直驱于大型水冷塔风机的超低比转速涡轮的制造方法
【专利摘要】一种直驱于大型水冷塔风机的超低比转速涡轮机，由进水段、作功段和尾水段三部分组成，其中进水段包括蜗壳和座环，作功段包括上冠、涡轮室侧壁、涡轮机涡轮、涡轮机主轴和下盖，尾水段包括尾水管和尾水连接管，其中蜗壳与座环的上端通过螺栓连接，座环的下端外侧与转轮室外侧板通过螺栓连接，座环的下端内侧与上冠通过螺栓连接，转轮室外侧板与尾水管上端外侧通过螺栓连接，尾水管上端内侧与下盖板通过螺栓连接，涡轮机主轴通过一对轴承安装于上冠中部的轴承室，蜗轮机主轴一端与涡轮机转轮通过键连接，另一端与水冷塔风机连接。利用水冷塔有压循环水冲击涡轮机旋转做功，拖动与之直连的水冷塔风机旋转。
【专利说明】直驱于大型水冷塔风机的超低比转速涡轮机
[0001]一、
【技术领域】
本发明涉及一种能量转换装置，具体地说是涉及一种将有压水流蕴涵能量转化为旋转机械能的装置，是一种直驱于大型水冷塔风机的超低比转速涡轮机。
[0002]二、
【背景技术】
在石化、冶炼等大型、特大型企业，大都使用循环水式冷却塔以降低温度，由于种种原因，为冷却塔提供循环水的水泵大都留有足够多的扬程余量，利用这个余量设计的涡轮机的功率，足以替代冷却塔拖动冷却风机旋转的电机以达到节能的目的。
[0003]冷却塔内部空间狭小，因此拖动风机的涡轮机应尽可能的小巧、高效。根据冷却塔循环水提供的流量、转速和富裕水头，其折算成涡轮机的单位比转速在4(Γ70之间，根据常规涡轮机型谱，与如此低的比转速相适应的涡轮机机型应该在冲击式和混流式之间选型，但由于工作于此种情况下的涡轮机的尾水出口为有压出水，而冲击式涡轮机在有压尾水的工作环境下，其效率太低(一般不高于75%)其轴功率无法满足要求，由于比转速太低，普通混流式涡轮机的水平尺寸太大，直接影响冷却塔的通风效果，进而影响冷却塔的冷却效果；因此，改变普通混流式涡轮机的设计方法，专门设计一种直驱于大型水冷塔风机的超低比转速涡轮机，其主轴与冷却塔的冷却风机直接相联，以保证冷却塔的通风顺畅和风机功率的要求，并达到节能的目的。
[0004]三、
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种小巧、高效的直驱于大型水冷塔风机的超低比转速涡轮机。
[0005]本装置利用流体机械、流体力学等理论制作的，将冷却塔循环水的富裕水头(扬程)，通过进水段中的蜗壳和导栅转化为一定流速和一定方向的速度水流，进而切向冲入位于作功段中的涡轮机涡轮上的桨栅，推动涡轮机涡轮围绕涡轮机主轴旋转，并拖动与涡轮机主轴直联的水冷塔风机，以风机的设计转速旋转做功，流出作功段的乏水流入尾水段，并在尾水段中完成循环水中的其余部分富裕水头的转化。
[0006]本发明的目的是通过以下的技术方案来实现的:
一种直驱于大型水冷塔风机的超低比转速涡轮机，包括进水段、作功段和尾水段三部分组成，进水段由蜗壳1、座环2组成，作功段由上冠3、涡轮室侧壁4、涡轮机涡轮5、涡轮机主轴6、下盖7组成，尾水段由尾水管8、尾水连接管9组成；其特征在于蜗壳I的进水口 10与进水塔循环水总管通过标准法兰连接，
