[发明专利]涡轮机

说明书

本发明涉及涡轮机，特别是能防止流体流不稳定性的涡轮机，其方法是抑制由于流体流在叶轮入口处回流产生的涡流以及抑制叶轮的转动失速，而不考虑其型别和流体。

更具体地说，本发明涉及的涡轮机包括泵、压缩机、鼓风机以及其他具有非容积型叶轮的机器，特别是涉及能防止流体流不稳定性的涡轮机，其方法是抑制由于主流体流或在叶轮入口处发生的回流的回流的分量产生涡流或预旋，以及抑制叶轮的转动失速，从而适合使用于混流泵，它可在热电站或核电站内广泛用作水循环泵，排水泵，以及涉及使用根据本发明涡轮泵的泵站。

称为“涡轮机”的旋转机器可根据机器工作使用的流体分类如下。

1．根据机器工作的流体：

液体的，以及气体的。

2．根据型别：

轴流型、混流型，以及离心型。

图22示出混流泵的横剖面图。由于操作简便混流泵现已获得重要和广泛的使用。它具有抽吸机匣11，泵12和扩散器13，由上游至下游顺序排列。

在泵12的机匣121内转动的(叶轮的)叶片122被旋转轴123驱动，从而对由抽吸机匣11吸入的液体提供能量。扩散器13的功能是将液体的部分速度能量(或动能)转换为静压。

图23示出包括图22所示混流泵在内的涡轮机的压头和流率之间关系的典型性能曲线，其水平轴表示指示流率的常数，而垂直轴表示指示压头的常数。

这就是说，压头的下降与低流率区的流率增加呈反比。然而，当流率处于S区时压头随着流率的增加而上升(即在性能曲线上右边上升或跃升部分)。以及当流率继续增加超出性能曲线的右边上升部分后，压头再次随着流率的增加而开始下降。

然而，在涡轮机按照在右边上升的性能曲线工作的情况下，大量的液体自身振动，即产生喘振现象。

引起性能曲线在右边上升的原因，是当通过涡轮机的流率低时，叶轮入口处的一个外边缘上出现回流，在这种情况下液体进入涡轮机的流道或通道变狭窄，从而在液体中产生涡流(见图22)。

由于喘振不仅给涡轮机带来损坏，而且还会损坏连接其上游和下游侧的管道或管子，在低流率区工作是禁止的。再者，已建议各种方法来抑制喘振(见下述)，这些方向不同于叶片形状(叶型)的改进，目的是扩张或加大涡轮机的工作区。

1．机匣处理：

在机匣内叶轮放置区形成叶片弦长10％至20％的薄狭槽或排放沟，以改进失速范围。

图24(a)和(b)示出已建议的机匣处理的解释图。其中图24(a)示出机匣处理和叶片之间的位置关系，而图24(b)示出机匣处理的横剖面图。

这就是说，按已建议的机匣处理，在机匣的叶片放置区的内壁(即气流表面)沿轴向、周边方向或倾斜方向有足够深度的槽。代替的方案是，分别在径向或倾斜方向制出这些槽。

虽然还未能从理论上弄清楚机匣处理如何改进失速范围的机理，但可以这样考虑，这是因为高压流体喷射入低能量区和制止了失速室的产生。

2．分离器：

分离器设置用于在低流率区分流叶轮入口的外边缘处出现的回流成为一个反向流部分以及前进流部分(即主流方向)，从而制止回流的扩张。

图25(a)-(c)示出轴流型涡轮机使用的分离器的示意图，分别建议了抽吸环型(见图25(a))，叶片分离器型(见图25(b))以及空气分离器型(见图25(c))。

在抽吸环型中(图25(a))，反向气流包容在抽吸环的外面，在叶片分离器型中(图25(b))在机匣与环之间设置了翅片，而在空气分离器型中(图25(c))动翼片(即叶片)的前端或叶尖是开口的，以引导反向流进入机匣外面，从而借助翅片产生反向流制止了涡流的产生。因此，与前两种型别比较，它的效果更好，但其在装置中的尺寸较大。

3．主动控制：

这是借助由外面向产生循环的点喷射高压液体来抑制涡流产生的方法。

此外，以下说明作为普通涡轮机的一个实例的混流泵。对混流泵要求显示压头-流率性能曲线(以下简称“压头曲线”)没有在右边上升的特点使得在其整个流率范围内可稳定地工作。然而，在一个泵内经常遇到的极为常见的这些性能，例如代表泵性能的效率，压头曲线的稳定性，气穴现象，以及用于闭路的轴向推力等相互处于反比关系。换句话说，如果试图改进这些性能中的一个，则其他一个或几个性能下降，因此，存在的问题是很难在同一时间获得至少两个或几个性能的改进。例如，对于一个泵主要是考虑其效率，而压头曲线显示在其一部分具有明显的在右边上升的特性，因而具有不稳定的倾向。