[发明专利]一种多级径流式对转涡轮结构

说明书

本发明公开一种多级径流式对转涡轮结构，包括主叶轮、副叶轮、行星架、外齿圈和太阳齿轮；主叶轮的内侧设有若干列沿径向排列的主叶轮叶片；副叶轮的内侧上设有若干列沿径向排列的副叶轮叶片；主叶轮和副叶轮平行且相向布置，若干列主叶轮叶片和若干列副叶轮叶片沿径向错位排布；主叶轮轴向中心通过辐带与轴固定连接，轴穿过副叶轮的中心孔与太阳齿轮固定连接；主叶轮、轴和太阳齿轮同轴设置；副叶轮和外齿圈共轴且固定连接；太阳齿轮和行星架设置于外齿圈内；外齿圈通过行星架上的若干行星轮与太阳齿轮啮合。采用这种多级径流式对转涡轮结构，增大了涡轮做功能力，缩小了涡轮体积；行星齿轮的动力输出结构能够调整，从而提高涡轮的轮周效率。

技术领域

本发明涉及径流式透平技术领域，特别涉及一种提高涡轮性能的多级径流式对转涡轮结构。

背景技术

径流式涡轮通过将沿径向流动工质的能量转换为旋转动能，广泛应用于小型能量转化的场合，如船舶或车辆用动力源、工业辅助用汽轮机等。相比于轴流式的涡轮，径流式涡轮具有流量小、效率高，结构简单可靠、易于制造等优点；并且其功率密度较轴流式要高出15％-50％。

传统的径流式涡轮往往采用向心涡轮的结构，并且由于流动方向的原因，使得多级径流式涡轮结构布置较为复杂、结构体积较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多级径流式对转涡轮结构，以提高涡轮单位质量的做功能力，减小涡轮的体积。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多级径流式对转涡轮结构，包括主叶轮、副叶轮、行星架、外齿圈和太阳齿轮；主叶轮的叶盘内侧设有若干列沿径向排列的主叶轮叶片；副叶轮的叶盘内侧上设有若干列沿径向排列的副叶轮叶片；主叶轮和副叶轮平行且相向布置，若干列主叶轮叶片和若干列副叶轮叶片沿径向错位排布；主叶轮轴向中心通过辐带与轴固定连接，轴穿过副叶轮的中心孔与太阳齿轮固定连接；主叶轮、轴和太阳齿轮同轴设置；副叶轮和外齿圈共轴且固定连接；太阳齿轮和行星架设置于外齿圈内；外齿圈通过行星架上的若干行星轮与太阳齿轮啮合。

进一步的，每级主叶轮叶片和对应的副叶轮叶片的安装角相反且沿径向错位布置。

进一步的，所述一种多级径流式对转涡轮结构工质从四周进气、轴心排气，主叶轮和副叶轮的叶盘之间的轴向距离从轴心向外沿径向逐渐减小。

进一步的，所述一种多级径流式对转涡轮结构工质从轴心进气、四周排气，主叶轮和副叶轮的叶盘之间的轴向距离从轴心向外沿径向逐渐增大。

进一步的，主叶轮和副叶轮的转速和行星齿轮的齿数相匹配：其中n₁为副叶轮的转速，n₂为主叶轮的转速，z₁为外齿圈的齿数，z₃为太阳齿轮的齿数。

进一步的，高温工质从工质进气口进入涡轮内部后，沿着径向依次经过第一级主叶轮叶片、第一级副叶轮叶片、第二级主叶轮叶片、第二级副叶轮叶片……末级主叶轮叶片以及末级副叶轮叶片，最终通过排气口流出；这一过程中，高温工质作用于主叶轮叶片和副叶轮叶片，推动主叶轮和副叶轮沿着相反的方向转动，形成对转；主叶轮带动太阳齿轮进行旋转，副叶轮带动外齿圈进行旋转，外齿圈作用于行星架的行星轮，从而通过行星轮又作用于太阳齿轮，现了动力的合成，并通过主叶轮的轴进行输出。

进一步的，主叶轮和副叶轮内侧均设有若干列沿径向排列的叶片，相互组合从而形成燃气通道。

进一步的，每列的叶片高度与通流面积相匹配，使得流动的工质能连续膨胀以对外做功。

进一步的，为了兼顾齿轮系统的安装和工质的流动，主叶轮通过若干数量的辐带与轴进行连接。

进一步的，通过将副叶轮套装在主叶轮上，从而使得当高温工质流进涡轮时，能推动主叶轮和副叶轮旋转，并通过行星齿轮将两股动力合成后输出。