蜗壳I的出水采用的轴向的圆环形出水方式，该圆环形出水连接端11通过螺栓与座环2的进水端连接；座环2的出水端的外侧通过螺栓与蜗轮室侧壁4的上端法兰连接，座环2出水端的内侧通过螺栓与上冠3连接；上冠3中间部分的上面是一中空的圆柱形轴承室13，涡轮机主轴6通过一对轴承14安装于上冠3的轴承室13中，上冠3的圆盘外侧部通过螺栓与座环2下端的内侧链接；蜗轮室侧壁4的下端法兰与尾水管8的上端外侧法兰通过螺栓连接，蜗轮室侧壁4的上端法兰通过螺栓与座环3下端的外侧连接；下盖7是一个围成蜗轮室腔体的类圆盘构件，其外侧部通过螺栓与尾水管8上端内侧法兰连接；涡轮机涡轮5的外侧部焊接由桨叶15组成的的桨栅，桨栅的外侧焊接一圆环形的固定环，涡轮机涡轮5中部的轮毂16通过键和螺栓与涡轮机主轴6的下部连接；涡轮机主轴6的中间部分通过一对轴承14安装于上冠3的圆柱形轴承室13中，涡轮机主轴6的上部通过键与冷却塔风机相连；尾水管8的上端内侧法兰通过螺栓与下盖7连接，尾水管8的上端外侧法兰通过螺栓与蜗轮室侧壁4的下端法兰连接，尾水管8的下端法兰通过螺栓与尾水连接管9的上端法兰连接；尾水连接管9下端的四个裤状连接管18的法兰通过螺栓与冷却塔布水管连接。
[0007]所述的直驱于大型水冷塔风机的超低比转速涡轮机，其特征在于所述的蜗壳I是按照等渐变圆形面积变化的、围绕涡轮机主轴旋转一周的蜗壳状结构，这些等渐变圆簇的圆心轨迹位于距涡轮机主轴相同距离的圆柱面上；蜗壳I的正下方是一个位于同一个涡轮机轴截面的、等宽圆环形出水口，这个圆环形出水口的下端焊接有圆环形下出水连接端11，等渐变圆簇的圆心距涡轮机主轴的距离与圆环形下出水连接端11的中心直径、座环2导栅的中心直径、涡轮机涡轮5桨栅的中心直径相同。
[0008]所述的直驱于大型水冷塔风机的超低比转速涡轮机，其特征在于所述的座环2是由两个同轴的、中间焊接导叶12的类圆筒形结构，座环2插进蜗壳部分的上端部分内侧过流通道为喇叭口形状。
[0009]所述的直驱于大型水冷塔风机的超低比转速涡轮机，其特征在于所述的导叶12是一种三维扭曲的翼型结构，翼外侧相对厚度9.6%,翼外侧相对弯度8.2%,翼外侧入口安装角29度，翼外侧出口安装角14度，翼外侧前缘采用长半轴59毫米，短半轴16.5毫米的部分椭圆，翼外侧后缘为尖缘；翼内侧相对厚度12.3%，翼内侧相对弯度14.3%，翼内侧入口安装角44度，出口安放角14度，翼内侧前缘采用长半轴59毫米，短半轴18毫米的部分椭圆，翼内侧后缘为尖缘。
[0010]所述的直驱于大型水冷塔风机的超低比转速涡轮机，其特征在于所述的涡轮机涡轮5是一个圆盘状转轮，其外侧是由组成桨栅的桨叶15焊接而成的，桨栅呈幅状分布。
[0011]所述的直驱于大型水冷塔风机的超低比转速涡轮机，其特征在于所述的桨叶15是一种三维扭曲的翼型结构，翼外侧相对厚度10.8%，翼外侧相对弯度37.9%，翼外侧入口安装角50.3度，翼外侧出口安装角-18.6度，翼外侧前缘采用长半轴9.86毫米，短半轴侧6.36毫米的部分椭圆，翼外侧后缘为尖缘；；翼内侧相对厚度11.2%，翼内侧相对弯度40.85%，翼内侧入口安装角37.6度，出口安放角-21.5度，翼内侧前缘采用长半轴9.13毫米，短半轴侧5.94毫米的部分椭圆，翼内侧后缘为尖缘。
