[发明专利]一种结合冲动作用和边界层效应的混合微型层透平

说明书

技术领域

本发明属于火力发电设备的机械装置范围，特别涉及一种结合冲动作用和边界层效应的混合微型层透平。

背景技术

节能减排是当今全世界关注的热点。区别于传统的火力发电，许多诸如太阳能、地热能、工厂废气、火电厂废烟气、生物质等多种低品位热能开始受到人们的关注。如果这些低品位热能可以更好地被用来发电，可以缓解一部分传统能源的压力。

将低品位热能转化为电能，一般采用以低品位热能为热源，加热流体工质产生蒸汽推动叶轮机械旋转，从而带动发电机发电。目前，传统的燃气、蒸汽透平，无论是径向还是轴向式，都属于有叶透平，由工质通过膨胀带动透平叶片从而推动透平转动。基于这种原理的有叶透平，通常更适合应用于高参数的火力发电，而上述低品位热能由于本身热源温度较低，产生的工质蒸汽参数较低，使得传统有叶透平叶型设计复杂，成本高，效率低。而且一些低品位热能，比如工厂废气、废烟气和生物质等，由于来流中含有固体和液体颗粒，使得传统有叶透平叶片易受空穴腐蚀和固体颗粒的磨损，因此无法用于高粘度流体、低温水蒸气等气液两相流以及烟气、煤浆等固液两相流，限制了其工质的范围。同时，有叶透平随着尺寸的缩小，比表面积大大增加，从流体与叶片表面摩擦损失增加，透平效率降低，造成有叶透平难以小型化。在这种工况条件下，如果应用以边界层透平为原型，结合了冲动作用的新型混合式微型透平，有以下众多优势：1.做功部件简单，结构紧凑，呈薄圆盘形，制造成本低廉。2.适用功率范围广，大、小型皆宜。3.工质范围广，除常规工质（如蒸汽、燃气、有机工质、水等）外，可利用多相流、高粘度流体、含磨粒流体等工质，如湿蒸汽、泥浆、烟气等。

发明内容

本发明的目的是提供一种结合冲动作用和边界层效应的混合微型层透平，其特征在于，所述混合式微型透平主要包括定子外壳和转子；定子外壳分为正六边形前后端盖和主体三个部分，三个部分中间分别镗原型腔，前后端盖的六角分别用螺栓与主体固定；后端盖中心周围平均开设有排气孔。外壳中心位置开设有圆形轴孔，透平轴通过轴承过盈配合安装在外壳上；透平轴上依次设置有轴肩和键槽，透平盘片通过键和间隙垫片平行布置于透平轴上组成转子盘片组，转子盘片组与透平轴间隙配合，末端用圆螺母锁紧；透平盘片中部靠近轴位置开设排气孔；透平盘片边缘切有若干冲击槽，以提高透平转矩和输出性能；主体上部开设有圆形进气口，外接喷嘴以进气；透平轴末端采用非连接式的磁性联轴器，磁性联轴器一端与轴采用顶紧螺栓锁死，磁性联轴器另一端设有圆盘结构，接近圆周外围平均布置磁极交错形式圆形磁铁；磁性联轴器成对使用，一半磁性联轴器固定在透平轴上，另一半磁性联轴器固定在电机轴上；透平轴旋转时，通过磁性力作用，一半磁性联轴器带动另一半磁性联轴器旋转，从而带动电机旋转发电。

所述透平轴上平行布置透平盘片，通过键和端盖螺母锁紧固定，透平盘片之间用圆形间隙片加以分隔，透平盘片与轴间隙配合。

所述透平盘片边缘切有若干仿叶片式波浪形冲击槽，入口气流进入透平空腔后先通过冲击透平盘片边缘冲击槽传递动能，流出后沿透平盘片表面螺旋前进从透平盘片中心附近排气口流出。

所述外壳采用六角形，边缘设置螺孔，壳体后端开设排气孔，单向出气。

所述主体上部开设有圆形进气口采用圆柱形大截面入口，增大进气量，单个进气口设置在透平盘片上部，使进气切向流入腔体。

本发明的有益效果是一种混合型微型透平，为低品位热能利用提供一种有效地动力装置，适用于低品位热能利用，可以应用于以有机物为工质的ORC循环。本发明具有以下优点：

1、本发明采用边缘切口式盘片，圆盘边缘切有波浪式冲击槽。当气体从进口流入时，首先对冲击槽进行冲动作用，之后进入盘片间隙沿圆盘表面螺旋前进，最终从中心排气口流出。这种设计可以最大化利用来流气体的动能，在传统边界层透平的边界层效应的基础上引入冲动部分，不仅可以提高能量利用率，还可以提高透平输出转矩，更易于带动发电机发电。

2、本发明由于采用六边形外壳主体，是气流在腔体内部流动更均匀，减小损失，也更利于安装。进气口采用大截面圆柱式，可以提高进气量以提高透平输出功率，并减小渐缩式喷嘴造成的能量损失。设计加工简单。

3、本发明采用单向进气单向排气，工质流动更易于控制，运行更加稳定。

4、本发明采用非连接式磁性联轴器，可以极大地缓解这种混合式微型透平在与发电机轴连接时由于对心精度不高造成的传动机械损失。磁性联轴器还可以减少轴的径向受力，减小部件之间的磨损，提高混合式微型透平的使用寿命。

附图说明

图1是本发明的整体结构剖视图；