[发明专利]工业流体高余压回收超低比转速多级水轮机

说明书

技术领域

本发明涉及工业流体余压回收领域，特别是一种工业流体高余压回收超低比转速多级水轮机。

背景技术

在石油、化工生产的脱碳、脱硫工艺及海水淡化过程中，存在大量的工业余压，其特点是余压高，范围在100m～1500m水头之间，余压能量大，一套化工生产线的余压能量可达数百千瓦至数千千瓦。在提倡节能、低碳和环保的时代，有效回收工业余压是减少产品能耗和碳排放、增加企业效益的必须之举。

流体余压回收一般使用水力透平（一种反击式水轮机）。由于工业流体余压一般具有余压高、流量小的特点，用于这种能量回收的水力透平又有转速的限制，必然具有超低比转速的的特征。现有的水力发电用的反击式水轮机的比转速较高，不适合工业流体高余压条件。目前我国已有的流体余压回收技术主要是采用反转水泵作为水力透平，或基于泵设计原理开发的余压回收水力透平，这些技术主要存在三个问题，其一是以反转泵作为透平运行，其效率低下，且稳定性差。其二是基于泵的模式设计开发的水力透平在性能上与工业高余压利用的技术条件并不符合。其三是没有按照超低比转速进行高余压流体专用水力透平的设计。由此造成水力透平尺寸大、级数多，或者其转速过高，与发电机不匹配，需要采用减速机与发电机联结。因此，其改进和创新势在必行。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种工业流体高余压回收超低比转速多级水轮机，可有效解决工业流体余压回收效率低下，稳定性差的问题。

本发明解决的技术方案是，包括机壳、转轮和导叶，机壳内经轴承竖直装有上端伸出机壳上部的主轴，机壳内的主轴上自上而下依次装有首级水力透平级和至少一个次级水力透平级，首级水力透平级上方的机壳上设置有与其进水端相连通的进水管，最底端的一个次级水力透平级的下方在机壳上设置有与其出水端相连通的尾水管，所述的首级水力透平级包括上、下并排装在主轴上的首级导叶和首级转轮，所述的次级水力透平级包括上、下并排装在主轴上的次级导叶和与首级转轮结构相同的次级转轮，首级转轮和次级转轮的转轮进口直径D₁与转轮出口直径D₂比值为1.5～2.0，转轮进口边高度b1与转轮进口直径D1比值为0.05～0.08，单级转轮的比转速为50～70m.kW，从工业减压系统高压测来的高压流体通过进水管进入首级导叶，流体在首级导叶中形成必要的环量后，流入首级转轮做功，做功后的流体以轴向从首级转轮的出液口流出，继续进入次级水力透平级的第一级，首先进入第一级次级水力透平级的次级导叶，所述的次级导叶为空间导叶，即从上一级来的流体以轴向进入导叶流道，在流道中逐渐改变方向，在导叶出口处以一定的环量从径向流出，流体经过次级导叶形成必要的环量后进入次级转轮做功，做功后的流体以轴向继续进入次级水力透平级的下一级，以此类推；从最后一级的次级转轮流出的流体经尾水管排入工业流体减压系统的低压管道；各级转轮做功所产生的旋转机械能由主轴输出，主轴的转速为1500～3000r/min，与常用的三相交流同步发电机的转速相匹配，主轴伸出机壳的一端可以实现与发电机的无减速机直联，提高了装置效率及可靠性。

本发明结构新颖独特，单级水力透平具有较高的流体比能，单级转轮的比转速在50～70m.kW之间，可利用100～200m水头，实现与发电机的无减速机直联，提高了装置效率及可靠性，回收效率高，安全可靠，使用方便，效果好，有良好的社会和经济效益。

附图说明

图1为本发明的剖面主视图。

图2为本发明次级水力的剖面主视图。

图3为本发明次级导叶的俯视图。

图4为本发明首级转轮和次级转轮的俯视图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。