[0012]所述的直驱于大型水冷塔风机的超低比转速涡轮机，其特征在于所述的尾水管8的内侧壁是圆筒形，外侧壁是圆台形，上端通过法兰把内、外侧焊接在一起，下端也通过法兰把内、外侧焊接在一起，形成圆台形的外观结构；尾水管8的内、外侧壁通过8个尾水导流栅17焊接成一个整体，将圆环形出水断面分成八个扇形出水面。
[0013]所述的直驱于大型水冷塔风机的超低比转速涡轮机，其特征在于所述的尾水连接管9的进水断面为已分成八个进水断面的圆环形，每两个扇形进水端面合并成一个裤状连接管18的进水端面，四个裤状连接管18的出水端面都变形成标准圆管，分别与布水管连接。
[0014]本发明的直驱于大型水冷塔风机的超低比转速涡轮机的工作原理:来自于循环水泵的有压水流通过蜗壳I的进水口 10进入蜗壳1，在等变截面的蜗壳I中按照等平均圆周速度运动，同时蜗壳I中的有压水流，从位于蜗壳I正下面的圆环形下出水连接端11均匀进入座环2，经座环2中导叶12的喷嘴效应，将速度提高，并产生沿着圆周方向的分量，使得水流在导叶12的出口产生足够的环量；流出导叶12的水流切向进入旋转着的涡轮机涡轮5的桨叶15，在三维扭曲的桨叶15中，改变流速方向和大小，完成能量的转换；从桨叶15中流出的水流，通过尾水管8，进入尾水连接管9，再进入冷却塔布水管；有压水流在涡轮机涡轮5的桨叶15组成的桨栅中完成将水流能量向旋转机械能的转变，推动通过键安
装于涡轮机主轴6下端的涡轮机涡轮5旋转，带动涡轮机主轴6旋转，进而驱动安装于涡轮机主轴6上端的风机旋转，完成旋转机械能的输出。
[0015]本发明的直驱于大型水冷塔风机的超低比转速涡轮机与普通水轮机相比具有以下优点:本发明采用蜗壳下出水这种方式，大大缩小了涡轮机的径向尺寸，为了适应冷却塔内部结构，利用带有反击功能的环形叶栅(桨栅)做功，大大降低了涡轮机的比转速，对应于涡轮机涡轮的作功形式，采用了环形出水的尾水管模式，并通过尾水连接管将作过功的乏水分成四等份，分别接入布水管。
[0016]本发明的直驱于大型水冷塔风机的超低比转速涡轮机，由于采用了下出水的特型蜗壳，其径向尺寸大大减小，有利于冷却塔内的通风要求；由于采用了环形出水的尾水管模式，可以使涡轮机直接安装于冷却塔的中心基座上，沿基座的四周均匀出水，有利于涡轮机组的安装及通风的顺畅；本发明的直驱于大型水冷塔
风机的超低比转速涡轮机的工况较为单一，因而只采用了固定导栅和固定桨栅，大大缩短了径向尺寸，并简化了涡轮机的复杂程度，降低了制作成本。本发明可以根据实际的水流条件和冷却风机的实际转速，保证与水冷塔风机直联的涡轮机的高效率，具有广阔的应用前景和推广价值。
[0017]四、【专利附图】
【附图说明】:
图1-直驱于大型水冷塔风机的超低比转速涡轮机结构示意图图2-蜗壳结构示意图
图3-座环结构意图，A-正首I]图、B-俯视图图4-上冠结构示意图图5-涡轮室侧壁结构示意图图6-润轮机润轮结构不意，A-正首I]图、B-俯视图图7-涡轮机主轴结构示意图图8-下盖结构示意图
图9-尾水管结构意图，A-正首I]图、B-俯视图图10-尾水连接管结构示意图，A-俯视图、B-局剖图图11-导叶结构示意图图12-桨叶结构示意图附图标记:
1-蜗壳
2-座环
3-上冠
4-涡轮室侧壁 5-涡轮机涡轮
6-润轮机主轴
7_下盖
8-尾水管
9-尾水管连接端
10-进水口
11-圆环形下出水连接端
12-导叶
13-轴承室
14-轴承
15-桨叶
16-轮毂
17-尾水导流栅
