一種結(jié)合沖動作用和邊界層效應的混合微型層透平的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了屬于火力發(fā)電設備零部件范圍一種結(jié)合沖動作用和邊界層效應的混合微型層透平。它主要包括裝置定子外殼和轉(zhuǎn)子。定子外殼分為正六邊形前后端蓋和主體三個部分，分別中間鏜原型腔，六角分別用螺栓固定。后端蓋中心周圍平均開設有排氣孔。透平軸通過軸承過盈配合安裝在外殼上。透平軸上依次設置有軸肩和鍵槽，透平盤片通過鍵和間隙墊片平行布置于透平軸上，轉(zhuǎn)子盤片組與透平軸間隙配合，末端用圓螺母鎖緊。透平軸末端采用非連接式磁性聯(lián)軸器，磁性聯(lián)軸器圓周外圍平均布置磁極交錯形式圓形磁鐵。軸旋轉(zhuǎn)時，可以通過磁性聯(lián)軸器帶動電機旋轉(zhuǎn)發(fā)電。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低且易于小型化?？蓱糜谌缣柲?、地熱能和工廠廢熱等低品位熱能。
【專利說明】一種結(jié)合沖動作用和邊界層效應的混合微型層透平
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于火力發(fā)電設備的機械裝置范圍，特別涉及一種結(jié)合沖動作用和邊界層效應的混合微型層透平。
【背景技術(shù)】
[0002]節(jié)能減排是當今全世界關(guān)注的熱點。區(qū)別于傳統(tǒng)的火力發(fā)電，許多諸如太陽能、地熱能、工廠廢氣、火電廠廢煙氣、生物質(zhì)等多種低品位熱能開始受到人們的關(guān)注。如果這些低品位熱能可以更好地被用來發(fā)電，可以緩解一部分傳統(tǒng)能源的壓力。
[0003]將低品位熱能轉(zhuǎn)化為電能，一般采用以低品位熱能為熱源，加熱流體工質(zhì)產(chǎn)生蒸汽推動葉輪機械旋轉(zhuǎn)，從而帶動發(fā)電機發(fā)電。目前，傳統(tǒng)的燃氣、蒸汽透平，無論是徑向還是軸向式，都屬于有葉透平，由工質(zhì)通過膨脹帶動透平葉片從而推動透平轉(zhuǎn)動?；谶@種原理的有葉透平，通常更適合應用于高參數(shù)的火力發(fā)電，而上述低品位熱能由于本身熱源溫度較低，產(chǎn)生的工質(zhì)蒸汽參數(shù)較低，使得傳統(tǒng)有葉透平葉型設計復雜，成本高，效率低。而且一些低品位熱能，比如工廠廢氣、廢煙氣和生物質(zhì)等，由于來流中含有固體和液體顆粒，使得傳統(tǒng)有葉透平葉片易受空穴腐蝕和固體顆粒的磨損，因此無法用于高粘度流體、低溫水蒸氣等氣液兩相流以及煙氣、煤漿等固液兩相流，限制了其工質(zhì)的范圍。同時，有葉透平隨著尺寸的縮小，比表面積大大增加，從流體與葉片表面摩擦損失增加，透平效率降低，造成有葉透平難以小型化。在這種工況條件下，如果應用以邊界層透平為原型，結(jié)合了沖動作用的新型混合式微型透平，有以下眾多優(yōu)勢:1.做功部件簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，呈薄圓盤形，制造成本低廉。2.適用功率范圍廣，大、小型皆宜。3.工質(zhì)范圍廣，除常規(guī)工質(zhì)(如蒸汽、燃氣、有機工質(zhì)、水等)外，可利用多相流、高粘度流體、含磨粒流體等工質(zhì)，如濕蒸汽、泥衆(zhòng)、煙氣等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)合沖動作用和邊界層效應的混合微型層透平，其特征在于，所述混合式微型透平主要包括定子外殼和轉(zhuǎn)子；定子外殼分為正六邊形前后端蓋和主體三個部分，三個部分中間分別鏜原型腔，前后端蓋的六角分別用螺栓與主體固定；后端蓋中心周圍平均開設有排氣孔。外殼中心位置開設有圓形軸孔，透平軸通過軸承過盈配合安裝在外殼上；透平軸上依次設置有軸肩和鍵槽，透平盤片通過鍵和間隙墊片平行布置于透平軸上組成轉(zhuǎn)子盤片組，轉(zhuǎn)子盤片組與透平軸間隙配合，末端用圓螺母鎖緊；透平盤片中部靠近軸位置開設排氣孔；透平盤片邊緣切有若干沖擊槽，以提高透平轉(zhuǎn)矩和輸出性能；主體上部開設有圓形進氣口，外接噴嘴以進氣；透平軸末端采用非連接式的磁性聯(lián)軸器，磁性聯(lián)軸器一端與軸采用頂緊螺栓鎖死，磁性聯(lián)軸器另一端設有圓盤結(jié)構(gòu)，接近圓周外圍平均布置磁極交錯形式圓形磁鐵；磁性聯(lián)軸器成對使用，一半磁性聯(lián)軸器固定在透平軸上，另一半磁性聯(lián)軸器固定在電機軸上；透平軸旋轉(zhuǎn)時，通過磁性力作用，一半磁性聯(lián)軸器帶動另一半磁性聯(lián)軸器旋轉(zhuǎn)，從而帶動電機旋轉(zhuǎn)發(fā)電。
