一种双叶轮背对布置并分别排气的向心涡轮装置的制作方法

本实用新型专利属于叶轮机械及动力设备的技术领域。具体地，本实用新型专利涉及一种双叶轮背对布置并分别排气的向心涡轮。

背景技术：

随着国民经济各行业的升级调整及节能减排的需要，各种工业企业越来越迫切地面临提高能源利用率的问题。尤其是随着国家实行严格的控制空气污染的政策，各类燃煤工业锅炉都急需通过技术改造来减少能源消耗并降低污染。

具体来说，在造纸、印染、纺织、化工、石油等行业中存在各种余热及废热，多数情况下这些热能并未得到有效利用而是直接输送到下游生产线或排放到环境中，形成严重浪费。针对这一现状，一种有效的技术手段是利用余热及废热来产生具有一定温度和压力的蒸汽，然后通过涡轮来产生电能或驱动各种耗能机械，从而有效回收利用各种余热及废热的能量。此时，适于上述应用场合的涡轮就成为了该项技术的关键。

在现有技术中，涡轮多为轴流式结构。由于各种余热及废热的功率值一般来说较低，若采用轴流涡轮，由于其采用与大功率机型相似的结构，使得单位千瓦制造成本较高。此外，轴流涡轮受叶片旋转速度所限，不能实现较高的转速，因而难以达到比较高的运行效率。与之相比，另一种涡轮结构为向心式，其特点是结构简单，制造成本低，占地面积小，并能够实现高转速，在小功率场合下能实现与大功率轴流涡轮相近或同等的运行效率。但是由于自身结构的限制，向心涡轮在运行时易产生较大轴向力，并且一般为悬臂式安装，导致叶轮位于转子的轴端，容易产生转子动力学不稳定问题。这都限制了向心涡轮的转速及尺寸，因而难以达到更高的流量和效率。

因此，需要发展新的向心涡轮结构及布置方式，有效解决向心涡轮运行产生的轴向力及转子动力学稳定问题，突破向心涡轮的流量及效率限制，进一步降低制造成本，使向心涡轮产生更高的经济回报，在各种工业节能改造中具备更强的竞争力。

技术实现要素：

本实用新型专利提供一种双叶轮背对布置并分别排气的向心涡轮，其目的是解决向心涡轮在运行时产生的轴向力及转子动力学稳定问题，提升向心涡轮流量及运行效率。

为了实现上述目的，本实用新型专利采取的技术方案为：

本实用新型专利的双叶轮背对布置并分别排气的向心涡轮，包括高压进气管道、低压排气管道，在所述的高压进气管道至低压排气管道之间安装具有双叶轮结构的向心涡轮。

所述的向心涡轮具有蜗壳；蜗壳与高压进气管道相连接，高压进气通过蜗壳后转为绕向心涡轮轴线方向的旋流。在蜗壳内侧具有两排喷嘴叶片，这两排喷嘴叶片之间被隔板所分隔，隔板也可以作为两排喷嘴叶片的安装底座；高压进气经蜗壳旋流后被隔板分流，分别进入两排喷嘴叶片。

所述的向心涡轮具有两个背对布置并同轴安装的向心叶轮，高压进气在两排喷嘴叶片中膨胀加速后分别进入两个向心叶轮；所述的两个向心叶轮均沿向心涡轮的中心轴线方向排气并分别指向远离向心涡轮的方向。所述的两排喷嘴叶片的几何造型相同，但两排喷嘴叶片的弯曲方向相反；所述的两个向心叶轮的叶轮叶片也采用相同几何造型，而叶轮叶片的弯曲方向也相反。

所述的两个向心叶轮各自分别有单独的排气分支管道，两条排气分支管道共同连接到低压排气管道。

所述的向心涡轮的转轴由两个向心叶轮共同驱动并与减速箱相连接，通过减速箱减速后驱动发电机产生电能，也可以用于驱动水泵、风机等耗能设备。

本实用新型专利采用上述技术方案，将几何造型相同但叶片弯曲方向相反的两个向心叶轮以背对方式安装于向心涡轮的转轴上，形成了双叶轮同轴结构。通过这种双叶轮结构形式，可以使向心涡轮的流量相比于单叶轮结构时得到明显提升。同时，双叶轮背对安装的形式可以有效抵消每个向心叶轮运行时产生的轴向力，从而降低转轴的轴向力平衡要求。此外，由于两个向心叶轮以较近的距离背对方式布置，整个转子的轴承可以安装在两个叶轮外侧且轴向跨距较短，避免了单个叶轮在轴的一端安装时形成的悬臂结构，因而转子配重更为平衡，有利于保证向心涡轮的转子动力学稳定。对轴端密封来说，背对布置方式使得轮盘背侧不再需要密封结构，只需在低压排气一侧采用常规密封结构，也大大降低了密封技术难度。因此，本实用新型专利的技术方案在明显提升向心涡轮流量的同时，也有效解决了向心叶轮在运行时的轴向力和转子动力学稳定问题，并降低了密封难度，从而充分提升了向心涡轮流量及效率并有效降低了向心涡轮成本。