18-裤状连接管
五、【具体实施方式】:
实施1:直驱于大型水冷塔风机的超低比转速涡轮机
针对5000吨每小时、10.5米水头、转速每分钟107转的循环水冷却塔设计的一种直驱于大型水冷塔风机的超低比转速涡轮机，包括进水段、作功段和尾水段三部分组成，进水段由蜗壳1、座环2组成，作功段由上冠3、涡轮室侧壁4、涡轮机涡轮5、涡轮机主轴6、下盖7组成，尾水段由尾水管8、尾水连接管9组成；其特征在于蜗壳I的进水口 10与进水塔循环水总管通过标准法兰连接，蜗壳I的出水采用的轴向的圆环形出水方式，该圆环形出水连接端11通过螺栓与座环2的进水端连接；座环2的出水端的外侧通过螺栓与蜗轮室侧壁4的上端法兰连接，座环2出水端的内侧通过螺栓与上冠3连接；上冠3中间部分的上面是一中空的圆柱形轴承室13，涡轮机主轴6通过一对轴承14安装于上冠3的轴承室13中，上冠3的圆盘外侧部通过螺栓与座环2下端的内侧链接；蜗轮室侧壁4的下端法兰与尾水管8的上端外侧法兰通过螺栓连接，蜗轮室侧壁4的上端法兰通过螺栓与座环3下端的外侧圆筒连接；下盖7是一个围成蜗轮室腔体的类圆盘构件，其外侧部通过螺栓与尾水管8上端内侧法兰连接；涡轮机涡轮5的外侧部焊接由桨叶15组成的的桨栅，桨栅的外侧焊接一圆环形的固定环，涡轮机涡轮5中部的轮毂16通过键和螺栓与涡轮机主轴6的下部连接；涡轮机主轴6的中间部分通过一对轴承14安装于上冠3的圆柱形轴承室13中，涡轮机主轴6的上部通过键与冷却塔风机相连；尾水管8的上端内侧法兰通过螺栓与下盖7连接，尾水管8的上端外侧法兰通过螺栓与蜗轮室侧壁4的下端法兰连接，尾水管8的下端法兰通过螺栓与尾水连接管9的上端法兰连接；尾水连接管9下端的四个裤状连接管18的法兰通过螺栓与冷却塔布水管连接。
[0018]本直驱于大型水冷塔风机的超低比转速涡轮机的蜗壳图2是采用10毫米厚
的钢板卷制而成。蜗壳图2是按照等渐变圆形面积变化的、围绕涡轮机主轴旋转一周的蜗壳状结构，这些等渐变圆簇的圆心轨迹位于距涡轮机主轴相同距离的圆柱面上；蜗壳图2的正下方是一个位于同一个涡轮机轴截面的、等宽圆环形出水口，这个圆环形出水口的下端焊接有圆环形下出水连接端11，等渐变圆簇的圆心距涡轮机主轴的距离与圆环形下出水连接端11的中心直径、座环2导栅的中心直径、涡轮机涡轮5桨栅的中心直径相同。
[0019]本直驱于大型水冷塔风机的超低比转速涡轮机的座环图3是由两个同轴的、中间焊接18个导叶12的类圆环筒形铸钢件结构，座环图3插进蜗壳部分的上端部分内侧过流通道为喇叭口形状。
[0020]本直驱于大型水冷塔风机的超低比转速涡轮机的导叶12图11，采用高强度钢经精加工制作的一种三维扭曲的翼型结构，翼外侧弦长338毫米，翼外侧相对
厚度9.6%，翼外侧相对弯度8.2%，翼外侧入口安装角29度，翼外侧出口安装角14度，翼外侧前缘采用长半轴59毫米，短半轴16.5毫米的部分椭圆，翼外侧后缘为尖缘；翼内侧弦长295.5毫米，翼内侧相对厚度12.3%，翼内侧相对弯度14.3%，翼内侧入口安装角44度，出口安放角14度，翼内侧前缘采用长半轴59毫米，短半轴18毫米的部分椭圆，翼内侧后缘为尖缘。
[0021]本直驱于大型水冷塔风机的超低比转速涡轮机的涡轮机涡轮图6是一个圆盘状转轮，采用普通钢材制作，其外侧是由组成桨栅的23个桨叶15焊接而成，桨栅呈幅状分布。