[0005]所述透平軸上平行布置透平盤片，通過鍵和端蓋螺母鎖緊固定，透平盤片之間用圓形間隙片加以分隔，透平盤片與軸間隙配合。
[0006]所述透平盤片邊緣切有若干仿葉片式波浪形沖擊槽，入口氣流進入透平空腔后先通過沖擊透平盤片邊緣沖擊槽傳遞動能，流出后沿透平盤片表面螺旋前進從透平盤片中心附近排氣口流出。
[0007]所述外殼采用六角形，邊緣設置螺孔，殼體后端開設排氣孔，單向出氣。
[0008]所述主體上部開設有圓形進氣口采用圓柱形大截面入口，增大進氣量，單個進氣口設置在透平盤片上部，使進氣切向流入腔體。
[0009]本發(fā)明的有益效果是一種混合型微型透平，為低品位熱能利用提供一種有效地動力裝置，適用于低品位熱能利用，可以應用于以有機物為工質(zhì)的ORC循環(huán)。本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0010]1、本發(fā)明采用邊緣切口式盤片，圓盤邊緣切有波浪式?jīng)_擊槽。當氣體從進口流入時，首先對沖擊槽進行沖動作用，之后進入盤片間隙沿圓盤表面螺旋前進，最終從中心排氣口流出。這種設計可以最大化利用來流氣體的動能，在傳統(tǒng)邊界層透平的邊界層效應的基礎上引入沖動部分，不僅可以提高能量利用率，還可以提高透平輸出轉(zhuǎn)矩，更易于帶動發(fā)電機發(fā)電。
[0011]2、本發(fā)明由于采用六邊形外殼主體，是氣流在腔體內(nèi)部流動更均勻，減小損失，也更利于安裝。進氣口采用大截面圓柱式，可以提高進氣量以提高透平輸出功率，并減小漸縮式噴嘴造成的能量損失。設計加工簡單。
[0012]3、本發(fā)明采用單向進氣單向排氣，工質(zhì)流動更易于控制，運行更加穩(wěn)定。
[0013]4、本發(fā)明采用非連接式磁性聯(lián)軸器，可以極大地緩解這種混合式微型透平在與發(fā)電機軸連接時由于對心精度不高造成的傳動機械損失。磁性聯(lián)軸器還可以減少軸的徑向受力，減小部件之間的磨損，提高混合式微型透平的使用壽命。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)剖視圖；
[0015]圖2是本發(fā)明整體側(cè)視圖；
[0016]圖3是本發(fā)明的圓盤結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖4是本發(fā)明的主軸結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖5是本發(fā)明的間隙片結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖6是本發(fā)明的磁性聯(lián)軸器示意圖；
[0020]圖7是本發(fā)明壓緊盤片用圓螺母示意圖；
[0021]圖8是本發(fā)明的后端蓋結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖9是本發(fā)明的前端蓋結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0023]本發(fā)明提供一種結(jié)合沖動作用和邊界層效應的混合微型層透平。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細的描述。
[0024]如圖1、2整體結(jié)構(gòu)剖面圖和側(cè)視圖所示，透平軸5上有透平盤片11和間隙片10依次交替排布，通過間隙片控制透平盤片11間距，組成轉(zhuǎn)子盤片組，轉(zhuǎn)子盤片組通過鍵13與透平軸5間隙配合；整個轉(zhuǎn)子盤組在透平軸5上一端由軸肩3固定，另一端由圓螺母12固定；共有兩個陶瓷軸承7分別安裝在主體I和后端蓋14上，通過卡簧6控制軸向距離，透平軸5與軸承7過盈配合與外殼固定；前端蓋2和后端蓋14分別由螺釘9鎖緊安裝到主體I上，并通過O型圈8密封；磁性聯(lián)軸器4的一半通過頂絲16安裝在透平軸5上，置于后端蓋內(nèi)；磁性聯(lián)軸器4的另一半安裝在發(fā)電機軸上；工作時，透平軸5帶動一半磁性聯(lián)軸器4旋轉(zhuǎn)，通過磁力作用帶動安裝在發(fā)電機軸上的另一半磁性聯(lián)軸器4旋轉(zhuǎn)，進而帶動發(fā)電機發(fā)電；進氣嘴17通過螺釘18固定在主體上。
