改变气流方向所产生的推力矩做功，增加透平输出功率和透平等熵效率，改善透平做功能力；另一方面，叶片4能够起到工作盘片3加强肋的作用，稳定流体流动，降低工作盘片组14的震动，从而可延长透平工作寿命。此外，叶片也可以起到常规盘式附面层透平工作盘片间垫片的作用，从而可以省略垫片，简化透平转子结构。
权利要求
1.一种带叶盘式附面层透平，其特征在于包括筒体(2)、安装于筒体(2)两端的端盖、还包括穿过端盖并通过轴承支撑于筒体(2)中心的转轴(5)、转轴上安装着工作盘片组 (14)，工作盘片组(14)中相邻工作盘片(3)之间安装着将盘片间环形通道分隔为多个扇形通道的叶片(4)，还包括设于工作盘片(3)侧面的喷嘴(1)，其中喷嘴(1)入口气流方向与叶片(4)入口处叶型夹角为0-15度；上述透平工作盘片组(14)上设有出口气流通道(7)，端盖上设有透平气流出口孔(13 )。
2.根据权利要求1所述的带叶盘式附面层透平，其特征在于上述叶片(4)均勻分布于工作盘片上(3)。
3.根据权利要求1所述的带叶盘式附面层透平，其特征在于上述叶片(4)叶型为直线型或弧线型。
4.根据权利要求1所述的带叶盘式附面层透平，其特征在于上述出口气流通道(7)布置于工作盘片组(14)的轴向。
5.根据权利要求1所述的带叶盘式附面层透平，其特征在于上述转轴(5)若为空心转轴，上述出口气流通道(7)即为空心转轴(5)的空腔，叶片(4)根部的空心转轴(5)径向开有气流入口孔(10)。
6.根据权利要求1所述的带叶盘式附面层透平，其特征在于上述喷嘴(1)入口气流方向与叶片(4)入口处叶型夹角为0度。
全文摘要
一种带叶盘式附面层透平，属于能源与动力等领域，其特征在于包括筒体(2)、安装于筒体两端的端盖(8、9)、还包括穿过端盖并通过轴承(11、12)支撑于筒体(2)中心的转轴(5)、转轴上安装着工作盘片组(14)，工作盘片组(14)中每相邻两工作盘片(3)之间安装着叶片(4)将盘片间环形通道分隔为多个扇形通道，其中喷嘴(1)入口气流方向与叶片(4)入口处叶型夹角为0度，上述透平工作盘片组上设有出口气流通道(7)，端盖上设有透平气流出口孔(13)。该带叶盘式附面层透平具有结构简单紧凑、效率高、抗震动和流体适用范围广等特点，特别适用于小规模中低温有机朗肯循环(ORC)发电系统。
文档编号F01D5/14GK102182517SQ20111011291
公开日2011年9月14日 申请日期2011年5月4日 优先权日2011年5月4日
发明者岳晨, 焦炜琦, 韩东 申请人:南京航空航天大学