[0022]本直驱于大型水冷塔风机的超低比转速涡轮机的涡轮机涡轮图6中的桨叶15图12，采用高强度钢经精加工制作的一种三维扭曲的翼型结构，翼外侧弦长258.2毫米，翼外侧相对厚度10.8%，翼外侧相对弯度37.9%，翼外侧入口安装角50.3度，翼外侧出口安装角-18.6度，翼外侧出口安装角-18.6度，翼外侧前缘采用长半轴9.86毫米，短半轴侧6.36毫米的部分椭圆，翼外侧后缘为尖缘；翼内侧弦长248.9毫米，翼内侧相对厚度11.2%，翼内侧相对弯度40.85%，翼内侧入口安装角37.6度，出口安放角-21.5度，翼内侧前缘采用长半轴9.13毫米，短半轴侧5.94毫米的部分椭圆，翼内侧后缘为尖缘。
[0023]本直驱于大型水冷塔风机的超低比转速涡轮机的尾水管图9采用厚度为10毫米的普通钢板制作，其内侧壁是圆筒形，外侧壁是圆台形，上端通过法兰把内、外侧焊接在一起，下端也通过法兰把内、外侧焊接在一起，形成圆台形的外观结构；尾水管图9的内、外侧壁通过8个尾水导流栅17焊接成一个整体，将圆环形出水断面分成八个扇形出水面。
[0024]本直驱于大型水冷塔风机的超低比转速涡轮机的尾水连接管图10的进水断面为已分成八个进水断面的圆环形，每两个扇形进水端面合并成一个裤状连接管18的进水端面，四个裤状连接管18的出水端面都变形成标准圆管，分别与布水管连接，采用10毫米普通钢板制作。
【权利要求】
1.一种直驱于大型水冷塔风机的超低比转速涡轮机，包括进水段、作功段和尾水段三部分组成，进水段由蜗壳(1)、座环(2)组成，作功段由上冠(3)、涡轮室侧壁(4)、涡轮机涡轮(5)、涡轮机主轴(6)、下盖(7)组成，尾水段由尾水管(8)、尾水连接管(9)组成；其特征在于蜗壳(1)的进水口(10)与进水塔循环水总管通过标准法兰连接，蜗壳(1)的出水采用的轴向的圆环形出水方式，该圆环形出水连接端(11)通过螺栓与座环(2)的进水端连接；座环(2)的出水端的外侧通过螺栓与蜗轮室侧壁(4)的上端法兰连接，座环(2)出水端的内侧通过螺栓与上冠(3)连接；上冠(3)中间部分的上面是一中空的圆柱形轴承室(13)，涡轮机主轴(6)通过一对轴承(14)安装于上冠(3)的轴承室(13)中，上冠(3)的圆盘外侧部通过螺栓与座环(2)下端的内侧链接；蜗轮室侧壁(4)的下端法兰与尾水管(8)的上端外侧法兰通过螺栓连接，蜗轮室侧壁(4)的上端法兰通过螺栓与座环(3)下端的外侧圆筒连接；下盖(7)是一个围成蜗轮室腔体的类圆盘构件，其外侧部通过螺栓与尾水管(8)上端内侧法兰连接；涡轮机涡轮(5)的外侧部焊接由桨叶(15)组成的的桨栅，桨栅的外侧焊接一圆环形的固定环，涡轮机涡轮(5)中部的轮毂(16)通过键和螺栓与涡轮机主轴(6)的下部连接；涡轮机主轴(6)的中间部分通过一对轴承(14)安装于上冠(3)的圆柱形轴承室(13)中，涡轮机主轴(6)的上部通过键与冷却塔风机相连；尾水管(8)的上端内侧法兰通过螺栓与下盖(7)连接，尾水管(8)的上端外侧法兰通过螺栓与蜗轮室侧壁(4)的下端法兰连接，尾水管(8 )的下端法兰通过螺栓与尾水连接管(9 )的上端法兰连接；尾水连接管(9 )下端的四个裤状连接管(18)的法兰通过螺栓与冷却塔布水管连接。
