[发明专利]具有背叶片结构的离心透平机械、平衡轴向力的方法

说明书

技术领域

本公开属于流体机械、能源动力装备和发电系统领域，涉及一种具有背叶片结构的离心透平机械、平衡轴向力的方法。

背景技术

透平机械(Turbomachinery)是具有叶片的旋转式流体机械的统称。作为透平机械的一种，压缩机是一种通过使用机械能来增加可压缩流体压力的机器，可以分为轴流式压缩机和离心式压缩机，其中离心式压缩机是一种叶片旋转式压缩机，即透平式压缩机，工质通过压缩机时，被叶轮上高速旋转的叶片带动，在离心力的作用下流通至叶轮边缘，经扩压器实现增压作用，离心压缩机可以分为单级结构和多级结构，其中单级压缩机装配有单个转子，多级压缩机带有串联的多个转子。

当工质通过离心压缩机升高压力的同时，由于工质在压缩机进出口的压差以及由水平方向转到竖直方向的动量变化，会对叶轮产生轴向推力，该轴向推力通常由平衡盘和轴向推力轴承补偿。通常情况下，轴向推力轴承不能承载由工质施加到转子上的全部推力，因此在现有技术中多采用平衡盘的方式补偿大部分推力，而推力轴承仅用于承担剩余的推力。平衡盘是一种装配到转子系统上的旋转盘，其结构见说明书附图图1所示，包括主轴100，平衡盘200，叶轮300，密封结构400和连接结构500，通过调整平衡盘的直径和两侧压差，使平衡盘达到平衡转子轴向力的目的。

然而，在某些诸如轴向力太大而无法实现平衡盘的有效密封，或者由于结构限制无法采用平衡盘的方式来平衡轴向力等情况下，需要寻找一种新的平衡轴向力的方式，设计一种新的离心透平机械，既可以克服现有平衡盘系统使结构复杂甚至出现密封困难等缺点，又可以使该离心透平机械在无法使用平衡盘等平衡轴向力方法的情况下依旧适用。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种具有背叶片结构的离心透平机械、平衡轴向力的方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种具有背叶片结构的离心透平机械，包括：叶轮300；以及背叶片600，设置于叶轮300背部，用于平衡轴向力。

在本公开的一些实施例中，背叶片600设置于叶轮300背部的圆周上。

在本公开的一些实施例中，背叶片600的尺寸包括背叶片外半径R_e，该背叶片外半径R_e满足：

其中，F_max为叶轮背叶片所能平衡的最大轴向力；ρ为流体密度；ω为叶轮旋转角速度；R_e为背叶片外半径；R_h为叶轮轮毂半径。

在本公开的一些实施例中，背叶片600的形状为以下一种或几种：矩形截面、平直叶型或弯曲式形状。

在本公开的一些实施例中，背叶片600的数目介于4～8个之间。

在本公开的一些实施例中，具有背叶片结构的离心透平机械还包括：主轴100，叶轮300设置于主轴100的一端；连接结构500，在叶轮300与主轴100之间进行连接；以及至少两个轴承机构700，支承主轴100和主轴100连接的部件。

在本公开的一些实施例中，具有背叶片结构的离心透平机械为主动式透平机械或从动式透平机械及其组合；其中，主动式透平机械或从动式透平机械包括：压缩机、汽轮机、膨胀机、涡轮机；主动式透平机械和从动式透平机械的组合包括：用于流道对称布置的透平机械、压缩机-膨胀机背靠背系统或者压气机-涡轮背靠背系统。

在本公开的一些实施例中，主动式透平机械和从动式透平机械的组合，为一压缩机-膨胀机一体轴连接系统，其中：主轴100连接压缩机和膨胀机；叶轮300包括：压缩机叶轮310和膨胀机叶轮320；其中，压缩机叶轮310，设置于主轴100的一端；膨胀机叶轮320，设置于主轴100的另一端。

在本公开的一些实施例中，压缩机-膨胀机一体轴连接系统中的背叶片600包括：压缩机背叶片610和膨胀机背叶片620；其中，压缩机背叶片610，设置于压缩机叶轮310背部圆周上；膨胀机背叶片620，设置于膨胀机叶轮320背部圆周上；连接结构500包括：压缩机连接件510和膨胀机连接件520；其中，所述压缩机连接件510，在压缩机叶轮310和主轴100之间进行连接；膨胀机连接件520，在膨胀机叶轮320和主轴100之间进行连接。

根据本公开的另一个方面，提供了一种平衡轴向力的方法，采用以上公开的任一种具有背叶片结构的离心透平机械，通过在叶轮背部增加背叶片的结构，实现轴向力的平衡。

(三)有益效果