[发明专利]一种多级液力透平导出轮装置及其设计方法

说明书

本发明属于流体机械及能量回收领域。目的是提供一种能够对多级液力透平末级叶轮流出的流质增压的导出轮装置及其设计方法，以解决多级透平在高压流动介质能量回收过程中末级叶轮出口部位空化的问题，使多级液力透平能够稳定、高效地回收高压流动介质中的能量。技术方案是：一种多级液力透平导出轮装置，所述多级液力透平包括吸入段、泵体、吐出段、固定在透平轴上并与吸入段密封连接的平衡盘以及设置在泵体内且固定在透平轴上的各级叶轮；其特征在于：所述多级液力透平中还设置延伸段；所述吸入段、泵体、延伸段和吐出段沿流动介质的流动方向依次密封连接；所述延伸段内壁光滑并且沿流动介质的流动方向逐渐扩张形成圆锥状，延伸段外壁为圆柱状。

技术领域

本发明属于流体机械及能量回收领域，具体是一种多级液力透平导出轮装置及其设计方法。

背景技术

在石油化工、炼油、海水淡化等行业中存在大量高压流体，通常采用多级泵反转作透平使用完成能量回收，从而替代减压阀完成减压功能。多级透平的工作原理是将高压来流由多级透平的吸入段引入，高压来流驱动各级叶轮旋转，使来流的压能转换成为各级叶轮的动能，各级叶轮通过平键固定在多级透平轴上，各级叶轮带动透平轴旋转，多级透平轴通过联轴器与发电机组或负载相连，将高压来流的内能转换为电能或动能，最后高压来流从多级透平的吐出段流出，完成余能的回收，实现多级泵反转作液力透平的功能。由于多级透平结构这种方式可以大幅度地降低生产成本，所以在实际生产实践中应用广泛。

但在实际使用情况中，高压流体通过各级叶轮完成能量转换后，在末级叶轮出口处流体能量最低。当高压来流为热敏流体或含气多相流，此时在多级透平末级叶轮出口处极易发生液体空化现象，发生空化现象后，该部位处的大量气体凝聚及破裂会使多级透平产生噪音及振动等异常现象，导致透平回收效率降低、零件气蚀及疲劳失效。

因此，需要对多级透平进行进一步的改进和完善，设计一种应用场合更广的多级液力透平，使多级液力透平能够稳定、高效地运行。

发明内容

本发明的目的是克服上述背景技术的不足，提供一种能够对多级液力透平末级叶轮流出的流质进行增压的导出轮装置及其设计方法，以解决多级透平在高压流动介质能量回收过程中存在末级叶轮出口部位空化的问题，使多级液力透平能够稳定、高效地回收高压流动介质中的能量。

本发明提供的技术方案是：

一种多级液力透平导出轮装置，所述多级液力透平包括吸入段、泵体、吐出段、固定在透平轴上并与吸入段密封连接的平衡盘以及设置在泵体内且固定在透平轴上的各级叶轮；其特征在于：所述多级液力透平中还设置延伸段；所述吸入段、泵体、延伸段和吐出段沿流动介质的流动方向依次密封连接；所述延伸段内壁光滑并且沿流动介质的流动方向逐渐扩张形成圆锥状，延伸段外壁为圆柱状；延伸段内部还设置一导出轮，所述导出轮包括同轴套设固定在透平轴上的轮毂以及等间距且呈螺旋状固定在轮毂外周的若干导出轮叶片；所述导出轮叶片的半径沿流动介质的流动方向逐渐增大；所述导出轮叶片设置成沿流动介质的流动方向透平轴轴线方向逐渐收缩的翼型。

所述导出轮叶片的厚度略大于多级透平末级叶轮叶片的厚度，以保证导出轮叶片具有足够的强度。

所述导出轮叶片数为奇数，以避免导出轮叶片发生交替叶片汽蚀；所述导出轮叶片数大于3片且小于多级透平末级叶轮叶片数，以避免导出轮叶片对流动介质的流动造成堵塞。

所述导出轮的进口直径等于多级透平末级叶轮的出口直径，以减少流动介质的流动损失；所述导出轮的出口直径为导出轮的进口直径的1.8倍，以提高导出轮的抗汽蚀性能。

所述导出轮叶片的进口角等于多级透平末级叶轮的叶片出口角，以减小流动损失。

上述多级液力透平导出轮装置的设计方法，按照如下步骤进行：

1)由公式(1.1)确定导出轮叶片的进口直径D1：

D1＝D3 (1.1)