2.根据权利要求1所述的直驱于大型水冷塔风机的超低比转速涡轮机，其特征在于所述的蜗壳(1)是按照等渐变圆形面积变化的、围绕涡轮机主轴旋转一周的蜗壳状结构，这些等渐变圆簇的圆心轨迹位于距涡轮机主轴相同距离的圆柱面上；蜗壳(1)的正下方是一个位于同一个涡轮机轴截面的、等宽圆环形出水口，这个圆环形出水口的下端焊接有圆环形下出水连接端(11)，等渐变圆簇的圆心距涡轮机主轴的距离与圆环形下出水连接端(11)的中心直径、座环(2)导栅的中心直径、涡轮机涡轮(5)桨栅的中心直径相同。
3.根据权利要求1所述的直驱于大型水冷塔风机的超低比转速涡轮机，其特征在于所述的座环(2)是由两个同轴的、中间焊接导叶(12)的类圆筒形结构，座环(2)插进蜗壳部分的上端部分内侧过流通道为喇叭口形状。
4.根据权利要求1所述的直驱于大型水冷塔风机的超低比转速涡轮机，其特征在于所述的导叶(12)是一种三维扭曲的翼型结构，翼外侧相对厚度9.6%，翼外侧相对弯度8.2%，翼外侧入口安装角29度，翼外侧出口安装角14度，翼外侧前缘采用长半轴59毫米，短半轴16.5毫米的部分椭圆，翼外侧后缘为尖缘；翼内侧相对厚度12.3%，翼内侧相对弯度14.3%，翼内侧入口安装角44度，出口安放角14度，翼内侧前缘采用长半轴59毫米，短半轴18毫米的部分椭圆，翼内侧后缘为尖缘。
5.根据权利要求1所述的直驱于大型水冷塔风机的超低比转速涡轮机，其特征在于所述的涡轮机涡轮(5)是一个圆盘状转轮，其外侧是由组成桨栅的桨叶(15)焊接而成的，桨栅呈幅状分布。
6.根据权利要求1所述的直驱于大型水冷塔风机的超低比转速涡轮机，其特征在于所述的桨叶(15)是一种三维扭曲的翼型结构，翼外侧相对厚度10.8%，翼外侧相对弯度37.9%，翼外侧入口安装角50.3度，翼外侧出口安装角-18.6度，翼外侧前缘采用长半轴9.86毫米，短半轴侧6.36毫米的部分椭圆，翼外侧后缘为尖缘；；翼内侧相对厚度11.2%，翼内侧相对弯度40.85%，翼内侧入口安装角37.6度，出口安放角-21.5度，翼内侧前缘采用长半轴9.13毫米，短半轴侧5.94毫米的部分椭圆，翼内侧后缘为尖缘。
7.根据权利要求1所述的直驱于大型水冷塔风机的超低比转速涡轮机，其特征在于所述的尾水管(8)的内侧壁是圆筒形，外侧壁是圆台形，上端通过法兰把内、外侧焊接在一起，下端也通过法兰把内、外侧焊接在一起，形成圆台形的外观结构；尾水管(8)的内、外侧壁通过8个尾水导流栅(17)焊接成一个整体，将圆环形出水断面分成八个扇形出水面。
8.根据权利要求1所述的直驱于大型水冷塔风机的超低比转速涡轮机，其特征在于所述的尾水连接管(9)的进水断面为已分成八个进水断面的圆环形，每两个扇形进水端面合并成一个裤状连接管(18)的进水端面，四个裤状连接管(18)的出水端面都变形成标准圆管，分别与布水管连接。
【文档编号】F03B13/00GK104265546SQ201410362574
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年7月28日 优先权日:2014年7月28日
【发明者】屈波, 丁惠华, 屈晶钰, 郑璐, 郑源, 周大庆, 毛秀丽, 栗文玲, 马乃绪, 时志能, 熊妍 申请人:河海大学, 江苏河海嘉裕节能科技有限公司