附图说明

附图内容及图中标记的简要说明如下：

图1是本实用新型专利的向心涡轮结构示意图，亦可作为说明书摘要的附图；

图2是本实用新型专利的向心叶轮(6a)以及喷嘴叶片(4a)的正视图；

图3是本实用新型专利的向心叶轮 (6b)以及喷嘴叶片 (4b)的正视图；

图4是本实用新型专利的向心叶轮(6a)示意图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本实用新型专利的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本实用新型专利的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

如图1 所示，本实用新型专利为一种双叶轮背对布置并分别排气的向心涡轮，包括高压进气管道(1)、低压排气管道(10)，在所述的高压进气管道(1)至低压排气管道(10)之间安装具有双叶轮结构的向心涡轮(2)。

图1中，所述的向心涡轮(2)具有蜗壳(3)；蜗壳(3)与高压进气管道(1)相连接，高压进气通过蜗壳(3)后转为绕向心涡轮(2)轴线方向的旋流。所述的向心涡轮(2)具有两排喷嘴叶片(4a)和(4b)，喷嘴叶片(4a)和(4b)被隔板(5)所分隔；高压进气经蜗壳(3)旋流后被隔板(5)分流，分别进入两排喷嘴叶片(4a)和(4b)。所述的向心涡轮(2)具有两个背对布置并同轴安装的向心叶轮(6a)和(6b)，高压进气在喷嘴叶片(4a)和(4b)中膨胀加速后分别进入两个向心叶轮(6a)和(6b)；两个向心叶轮(6a)和(6b)均沿向心涡轮(2)的中心轴线方向排气并分别指向远离向心涡轮(2)的方向。

如图2-3所示，所述的两排喷嘴叶片(4a)和(4b)的几何造型相同，但两排喷嘴叶片(4a)和(4b)的弯曲方向相反；所述的两个向心叶轮(6a)和(6b)的叶轮叶片(7a)和(7b)也采用相同几何造型，而叶轮叶片(7a)和(7b)的弯曲方向也相反。

如图1所示，所述的两个向心叶轮(6a)和(6b)各自分别有单独的排气分支管道(8a)和(8b)，两条排气分支管道(8a)和(8b)共同连接到低压排气管道(10)。

所述的向心涡轮(2)的转轴(9)由两个向心叶轮(6a)和(6b)共同驱动并与减速箱(11)相连接，通过减速箱(11)减速后驱动发电机(12)产生电能；所述的发电机(12)也可以是水泵、风机等耗能设备。

本实用新型专利采用上述技术方案，将几何造型相同但叶片弯曲方向相反的两个向心叶轮以背对方式安装于向心涡轮的转轴上，形成了双叶轮同轴结构。这种双叶轮的结构形式可以使向心涡轮流量相比于单叶轮结构时得到明显的提升。同时，双叶轮背对安装的形式也可以有效抵消每个向心叶轮运行时产生的轴向力，从而降低转轴的轴向力平衡要求。此外，由于两个向心叶轮以较近的距离背对方式布置，整个转子的轴承可以安装在两个叶轮外侧且轴向跨距较短，避免了单个叶轮在轴的一端安装时形成的悬臂结构，因而转子配重更为平衡，有利于保证向心涡轮的转子动力学稳定。对轴端密封来说，背对布置方式使得轮盘背侧不再需要密封结构，只需在低压排气一侧采用常规密封结构，也大大降低了密封技术难度。因此，本实用新型专利的技术方案在明显提升向心涡轮流量的同时，也有效解决了向心叶轮在运行时的轴向力和转子动力学稳定问题，并降低了密封难度，从而充分提升了向心涡轮流量及效率并有效降低了向心涡轮成本。

实施案例：

某工业园需要为园区内各工业企业提供生产所用的蒸汽，每小时需求量为40吨，蒸汽压力为0.6 MPa，蒸汽为饱和状态。该园区锅炉所提供的过热蒸汽压力为2.35 MPa，温度为400℃。蒸汽经背压式向心涡轮减温减压并由涡轮带动发电机输出电能，涡轮排气压力为0.6 MPa，排气经喷水减温后达到饱和状态并输送至蒸汽用户。如采用单叶轮方式的向心涡轮，则叶轮尺寸较大，转速也较高，难以满足平衡轴向力和保证转子动力学稳定的要求。为此采用本实用新型专利所述的双叶轮背对布置并分别排气的向心涡轮，将两个向心叶轮以背对方式安装于向心涡轮的转轴上。每个叶轮的进排气参数相同，单个叶轮流量为每小时20吨。通过上述布置方式，有效避免了向心涡轮由于叶轮轴向力和转子稳定问题所受到的限制，使向心涡轮能够在更高的压差和更大的流量下稳定工作，从而有效扩展其应用范围，充分发挥了向心涡轮结构简单可靠，占地面积小，运行效率高的优势。

向心涡轮发电量计算：

涡轮进口处蒸汽焓值：3242.6 kJ/kg；涡轮排气焓值：2988.2 kJ/kg，排气温度：265℃；

单个叶轮流量：20 t/h；向心涡轮总流量：40 t/h；

向心涡轮整体发电功率：2544 kW；所输出电能用于为工业园内各企业供电，按年运行7000小时计算，每年可节省1780万千瓦时的工业用电量，产生显著经济效益。

以上结合附图对本实用新型专利进行了示例性描述，显然本实用新型专利的具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型专利的构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用新型专利的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型专利的保护范围之内。