[发明专利]单级轴流式无叶喷嘴透平

说明书

本发明属于一种单级轴流式无叶喷咀透平。

常规轴流式热力透平采用叶片喷咀。气流自进气道流入喷咀叶栅中膨胀加速，并自叶栅出口流向动叶，推动叶轮及轴旋转作功。但热力透平级在变工况下，尤其是在大焓降或有机工质低音速场合下，级内流动效率明显下降，而大多数的工业透平却运行于非设计工况。另外，喷咀叶片及其尾迹对动叶引起的激振力，将会导致动叶的振动及损坏。叶片喷咀结构及加工工艺复杂，成本很高。对于已有的轴流式无叶喷咀透平，其结构不够合理，流动效率不高，达不到有叶喷咀透平的特性要求。所以，它的应用场合及应用可能性都大受影响。主要表现为：a，已有技术的喷咀环部分经向尺寸太大，无谓增大流动距离引起损失增大。而整个透平装置径向尺寸过大，将限制许多场合的应用。b，由于蜗壳端壁没有倾斜，使内环边界层增厚，引起流动损失增大。c，由于内环无凸起，气流偏向轴向的角度较小，也增大了流程，引起了损失进一步增大，减小了透平效率。如：US专利4177005中所公开的透平。本发明的目的是克服上述存在的问题，发明了一种单级轴流式无叶喷咀透平。

附图1为单级轴流式无叶喷咀透平的剖面图。图中（1）为蜗壳，（2）为喷咀环，（3）为内环，（4）为外环，（5）为蜗壳进口，（6）为动叶，（7）为蜗壳外壁向喷咀出口侧倾斜的角度δ，（8）为蜗壳出口。

附图2为蜗壳侧示图。图中（1）为蜗壳，（5）为蜗壳进口。

本发明的要点是将已有的轴流式无叶喷咀透平的蜗壳及喷咀环的结构进行改造而成。喷咀环的内环中部型线向上凸起，以保证无叶喷咀有良好的流动效率。蜗壳端壁向喷咀环出口侧倾斜δ角度（δ约为10°或10°以上），使出口截面上根部边界层减薄，以减少气流的损失。喷咀是由蜗壳及喷咀环构成，蜗壳的截面为矩形，两侧壁接近平行，喷咀环由内环和外环构成，内环与外环均为回转面，喷咀环沿流体流动方向收缩，喷咀环与蜗壳出口联接。这种结构的轴流式无叶喷咀透平，喷咀环是一种沿流动方向收缩较大的加速喷咀，使各种不同工况下的流场都能自动调整，不会出现因分离、倒流而引起损失增大的现象，具有良好的变工况适应性，特别对焓降大或有机工质透平。所有有叶喷咀在超音速流动工况稍微变动时，都会引起很大的激波损失，使轴流式透平的设计作功能力不能太高，往往要求多级透平才能完成额定的作功能力。而本发明一般在超音速工况变化范围内无激波产生，不但不会引起激波损失，而且大大简化了透平结构。此种结构的轴流式热力透平不仅适用于单级轴流式热力透平，也可用于多级轴流式热力透平的第一级。蜗壳外形的横截面可以是任何便于加工或流动效率高的形状，如梯形、园形等。

本发明设计合理，成本低廉，制造方便，适用于中、小功率透平、节能透平以及大型火电站透平的第一级。