具有背叶片结构的离心透平机械制造技术

本实用新型专利技术公开了一种具有背叶片结构的离心透平机械，包括：叶轮；以及背叶片，设置于叶轮背部，用于平衡轴向力。通过在叶轮背部增加背叶片结构后，当旋转叶轮在对工质加压的过程中，背叶片对叶轮背部的流体产生推动加速作用，背叶片会推动叶轮背部工质产生离心力，将工质反向推动至叶轮边缘，从而降低叶轮背部静压，从而达到平衡轴向力的作用，该离心透平机械可以有效降低转子系统的密封难度，不会出现如采用平衡盘的方案时的额外密封问题，同时背叶片结构简单，与叶轮一起加工，可以降低系统的结构难度。

Centrifugal turbine with the structure of the back blade

The utility model discloses a centrifugal turbine with a back blade structure, including a impeller and a back blade, which are arranged on the back of the impeller for balancing axial force. After the back blade structure is added to the back of the impeller, the back blade accelerates the fluid in the back of the impeller when the rotating impeller is pressurized to the working fluid. The back blade will drive the centrifugal force of the impeller back to the edge of the impeller to reduce the static pressure on the back of the impeller and thus reach the level of the impeller. With the effect of axial force, the centrifugal turbine can effectively reduce the difficulty of the sealing of the rotor system, and there will be no additional seal problem such as the scheme using the balance plate. At the same time, the structure of the back blade is simple and it is processed with the impeller, which can reduce the structure difficulty of the system.

【技术实现步骤摘要】
具有背叶片结构的离心透平机械
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。
技术介绍
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。
技术实现思路
(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，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Re，该背叶片外半径Re满足：其中，Fmax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；Re为背叶片外半径；Rh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。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一压缩机-膨胀机一体轴连接系统，其中，连接结构500包括：压缩机连接件510和膨胀机连接件520；压缩机连接件510，在压缩机叶轮310和主轴100之间进行连接；所述膨胀机连接件520，在膨胀机叶轮320和主轴100之间进行连接。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本公开提供的具有背叶片结构的离心透平机械，具有以下有益效果：通过在叶轮背部增加背叶片结构后，当旋转叶轮在对工质加压的过程中，背叶片对叶轮背部的流体产生推动加速作用，背叶片会推动叶轮背部工质产生离心力，将工质反向推动至叶轮边缘，从而降低叶轮背部静压，从而达到平衡轴向力的作用，该离心透平机械可以有效降低转子系统的密封难度，不会出现如采用平衡盘的方案时的额外密封问题，同时背叶片结构简单，与叶轮一起加工，可以降低系统的结构难度。附图说明图1为现有技术中平衡盘的结构示意图。图2为根据本公开实施例具有背叶片结构的离心透平机械的转子系统结构示意图。图3为根据本公开实施例用于平衡轴向力的背叶片结构示意图。图4为根据本公开实施例具有背叶片结构的压缩机-膨胀机系统示意图。【符号说明】100-主轴；200-平衡盘；300-叶轮；400-密封结构；500-连接结构；600-背叶片；700-轴承机构；310-压缩机叶轮；320-膨胀机叶轮；510-压缩机连接件；520-膨胀机连接件；610-压缩机背叶片；620-膨胀机背叶片。具体实施方式本公开提供了一种具有背叶片结构的离心透平机械，该离心透平机械可以有效降低转子系统的密封难度，不会出现如采用平衡盘的方案时的额外密封问题，同时背叶片结构简单，与叶轮一起加工，可以降低系统的结构难度。为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。在本公开的第一个示例性实施例中，提供了一种具有背叶片结构的离心透平机械。图2为根据本公开实施例具有背叶片结构的离心透平机械的转子系统结构示意图。如图2所示，本公开具有背叶片结构的离心透平机械包括：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；至少两个轴承机构700，支承主轴100和主轴100连接的部件；以及背叶片600，设置于叶轮300背部，用于平衡轴向力。本实施例中，具有背叶片结构的离心透平机械为离心压缩机，包括一个叶轮和两个轴承，其中轴承用于给转子组件提供支承作用；还包括定子和用于轴向力平衡的背叶片，背叶片设置在叶轮背部。该离心压缩机通过放置在轴承处的传感器测量轴承所承受的载荷，通过控制系统保持叶轮背部的工质压力，使其产生的轴向力保证轴承不超负载极限。下面对本公开具有背叶片结构的离心透平机械的各个部分进行具体介绍。图3为根据本公开实施例用于平衡轴向力的背叶片结构示意图，如图3所示，背叶片600设置于叶轮300背部的整个圆周上，叶片的数目一般为4～8个，一般取4叶或6叶；背叶片600的厚度与叶片个数对轴向力平衡的效果影响不大，叶片厚度的选择只要满足机械强度即可；本实施例中，背叶片600采用矩形截面，平直叶型；不公开局限于此种截面形状，还可以为各种弯曲式形状，只要能够对工质施加推力并通过旋转使工质产生离心力作用，起到同样的效果的叶片形状都满足要求。背叶片600的尺寸与所需平衡的轴向力大小有关，其设计遵循平衡力理论计算公式(斯捷潘诺夫公式)，斯捷潘诺夫公式的表达式如下：其中，F本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一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；所述背叶片(600)的尺寸包括背叶片外半径Re，所述背叶片外半径Re满足：

【技术特征摘要】
1.一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；所述背叶片(600)的尺寸包括背叶片外半径Re，所述背叶片外半径Re满足：其中，Fmax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；Re为背叶片外半径；Rh为叶轮轮毂半径。2.根据权利要求1所述的离心透平机械，其中，所述背叶片(600)设置于叶轮(300)背部的圆周上。3.根据权利要求1所述的离心透平机械，其中，所述背叶片(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。4.根据权利要求1所述的离心透平机械，其中，所述背叶片(600)的数目介于4～8个之间。5.根据权利要求1所述的离心透平机械，还包括：主轴(100)，所述叶轮(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。6.根据权利要求1至5中任一项所述的离心透平机械，所述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；所述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；所述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...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜玉雁，郭永献，朱玉铭，梁世强，郭朝红，岳鹏，李志刚，曾秒，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：新型
国别省市：北京,11