[0025]如圖3所示,透平盤片11采用邊緣切口式盤片，圓盤邊緣切有波浪式?jīng)_擊槽19。來流首先對沖擊槽進行沖動作用做功和擴壓，之后進入盤片間隙沿圓盤表面螺旋前進，最終從中心排氣口 20流出。這種設計可以提高能量利用率，在沖擊槽部分更好地利用來流的壓力能，同時可以進一步擴壓提高氣體流速，更利于之后的邊界層效應做功。
[0026]如圖4所示，透平軸5的一端安裝一半磁性聯(lián)軸器4，另一端布設轉(zhuǎn)子盤片組；中部偏右設置有較高的軸肩3，軸肩3的厚度需要根據(jù)透平盤片11的數(shù)量和重量進行強度的校核計算；靠透平軸5左側(cè)車有螺紋以便安裝圓螺母12 ;透平軸5兩端為了安裝在透平軸承上采用標準化設計，留有卡簧安裝的位置。
[0027]如圖5所示，所述間隙片上車有與軸鍵配合的槽口。
[0028]如圖6所示，磁性聯(lián)軸器沿圓周平均布置有圓形磁鐵，通過磁力作用帶動發(fā)電機做功發(fā)電；與傳統(tǒng)接觸式聯(lián)軸器不同，非接觸式磁性聯(lián)軸器不僅可以降低透平與發(fā)電機安裝時的對心難度，還可以減小透平軸與發(fā)電機軸的徑向作用力，從而減小機械傳動損失并提聞機械的使用壽命。
[0029]如圖8所示，后端蓋靠近中心位置開設有排氣孔，使得氣體從透平后側(cè)軸向流出；開孔尺寸需要根據(jù)盤片上排氣孔與運行工況下氣量確定。
[0030]如圖9所示，前端蓋不僅起到整體支撐和保護磁性聯(lián)軸器的作用，在透平運行時起到輔助密封的作用，減少外界環(huán)境對軸承和磁性聯(lián)軸器的影響。
【權(quán)利要求】
1.一種結(jié)合沖動作用和邊界層效應的混合微型層透平，其特征在于，所述混合式微型透平主要包括定子外殼和轉(zhuǎn)子；定子外殼分為正六邊形前后端蓋和主體三個部分，三個部分中間分別鏜原型腔，前后端蓋的六角分別用螺栓與主體固定；后端蓋中心周圍平均開設有排氣孔。外殼中心位置開設有圓形軸孔，透平軸通過軸承過盈配合安裝在外殼上；透平軸上依次設置有軸肩和鍵槽，透平盤片通過鍵和間隙墊片平行布置于透平軸上組成轉(zhuǎn)子盤片組，轉(zhuǎn)子盤片組與透平軸間隙配合，末端用圓螺母鎖緊；透平盤片中部靠近軸位置開設排氣孔；透平盤片邊緣切有若干沖擊槽，以提高透平轉(zhuǎn)矩和輸出性能；主體上部開設有圓形進氣口，外接噴嘴以進氣；透平軸末端采用非連接式的磁性聯(lián)軸器，磁性聯(lián)軸器一端與軸采用頂緊螺栓鎖死，磁性聯(lián)軸器另一端設有圓盤結(jié)構(gòu)，接近圓周外圍平均布置磁極交錯形式圓形磁鐵；磁性聯(lián)軸器成對使用，一半磁性聯(lián)軸器固定在透平軸上，另一半磁性聯(lián)軸器固定在電機軸上；透平軸旋轉(zhuǎn)時，通過磁性力作用，一半磁性聯(lián)軸器帶動另一半磁性聯(lián)軸器旋轉(zhuǎn)，從而帶動電機旋轉(zhuǎn)發(fā)電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種結(jié)合沖動作用和邊界層效應的混合微型層透平，其特征在于，所述透平軸上平行布置透平盤片，通過鍵和端蓋螺母鎖緊固定，透平盤片之間用圓形間隙片加以分隔，透平盤片與軸間隙配合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種結(jié)合沖動作用和邊界層效應的混合微型層透平，其特征在于，所述透平盤片邊緣切有若干仿葉片式波浪形沖擊槽，入口氣流進入透平空腔后先通過沖擊透平盤片邊緣沖擊槽傳遞動能，流出后沿透平盤片表面螺旋前進從透平盤片中心附近排氣口流出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種結(jié)合沖動作用和邊界層效應的混合微型層透平，其特征在于，所述外殼采用六角形，邊緣設置螺孔，殼體后端開設排氣孔，單向出氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種結(jié)合沖動作用和邊界層效應的混合微型層透平，其特征在于，所述主體上部開設有圓形進氣口采用圓柱形大截面入口，增大進氣量，單個進氣口設置在透平盤片上部，使進氣切向流入腔體。
【文檔編號】F01D25/24GK103470316SQ201310432422
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月22日
【發(fā)明者】包光宇, 史翊翔, 蔡寧生 申請人:清華大學